Gestione dei difetti: defect column, hot/cold pixel, polvere e rumore da pixel caldi
Nel percorso della post-elaborazione astronomica non esistono mai dati perfetti, solo soluzioni trovate per i loro problemi. I frame di calibrazione eliminano gran parte dei difetti sistematici, ma qualcuno sfugge sempre alla rete: defect column, pixel difettosi, ombre di polvere, pixel caldi residui (hot pixels). Questo articolo raccoglie alcuni tipi di difetti comuni nella fase di pre-elaborazione, insieme al metodo di trattamento corrispondente a ciascuno.
Tre tipi comuni di difetti e le loro contromisure
Prima una tabella riassuntiva: questi sono i tre tipi di difetti in cui ci si imbatte più spesso nella pre-elaborazione, con il rispettivo principio di trattamento:
- defect column (righe difettose, comuni sui CCD): si eliminano con una Defect Map.
- hot / cold pixel (pixel caldi/freddi): si eliminano con i dark; ciò che i dark non riescono a togliere si tratta con Cosmetic Correction.
- dust shadow (ombra di polvere): si elimina con i flat; ciò che i flat non riescono a togliere si ripara dopo l’integrazione sostituendolo con un altro canale.
Di seguito approfondisco separatamente i due tipi più insidiosi.
Righe difettose (defect column): affidarsi alla Defect Map, non alla rejection
Le righe difettose sono più comuni sulle camere CCD e più rare su quelle CMOS. Per una certa CCD la sola creazione della Defect Map mi ha richiesto un’ora, perché aveva all’incirca 50 righe difettose (proprio quelle linee nere nell’inquadratura).
Qualcuno potrebbe chiedere: perché non fare semplicemente il reject durante l’integrazione? Perché non si riescono a eliminare con il reject: le righe difettose sono troppo scure; per rimuoverle con il pixel rejection bisognerebbe sacrificare parecchi altri pixel buoni, e per giunta il risultato è scadente. Il modo corretto è quindi creare una Defect Map per la camera, caricarla con il processo DefectMap e applicarla ai light che presentano righe difettose: così si riduce enormemente l’impatto delle righe, e il residuo che rimane lo si lascia comodamente rimuovere all’algoritmo di rejection durante l’integrazione. Questo metodo lo uso io stesso da sempre. Per esempio la CCD 16803 di «Latte» ha una riga difettosa evidente proprio al centro dell’inquadratura, più tre poco visibili, ed è trattata esattamente così.
Pixel caldi: vanno assolutamente eliminati prima della registrazione
Se i pixel caldi non vengono ripuliti bene nella fase dei dark e della Cosmetic Correction, causano grane del tutto inaspettate. Guardi questo esempio:
L’immagine di sinistra è prima della registrazione delle stelle, quella di destra dopo: perché nell’immagine di destra spunta una miriade di motivi simili a ciambelle? La risposta: quei punti bianchi non sono stelle, ma pixel caldi. Questi pixel caldi avrebbero dovuto essere eliminati durante la sottrazione dei dark e la Cosmetic Correction, ma non è stato così, e così, durante la registrazione delle stelle, l’algoritmo di interpolazione li ha «rimodellati» in forma di ciambella, che sono rimaste nell’immagine finale, e in numero tutt’altro che esiguo.
La buona notizia è che, con un numero sufficiente di frame e i parametri dell’algoritmo di rejection ben impostati, alla fine tutte quelle ciambelle sono state comunque eliminate del tutto. Ma questo illustra perfettamente il punto: i pixel caldi andrebbero eliminati per quanto possibile nella fase dei dark e della Cosmetic Correction, per evitare che il processo di registrazione li trasformi in qualcosa che disturba l’inquadratura; non si deve scaricare tutta la responsabilità sulla rejection successiva.
A proposito, se le pare che la Cosmetic Correction integrata in PixInsight non funzioni abbastanza bene, nella comunità c’è anche un appassionato (Roberto Sartori) che ha scritto del codice PixelMath per trattare gli hot and cold pixel. L’ho provato e, sorprendentemente, funzionava perfino meglio della Cosmetic Correction integrata: invidio davvero gli appassionati che sanno programmare.
Un caso estremo: i difetti combinati di un grande telescopio
Infine, vediamo un esempio estremo del tipo «tutti i difetti in una volta sola», proveniente da un grande telescopio della classe da 1 metro. Fotografare con un telescopio del genere in realtà non è affatto piacevole: usa una montatura altazimutale e un rotatore di campo, e quando si riprendono bersagli entro 20 gradi dallo zenit, per mantenere la posizione del bersaglio il rotatore di campo gira a velocità elevatissima, con la conseguenza che i raggi di diffrazione si sdoppiano, l’angolo dei raggi è diverso in ogni scatto, e a volte in una stessa foto ci sono perfino due raggi con angolazioni diverse.
In questa immagine c’è inoltre una defect column (il cui trattamento è relativamente semplice), e qualcosa che trasuda da un lato e che sembra AMP GLOW, con l’aspetto della muffa su una parete. Per questo tipo di difetti combinati non esiste una soluzione già pronta; non resta che scomporli uno per uno e affrontarli separatamente. Ed è anche questa la norma nella post-elaborazione astronomica: i dati perfetti non esistono, e ciò che possiamo fare è trovare per ogni singolo problema la sua soluzione.