Transcript Astrofotografia con reflex digitali e camere CCD

Astrofotografia con reflex digitali
e camere CCD
Acquisizione e post produzione
•Alta risoluzione
•Assenza di rumore fotografico
•Tridimensionalità immagine
•Grana evidente
•Singole pose troppo lunghe
•Costo
•Difficoltà di reperibilità
Pellicola Vs sensore
•Versatilità
•Relativa facilità di utilizzo
•Alta dinamica di acquisizione
•Rumore fotografico
•costo
A conti fatti il sensore è molto più conveniente, e ci permette di registrare
molte più informazioni
=
Ma cos’è un sensore fotografico?
CCD: (Charge-Coupled Device, in italiano dispositivo a
carica accoppiata) consiste in un circuito integrato in grado
di accumulare una carica elettrica proporzionale all'intensità
della radiazione elettromagnetica che lo colpisce.
CMOS: acronimo di complementary metal-oxide
semiconductor, è un tipo di tecnologia utilizzata
in elettronica per la progettazione di circuiti integrati, alla cui
base sta l'uso dell‘invertitore a transistor mosfet.
Rumore fotografico
per la sua struttura fisica intrinseca, ogni sensore produce un certo disturbo,
dovuto al surriscaldamento degli elettroni che restano impressionati sulla
matrice fotografica come puntini colorati
Rapporto segnale\rumore
Mediando più files riusciamo a ottenere un’immagine finale meglio
definita e ricca di segnale
?
Maschera di bayer
Il guadagno
luminoso è
3 volte maggiore
Sensore FOVEON
Radiazione luminosa
Modificare una reflex digitale
Gli oggetti celesti emettono per gran parte in Ha. Si deve
permettere alle reflex digitali di essere permeabili a tale radiazione.
Lo si fa sostituendo il filtro IR standard della reflex, che funziona anche come filtro low-pass.
Il CCD astronomico
è un sensore CCD appositamente
progettato per l’astrofotografia.
Infatti riesce a distinguere ben 65536 livelli di
grigio ( range dinamico )
DR = FWC / RON
Vantaggi del CCD astronomico
Alta sensibilità
Sensore monocromatico
Grande gamma dinamica
Possibilità di remotizzazione
In particolare poter remotizzare lo strumento di ripresa consente di
evitare dei fastidiosi mossi, programmare le sessioni osservative e…
stare al riparo nelle rigide serate invernali !
Quali sono i difetti di un CCD e come eliminarli
Rumore fotografico
Dark frame
Vignettatura e
Sporcizia sul sensore
Flat field
Luminosità di fondo cielo
e rapporto
Segnale\rumore
Somma di più esposizioni
Poca tridimensionalità
dell’immagine
Filtri tridimensionali e\o
algoritmi
matematici
Dark frame:
È un fotogramma dove
restano impressionati soltanto
gli elettroni che si producono
con pose lunghe e\o alte
sensibilità. È il noto “rumore”
che appare come una miriade
di puntini colorati che
disturbano l’immagine.
Come ottenere un dark frame
Molto semplicemente si ottiene esponendo con lo strumento di ripresa tappato per
un periodo di tempo uguale a quello di esposizione. Ci saranno di conseguenza
molti dark frames diversi in base alle esposizione che faremo per i vari soggetti.
In fase di post produzione andremo
a SOTTRARRE il dark a ogni singola
immagine acquisita
-
=
Flat field
Immagine di campo piatto.
È un’immagine
che evidenzia imperfezioni
ottiche come la vignettature
ed eventuali granelli di polvere sul
sensore e differenze del gradiente di
luce sul sensore.
Come ottenere una flat field
In teoria una flat field perfetta si
ottiene fotografando una
sorgente di luce uniforme con le
stesse ottiche di ripresa e la
stessa messa a fuoco di quando
si riprende un oggetto, fino ad
ottenere un intensità massima
pari alla metà circa della full well
capacity del CCD.
•
•
•
•
•
Flat di cupola
Flat cielo
Flat parete
Flat maglietta
Flat box
In pratica si riprende una sorgente di luce uniformemente illuminata per un
tempo sufficiente a mostrare le imperfezioni del sensore.
In fase di post produzione è buona norma mediare più immagini di flat field
fino ad ottenere una master flat, un file con un miglior rapporto segnalerumore. Ogni singola ripresa verrà poi DIVISA per questo file.
/
=
Somma di più scatti
+
+
+
=
La somma di più riprese è di fondamentale importanza per
migliorare la qualità delle immagini. Infatti mediando più scatti si
riesce ad ottenere un ottimo rapporto segnale/rumore, e in seguito
avere molto segnale ci sarà estremamente utile per estrapolare
anche i dettagli più nascosti di ciò che stiamo riprendendo.
Principali tipi di fotografia astronomica
Deep sky
planetaria
solare
Differenze di acquisizione e di post produzione
Stazionamento della montatura e inseguimento delle
stelle
La Terra ruota su se stessa in circa 24 ore, quindi il cielo, che invece è fisso, ci apparirà
in movimento e nel corso della notte le stelle e i pianeti cambieranno
apparentemente la loro posizione.
