Darks, flats en bias: wat ze werkelijk corrigeren

Elke astrofotografie-tutorial zegt dat je darks, flats en biasframes moet maken. Bijna geen enkele vertelt je wat elk ervan weghaalt, waardoor de meeste mensen óf alle drie maken uit bijgeloof, óf alle drie overslaan uit verwarring. Beide zijn fouten, en ze zijn niet even erg - een van de drie is veel belangrijker dan de andere twee, en het is niet degene waar beginners meestal mee beginnen.

Dit is wat elk frame werkelijk doet.

Je sensor liegt op drie verschillende manieren

Een camerasensor rapporteert niet het licht dat erop viel. Hij rapporteert het licht dat erop viel plus een reeks fouten, en elk kalibratieframe richt zich op één specifieke fout.

Hij voegt warmte toe. Elke pixel verzamelt lading uit thermische energie, zelfs in totale duisternis, en doet dat in een tempo dat ruwweg verdubbelt per 6-7 °C. Over een belichting van 300 seconden telt dat op tot een echt signaal dat niets met de hemel te maken heeft. Erger nog, het tempo verschilt per pixel - sommige pixels zijn veel heter dan hun buren, en daar komen die gekleurde spikkels vandaan.

Hij vignetteert en verzamelt stof. Je optiek levert meer licht aan het midden van het beeld dan aan de hoeken, meestal 20-40 % meer. Stof op het sensorvenster of filter werpt zachte grijze donuts. Geen van beide zit aan de hemel, maar beide zitten in elk frame.

Hij heeft een offset. De camera voegt aan elke meting een vast voetstuk toe, zodat ruis nooit op nul wordt afgekapt. Ook dat voetstuk is niet perfect uniform - het bevat zwakke patronen.

Darks verhelpen het eerste. Flats het tweede. Bias het derde.

Flats zijn degene die ertoe doen

Als je maar één soort kalibratieframe maakt, maak dan flats. Dit is het tegenovergestelde van wat de meeste mensen doen, en het is de grootste kwaliteitswinst die een beginner kan boeken.

De reden is dat vignettering en stofschaduwen multiplicatief en groot zijn. Een afval van 30 % in de hoeken maakt niet alleen de hoeken donkerder - het overleeft het strekken, en strekken versterkt het. Als je zwakke nevels uit de achtergrond trekt, trek je ook de vignettering eruit, en je eindigt met een heldere vlek in het midden van je beeld die geen gradiëntverwijdering volledig wegwerkt. Stofdonuts doen hetzelfde: ze verschijnen als zachte donkere ringen precies waar je zwak signaal probeert te zien.

Darks daarentegen pakken iets aan wat stacken al deels afhandelt. Middel genoeg frames en willekeurige thermische ruis daalt als de vierkantswortel van het aantal. Hete pixels middelen niet weg - maar die kun je statistisch aanpakken, waar ik op terugkom.

Flats zijn ook het makkelijkst te maken en vragen het minst van je heldere-hemeltijd. Je hebt geen duisternis nodig. Richt de telescoop op een gelijkmatig verlicht oppervlak - de schemerhemel, een wit T-shirt over de opening met een lamp erachter, een tablet met een wit scherm - en belicht zo dat het histogram rond een derde tot de helft van de schaal zit. Twintig tot dertig frames is ruim voldoende.

De cruciale regel: flats moeten met dezelfde scherpstelling, dezelfde rotatie en dezelfde optische configuratie als je lights worden gemaakt. Als je opnieuw scherpstelt of de camera draait, verschuift het stof ten opzichte van het beeld en zijn je flats erger dan nutteloos - ze stempelen donuts op de verkeerde plekken. Maak ze aan het einde van de sessie, voordat je iets aanraakt.

Darks: nuttig, maar overschat bij korte belichtingen

Een dark is een belichting met gesloten sluiter, met dezelfde duur, temperatuur en gain als je lights. Trek hem af, en je verwijdert zowel het gemiddelde thermische signaal als het vaste patroon van welke pixels heter zijn dan andere.

Twee voorwaarden maken darks echt waardevol:

• Lange belichtingen. Bij 300 seconden is de thermische bijdrage aanzienlijk. Bij 10 seconden - wat een Seestar of Dwarf schiet - ligt hij vaak onder de uitleesruis, en aftrekken levert heel weinig op.
• Een gekoelde camera. Darks werken alleen als de temperatuur overeenkomt. Een speciale astrocamera op −10 °C maakt herhaalbare darks die je maanden kunt hergebruiken. Een DSLR die de nacht begon op 18 °C en eindigde op 4 °C niet - de dark die je aan het einde maakte beschrijft niet het frame dat je aan het begin maakte.

