Darky, flaty a biasy: čo v skutočnosti opravujú

Každý návod na astrofotografiu ti povie, že máš nasnímať darky, flaty a biasy. Takmer žiadny ti však nepovie, čo ktorá z nich odstraňuje, a tak väčšina ľudí sníma buď všetky tri z poverčivosti, alebo ani jednu z bezradnosti. Oboje je chyba a nie sú rovnako veľké: jedna z tých troch je oveľa dôležitejšia než zvyšné dve, a nie je to tá, ktorou začiatočníci zvyčajne začínajú.

Tu je, čo každá z nich naozaj robí.

Tvoj senzor klame tromi rôznymi spôsobmi

Senzor fotoaparátu nehlási svetlo, ktoré naň dopadlo. Hlási svetlo, ktoré naň dopadlo, plus sadu chýb, a každá kalibračná snímka mieri na jednu konkrétnu chybu.

Pridáva teplo. Každý pixel hromadí náboj z tepelnej energie aj v úplnej tme, a to tempom, ktoré sa zhruba zdvojnásobí na každých 6–7 °C. Počas 300-sekundovej expozície sa z toho nazbiera reálny signál, ktorý nemá s oblohou nič spoločné. Horšie je, že sa to tempo pixel od pixela líši – niektoré pixely sú oveľa horúcejšie než ich susedia, a odtiaľ pochádzajú tie farebné bodky.

Vinetuje a zbiera prach. Tvoja optika dodá do stredu poľa viac svetla než do rohov, zvyčajne o 20–40 %. Prach na krycom skle senzora alebo na filtri vrhá mäkké sivé šišky. Ani jedno nie je na oblohe, ale oboje je v každej snímke.

Má offset. Fotoaparát pripočíta ku každému údaju pevný podstavec, aby sa šum neorezal na nule. Ani ten podstavec nie je dokonale rovnomerný – sú v ňom slabé vzory.

Darky riešia to prvé. Flaty to druhé. Biasy to tretie.

Flaty sú tie, na ktorých naozaj záleží

Ak máš nasnímať jediný druh kalibračnej snímky, nasnímaj flaty. Je to presný opak toho, čo väčšina ľudí robí, a je to najväčší jednotlivý zisk na kvalite, aký má začiatočník k dispozícii.

Dôvodom je, že vinetácia a tiene po prachu sú multiplikatívne a veľké. Tridsaťpercentný pokles v rohoch rohy len nestmaví – prežije roztiahnutie histogramu a to ho ešte zosilní. Keď z pozadia vyťahuješ slabú hmlovinu, vyťahuješ spolu s ňou aj vinetáciu, a skončíš so svetlou škvrnou uprostred poľa, ktorú žiadne odstraňovanie gradientu úplne neopraví. Prachové šišky robia to isté: objavia sa ako mäkké tmavé krúžky presne tam, kde sa snažíš uvidieť slabý signál.

Darky oproti tomu riešia niečo, s čím si skladanie čiastočne poradí aj samo. Keď spriemeruješ dosť snímok, náhodný tepelný šum klesá s druhou odmocninou ich počtu. Horúce pixely sa priemerovaním nestratia – dajú sa však riešiť štatisticky, k čomu sa ešte vrátim.

Flaty sa aj najľahšie snímajú a z času pod jasnou oblohou si vypýtajú najmenej. Nepotrebuješ tmu. Namier ďalekohľad na rovnomerne osvetlenú plochu – súmrakovú oblohu, biele tričko natiahnuté cez otvor tubusu s lampou za ním, tablet so zobrazenou bielou plochou – a exponuj tak, aby histogram sedel niekde medzi tretinou a polovicou plného rozsahu. Dvadsať až tridsať snímok bohato stačí.

Kľúčové pravidlo: flaty musia byť nasnímané pri rovnakom zaostrení, rovnakom natočení a rovnakej optickej zostave ako lighty. Ak preostríš alebo pootočíš kameru, prach sa voči poľu posunie a tvoje flaty budú horšie než nepoužiteľné – opečiatkujú snímku šiškami na nesprávnych miestach. Nasnímaj ich na konci noci, skôr než sa čohokoľvek dotkneš.

Darky: užitočné, ale pri krátkych expozíciách preceňované

Dark je expozícia so zatvorenou uzávierkou, s rovnakou dĺžkou, teplotou a ziskom ako tvoje lighty. Keď ho odčítaš, odstrániš aj priemerný tepelný signál, aj pevný vzor toho, ktoré pixely sú horúcejšie než ostatné.

Darky sú naozaj cenné za dvoch podmienok:

• Dlhé expozície. Pri 300 sekundách je príspevok tepla podstatný. Pri 10 sekundách – čo sníma Seestar alebo Dwarf – býva pod hladinou čítacieho šumu a jeho odčítanie ti prinesie veľmi málo.
• Chladená kamera. Darky fungujú len vtedy, keď sedí teplota. Špecializovaná astrokamera na −10 °C dáva opakovateľné darky, ktoré vieš používať celé mesiace. Zrkadlovka, ktorá začala noc pri 18 °C a skončila pri 4 °C, nie – dark nasnímaný na konci nepopisuje snímku, ktorú si urobil na začiatku.