Il telescopio o la macchina fotografica devono seguire questo moto
apparente
Per fare astrofotografia deep sky questo non basta
L’inseguimento deve essere PERFETTO
Ci si serve dell’ausilio di una “autoguida”
L’autoguida invia tramite pc un input alla montatura del telescopio
Correggendo automaticamente il piccoli errori di inseguimento
Acquisizione e post produzione di immagini
deep sky con reflex digitali
Messa a fuoco e inquadratura
Se si scatta con l’obbiettivo autofocus basta puntare una stella luminosa,
bloccare la messa a fuoco e spostarsi sul soggetto da riprendere
Nel caso si utilizzi il telescopio come obbiettivo, si mette a fuoco
manualmente su una stella luminosa e poi ci si sposta sul soggetto da
riprendere. Un buon metodo per aiutarsi è il cartoncino con 2 fori
diametralmente opposti
.
Se l’immagine è sfuocata la luce
proveniente
Dalla stella viene divisa in 2 fasci di luce:
vedremo la stella sdoppiata
In 2 punti distanti. Via via che la messa a
fuoco migliora questi 2 punti si
avvicineranno
Fino a combaciare in un’unica sorgente
luminosa: l’immagine è perfettamente a
fuoco.
I soggetti astronomici sono di più difficile ripresa di quelli diurni, bisognerà pertanto
cercare di evitare già in fase di acquisizione difetti come vignettatura e distorsione ai
margini del campo
È buona norma mettere il soggetto il più possibile al centro dell’inquadratura
In oltre il telescopio non è dotato di zoom:
dobbiamo calcolare il campo inquadrato e sfruttarlo al meglio
Campo
Inquadrato =
(in primi d’arco)
Dim.sens. (mm) x 3438
Lung. Focale (mm)
Se la reflex lo permette si deve scattare in RAW
•
•
•
•
Possibilità di eseguire il bilanciamento del bianco
Maggiore range dinamico
Immagine non ancora interpolata
Maggiore efficacia dei filtri digitali
Si imposta sulla ghiera dei tempi la funzione posa B e
con le dovute accortezze si avvia l’esposizione
L’esposizione, come nella fotografia tradizionale, varia da
situazione a situazione. L’unico aiuto che possiamo avere è il
rapporto con la magnitudine apparente. Il resto lo fa
l’esperienza.
Se abbiamo lavorato
bene, questo è quello che
ci su può aspettare da un
file RAW di una reflex
400 sec 400 ISO Nikon D700 Meade 480 mm f/6.3
a questo punto inizia il lavoro di post produzione
•
•
•
•
•
Bilanciamento del bianco
Filtri accentua passaggio
Mascherature di livello
Correzione selettiva di curve, livelli e
saturazione
Bilanciamento colore e ritaglio finale
N.B. Questa è una singola foto e non ha subito i processi di calibrazione
precedentemente descritti. Di seguito il procedimento che è possibile applicare prima
prima dei passaggi sopra riportati e che vengono effettuati in Photoshop
Ecco quello che si può ottenere solo con un cavalletto, uno scatto flessibile e
un buon grandangolo
La Via Lattea estiva in zona Sagittario ripresa da Cavarzano e da Pejo
Via Lattea in zona Cigno, con in evidenza le nebulose Nord America e Pellicano
Acquisizione di immagini e post produzione con CCD
astronomico
Introduzione del software Maxim DL
Per poter usare un CCD
astronomico, l’auto
guida, poter calibrare le
immagini in modo
matematico
e successivamente post
produrle al meglio, è
necessario un
programma dedicato. Di
seguito useremo Maxim
DL
La messa a fuoco via pc è più semplice e precisa
Una volta connesso il CCD a MaximDL
Si sceglie dal menù la funzione FOCUS
Verranno scattate foto in rapida successione
Con un tempo breve per permetterci di agire
Sul fuocheggiatore del telescopio
Successivamente la funzione INSPECT
Ci indicherà matematicamente tramite
Un grafico la messa a fuoco ottimale
Posizionato il telescopio e collegati CCD e autoguida, eseguita una
scrupolosa messa a fuoco, si lancia il programma e tramite l’interfaccia di
seguito riportata si potrà programmare la sessione osservativa
A questo punto, inquadrato l’oggetto il computer si occuperà
di effettuare le riprese per il numero di scatti e per il tempo preimpostato
A questo punto l’acquisizione è ultimata. Avremo almeno 10 immagini
uguali dell’oggetto in questione che saranno simili a questa
Il formato di acquisizione è il FITS Flexible Image Transport System,
formato usato per le immagini scientifiche che
permette di includere nel file informazioni come ad esempio calibrazioni fotometriche o spaziali.
Il CCD acquisisce più di 65000 livelli di scala di grigio, ma il segnale va decompresso
Ogni singola immagine va ora calibrata: dobbiamo
eliminare i difetti e poi sommarle matematicamente.
