Darks, flats και bias: τι διορθώνει στ' αλήθεια το καθένα

Κάθε οδηγός αστροφωτογραφίας σού λέει να τραβήξεις darks, flats και bias. Σχεδόν κανένας δεν σου λέει τι αφαιρεί το καθένα, με αποτέλεσμα οι περισσότεροι είτε να τα τραβάνε και τα τρία από δεισιδαιμονία είτε να τα παραλείπουν και τα τρία από σύγχυση. Και τα δύο είναι λάθος, και δεν είναι εξίσου σοβαρά – ένα από τα τρία μετράει πολύ περισσότερο από τα άλλα δύο, και δεν είναι αυτό από το οποίο ξεκινάνε συνήθως οι αρχάριοι.

Να τι κάνει πραγματικά το καθένα.

Ο αισθητήρας σου λέει ψέματα με τρεις διαφορετικούς τρόπους

Ένας αισθητήρας δεν αναφέρει το φως που έπεσε πάνω του. Αναφέρει το φως που έπεσε πάνω του συν ένα σύνολο σφαλμάτων, και κάθε καρέ βαθμονόμησης στοχεύει ένα συγκεκριμένο από αυτά.

Προσθέτει θερμότητα. Κάθε pixel συσσωρεύει φορτίο από θερμική ενέργεια ακόμη και σε απόλυτο σκοτάδι, και μάλιστα με ρυθμό που περίπου διπλασιάζεται κάθε 6–7 °C. Σε μια έκθεση 300 δευτερολέπτων αυτό αθροίζεται σε ένα υπαρκτό σήμα που δεν έχει καμία σχέση με τον ουρανό. Χειρότερα, ο ρυθμός διαφέρει από pixel σε pixel – κάποια pixel είναι πολύ πιο «καυτά» από τους γείτονές τους, και από εκεί βγαίνουν αυτές οι χρωματιστές κουκκίδες.

Κάνει βινιετάρισμα και μαζεύει σκόνη. Τα οπτικά σου παραδίδουν περισσότερο φως στο κέντρο του καρέ απ’ ό,τι στις γωνίες, συνήθως κατά 20–40%. Η σκόνη στο τζαμάκι του αισθητήρα ή στο φίλτρο ρίχνει απαλά γκρίζα ντόνατ. Τίποτα από τα δύο δεν είναι στον ουρανό, αλλά και τα δύο είναι σε κάθε καρέ.

Έχει μια μετατόπιση. Η κάμερα προσθέτει ένα σταθερό βάθρο σε κάθε μέτρηση, ώστε ο θόρυβος να μην κόβεται ποτέ στο μηδέν. Ούτε αυτό το βάθρο είναι τέλεια ομοιόμορφο – έχει αμυδρά μοτίβα μέσα του.

Τα darks διορθώνουν το πρώτο. Τα flats το δεύτερο. Τα bias το τρίτο.

Τα flats είναι αυτά που μετράνε

Αν πρόκειται να τραβήξεις μόνο ένα είδος καρέ βαθμονόμησης, τράβα flats. Αυτό είναι το αντίθετο από αυτό που κάνουν οι περισσότεροι, και είναι το μεγαλύτερο κέρδος ποιότητας που έχει στη διάθεσή του ένας αρχάριος.

Ο λόγος είναι ότι το βινιετάρισμα και οι σκιές της σκόνης είναι πολλαπλασιαστικά και μεγάλα. Μια πτώση 30% στις γωνίες δεν σκουραίνει απλώς τις γωνίες – επιβιώνει από το τέντωμα του ιστογράμματος, και το τέντωμα την ενισχύει. Όταν τραβάς αμυδρή νεφελότητα έξω από το υπόβαθρο, τραβάς μαζί και το βινιετάρισμα, και καταλήγεις με έναν φωτεινό λεκέ στη μέση του καρέ που καμιά αφαίρεση βαθμίδων δεν διορθώνει πλήρως. Τα ντόνατ της σκόνης κάνουν το ίδιο πράγμα: εμφανίζονται ως απαλοί σκούροι δακτύλιοι ακριβώς εκεί όπου προσπαθείς να δεις αμυδρό σήμα.

Τα darks, αντίθετα, αντιμετωπίζουν κάτι που η στοίβαξη ήδη εν μέρει το χειρίζεται. Βγάλε τη μέση τιμή αρκετών καρέ και ο τυχαίος θερμικός θόρυβος πέφτει με την τετραγωνική ρίζα του πλήθους τους. Τα καυτά pixel δεν εξαφανίζονται με τη μέση τιμή – μπορούν όμως να αντιμετωπιστούν στατιστικά, και θα επανέλθω σε αυτό.

