Frames de calibração na prática: usar bem lights, darks, flats e bias

O pré-processamento é uma parte importantíssima, e eu costumo dedicar-lhe muito tempo. Fora a própria rotina de calibração, faço a maioria dos passos à mão para garantir que cada elo da corrente esteja correto — assim, assim que algo dá errado, consigo rastrear a causa rapidamente. E os frames de calibração são justamente os alicerces do pré-processamento. Este artigo reúne as ciladas em que tropecei ao longo destes anos com os frames de calibração e a compreensão prática que fui acumulando.

Lights, darks, flats, bias e dark flats: primeiro distinga-os bem

Os quatro grandes frames de calibração da astrofotografia são o light, o dark, o flat e o bias, aos quais se soma o dark flat (o dark dos flats). É o conceito mais básico de todos e, no entanto, o número de pessoas que consegue responder com clareza a “descreva brevemente a diferença entre light, dark, flat, bias e dark flat” é menor do que se imaginaria — muita gente apenas decora os nomes, e isso não equivale a entender o que cada um deles de fato faz.

A imagem acima é uma explicação que cito de RBA; abrange lights, darks, bias e flats, além de como esses frames de calibração costumam se ver em condições normais. O dark flat, como já foi dito, não é mais que o dark dos flats: basta aplicar-lhe o mesmo raciocínio dos darks. O que de fato convém lembrar é qual classe de defeito cabe a cada um eliminar: os darks se ocupam do ruído térmico e da corrente escura, os flats da vinhetagem nos cantos e das sombras de poeira, e os bias do offset de leitura.

Os flats: o frame com mais coisa para aprender

Entre os quatro frames de calibração, o flat é provavelmente o que mais facilmente dá problema, e também o que tem mais coisa a ensinar.

Os donuts e as obstruções nos flats

Ao usar no PixInsight a ScreenTransferFunction (STF) para aplicar um stretch na tela e inspecionar um flat, você notará que ele está sempre cheio de anéis em forma de “donuts”: isso é, no fundo, poeira no caminho óptico; ao mesmo tempo, verá o fenômeno da vinhetagem e, se usar um OAG, verá também a sombra da obstrução do OAG.

Justamente por isso: assim que qualquer coisa muda no sistema óptico — desmontagem e remontagem, ajuste do enquadramento, até mesmo o ajuste de uma máscara da objetiva — é preciso refazer os flats. Caso contrário, as posições dos donuts ou das sombras de obstrução deixam de coincidir com as zonas obstruídas nos lights, a calibração naturalmente não pode dar certo e, em vez disso, gera todo tipo de fenômenos estranhos após a calibração.

Como escolher o tempo de exposição: um teste prático

Quanto tempo se deve expor um flat? Fiz um teste prático. O equipamento era um newtoniano de 8 polegadas (modificado) com uma ASI 2600MC. À mesma temperatura, fotografei flats — e os dark flats correspondentes — de 10ms, 1s, 5s e 10s e, depois de calibrá-los, inspecionei-os a olho nu: o conjunto de 5s era o melhor, enquanto tanto a 10ms quanto a 10s as bordas clareavam. Em seguida, dividi o flat de 5s pelos flats das outras durações para comparar: o conjunto de 1s deve ter saído mal, pois, ao dividi-lo, ficava inteiro escuro demais; o de 10ms mostrava uma diferença que ia do canto superior esquerdo para o inferior direito; a diferença do de 10s era muito pequena. Os flats calibrados de todas as durações ficavam no histograma mais ou menos na mesma posição, ligeiramente à esquerda do centro, sem que nenhuma informação fosse cortada, o que indica que os ajustes de captura estavam corretos.

A conclusão: deixando de lado as outras variáveis, este sistema rende melhor com flats de 5s, e 10s também vai muito bem, só que leva mais tempo. Convém lembrar que essa “duração ótima” é o resultado de um sistema específico; trocando de equipamento, é preciso medir tudo de novo desde o começo.

Painel de luz ou flats de céu?

Só se a abertura do telescópio for grande demais é que eu consideraria usar flats de céu. Os flats de céu têm não poucos problemas: a controlabilidade é pior tanto nas estrelas (nos flats de céu costumam aparecer estrelas brilhantes) quanto no brilho (cada frame sai com um brilho diferente). Hoje, quando os LEDs reguláveis estão tão difundidos, para telescópios abaixo de 25 cm um painel de luz é o meio mais simples de fazer flats — dá para fotografá-los em qualquer lugar e, se um sair mal, refazê-lo na hora, então realmente não há desculpa para não fazer flats. Se você realmente tiver de usar o céu, eu usaria uma placa de plástico branco leitoso, e não uma camiseta branca. Quanto ao número de flats, de 5 a 10 basta mais ou menos; o ponto não está na quantidade, mas em fotografá-los corretamente.