[(Immagine – dark) / flat ] + [(Immagine – dark) / flat ] + [(Immagine – dark) / flat ]
Con la funzione SET CALIBRATION
si impostano i files di DARK e di Flat
E il programma, in automatico, si
occuperà delle operazioni
Adesso le immagini vanno sommate per migliorare il rapporto
segnale/rumore
Sempre via software si procede con la somma matematica delle immagini,
Che vanno comunque prima allineate fra di loro
Siamo finalmente pronti per decompattare il segale e rendere
visibili all’occhio i 65000 livelli di grigio
Si usa il filtro DDP di sviluppo digitale.
Saremo così in grado di “aprire” il grafico
E aumentare il range dinamico dell’immagine
Per ricavare il massimo segale si deve gestire al meglio i valori di
background e mid-level
Un buon punto di partenza per regolare questi due valori è misurare la media del
livello background
Col cursore si punta lo sfondo, e nella casella dei dati appare il
valore che stiamo cercando
Una volta a conoscenza di questo valore inseriremo una cifra di 200 punti inferiore
nel background e una doppia nel mid-level
Successivamente regoleremo
manualmente i due valori a
nostro piacimento fino a
ottenere un grafico simile a
quello che segue
Che produce un immagine finale di questo genere
Immagine compressa e decompressa a confronto
Il passo successivo è applicare dei filtri tridimensionali e delle
maschere di contrasto
Il “local adaptive filter” è lo strumento che fa al caso nostro. In sostanza
È un filtro che aumenta il contrasto locale, svelando anche le strutture
Più nascoste ed elusive dell’immagine
Bene, adesso la nostra immagine in scala di grigio è finita.
Possiamo lasciarla così, o trasformarla in una a colore.
Il sensore del nostro CCD è monocromatico.
Come facciamo ad ottenere un immagine a colori?
Ci si serve di un set di filtri colorati: ne serve uno per ogni
canale colore R G B oltre a uno di luminanza
Ancora migliore è l’uso dei filtri interferenziali a banda stretta: sono filtri che lasciano
passare solo alcune lunghezze d’onda, come per esempio Ha e OIII, bloccando tutte
le luci parassita. Comprese quelle artificiali dei lampioni.
In più conferiscono una straordinaria tridimensionalità all’immagine, e
accuratezza scientifica
A ogni filtro viene assegnato un canale colore
Corrispondente alla lunghezza d’onda di emissione
Idrogeno Ha = R
SII = G
Ossigeno OIII = B
Ha+SII+OIII = L
Per ogni filtro che usiamo dobbiamo produrre una serie di immagini con la
metodologia precedentemente descritta. Alla fine avremo 4 immagini in scala di
grigio che mostreranno dettagli diversi dell’oggetto ripreso
luminanza
Ha
SII
OIII
Una volta acquisite queste immagini possiamo combinare il colore
Tramite Photoshop
Si crea un nuovo file in RGB delle stesse dimensioni di quelli in nostro
possesso. Andiamo nel menù CANALI e copiamo le nostre immagini
all’interno dello spazio corrispondente
Finalmente avremo un’immagine a colori!
In MaximDl
Si apre il menù “combine color” e nelle finestre dei canali
si aprono i files corrispondenti
Possiamo ultimare le correzioni del colore e aggiungere maschere di livello
tridimensionali con photoshop
Il risultato finale sarà questo
Acquisizione e post produzione di immagini planetarie
I pianeti sono oggetti con ridotte dimensioni angolari:
serve un obiettivo con una focale molto lunga
e un rapporto focale abbastanza chiuso per garantire nitidezza
Obiettivo fotografico 300 mm
Telescopio 14” 4000 mm
Riprendere i pianeti non è cosa semplice. Si devono effettuare riprese in alta
risoluzione e le condizioni atmosferiche devono essere perfette
Fino a una decina di anni fa
si usavano le reflex
Ma questo sistema ha dei grossi difetti
•Vibrazioni
•Turbolenza atmosferica
•Bassissimo rapporto segnale\rumore
Il miglior modo è usare una webcam o
una telecamera in alta risoluzione dedicata
Si gira un mini filmato, tramite il quale in pochi minuti si riesce
ad acquisire centinaia di fotogrammi
Il trucco è sempre quello di sovrapporre il maggior numero possibile di immagini per
migliorare il rapporto segnale\rumore, ed estrapolare poi più dettagli possibili
RegiStax è il
programma adatto a
questo scopo. Ci
permette di sommare
automaticamente
centinaia di immagini in
pochi minuti,
operazione che
altrimenti sarebbe quasi
impossibile
Il programma ci mette a disposizione anche una serie di algoritmi matematici,
Di facile utilizzo perché presentati come semplici cursori
Che ci permettono di trasformare l’immagine di partenza
In questo
Per ottenere il colore si usa il metodo descritto in precedenza, e
il risultato è questo
R
G
B
RGB
Fotografia solare
Mai osservare il sole DIRETTAMENTE attraverso
un telescopio o binocolo
Né riprenderlo con sensori digitali
È assolutamente necessario l’uso di un filtro da porre davanti all’obiettivo
Per il resto ci si comporta come per la fotografia
planetaria
Luce visibile
Ha