Cadrele de calibrare în practică: folosirea corectă a cadrelor light, dark, flat și bias

Preprocesarea este o etapă extrem de importantă și, de obicei, îi dedic mult timp. În afară de procesul de calibrare, majoritatea pașilor îi realizez manual, ca să mă asigur că fiecare etapă este corectă – astfel, dacă apare o problemă, pot găsi rapid cauza. Iar cadrele de calibrare (calibration frame) reprezintă tocmai fundația preprocesării. Acest articol adună capcanele în care am căzut de-a lungul anilor legate de cadrele de calibrare și înțelegerea practică pe care am acumulat-o.

Light, dark, flat, bias și flat dark: să clarificăm mai întâi termenii

Cele patru cadre de calibrare de bază în astrofotografie sunt cadrul light, cadrul dark, cadrul flat și cadrul bias, la care se adaugă cadrul flat dark (adică cadrul dark al cadrului flat). Acesta este conceptul cel mai elementar, dar numărul celor care pot explica clar întrebarea „Descrieți pe scurt diferența dintre cadrul light, cadrul dark, cadrul flat, cadrul bias și cadrul flat dark” este mai mic decât v-ați aștepta – mulți doar rețin denumirile, ceea ce nu înseamnă că înțeleg ce face fiecare dintre ele.

Imaginea de mai sus este o explicație pe care o citez de la RBA, acoperind explicațiile pentru cadrul light, cadrul dark, cadrul bias și cadrul flat, precum și modul în care arată de obicei aceste cadre de calibrare. Cadrul flat dark, așa cum am menționat, este pur și simplu cadrul dark al cadrului flat – conceptul este identic cu cel al cadrului dark. Ce merită cu adevărat reținut este ce tip de defect elimină fiecare dintre ele: cadrul dark se ocupă de zgomotul termic și de curentul de întuneric, cadrul flat se ocupă de vignetare și de umbrele de praf, iar cadrul bias se ocupă de offsetul de citire.

Cadrul flat: cel cu cele mai multe de învățat

Dintre cele patru cadre de calibrare, cadrul flat este probabil cel mai predispus la probleme și, în același timp, cel cu cele mai multe de învățat.

„Gogoșile” și obstrucțiile din cadrul flat

Dacă folosiți procesul ScreenTransferFunction (STF) din PixInsight pentru a face un stretch pe ecran și examinați cadrul flat, veți observa că acesta este mereu plin de inele numite „gogoși” – acestea sunt, în esență, praf aflat pe traseul optic; în același timp veți observa și fenomenul de vignetare, iar dacă folosiți un OAG, veți vedea și umbra de obstrucție a OAG-ului.

Tocmai de aceea, de fiecare dată când sistemul optic suferă vreo modificare – demontare și remontare, ajustarea câmpului imaginii sau chiar reglarea unei măști de obiectiv – cadrele flat trebuie refotografiate. În caz contrar, poziția gogoșilor sau a umbrelor de obstrucție nu se va potrivi cu zona obstrucționată din cadrul light, calibrarea nu va putea reuși, ci va genera tot felul de fenomene ciudate după calibrare.

Cum alegeți timpul de expunere: un test practic

Cât timp trebuie expus cadrul flat? Am făcut un test practic. Echipamentul a fost un Newton de 8“ (modificat) cu o cameră ASI 2600MC; la aceeași temperatură am fotografiat cadre flat de 10 ms, 1 s, 5 s și 10 s, împreună cu cadrele flat dark corespunzătoare, iar după calibrare am verificat cu ochiul liber. Am constatat că starea cea mai bună a fost la 5 s, în timp ce la 10 ms și la 10 s marginile se luminau. Apoi am împărțit cadrul flat de 5 s la cadrele flat cu celelalte durate, ca să le compar: seria de 1 s părea să fi fost o fotografiere ratată, rezultatul împărțirii ieșind aproape complet negru; la 10 ms exista o diferență în diagonală, de la stânga sus la dreapta jos; la 10 s diferența era foarte mică. La cadrele flat calibrate pentru fiecare durată, poziția din histogramă era aproximativ aceeași, ușor deplasată spre stânga față de centru, și nicio informație nu era tăiată, ceea ce arată că setările de fotografiere au fost corecte.

Concluzia este: fără a lua în calcul alți factori variabili, pentru acest sistem cadrul flat de 5 s este cel mai bun, iar cel de 10 s este de asemenea foarte bun, doar că necesită mai mult timp. Trebuie subliniat că acest „număr optim de secunde” este rezultatul unui sistem specific – cu un alt echipament, testul trebuie refăcut.

Panou de lumină sau cerul?

Doar dacă diametrul telescopului este prea mare, aș lua în considerare folosirea cerului pentru cadrul flat. Cadrul flat făcut cu cerul are destul de multe probleme: atât controlul stelelor (pe cadrele flat cu cerul apar adesea stele strălucitoare), cât și controlul luminozității (luminozitatea diferă de la un cadru la altul) sunt mai greu de stăpânit. În era actuală, când LED-urile reglabile sunt atât de răspândite, pentru telescoapele sub 25 cm cea mai simplă metodă este cadrul flat cu panoul de lumină – poate fi fotografiat oriunde, iar dacă un cadru iese greșit, poate fi refăcut imediat, așa că nu există niciun motiv real să nu fotografiați cadre flat. Dacă totuși folosiți cerul, aș recomanda o placă de plastic alb-lăptoasă, nu un tricou alb. În privința numărului de cadre flat, 5-10 cadre sunt de obicei suficiente – accentul nu cade pe cantitate, ci pe a le fotografia corect.

