Darky, flaty a biasy: co vlastně opravují

Každý astrofotografický návod ti řekne, ať fotíš darky, flaty a biasy. Skoro žádný neřekne, co který z nich odstraňuje, takže většina lidí buď fotí všechny tři z pověrčivosti, nebo všechny tři vynechá ze zmatku. Obojí je chyba a nejsou stejně velké – jeden z těch tří je mnohem důležitější než zbylé dva a není to ten, kterým začátečníci obvykle začínají.

Takže co vlastně který snímek dělá.

Tvůj čip lže třemi různými způsoby

Čip fotoaparátu nehlásí světlo, které na něj dopadlo. Hlásí světlo, které na něj dopadlo, plus sadu chyb – a každý kalibrační snímek míří na jednu konkrétní z nich.

Přidává teplo. Každý pixel hromadí náboj z tepelné energie i v naprosté tmě, a to tempem, které se zhruba zdvojnásobí na každých 6–7 °C. Za 300sekundovou expozici z toho naroste skutečný signál, který nemá s oblohou nic společného. Horší je, že se to tempo pixel od pixelu liší – některé pixely jsou mnohem teplejší než jejich sousedi, a odtud pocházejí ty barevné tečky.

Vinětuje a chytá prach. Tvoje optika dodá do středu políčka víc světla než do rohů, obvykle o 20–40 %. Prach na krycím skle čipu nebo na filtru vrhá měkké šedé kobliny. Ani jedno není na obloze, ale obojí je v každém snímku.

Má offset. Kamera přidává ke každému odečtu pevný podstavec, aby se šum nikdy neuřízl na nule. Ani ten podstavec není dokonale rovnoměrný – jsou v něm slabé vzory.

První chybu opraví darky. Druhou flaty. Třetí biasy.

Nejdůležitější jsou flaty

Jestli máš fotit jediný druh kalibračních snímků, foť flaty. Je to opak toho, co většina lidí dělá, a je to největší jednotlivý skok v kvalitě, který má začátečník k dispozici.

Důvod je ten, že vinětace a stíny prachu jsou multiplikativní a velké. 30% pokles v rozích rohy nejen ztmaví – přežije roztažení histogramu a roztažení ho ještě zesílí. Když z pozadí vytahuješ slabou mlhovinu, vytahuješ s ní i vinětu, a skončíš se světlou boulí uprostřed políčka, kterou žádné odstraňování gradientu úplně nespraví. Prachové kobliny dělají totéž: objeví se jako měkké tmavé kroužky přesně tam, kde se snažíš uvidět slabý signál.

Darky naproti tomu řeší něco, s čím si skládání už zčásti poradí samo. Zprůměruj dost snímků a náhodný tepelný šum klesne s odmocninou jejich počtu. Horké pixely se průměrováním neztratí – dají se ale vyřešit statisticky, k čemuž se ještě vrátím.

Flaty se navíc fotí nejsnáz a berou nejmíň z tvého času pod jasnou oblohou. Nepotřebuješ tmu. Namiř dalekohled na rovnoměrně osvětlenou plochu – soumrakovou oblohu, bílé tričko přetažené přes vstupní otvor tubusu s lampou za ním, tablet s bílou obrazovkou – a exponuj tak, aby histogram seděl kolem třetiny až poloviny plného rozsahu. Dvacet až třicet snímků bohatě stačí.

Zásadní pravidlo: flaty se musí fotit při stejném zaostření, stejném natočení a stejné optické sestavě jako lighty. Když přeostříš nebo otočíš kameru, prach se vůči políčku posune a tvoje flaty budou horší než žádné – otisknou kobliny na špatná místa. Foť je na konci sezení, ještě než se čehokoli dotkneš.

Darky: užitečné, ale u krátkých expozic přeceňované

Dark je expozice se zavřenou závěrkou, o stejné délce, teplotě a zisku jako tvoje lighty. Odečteš ho a odstraníš tím jak průměrný tepelný signál, tak pevný vzor toho, které pixely jsou teplejší než ostatní.

Darky mají skutečnou cenu za dvou podmínek:

• Dlouhé expozice. Při 300 sekundách je tepelný příspěvek podstatný. Při 10 sekundách – což je, co fotí Seestar nebo Dwarf – bývá pod čtecím šumem a jeho odečtení ti koupí jen velmi málo.
• Chlazená kamera. Darky fungují jen tehdy, když sedí teplota. Astronomická kamera na −10 °C dává opakovatelné darky, které můžeš používat měsíce. Zrcadlovka, která začala noc na 18 °C a skončila na 4 °C, ne – dark nafocený na konci nepopisuje snímek, který jsi udělal na začátku.

