Darkovi, flatovi i biasovi: što zapravo popravljaju

Svaki tutorial o astrofotografiji kaže ti da snimaš darkove, flatove i biasove. Gotovo nijedan ti ne kaže što svaki od njih uklanja, pa većina ljudi ili snima sva tri iz praznovjerja ili preskače sva tri iz zbunjenosti. Oboje su pogreške, i nisu jednako loše – jedna od te tri vrste snimaka važna je daleko više od druge dvije, a nije ona s kojom početnici obično počinju.

Evo što svaka snimka zapravo radi.

Tvoj senzor laže na tri različita načina

Senzor kamere ne prijavljuje svjetlo koje je palo na njega. Prijavljuje svjetlo koje je palo na njega plus skup pogrešaka, a svaka kalibracijska snimka cilja jednu točno određenu pogrešku.

Dodaje toplinu. Svaki piksel nakuplja naboj iz toplinske energije čak i u potpunom mraku, i to brzinom koja se otprilike udvostručuje svakih 6–7 °C. Tijekom ekspozicije od 300 sekundi to naraste u stvaran signal koji nema nikakve veze s nebom. Još gore, brzina se razlikuje od piksela do piksela – neki su pikseli puno topliji od svojih susjeda, i odatle dolaze one obojene točkice.

Vinjetira i skuplja prašinu. Optika isporučuje više svjetla u središte kadra nego u kutove, obično 20–40 % više. Prašina na prozorčiću senzora ili filtru baca meke sive krafne. Ni jedno ni drugo nije na nebu, ali oboje je u svakoj snimci.

Ima pomak. Kamera svakom očitanju dodaje fiksni pijedestal kako šum nikad ne bi bio odrezan na nuli. Ni taj pijedestal nije savršeno ujednačen – u njemu ima slabih uzoraka.

Darkovi popravljaju prvo. Flatovi popravljaju drugo. Biasovi popravljaju treće.

Flatovi su oni koji su važni

Ako ikad snimaš samo jednu vrstu kalibracijskih snimaka, snimaj flatove. To je suprotno od onoga što većina ljudi radi i ujedno najveći pojedinačni dobitak u kvaliteti koji je početniku dostupan.

Razlog je što su vinjetiranje i sjene prašine multiplikativni i veliki. Pad od 30 % u kutovima ne zatamni samo kutove – on preživi rastezanje histograma, a rastezanje ga pojača. Kad iz pozadine izvlačiš slabu maglicu, izvlačiš i vinjetu, pa završiš sa svijetlom mrljom nasred kadra koju nikakvo uklanjanje gradijenta ne popravi do kraja. Krafne od prašine rade isto: pojave se kao meki tamni prstenovi točno tamo gdje pokušavaš vidjeti slab signal.

Darkovi, nasuprot tome, rješavaju nešto što slaganje već dijelom obavi. Usrednji dovoljno snimaka i nasumičan toplinski šum pada s drugim korijenom njihova broja. Vrući pikseli se ne usrednje – ali s njima se može statistički obračunati, na što ću se vratiti.

Flatovi su ujedno i najlakši za snimanje i najmanje traže od tvog vedrog neba. Ne treba ti mrak. Uperi teleskop u ravnomjerno osvijetljenu površinu – nebo u sumrak, bijelu majicu preko otvora s lampom iza nje, tablet s bijelim ekranom – i eksponiraj tako da histogram sjedi na otprilike trećini do polovici pune skale. Dvadeset do trideset snimaka sasvim je dovoljno.

Ključno pravilo: flatovi se moraju snimiti s istim fokusom, istom rotacijom i istom optičkom konfiguracijom kao i lightovi. Ako ponovno fokusiraš ili zarotiraš kameru, prašina se pomakne u odnosu na kadar i tvoji flatovi postanu gori od beskorisnih – utisnut će krafne na kriva mjesta. Snimi ih na kraju sesije, prije nego što išta dotakneš.

Darkovi: korisni, ali precijenjeni kod kratkih ekspozicija

Dark je ekspozicija sa zatvorenim zatvaračem, istog trajanja, temperature i gaina kao lightovi. Oduzmi ga i uklonit ćeš i prosječni toplinski signal i fiksni uzorak toga koji su pikseli topliji od drugih.

Dva uvjeta čine darkove doista vrijednima:

• Duge ekspozicije. Pri 300 sekundi toplinski je doprinos znatan. Pri 10 sekundi – a toliko snimaju Seestar ili Dwarf – često je ispod šuma očitavanja i njegovo oduzimanje donosi vrlo malo.
• Hlađena kamera. Darkovi rade samo ako se temperatura podudara. Namjenska astrokamera na −10 °C daje ponovljive darkove koje možeš koristiti mjesecima. DSLR koji je noć počeo na 18 °C, a završio na 4 °C ne daje – dark snimljen na kraju ne opisuje snimku snimljenu na početku.