Τα flats είναι επίσης τα πιο εύκολα να τραβηχτούν και τα λιγότερο απαιτητικά σε καθαρό ουρανό. Δεν χρειάζεσαι σκοτάδι. Στρέψε το τηλεσκόπιο σε μια ομοιόμορφα φωτισμένη επιφάνεια – τον ουρανό του λυκόφωτος, ένα λευκό μπλουζάκι πάνω από το άνοιγμα με μια λάμπα από πίσω, ένα tablet που δείχνει λευκή οθόνη – και δώσε έκθεση ώστε το ιστόγραμμα να κάθεται γύρω στο ένα τρίτο με μισό της πλήρους κλίμακας. Είκοσι με τριάντα καρέ είναι υπεραρκετά.

Ο κρίσιμος κανόνας: τα flats πρέπει να τραβηχτούν με την ίδια εστίαση, την ίδια περιστροφή και την ίδια οπτική διάταξη με τα lights. Αν αλλάξεις εστίαση ή γυρίσεις την κάμερα, η σκόνη μετακινείται ως προς το καρέ και τα flats σου είναι χειρότερα από άχρηστα – θα σφραγίσουν ντόνατ σε λάθος θέσεις. Τράβα τα στο τέλος της βραδιάς, πριν ακουμπήσεις οτιδήποτε.

Darks: χρήσιμα, αλλά υπερτιμημένα στις σύντομες εκθέσεις

Ένα dark είναι μια έκθεση με κλειστό το κλείστρο, με την ίδια διάρκεια, θερμοκρασία και gain με τα lights σου. Αφαίρεσέ το και φεύγει τόσο το μέσο θερμικό σήμα όσο και το σταθερό μοτίβο του ποια pixel είναι πιο καυτά από τα άλλα.

Δύο συνθήκες κάνουν τα darks πραγματικά πολύτιμα:

• Μεγάλες εκθέσεις. Στα 300 δευτερόλεπτα η θερμική συνεισφορά είναι σημαντική. Στα 10 δευτερόλεπτα – που είναι ό,τι τραβάει ένα Seestar ή ένα Dwarf – συχνά βρίσκεται κάτω από τον θόρυβο ανάγνωσης, και η αφαίρεσή της σου δίνει ελάχιστα.
• Ψυχόμενη κάμερα. Τα darks δουλεύουν μόνο αν ταιριάζει η θερμοκρασία. Μια ειδική αστροφωτογραφική κάμερα στους −10 °C βγάζει επαναλήψιμα darks που μπορείς να ξαναχρησιμοποιείς για μήνες. Μια DSLR που ξεκίνησε τη νύχτα στους 18 °C και τελείωσε στους 4 °C δεν βγάζει – το dark που τράβηξες στο τέλος δεν περιγράφει το καρέ που τράβηξες στην αρχή.

Αυτό το τελευταίο είναι που μπερδεύει τον κόσμο. Το ρεύμα σκότους μιας μη ψυχόμενης DSLR αλλάζει μέσα στη νύχτα καθώς η κάμερα κρυώνει. Η αφαίρεση ενός dark που δεν ταιριάζει μπορεί να προσθέσει θόρυβο αντί να τον αφαιρέσει, γιατί αφαιρείς ένα θορυβώδες καρέ από ένα άλλο και το θερμικό σήμα δεν αλληλοαναιρείται καν σωστά.

Αν τραβάς με μη ψυχόμενη κάμερα σε σύντομες λήψεις, είναι απολύτως λογικό να παραλείψεις τα darks. Δεν τεμπελιάζεις· αρνείσαι μια διόρθωση που δεν εφαρμόζεται καθαρά στα δεδομένα σου.

Bias: αυτό που συνήθως μπορείς να αγνοήσεις

Ένα bias είναι η πιο σύντομη έκθεση που μπορεί να τραβήξει η κάμερά σου, με κλειστό κλείστρο. Καταγράφει την ηλεκτρονική μετατόπιση και τίποτε άλλο.

Τα bias μετράνε όταν κλιμακώνεις darks – όταν δηλαδή χρησιμοποιείς ένα dark από βιβλιοθήκη, τραβηγμένο με άλλη διάρκεια έκθεσης, και το προσαρμόζεις μαθηματικά. Αυτό απαιτεί να διαχωρίσεις τη σταθερή μετατόπιση από το θερμικό σήμα που εξαρτάται από τον χρόνο, και αυτό ακριβώς σου δίνει το bias.

Αν τραβάς darks που ταιριάζουν σε διάρκεια με τα lights σου, το bias βρίσκεται ήδη μέσα στο dark, και η αφαίρεση του dark αφαιρεί και το bias μαζί. Το να τραβήξεις bias ξεχωριστά τότε δεν προσθέτει τίποτα.