Na tom posledním bodě lidé nejčastěji zakopnou. Temný proud nechlazené zrcadlovky se během noci mění, jak tělo chladne. Odečtení nesedícího darku může šum spíš přidat než odebrat, protože odečítáš jeden šumící snímek od druhého a tepelný signál se ani pořádně nevyruší.

Jestli fotíš nechlazenou kamerou v krátkých subech, je naprosto rozumné darky vynechat. Nejsi líný, jen odmítáš korekci, která na tvoje data čistě nesedí.

Biasy: ty se obvykle dají ignorovat

Bias je nejkratší expozice, jakou tvoje kamera umí, se zavřenou závěrkou. Zachytí elektronický offset a nic jiného.

Biasy mají význam, když darky škáluješ – tedy když použiješ knihovní dark nafocený na jinou délku expozice a matematicky ho přepočítáš. K tomu je potřeba oddělit pevný offset od tepelného signálu závislého na čase, a přesně to ti bias dá.

Když fotíš odpovídající darky o stejné délce jako lighty, bias je už uvnitř darku a s odečtením darku se odečte i on. Fotit biasy zvlášť pak nepřidá nic.

Biasy jsou levné – sto kusů zabere necelou minutu – takže proti tomu je mít nemluví nic vážného. Ale pokud stojíš v zimě a přemýšlíš, jestli se s tím vůbec otravovat, tohle je ten, který můžeš vynechat.

A co horké pixely?

Tady standardní rada tiše selhává. Darky odstraní horké pixely, které tvůj čip vyrábí předvídatelně. Neodstraní zásahy kosmického záření, které dopadnou náhodně do jednoho snímku, a naprosto nic neudělají pro tu spoustu lidí, kteří darky nefotí vůbec.

Horké pixely stojí za to brát vážně, protože skládání je neodstraní. Zprůměruj devadesát snímků, které mají všechny horký pixel na (1204, 883), a dostaneš stack s horkým pixelem na (1204, 883). Registrace pak mezi snímky pootočí pole a tuhle nehybnou vadu rozmázne do krátké barevné čárky – a to je přesně ten artefakt, kvůli kterému jinak povedený snímek vypadá amatérsky.

Dají se místo toho najít statisticky. Trik je odlišit vadu od hvězdy, protože obojí je malé a jasné. Rozlišovacím znakem je, že hvězda není jeden pixel: optika rozprostře bodový zdroj přes několik pixelů, takže skutečná hvězda má jasné sousedy. Horký pixel stojí sám. Porovnej každý pixel s mediánem jeho osmi sousedů a práh škáluj podle toho, jak moc se ti sousedé liší mezi sebou – kolem horkého pixelu na hladké obloze se shodnou skoro dokonale, kolem jádra hvězdy jsou to ramena té hvězdy a rozptyl je velký. Na tomhle rozdílu stojí, že jedno odstraníš a druhé necháš být.

Akastroid to dělá automaticky na každém snímku, ještě před registrací, ať už jsi darky fotil, nebo ne. Je záměrně konzervativní – práh je až na osmi sigma – protože cena za chybu je na každou stranu jiná. Přehlédnutý horký pixel je tečka. Odstraněné jádro hvězdy jsou data, která už nic nevrátí.

Praktická odpověď

Když máš málo času a promrzlé ruce:

1. Vždycky foť flaty. Dvacet až třicet, na konci sezení, ještě než sáhneš na ostření. Tohle je největší jednotlivá výhra.
2. Darky foť, pokud máš chlazenou kameru nebo dlouhé suby. Sedni si teplotou, ziskem i délkou. Dvacet je rozumný počet.
3. Biasy foť, pokud si stavíš knihovnu darků. Jinak jsou volitelné.
4. Neobětuj jasnou noc kalibraci. Lighty jsou ta nenahraditelná část. Flaty se dají nafotit za rozbřesku, darky s krytkou na objektivu doma v teple.

A jestli nemáš kalibrační snímky vůbec žádné, zpracuj to stejně. Stack nekalibrovaných lightů s odstraněným gradientem a vyčištěnými horkými pixely je skutečná fotografie. Dokonalá kalibrace dat, která jsi nikdy nenasbíral, není.