Kalibratieframes in de praktijk: lights, darks, flats en bias goed gebruiken

De voorbewerking is een uiterst belangrijk onderdeel, en ik besteed hier meestal veel tijd aan. Afgezien van de kalibratieroutine zelf verwerk ik de meeste stappen handmatig, om zeker te weten dat elke schakel in de keten klopt — zo kan ik, zodra er iets misgaat, de oorzaak snel opsporen. En de kalibratieframes vormen juist het fundament van de voorbewerking. Dit artikel bundelt de valkuilen waar ik de afgelopen jaren in ben getrapt en het praktische begrip van kalibratieframes dat ik gaandeweg heb opgebouwd.

Lights, darks, flats, bias en dark flats: eerst goed onderscheiden

De vier grote kalibratieframes in de astrofotografie zijn de light (lichtframe), de dark, de flat en de bias, met daarbij nog de dark flat (de dark voor uw flats). Dit is het meest basale concept, en toch is het aantal mensen dat op de vraag “beschrijf kort het verschil tussen light, dark, flat, bias en dark flat” daadwerkelijk een helder antwoord kan geven kleiner dan u zou denken — veel mensen onthouden louter de namen, en dat staat niet gelijk aan begrijpen wat elk ervan eigenlijk doet.

De afbeelding hierboven is een uitleg die ik van RBA citeer; hij behandelt light, dark, bias en flat, en hoe deze kalibratieframes er onder normale omstandigheden gewoonlijk uitzien. De dark flat is, zoals gezegd, simpelweg de dark voor uw flats — pas er gewoon dezelfde redenering op toe als bij de darks. Wat u werkelijk moet onthouden, is welke soort defect elk ervan moet wegwerken: darks pakken de thermische ruis en de donkerstroom aan, flats de vignettering en de stofschaduwen, en biasframes de uitleesoffset.

De flats: het frame met het meeste om te leren

Van de vier kalibratieframes is de flat waarschijnlijk het frame dat het snelst problemen geeft — en het frame met het meeste om te leren.

Donuts en afschaduwingen in uw flats

Wanneer u in PixInsight de ScreenTransferFunction (STF) gebruikt om een flat op het scherm te stretchen en te inspecteren, zult u merken dat hij altijd vol ringvormige “donuts” zit — dat is in wezen stof in het lichtpad — en tegelijk ziet u de vignettering; gebruikt u een OAG, dan ziet u ook de schaduw van de afschaduwing door de OAG.

Juist daarom geldt: zodra er ook maar iets aan het optische systeem verandert — demontage en hermontage, aanpassing van de beelduitsnede, zelfs het bijstellen van een lensmasker — moet u uw flats opnieuw opnemen. Anders vallen de posities van de donuts of de afschaduwingen niet meer samen met de plekken die op de lights afgeschaduwd zijn, kan de kalibratie uiteraard niet slagen en levert ze in plaats daarvan allerlei bizarre artefacten na de kalibratie op.

De belichtingstijd kiezen: een praktijktest

Hoe lang moet een flat belicht worden? Ik heb er een praktijktest mee gedaan. De apparatuur was een 8-inch newton (gemodificeerd) met een ASI 2600MC. Bij dezelfde temperatuur nam ik flats en de bijbehorende dark flats op van 10ms, 1s, 5s en 10s, en na kalibratie controleerde ik de resultaten met het blote oog: de set van 5s was het best, terwijl bij zowel 10ms als 10s de randen oplichtten. Vervolgens deelde ik de flat van 5s door de flats van de andere tijden om te vergelijken: de set van 1s moet mislukt zijn, want gedeeld kwam hij in zijn geheel te donker uit; die van 10ms vertoonde een verschil dat van linksboven naar rechtsonder liep; het verschil bij 10s was zeer klein. De gekalibreerde flats van alle tijden lagen in het histogram op ongeveer dezelfde positie, iets links van het midden, zonder dat er informatie werd afgekapt, wat aangeeft dat de opname-instellingen correct waren.

De conclusie: als we andere variabelen buiten beschouwing laten, presteert dit systeem het best met flats van 5s, en 10s is ook heel goed, alleen kost het meer tijd. Let wel: deze “optimale belichtingstijd” is het resultaat voor één specifiek systeem; stapt u over op een andere opstelling, dan moet u opnieuw vanaf nul meten.

Lichtpaneel of hemelflats?

Alleen wanneer de opening van een telescoop te groot is, zou ik überhaupt hemelflats overwegen. Hemelflats kennen heel wat problemen: de beheersbaarheid is slechter, zowel wat de sterren betreft (op hemelflats duiken vaak heldere sterren op) als wat de helderheid betreft (elk frame komt met een andere helderheid uit). In deze tijd, waarin dimbare leds zo wijdverbreid zijn, is een lichtpaneel voor telescopen onder de 25 cm de eenvoudigste manier om flats op te nemen — u kunt overal opnemen en een mislukt frame meteen overdoen, dus er is echt geen excuus om geen flats te maken. Moet u werkelijk de hemel gebruiken, dan zou ik een melkwitte kunststofplaat gebruiken in plaats van een wit T-shirt. Wat het aantal flats betreft, is 5 tot 10 ongeveer genoeg; het gaat niet om de hoeveelheid, maar om ze correct op te nemen.

