Darks, flats și bias: ce corectează de fapt fiecare

Orice tutorial de astrofotografie îți spune să faci darks, flats și bias. Aproape niciunul nu îți spune ce elimină fiecare, așa că majoritatea oamenilor fie le fac pe toate trei din superstiție, fie le sar pe toate trei din confuzie. Ambele sunt greșeli și nu sunt la fel de grave — unul dintre cele trei contează mult mai mult decât celelalte două, și nu e cel cu care încep de obicei începătorii.

Iată ce face de fapt fiecare tip de cadru.

Senzorul tău te minte în trei feluri diferite

Un senzor de cameră nu raportează lumina care a căzut pe el. Raportează lumina care a căzut pe el plus un set de erori, iar fiecare cadru de calibrare țintește exact o eroare anume.

Adaugă căldură. Fiecare pixel acumulează sarcină din energie termică chiar și în întuneric total, iar rata la care o face se dublează aproximativ la fiecare 6–7 °C. Pe o expunere de 300 de secunde se adună într-un semnal real care nu are nicio legătură cu cerul. Mai rău, rata variază de la pixel la pixel — unii pixeli sunt mult mai fierbinți decât vecinii lor, și de acolo vin pistruii aceia colorați.

Vignetează și adună praf. Optica îți livrează mai multă lumină în centrul cadrului decât în colțuri, de obicei cu 20–40%. Praful de pe geamul senzorului sau de pe filtru aruncă gogoși gri și difuze. Niciuna dintre ele nu e pe cer, dar amândouă sunt în fiecare cadru.

Are un offset. Camera adaugă un piedestal fix la fiecare citire, ca zgomotul să nu fie tăiat la zero. Nici piedestalul acela nu e perfect uniform — are tipare slabe în el.

Darks rezolvă prima problemă. Flats o rezolvă pe a doua. Bias o rezolvă pe a treia.

Flats sunt cele care contează

Dacă ai de gând să faci vreodată un singur tip de cadru de calibrare, fă flats. E exact opusul a ceea ce fac majoritatea oamenilor și e cel mai mare câștig de calitate disponibil unui începător.

Motivul e că vignetarea și umbrele de praf sunt multiplicative și mari. O cădere de 30% în colțuri nu doar întunecă colțurile — supraviețuiește întinderii histogramei, iar întinderea o amplifică. Când tragi nebulozitatea slabă afară din fundal, tragi afară și vignetarea, și ajungi cu o pată luminoasă în mijlocul cadrului pe care nicio îndepărtare de gradient nu o rezolvă complet. Gogoșile de praf fac același lucru: apar ca inele întunecate și difuze exact acolo unde încerci să vezi semnal slab.

Darks, în schimb, se ocupă de ceva pe care stivuirea îl rezolvă deja parțial. Mediază destule cadre și zgomotul termic aleatoriu scade cu rădăcina pătrată a numărului lor. Pixelii fierbinți nu se mediază până dispar — dar pot fi tratați statistic, și revin la asta mai jos.

Flats sunt și cel mai ușor de făcut și cele mai puțin pretențioase cu timpul tău de cer senin. Nu ai nevoie de întuneric. Îndreaptă telescopul spre o suprafață luminată uniform — cerul de amurg, un tricou alb peste apertură cu o lampă în spate, o tabletă care afișează un ecran alb — și expune astfel încât histograma să stea pe la o treime–jumătate din scala completă. Douăzeci–treizeci de cadre sunt mai mult decât suficiente.

Regula critică: flats trebuie făcute la aceeași focalizare, aceeași rotație și aceeași configurație optică ca lights. Dacă refocalizezi sau rotești camera, praful se mută relativ la cadru, iar flats-urile tale devin mai rele decât inutile — îți vor ștampila gogoși în locuri greșite. Fă-le la finalul sesiunii, înainte să atingi ceva.

Darks: utile, dar supraevaluate la expuneri scurte

Un cadru dark e o expunere cu obturatorul închis, la aceeași durată, temperatură și gain ca lights. Îl scazi și elimini atât semnalul termic mediu, cât și tiparul fix al pixelilor mai fierbinți decât ceilalți.

Două condiții fac darks cu adevărat valoroase:

• Expuneri lungi. La 300 de secunde contribuția termică e substanțială. La 10 secunde — cât expune un Seestar sau un Dwarf — e adesea sub zgomotul de citire, iar scăderea lor nu îți aduce mare lucru.
• O cameră răcită. Darks funcționează doar dacă temperatura se potrivește. O cameră astro dedicată la −10 °C produce darks repetabile pe care le poți refolosi luni de zile. Un DSLR care a început noaptea la 18 °C și a terminat-o la 4 °C, nu — dark-ul făcut la final nu descrie cadrul făcut la început.

