Frames de calibración en la práctica: usar bien lights, darks, flats y bias

El preprocesado es una parte importantísima, y suelo dedicarle mucho tiempo. Salvo la rutina de calibración misma, la mayoría de los pasos los hago a mano para asegurarme de que cada eslabón esté correcto: así, en cuanto surge un problema, puedo dar rápido con la causa. Y los frames de calibración son precisamente los cimientos del preprocesado. En este artículo reúno los tropiezos que me he llevado con los frames de calibración estos últimos años y la comprensión práctica que he ido acumulando.

Lights, darks, flats, bias y flat darks: primero distínguelos bien

Los cuatro grandes frames de calibración de la astrofotografía son el light, el dark, el flat y el bias, más el flat dark (el dark de tus flats). Es el concepto más básico de todos, y sin embargo la cantidad de gente que sabe responder con claridad a «describe brevemente la diferencia entre light, dark, flat, bias y flat dark» es menor de lo que uno pensaría: mucha gente simplemente se aprende los nombres de memoria, y eso no equivale a entender qué hace cada uno.

La imagen de arriba es una explicación que cito de RBA; abarca los lights, darks, bias y flats, además de cómo se ven estos frames de calibración en condiciones normales. El flat dark, como ya se dijo, no es más que el dark de tus flats: basta con aplicarle el mismo razonamiento que a los darks. Lo que de verdad conviene recordar es qué clase de defecto le toca eliminar a cada uno: los darks se ocupan del ruido térmico y la corriente de oscuridad, los flats del viñeteo en las esquinas y las sombras de polvo, y los bias del offset de lectura.

Flats: el frame con más que aprender

De los cuatro frames de calibración, el flat es probablemente el que más fácilmente da problemas, y también el que más tiene que enseñar.

Los donuts y las obstrucciones en tus flats

Si en PixInsight usas la ScreenTransferFunction (STF) para hacer un estirado en pantalla e inspeccionar un flat, verás que siempre está lleno de «donuts» en forma de anillo: eso es básicamente polvo en el camino óptico; a la vez verás el viñeteo, y si usas un OAG, verás además la sombra de la obstrucción del OAG.

Precisamente por eso: en cuanto cambia cualquier cosa en el sistema óptico —desmontar y volver a montar, ajustar el encuadre, incluso ajustar una máscara del objetivo— tienes que volver a tomar los flats. De lo contrario, las posiciones de los donuts o de las sombras de obstrucción dejan de coincidir con las zonas obstruidas de los lights, la calibración lógicamente no puede salir bien y, en su lugar, genera toda clase de fenómenos extraños tras la calibración.

Cómo elegir el tiempo de exposición: una prueba práctica

¿Cuánto hay que exponer un flat? Hice una prueba práctica. El equipo era un newtoniano de 8 pulgadas (modificado) con una ASI 2600MC. A la misma temperatura tomé flats —y sus flat darks correspondientes— de 10ms, 1s, 5s y 10s, y tras calibrarlos los revisé a ojo: el conjunto de 5s era el mejor, mientras que tanto en 10ms como en 10s los bordes se aclaraban. A continuación dividí el flat de 5s entre los flats de las demás duraciones para compararlos: el conjunto de 1s debió de salir mal, porque al dividirlo quedaba entero demasiado oscuro; el de 10ms mostraba una diferencia que iba de arriba a la izquierda hacia abajo a la derecha; la diferencia del de 10s era muy pequeña. Los flats calibrados de todas las duraciones quedaban en el histograma más o menos en la misma posición, ligeramente a la izquierda del centro, sin que se recortara información, lo que indica que los ajustes de captura eran correctos.

La conclusión: dejando de lado otras variables, este sistema rinde mejor con flats de 5s, y 10s también va muy bien, solo que lleva más tiempo. Conviene advertir que esta «duración óptima» es el resultado de un sistema concreto; si cambias de equipo, tendrás que medir otra vez desde cero.

¿Panel de luz o flats de cielo?

Solo si la apertura del telescopio es demasiado grande me plantearía usar flats de cielo. Los flats de cielo tienen no pocos problemas: la controlabilidad es peor tanto en las estrellas (en los flats de cielo suelen aparecer estrellas brillantes) como en el brillo (cada frame sale con un brillo distinto). Hoy, cuando los LED regulables están tan extendidos, para telescopios de menos de 25 cm un panel de luz es lo más sencillo para tomar flats: puedes tomarlos en cualquier parte y, si uno sale mal, repetirlo al instante, así que de verdad no hay excusa para no hacer flats. Si de veras tienes que usar el cielo, yo usaría una placa de plástico blanco lechoso y no una camiseta blanca. En cuanto al número de flats, con 5 a 10 basta más o menos; la clave no está en la cantidad, sino en tomarlos correctamente.