Wat de manier van dimmen van het paneel betreft, heb ik ook getest: ik vergeleek flats van 1s die met PWM-dimming (wat flikkert) waren opgenomen met flats van 4s die met een extra grijsfilterplaat waren opgenomen. Hoewel de PWM-strepen in het frame van 1s duidelijk zichtbaar waren, verdwenen ze na de integratie, en gedeeld door de master flat van 4s kwam het resultaat wit uit, wat betekent dat er vrijwel geen verschil was. PWM-dimming is dus werkbaar (spanningsdimming, die niet flikkert, is uiteraard ideaal); om tijd te besparen lijkt het te volstaan om alleen flats van 1s — en dark flats eveneens alleen van 1s — op te nemen.

Gekoelde CMOS: kalibreer flats alstublieft met dark flats

Dit punt verdient bijzondere nadruk: gebruikt u een gekoelde CMOS-camera, kalibreer uw flats dan alstublieft met de donkerstroom van de flats (de dark voor uw flats), niet met biasframes. Bias kan flats meestal niet correct kalibreren, en worden de flats niet correct gekalibreerd, dan mislukt uiteindelijk de kalibratie van de lights. Het meest voorkomende gevolg van slecht gekalibreerde flats is een overcorrectie op het moment dat u de lights kalibreert, waarbij de vier hoeken oplichten.

De weergavevalkuil bij DSLR-flats

Neemt u flats op met een DSLR (vooral een Nikon), dan schrikt u misschien: hoewel ze op de camera of in Photoshop helder ogen, zijn ze in PixInsight pikzwart.

De reden is dat 14-bits gegevens in een 16-bits bestandscontainer zitten, dus om ze correct weer te geven is de eerste stap om met het gereedschap Histogram het witpunt op 0.25 te zetten. Dit is puur een weergaveprobleem en heeft geen invloed op de gegevens zelf. (Ik heb met een Nikon D810 Astro mod als voorbeeld een instructievideo opgenomen waarin ik de volledige procedure demonstreer.)

De darks: ze verlopen — vergeet niet ze te vernieuwen

Darks zijn niet iets wat u één keer opneemt en voor altijd blijft gebruiken. Ooit had een medeliefhebber met dezelfde oude darks gekalibreerd en slechte resultaten gekregen; toen ik ernaar vroeg, bleek dat de darks aan het begin van het jaar waren opgenomen — wat nogmaals bevestigt dat darks periodiek moeten worden vernieuwd; eenzelfde batch zou na ongeveer drie maanden opnieuw opgenomen moeten worden. Als er bij elke kalibratie een klein probleem opduikt, kunt u nagaan of de pixelhelderheidswaarden van de oude en de nieuwe darks ongeveer gelijk zijn, en daaraan aflezen of de darks verouderd zijn.

Ook darks van verschillende belichtingstijden zijn de moeite van het kennen waard. Ik heb een set master darks van een QHY 268C (Sony IMX 571) van 0 tot 600 seconden bekeken, en de achtergrondwaarde veranderde vrijwel niet, ongeacht de tijd (alle rond de 0,0075); het zichtbare verschil was dat de helderheid van de hete pixels (hot pixels) met de tijd toenam. Hieruit volgt een praktische conclusie: behandelt u de hete pixels apart (bijvoorbeeld met Cosmetic Correction), dan kunt u darks nog steeds voor kalibratie gebruiken, zelfs als hun belichtingstijd een keer niet bij uw lights past.

Terzijde: in mijn beginjaren, toen ik de kalibratieframes bestudeerde, heb ik lelijk mijn vingers gebrand aan een darkprobleem: na kalibratie, uitlijning en integratie ontdekte ik tekenen van over- of ondercorrectie van de flat, maakte ik de hele master flat opnieuw vanaf nul, en pas helemaal aan het eind kwam ik erachter dat het probleem in werkelijkheid bij de darks lag.

Een klassieke les: een mislukte bias verpest de hele integratie

Tot slot een geval dat een diepe indruk heeft achtergelaten. Bij één set gegevens mislukte de integratie ronduit (in PixInsight) of kwam ze onjuist uit (in Astro Pixel Processor), en toen ik de zaak natrok, was de boosdoener een mislukt opgenomen biasframe (Bias).

Het was ook de eerste keer dat ik meemaakte dat een mislukte bias een hele integratie kon doen instorten. Dus ik zeg het nog één keer: kalibreer bij gekoelde CMOS uw flats met dark flats, niet met bias. En een niet-gekalibreerde flat is in wezen een verspilde opname — hij zorgt in het gekalibreerde beeld alleen maar voor meer problemen. Neem eerst uw kalibratieframes goed op; pas dan valt er over de rest iets te zeggen.