Dat laatste punt is waar mensen over struikelen. De donkerstroom van een ongekoelde DSLR verandert in de loop van de nacht naarmate de camera afkoelt. Een niet-passende dark aftrekken kan ruis toevoegen in plaats van weghalen, omdat je het ene ruizige frame van het andere aftrekt en het thermische signaal niet eens goed wegvalt.

Als je met een ongekoelde camera korte subs schiet, is het volkomen redelijk om darks over te slaan. Je bent niet lui; je bedankt voor een correctie die niet netjes op je data van toepassing is.

Bias: degene die je meestal kunt negeren

Een biasframe is de kortste belichting die je camera kan maken, met gesloten sluiter. Het legt de elektronische offset vast en verder niets.

Biasframes zijn van belang als je darks schaalt - een bibliotheekdark met een andere belichtingstijd wiskundig aanpast. Daarvoor moet je de vaste offset scheiden van het tijdsafhankelijke thermische signaal, en dat is wat bias je geeft.

Als je passende darks maakt met dezelfde lengte als je lights, zit de bias al in de dark, en de dark aftrekken trekt de bias mee af. Apart bias maken voegt dan niets toe.

Biasframes zijn goedkoop - honderd stuks duren nog geen minuut - dus er is geen sterk argument tegen om ze te hebben. Maar als je in de kou staat en je afvraagt of het de moeite is: dit is degene om over te slaan.

En hete pixels?

Hier faalt het standaardadvies stilletjes. Darks verwijderen de hete pixels die je sensor voorspelbaar produceert. Ze verwijderen geen kosmische-stralingsinslagen, die willekeurig in één frame landen, en ze doen helemaal niets voor het zeer grote aantal mensen dat nooit darks maakt.

Hete pixels verdienen serieuze aandacht omdat stacken ze niet verwijdert. Middel negentig frames die allemaal een hete pixel hebben op (1204, 883) en je krijgt een stack met een hete pixel op (1204, 883). Dan draait registratie het veld tussen de frames en smeert dat stilstaande defect uit tot een kort gekleurd streepje - precies het artefact dat een verder goed beeld amateuristisch doet ogen.

Ze zijn in plaats daarvan statistisch te vinden. De truc is een defect van een ster onderscheiden, want beide zijn klein en helder. Het onderscheid is dat een ster niet één pixel is: optiek spreidt een puntbron over meerdere, dus een echte ster heeft heldere buren. Een hete pixel staat alleen. Vergelijk elke pixel met de mediaan van zijn acht buren, en schaal de drempel naar hoeveel die buren onderling verschillen - rond een hete pixel op vlakke hemel komen ze nauw overeen, rond een sterkern zijn het de schouders van de ster zelf en variëren ze sterk. Dat onderscheid is wat het mogelijk maakt het ene te verwijderen en het andere te behouden.

Akastroid doet dit automatisch op elk frame, vóór registratie, of je nu darks hebt gemaakt of niet. Het is bewust conservatief - acht sigma - omdat de kosten asymmetrisch zijn. Een gemiste hete pixel is een spikkel. Een verwijderde sterkern is data die niets kan terughalen.

Een praktisch antwoord

Als je weinig tijd en koude handen hebt:

1. Maak altijd flats. Twintig tot dertig, aan het einde van de sessie, voordat je aan de scherpstelling komt. Dit is de grootste afzonderlijke winst.
2. Maak darks als je camera gekoeld is of je subs lang zijn. Laat temperatuur, gain en duur overeenkomen. Twintig is een redelijk aantal.
3. Maak bias als je een darkbibliotheek opbouwt. Anders is het optioneel.
4. Verlies geen heldere nacht aan kalibratie. Lights zijn het onvervangbare deel. Flats kun je bij zonsopgang maken, darks met de lensdop erop binnenshuis.

En als je helemaal geen kalibratieframes hebt, bewerk dan toch. Een stack van ongekalibreerde lights met de gradiënt verwijderd en de hete pixels opgeschoond is een echte foto. Perfecte kalibratie van data die je nooit hebt verzameld, is dat niet.