Práve na poslednom bode sa ľudia sekajú. Tmavý prúd nechladenej zrkadlovky sa počas noci mení, ako kamera chladne. Odčítanie nesediaceho darku môže šum skôr pridať než odstrániť, pretože odčítavaš jednu zašumenú snímku od druhej a tepelný signál sa ani poriadne nevyruší.

Ak snímaš nechladenou kamerou krátke subsnímky, je úplne rozumné darky vynechať. Nie si lenivý; len odmietaš korekciu, ktorá na tvoje dáta čisto nesadne.

Biasy: tie, ktoré zvyčajne môžeš ignorovať

Bias je najkratšia expozícia, akú tvoj fotoaparát dokáže urobiť, so zatvorenou uzávierkou. Zachytí elektronický offset a nič iné.

Biasy majú zmysel vtedy, keď škáluješ darky – teda keď používaš dark z knižnice nasnímaný na inú dĺžku expozície a matematicky ho prispôsobuješ. To si vyžaduje oddeliť pevný offset od tepelného signálu závislého od času, a presne to ti bias dá.

Ak snímaš darky rovnako dlhé ako lighty, bias je už v darku obsiahnutý a odčítaním darku odčítaš aj bias. Snímať biasy zvlášť potom nepridá nič.

Biasy sú lacné – sto kusov máš za necelú minútu – takže proti tomu mať ich neexistuje silný argument. Ale ak stojíš v zime a rozmýšľaš, či sa s tým vôbec ťahať, práve toto je to, čo môžeš vynechať.

A čo horúce pixely?

Tu štandardná rada ticho zlyháva. Darky odstránia tie horúce pixely, ktoré tvoj senzor produkuje predvídateľne. Neodstránia zásahy kozmického žiarenia, ktoré dopadnú náhodne do jednej jedinej snímky, a nerobia vôbec nič pre to veľmi veľké množstvo ľudí, ktorí darky nikdy nesnímajú.

Horúce pixely stojí za to brať vážne, lebo skladanie ich neodstráni. Spriemeruj deväťdesiat snímok, ktoré majú všetky horúci pixel na (1204, 883), a dostaneš stack s horúcim pixelom na (1204, 883). Registrácia potom medzi snímkami pootočí pole a tú nehybnú vadu rozmaže do krátkej farebnej šmuhy – a presne to je ten artefakt, pre ktorý inak dobrá snímka pôsobí amatérsky.

Dajú sa namiesto toho nájsť štatisticky. Trik je odlíšiť vadu od hviezdy, keďže oboje je malé a jasné. Rozlišovacím znakom je, že hviezda nie je jeden pixel: optika rozprestrie bodový zdroj cez niekoľko pixelov, takže skutočná hviezda má jasných susedov. Horúci pixel stojí sám. Porovnaj každý pixel s mediánom jeho ôsmich susedov a prah škáluj podľa toho, ako veľmi sa tí susedia navzájom nezhodujú – okolo horúceho pixela na hladkej oblohe sa zhodujú tesne, okolo jadra hviezdy sú to vlastné plecia hviezdy a kolíšu dosť. Práve toto rozlíšenie ti dovolí jedno odstrániť a druhé zachovať.

Akastroid to robí automaticky v každej snímke, ešte pred registráciou, bez ohľadu na to, či si darky snímal, alebo nie. Je pritom zámerne konzervatívny – osem sigma – lebo náklady nie sú symetrické. Prehliadnutý horúci pixel je bodka. Odstránené jadro hviezdy sú dáta, ktoré už nič nevráti.

Praktická odpoveď

Ak máš málo času a studené ruky:

1. Flaty snímaj vždy. Dvadsať až tridsať, na konci noci, skôr než sa dotkneš zaostrenia. Toto je tá najväčšia jednotlivá výhra.
2. Darky snímaj, ak máš chladenú kameru alebo dlhé subsnímky. Zosúlaď teplotu, zisk a dĺžku. Dvadsať je rozumný počet.
3. Biasy snímaj, ak si staviaš knižnicu darkov. Inak sú voliteľné.
4. Nestrať jasnú noc kalibráciou. Lighty sú tá nenahraditeľná časť. Flaty sa dajú nasnímať za svitania, darky s krytkou na objektíve vnútri.

A ak nemáš kalibračné snímky vôbec žiadne, spracuj to aj tak. Stack nekalibrovaných lightov s odstráneným gradientom a vyčistenými horúcimi pixelmi je skutočná fotografia. Dokonalá kalibrácia dát, ktoré si nikdy nenazbieral, nie je.