Dark, flat in bias posnetki: kaj v resnici popravijo

Vsak astrofotografski vodič ti naroči, naj posnameš dark, flat in bias posnetke. Skoraj noben ti ne pove, kaj vsak od njih odstrani, kar pomeni, da večina ljudi bodisi snema vse tri iz vraževerja bodisi vse tri preskoči iz zmede. Oboje je napaka, in nista enako hudi – eden od teh treh je veliko pomembnejši od drugih dveh, in to ni tisti, s katerim začetniki običajno začnejo.

Tukaj je, kaj vsak posnetek v resnici naredi.

Tvoj senzor laže na tri različne načine

Senzor fotoaparata ne poroča o svetlobi, ki je padla nanj. Poroča o svetlobi, ki je padla nanj, plus o naboru napak, in vsak kalibracijski posnetek cilja na eno določeno napako.

Dodaja toploto. Vsak piksel kopiči naboj iz toplotne energije tudi v popolni temi, in to s hitrostjo, ki se približno podvoji na vsakih 6–7 °C. Čez 300-sekundno osvetlitev se to nabere v pravi signal, ki nima nič opraviti z nebom. Še huje, hitrost se od piksla do piksla razlikuje – nekateri piksli so precej bolj vroči od sosedov, in od tam prihajajo tiste barvne pikice.

Vinjetira in nabira prah. Tvoja optika v sredino posnetka dostavi več svetlobe kot v vogale, običajno za 20–40 %. Prah na okencu senzorja ali filtru meče mehke sive krofe. Nič od tega ni na nebu, oboje pa je na vsakem posnetku.

Ima odmik. Fotoaparat vsakemu odčitku doda fiksen podstavek, da šum nikoli ne odreže pri ničli. Tudi ta podstavek ni popolnoma enakomeren – v njem so šibki vzorci.

Dark posnetki popravijo prvo. Flat posnetki popravijo drugo. Bias posnetki popravijo tretje.

Flat posnetki so tisti, ki štejejo

Če boš kdaj snemal le eno vrsto kalibracijskih posnetkov, snemaj flat posnetke. To je ravno nasprotno od tega, kar večina ljudi dela, in je največji posamezni dvig kakovosti, ki je začetniku na voljo.

Razlog je, da so vinjetiranje in sence prahu multiplikativni in veliki. 30-odstotni padec v vogalih ne zatemni le vogalov – preživi raztegovanje, in raztegovanje ga ojača. Ko iz ozadja potegneš šibko meglico, potegneš tudi vinjeto, in končaš s svetlo liso na sredini posnetka, ki je nobeno odstranjevanje gradienta v celoti ne popravi. Krofi prahu naredijo isto: pokažejo se kot mehki temni obroči natanko tam, kjer poskušaš videti šibek signal.

Dark posnetki po drugi strani naslavljajo nekaj, kar sestavljanje že delno obvlada. Povpreči dovolj posnetkov in naključni toplotni šum pada s kvadratnim korenom njihovega števila. Vroči piksli se ne izpovprečijo – lahko pa jih obravnavamo statistično, k čemur se še vrnem.

Flat posnetki so tudi najlažji za snemanje in najmanj zahtevni do tvojega časa pod jasnim nebom. Ne potrebuješ teme. Usmeri teleskop v enakomerno osvetljeno površino – nebo v mraku, belo majico čez odprtino s svetilko zadaj, tablico z belim zaslonom – in osvetli tako, da histogram sedi pri približno tretjini do polovici celotne skale. Dvajset do trideset posnetkov je več kot dovolj.

Ključno pravilo: flat posnetki morajo biti posneti pri istem fokusu, isti rotaciji in isti optični konfiguraciji kot light posnetki. Če ponovno izostriš ali zasukaš fotoaparat, se prah premakne glede na posnetek in tvoji flat posnetki so slabši kot neuporabni – krofe bodo vtisnili na napačna mesta. Posnemi jih na koncu seje, preden se česarkoli dotakneš.

Dark posnetki: koristni, a precenjeni pri kratkih osvetlitvah

Dark posnetek je osvetlitev z zaprtim zaklopom, pri istem trajanju, temperaturi in ojačanju kot light posnetki. Odštej ga, in odstraniš tako povprečni toplotni signal kot fiksni vzorec tega, kateri piksli so bolj vroči od drugih.

Dva pogoja naredita dark posnetke resnično dragocene:

• Dolge osvetlitve. Pri 300 sekundah je toplotni prispevek znaten. Pri 10 sekundah – kar snemata Seestar ali Dwarf – je pogosto pod bralnim šumom, in njegovo odštevanje ti prinese zelo malo.
• Hlajena kamera. Dark posnetki delujejo le, če se temperatura ujema. Namenska astronomska kamera pri −10 °C daje ponovljive dark posnetke, ki jih lahko uporabljaš mesece. DSLR, ki je noč začel pri 18 °C in končal pri 4 °C, jih ne – dark posnetek, ki si ga posnel na koncu, ne opisuje posnetka, ki si ga naredil na začetku.