Cât despre modul de reglare a luminozității panoului, am testat și asta: am fotografiat un cadru flat de 1 s cu reglare prin PWM (care pâlpâie) și l-am comparat cu un cadru flat de 4 s fotografiat cu o placă de reducere a luminii adăugată. Deși pe imaginea de 1 s se vedeau clar dungile date de PWM, după stacking dungile dispăreau, iar prin împărțirea la fișierul master flat de 4 s rezultatul era alb, ceea ce arată că diferența era aproape inexistentă. Așadar, reglarea prin PWM este viabilă (desigur, reglarea prin tensiune, care nu pâlpâie, rămâne ideală); pentru a economisi timp, pare suficient să fotografiați doar un cadru flat de 1 s, iar cadrul flat dark tot de 1 s.

CMOS răcit: calibrați cadrul flat cu curentul de întuneric al acestuia

Trebuie subliniat acest punct: dacă folosiți un CMOS răcit, calibrați cadrul flat cu curentul de întuneric al cadrului flat (adică cadrul flat dark), nu cu cadrul bias. Cadrul bias, de obicei, nu poate calibra corect cadrul flat, iar dacă cadrul flat nu este calibrat corect, calibrarea cadrului light va eșua în final. Rezultatul unei calibrări greșite a cadrului flat este de obicei o supracorecție la calibrarea cadrului light, cele patru colțuri devenind mai luminoase.

Capcana de afișare a cadrelor flat de la DSLR

Dacă fotografiați cadre flat cu un DSLR (mai ales Nikon), s-ar putea să vă surprindeți: pe cameră sau în Photoshop imaginea pare clar luminoasă, dar în PixInsight apare complet neagră.

Motivul este că datele pe 14 biți sunt stocate într-un container de fișier pe 16 biți, așa că, pentru o afișare corectă, primul pas este să ajustați punctul alb la 0.25 cu instrumentul Histogram. Este pur și simplu o problemă de afișare și nu afectează datele în sine. (Am înregistrat un videoclip demonstrativ folosind un Nikon D810 Astro mod ca exemplu, în care arăt toți pașii.)

Cadrul dark: expiră, nu uitați să îl actualizați

Cadrul dark nu este ceva ce fotografiați o singură dată și folosiți la nesfârșit. Odată, un coleg pasionat a calibrat cu același cadru dark și a obținut un rezultat slab; întrebându-l, am aflat că fusese fotografiat la începutul anului – asta confirmă din nou că cadrul dark trebuie reînnoit periodic, iar același set de cadre dark ar trebui refotografiat cam la trei luni. Dacă după fiecare calibrare rămâne o problemă minoră, puteți verifica dacă valorile de luminozitate ale pixelilor din cadrul dark vechi și din cel nou sunt apropiate, pentru a judeca dacă acesta s-a degradat.

Merită cunoscute și cadrele dark cu durate de expunere diferite. Am văzut un set de fișiere master dark QHY 268C (Sony IMX 571) de la 0 la 600 de secunde, la care valoarea de fundal rămânea aproape neschimbată indiferent de durată (toate în jur de 0.0075); diferența vizibilă era că luminozitatea hot pixelilor creștea odată cu durata. De aici rezultă o concluzie practică: dacă tratați separat hot pixelii (de exemplu, cu Cosmetic Correction), cadrul dark poate fi folosit pentru calibrarea cadrului light chiar dacă durata sa nu corespunde temporar cu cea a cadrului light.

Ca o mențiune în plus, în primii ani în care studiam cadrele de calibrare, am avut și eu de suferit din cauza unei probleme cu cadrul dark: după calibrare, aliniere și stacking, am observat că cadrul flat era supracorectat sau subcorectat, așa că am refăcut complet fișierul master flat, iar abia la final mi-am dat seama că problema era de fapt în cadrul dark.

O lecție clasică: un cadru bias ratat duce la eșecul întregului stacking

În final, iată un caz care mi-a rămas puternic în memorie. Un set de date a dus fie la eșecul direct al stackingului (în PixInsight), fie la un rezultat incorect (în Astro Pixel Processor); urmărind cauza, vinovatul s-a dovedit a fi un cadru bias ratat.

A fost și prima dată când am întâlnit o situație în care un cadru bias ratat a dus la eșecul întregului stacking. Așa că mai repet o dată: pentru un CMOS răcit, calibrați cadrul flat cu curentul de întuneric al cadrului flat, nu cu cadrul bias. Iar un cadru flat necalibrat este practic o fotografiere degeaba, care nu face decât să genereze și mai multe probleme în imaginea calibrată. Doar dacă cadrele de calibrare sunt fotografiate corect, abia atunci merită discutat restul.