Τα bias είναι φθηνά – εκατό από αυτά θέλουν λιγότερο από ένα λεπτό – οπότε δεν υπάρχει ισχυρό επιχείρημα εναντίον τους. Αλλά αν στέκεσαι στο κρύο και αναρωτιέσαι αν αξίζει τον κόπο, αυτό είναι που μπορείς να παραλείψεις.

Και τα καυτά pixel;

Εδώ είναι που η στάνταρ συμβουλή αποτυγχάνει αθόρυβα. Τα darks αφαιρούν τα καυτά pixel που παράγει ο αισθητήρας σου προβλέψιμα. Δεν αφαιρούν τα χτυπήματα κοσμικών ακτίνων, που προσγειώνονται τυχαία σε ένα μόνο καρέ, και δεν κάνουν απολύτως τίποτα για τους πάρα πολλούς ανθρώπους που δεν τραβάνε ποτέ darks.

Τα καυτά pixel αξίζει να τα πάρεις στα σοβαρά, γιατί η στοίβαξη δεν τα αφαιρεί. Βγάλε τη μέση τιμή ενενήντα καρέ που έχουν όλα ένα καυτό pixel στο (1204, 883) και παίρνεις μια στοίβα με ένα καυτό pixel στο (1204, 883). Μετά η ευθυγράμμιση περιστρέφει το πεδίο ανάμεσα στα καρέ και μουτζουρώνει αυτό το ακίνητο ελάττωμα σε μια κοντή χρωματιστή γραμμή – που είναι ακριβώς το σφάλμα που κάνει μια κατά τα άλλα καλή εικόνα να δείχνει ερασιτεχνική.

Μπορούν να βρεθούν και στατιστικά. Το κόλπο είναι να ξεχωρίσεις ένα ελάττωμα από ένα αστέρι, μιας και είναι και τα δύο μικρά και φωτεινά. Το κριτήριο είναι ότι ένα αστέρι δεν είναι ένα pixel: τα οπτικά απλώνουν μια σημειακή πηγή σε αρκετά, άρα ένα πραγματικό αστέρι έχει φωτεινούς γείτονες. Ένα καυτό pixel στέκει μόνο του. Σύγκρινε κάθε pixel με τη διάμεσο των οκτώ γειτόνων του, και κλιμάκωσε το κατώφλι ανάλογα με το πόσο διαφωνούν αυτοί οι γείτονες μεταξύ τους – γύρω από ένα καυτό pixel σε επίπεδο ουρανό συμφωνούν στενά, ενώ γύρω από τον πυρήνα ενός αστεριού είναι οι ίδιοι οι ώμοι του αστεριού και διαφέρουν πολύ. Αυτή η διάκριση είναι που σου επιτρέπει να αφαιρέσεις το ένα και να κρατήσεις το άλλο.

Το Akastroid το κάνει αυτό αυτόματα σε κάθε καρέ, πριν από την ευθυγράμμιση, είτε τράβηξες darks είτε όχι. Είναι σκόπιμα συντηρητικό – οκτώ σίγμα έξω – επειδή τα κόστη είναι ασύμμετρα. Ένα καυτό pixel που ξέφυγε είναι μια κουκκίδα. Ένας πυρήνας αστεριού που αφαιρέθηκε είναι δεδομένα που τίποτα δεν τα επαναφέρει.

Μια πρακτική απάντηση

Αν έχεις λίγο χρόνο και παγωμένα χέρια:

1. Πάντα να τραβάς flats. Είκοσι με τριάντα, στο τέλος της βραδιάς, πριν ακουμπήσεις την εστίαση. Αυτό είναι το μεγαλύτερο μεμονωμένο κέρδος.
2. Τράβα darks αν η κάμερά σου είναι ψυχόμενη ή αν οι λήψεις σου είναι μεγάλες. Ταίριαξε θερμοκρασία, gain και διάρκεια. Είκοσι είναι λογικός αριθμός.
3. Τράβα bias αν φτιάχνεις βιβλιοθήκη darks. Αλλιώς είναι προαιρετικά.
4. Μη χάσεις καθαρή νύχτα για βαθμονόμηση. Τα lights είναι το αναντικατάστατο κομμάτι. Τα flats μπορούν να τραβηχτούν την αυγή, τα darks με το καπάκι στον φακό μέσα στο σπίτι.

Και αν δεν έχεις καθόλου καρέ βαθμονόμησης, επεξεργάσου τα δεδομένα σου έτσι κι αλλιώς. Μια στοίβα από μη βαθμονομημένα lights, με αφαιρεμένη τη βαθμίδα και καθαρισμένα τα καυτά pixel, είναι μια πραγματική φωτογραφία. Η τέλεια βαθμονόμηση πάνω σε δεδομένα που δεν μάζεψες ποτέ δεν είναι.