Quanto ao modo de regular a intensidade do painel, também testei: comparei flats de 1s feitos com regulação PWM (que pisca) com flats de 4s feitos acrescentando uma placa de densidade neutra. Embora no frame de 1s as faixas do PWM fossem claramente visíveis, depois da integração as faixas desapareciam e, ao dividir pelo master flat de 4s, o resultado saía branco, o que significa que quase não havia diferença. Portanto, a regulação PWM é praticável (a regulação por voltagem, que não pisca, é claro que é o ideal); para economizar tempo, fotografar apenas flats de 1s — e os dark flats também só de 1s — parece bastar.

CMOS refrigerada: por favor, calibre os flats com a corrente escura dos flats

Este ponto merece ênfase especial: se você usa uma câmera CMOS refrigerada, calibre os flats com a corrente escura dos flats (o dark dos flats), e não com bias. O bias geralmente não consegue calibrar os flats corretamente, e, se os flats não forem calibrados corretamente, no fim a calibração dos lights falhará. O resultado mais comum de flats mal calibrados é uma sobrecorreção na hora de calibrar os lights, com os quatro cantos ficando claros.

A armadilha de exibição dos flats com DSLR

Se você fotografa flats com uma DSLR (sobretudo Nikon), pode levar um susto: embora na câmera ou no Photoshop pareçam claros, no PixInsight ficam completamente pretos.

O motivo é que dados de 14 bits vão metidos num contêiner de arquivo de 16 bits, de modo que, para exibi-los corretamente, o primeiro passo é usar a ferramenta Histogram para ajustar o ponto de branco a 0.25. Isso é puramente um problema de exibição e não afeta os dados em si. (Gravei um vídeo de operação tomando como exemplo uma Nikon D810 Astro mod, no qual mostro todo o procedimento.)

Os darks: expiram, lembre-se de renová-los

Os darks não são algo que você fotografa uma vez e usa para sempre. Certa vez um colega de hobby calibrou com os mesmos darks antigos e os resultados não foram bons; ao perguntar, descobri que os darks tinham sido feitos no início do ano — o que confirma mais uma vez que os darks precisam ser renovados periodicamente: um mesmo lote deveria ser refeito depois de cerca de três meses. Se a cada calibração aparece algum probleminha, você pode verificar se os valores de brilho dos pixels dos darks antigos e dos novos são parecidos, e com isso julgar se os darks envelheceram.

Os darks de diferentes durações de exposição também valem a pena conhecer. Já vi um conjunto de master darks de uma QHY 268C (Sony IMX 571) que iam de 0 a 600 segundos, e o valor de fundo quase não mudava, independentemente da duração (todos em torno de 0,0075); a diferença perceptível era que o brilho dos pixels quentes (hot pixels) aumentava com a duração. Daí se tira uma conclusão prática: se você trata os pixels quentes separadamente (por exemplo, com Cosmetic Correction), então, mesmo que se depare com darks cuja duração não corresponde à dos seus lights, ainda pode usá-los para calibrar os lights.

A propósito, nos meus primeiros anos, quando estudava os frames de calibração, saí no prejuízo por causa de um problema de dark: depois da calibração, do alinhamento e da integração, notei sinais de sobrecorreção ou de correção insuficiente do flat, refiz o master flat inteiro desde o começo e só bem no fim me dei conta de que o problema estava, na verdade, nos darks.

Uma lição clássica: um bias mal feito faz toda a integração fracassar

Para terminar, um caso que me deixou uma impressão profunda. Um conjunto de dados cuja integração simplesmente fracassava (no PixInsight) ou saía incorreta (no Astro Pixel Processor); ao rastrear a origem, o culpado era um frame de bias (Bias) mal feito.

Foi também a primeira vez que me deparei com um bias mal feito capaz de derrubar uma integração inteira. Por isso repito mais uma vez: com CMOS refrigerada, calibre os flats com a corrente escura dos flats, não com bias. E um flat não calibrado é basicamente uma foto desperdiçada: só cria mais problemas na imagem calibrada. Fotografe corretamente os seus frames de calibração primeiro; só então há algo mais a discutir.