En cuanto a cómo regular el panel, también lo he probado: comparé flats de 1s tomados con regulación PWM (que parpadea) frente a flats de 4s tomados añadiendo una placa de densidad neutra. Aunque en el frame de 1s el bandeado del PWM se veía claramente, tras la integración el bandeado desaparecía, y al dividir entre el máster flat de 4s el resultado salía blanco, lo que significa que casi no había diferencia. Así que la regulación PWM es viable (la regulación por voltaje, que no parpadea, es por supuesto lo ideal); para ahorrar tiempo, tomar solo flats de 1s —y los flat darks también de 1s— parece bastar.

CMOS refrigerada: calibra los flats con flat darks, por favor

Este punto merece un énfasis especial: si usas una cámara CMOS refrigerada, calibra tus flats con la corriente de oscuridad del flat (el dark de tus flats), no con bias. El bias por lo general no calibra bien los flats, y si los flats no quedan bien calibrados, al final la calibración de los lights fallará. El resultado más común de unos flats mal calibrados es una sobrecorrección cuando vas a calibrar los lights, con las cuatro esquinas volviéndose claras.

La trampa de visualización de los flats con DSLR

Si tomas flats con una DSLR (sobre todo Nikon), quizá te lleves un susto: aunque en la cámara o en Photoshop se ven claros, en PixInsight están completamente negros.

El motivo es que datos de 14 bits van metidos en un contenedor de archivo de 16 bits, así que, para que se muestren correctamente, el primer paso es usar la herramienta Histogram para ajustar el punto blanco a 0.25. Esto es puramente un problema de visualización y no afecta a los datos en sí. (Grabé un vídeo tomando como ejemplo una Nikon D810 Astro mod, en el que muestro todo el procedimiento.)

Darks: caducan, acuérdate de renovarlos

Los darks no son algo que tomas una vez y usas para siempre. Una vez un compañero de afición calibró con los mismos darks viejos y los resultados no fueron buenos; al preguntarle, resultó que los darks se habían tomado a principios de año, lo que confirma una vez más que los darks hay que renovarlos periódicamente: un mismo lote debería volver a tomarse al cabo de unos tres meses. Si cada vez que calibras aparece algún pequeño problema, puedes comprobar si los valores de brillo de los píxeles de los darks viejos y los nuevos son parecidos, y con eso juzgar si los darks han envejecido.

También merece la pena conocer los darks de distintas duraciones de exposición. He visto un juego de másters dark de una QHY 268C (Sony IMX 571) que iban de 0 a 600 segundos, y el valor de fondo apenas cambiaba fuera cual fuera la duración (todos en torno a 0,0075); la diferencia apreciable era que el brillo de los píxeles calientes aumentaba con la duración. De aquí sale una conclusión práctica: si tratas los píxeles calientes por separado (por ejemplo con Cosmetic Correction), entonces, aunque te encuentres con darks cuya duración no cuadra con la de tus lights, aún puedes usarlos para calibrar los lights.

Por cierto, en mis primeros años, cuando estudiaba los frames de calibración, me llevé un buen chasco con un problema de darks: tras la calibración, el registro y la integración descubrí señales de sobrecorrección o corrección insuficiente del flat, rehíce el máster flat entero desde cero y solo al final de todo me di cuenta de que el problema estaba en realidad en los darks.

Una lección clásica: un bias mal tomado arruina toda la integración

Para terminar, un caso que me dejó una honda impresión. Un conjunto de datos cuya integración fallaba sin más (en PixInsight) o salía incorrecta (en Astro Pixel Processor); al rastrear el origen, el culpable era un bias mal tomado.

Fue también la primera vez que me encontré con que un bias mal tomado tumbara una integración entera. Así que lo repito una vez más: con CMOS refrigeradas, calibra tus flats con flat darks, no con bias. Y un flat sin calibrar es básicamente una toma desperdiciada: solo le crea más problemas a la imagen calibrada. Toma bien tus frames de calibración primero; solo entonces hay algo más de que hablar.