Ta zadnja točka je tista, ob kateri se ljudje spotaknejo. Temni tok nehlajenega DSLR-ja se čez noč spreminja, ko se fotoaparat hladi. Odštevanje neujemajočega dark posnetka lahko šum doda namesto odstrani, ker odštevaš en šumen posnetek od drugega in toplotni signal se niti ne izniči pravilno.

Če snemaš z nehlajeno kamero v kratkih osvetlitvah, je povsem razumno preskočiti dark posnetke. Nisi len; odklanjaš popravek, ki se na tvoje podatke ne nanaša čisto.

Bias posnetki: tisti, ki jih lahko običajno ignoriraš

Bias posnetek je najkrajša osvetlitev, ki jo tvoj fotoaparat zmore, z zaprtim zaklopom. Zajame elektronski odmik in nič drugega.

Bias posnetki so pomembni, ko skaliraš dark posnetke – ko uporabljaš knjižnični dark posnetek, posnet pri drugačni dolžini osvetlitve, in ga matematično prilagajaš. To zahteva ločitev fiksnega odmika od časovno odvisnega toplotnega signala, in prav to ti bias posnetek da.

Če snemaš ujemajoče se dark posnetke iste dolžine kot light posnetke, je bias že znotraj dark posnetka, in odštevanje dark posnetka z njim odšteje tudi bias. Ločeno snemanje bias posnetkov potem ne doda ničesar.

Bias posnetki so poceni – sto jih posnameš v manj kot minuti – tako da ni močnega argumenta proti temu, da jih imaš. Če pa stojiš na mrazu in se sprašuješ, ali se sploh splača, je to tisti, ki ga preskoči.

Kaj pa vroči piksli?

Tu standardni nasvet tiho odpove. Dark posnetki odstranijo vroče piksle, ki jih tvoj senzor ustvarja predvidljivo. Ne odstranijo zadetkov kozmičnih žarkov, ki naključno pristanejo na enem posnetku, in prav nič ne naredijo za zelo veliko število ljudi, ki dark posnetkov nikoli ne snemajo.

Vroče piksle je vredno jemati resno, ker jih sestavljanje ne odstrani. Povpreči devetdeset posnetkov, ki imajo vsi vroč piksel na (1204, 883), in dobiš stack z vročim pikslom na (1204, 883). Potem registracija med posnetki zasuka polje in to nepremično napako razmaže v kratko barvno črtico – kar je natanko tisti artefakt, zaradi katerega sicer dobra slika izgleda amatersko.

Namesto tega jih je mogoče najti statistično. Trik je ločiti napako od zvezde, saj sta obe majhni in svetli. Razločevalni znak je, da zvezda ni en piksel: optika razprši točkast vir čez več pikslov, tako da ima prava zvezda svetle sosede. Vroč piksel stoji sam. Primerjaj vsak piksel z mediano njegovih osmih sosedov in prag skaliraj s tem, koliko se ti sosedje med seboj razlikujejo – okoli vročega piksla na ravnem nebu se tesno ujemajo, okoli jedra zvezde so to njena lastna ramena in se močno razlikujejo. Ta razlika ti omogoča, da enega odstraniš in drugo obdržiš.

Akastroid to naredi samodejno na vsakem posnetku, pred registracijo, ne glede na to, ali si posnel dark posnetke ali ne. Namerno je konservativen – osem sigm ven – ker so stroški asimetrični. Spregledan vroč piksel je pikica. Odstranjeno jedro zvezde so podatki, ki jih nič ne more povrniti.

Praktičen odgovor

Če imaš omejen čas in mrzle roke:

1. Vedno posnemi flat posnetke. Dvajset do trideset, na koncu seje, preden se dotakneš fokusa. To je največji posamezni dobitek.
2. Posnemi dark posnetke, če je tvoja kamera hlajena ali so osvetlitve dolge. Ujemi temperaturo, ojačanje in trajanje. Dvajset je razumno število.
3. Posnemi bias posnetke, če gradiš knjižnico dark posnetkov. Sicer so neobvezni.
4. Ne izgubi jasne noči za kalibracijo. Light posnetki so nenadomestljivi del. Flat posnetke lahko posnameš ob zori, dark posnetke s pokrovčkom na objektivu v hiši.

In če sploh nimaš kalibracijskih posnetkov, vseeno obdelaj. Stack nekalibriranih light posnetkov z odstranjenim gradientom in očiščenimi vročimi piksli je prava fotografija. Popolna kalibracija na podatkih, ki jih nikoli nisi zbral, ni.