Upravo ta posljednja točka ljude spotiče. Tamna struja nehlađenog DSLR-a mijenja se tijekom noći kako se kamera hladi. Oduzimanje neusklađenog darka može šum dodati umjesto da ga ukloni, jer oduzimaš jednu šumovitu snimku od druge, a toplinski se signal ni ne poništi kako treba.

Ako snimaš nehlađenom kamerom u kratkim subovima, posve je razumno preskočiti darkove. Nisi lijen; odbijaš korekciju koja se na tvoje podatke ne primjenjuje čisto.

Biasovi: oni koje obično možeš zanemariti

Bias je najkraća ekspozicija koju tvoja kamera može snimiti, sa zatvorenim zatvaračem. Hvata elektronički pomak i ništa drugo.

Biasovi su važni kad skaliraš darkove – kad koristiš dark iz knjižnice snimljen s drugim trajanjem ekspozicije i matematički ga prilagođavaš. Za to treba odvojiti fiksni pomak od toplinskog signala koji ovisi o vremenu, a upravo to ti bias daje.

Ako snimaš usklađene darkove istog trajanja kao lightovi, bias je već unutar darka, pa oduzimanje darka oduzima i bias. Zasebno snimanje biasova tada ne dodaje ništa.

Biasovi su jeftini – stotinu njih traje manje od minute – pa nema jakog argumenta protiv toga da ih imaš. Ali ako stojiš na hladnoći i pitaš se isplati li se, ovo je onaj koji možeš preskočiti.

A vrući pikseli?

Ovdje standardni savjet tiho zakaže. Darkovi uklanjaju vruće piksele koje tvoj senzor proizvodi predvidljivo. Ne uklanjaju pogotke kozmičkih zraka, koji nasumično padnu u jednu snimku, i ne rade baš ništa za vrlo velik broj ljudi koji nikad ne snimaju darkove.

Vruće piksele vrijedi shvatiti ozbiljno jer ih slaganje ne uklanja. Usrednji devedeset snimaka koje sve imaju vrući piksel na (1204, 883) i dobit ćeš stack s vrućim pikselom na (1204, 883). Zatim registracija zarotira polje između snimaka i taj nepomični defekt razmaže u kratku obojenu crticu – a to je upravo artefakt zbog kojeg inače dobra slika izgleda amaterski.

Umjesto toga mogu se pronaći statistički. Trik je razlikovati defekt od zvijezde, jer su oboje mali i sjajni. Razlika je u tome što zvijezda nije jedan piksel: optika raširi točkasti izvor preko nekoliko njih, pa prava zvijezda ima sjajne susjede. Vrući piksel stoji sam. Usporedi svaki piksel s medijanom njegovih osam susjeda i skaliraj prag prema tome koliko se ti susjedi međusobno razlikuju – oko vrućeg piksela na ravnom nebu slažu se usko, oko jezgre zvijezde oni su ramena same zvijezde i jako variraju. Ta razlika omogućuje da jedno ukloniš, a drugo zadržiš.

Akastroid to radi automatski na svakoj snimci, prije registracije, bez obzira na to jesi li snimio darkove. Namjerno je konzervativan – osam sigma – jer su troškovi asimetrični. Propušteni vrući piksel je mrljica. Uklonjena jezgra zvijezde su podaci koje ništa ne može vratiti.

Praktičan odgovor

Ako imaš malo vremena i hladne ruke:

1. Uvijek snimaj flatove. Dvadeset do trideset, na kraju sesije, prije nego što dotakneš fokus. To je najveći pojedinačni dobitak.
2. Snimaj darkove ako ti je kamera hlađena ili su subovi dugi. Uskladi temperaturu, gain i trajanje. Dvadeset je razuman broj.
3. Snimaj biasove ako gradiš knjižnicu darkova. Inače su neobavezni.
4. Ne gubi vedru noć na kalibraciju. Lightovi su nezamjenjiv dio. Flatovi se mogu snimiti u zoru, darkovi s poklopcem na objektivu u kući.

A ako uopće nemaš kalibracijskih snimaka, svejedno obradi. Stack nekalibriranih lightova s uklonjenim gradijentom i očišćenim vrućim pikselima prava je fotografija. Savršena kalibracija podataka koje nikad nisi prikupio nije.