Ultimul punct e cel care îi încurcă pe oameni. Curentul de întuneric al unui DSLR nerăcit se schimbă de-a lungul nopții, pe măsură ce camera se răcește. Scăderea unui dark nepotrivit poate adăuga zgomot în loc să îl elimine, fiindcă scazi un cadru zgomotos din altul, iar semnalul termic nici măcar nu se anulează cum trebuie.

Dacă fotografiezi cu o cameră nerăcită, în subexpuneri scurte, e absolut rezonabil să sari peste darks. Nu ești leneș; refuzi o corecție care nu se aplică curat datelor tale.

Bias: cel pe care de obicei îl poți ignora

Un cadru bias e cea mai scurtă expunere pe care o poate face camera ta, cu obturatorul închis. Captează offsetul electronic și nimic altceva.

Bias contează când scalezi darks — când folosești un dark de bibliotecă făcut la altă durată de expunere și îl ajustezi matematic. Asta cere separarea offsetului fix de semnalul termic dependent de timp, exact ce îți dă bias.

Dacă faci darks potrivite, de aceeași lungime ca lights, bias-ul e deja în interiorul dark-ului, iar scăderea dark-ului scade și bias-ul odată cu el. Să mai faci bias separat nu adaugă atunci nimic.

Cadrele bias sunt ieftine — o sută dintre ele durează sub un minut — deci nu există un argument puternic împotriva lor. Dar dacă stai în frig și te întrebi dacă merită efortul, ăsta e cel peste care să sari.

Dar pixelii fierbinți?

Aici sfatul standard dă rateuri în tăcere. Darks elimină pixelii fierbinți pe care senzorul îi produce previzibil. Nu elimină loviturile de raze cosmice, care cad aleatoriu într-un singur cadru, și nu fac absolut nimic pentru numărul foarte mare de oameni care nu fac niciodată darks.

Pixelii fierbinți merită luați în serios pentru că stivuirea nu îi elimină. Mediază nouăzeci de cadre care au toate un pixel fierbinte la (1204, 883) și obții o stivă cu un pixel fierbinte la (1204, 883). Apoi alinierea rotește câmpul între cadre și întinde defectul acela staționar într-o dâră colorată scurtă — exact artefactul care face ca o imagine altfel bună să arate amatoricesc.

Pot fi găsiți și statistic. Șmecheria e să deosebești un defect de o stea, de vreme ce amândouă sunt mici și luminoase. Criteriul e că o stea nu e un singur pixel: optica întinde o sursă punctuală peste mai mulți, deci o stea reală are vecini luminoși. Un pixel fierbinte stă singur. Compară fiecare pixel cu mediana celor opt vecini ai săi și scalează pragul după cât de mult se contrazic acei vecini între ei — în jurul unui pixel fierbinte, pe cer plat, sunt foarte de acord; în jurul nucleului unei stele sunt umerii stelei și variază mult. Distincția asta e ce îți permite să îl elimini pe unul și să o păstrezi pe cealaltă.

Akastroid face asta automat pe fiecare cadru, înainte de aliniere, indiferent dacă ai făcut darks sau nu. E deliberat conservator — opt sigma — fiindcă riscurile sunt asimetrice. Un pixel fierbinte ratat e un fir de praf. Un nucleu de stea eliminat înseamnă date pe care nimic nu le mai recuperează.

Un răspuns practic

Dacă ai timp limitat și mâinile reci:

1. Fă întotdeauna flats. Douăzeci–treizeci, la finalul sesiunii, înainte să atingi focalizarea. E cel mai mare câștig individual.
2. Fă darks dacă ai cameră răcită sau subexpuneri lungi. Potrivește temperatura, gain-ul și durata. Douăzeci e un număr rezonabil.
3. Fă bias dacă îți construiești o bibliotecă de darks. În rest e opțional.
4. Nu pierde o noapte senină pe calibrare. Lights sunt partea de neînlocuit. Flats se pot face în zori, darks cu capacul pe obiectiv, în casă.

Iar dacă nu ai deloc cadre de calibrare, procesează oricum. O stivă de lights necalibrate, cu gradientul scos și pixelii fierbinți curățați, e o fotografie adevărată. Calibrarea perfectă pe date pe care nu le-ai colectat niciodată nu e.