Darkovi, flatovi i bajasi: šta zapravo popravljaju

Svaki tutorijal za astrofotografiju kaže ti da snimiš darkove, flatove i bajase. Skoro nijedan ti ne kaže šta svaki od njih uklanja, pa većina ljudi ili snima sva tri iz sujeverja ili preskače sva tri iz zbunjenosti. Obe su greške, i nisu podjednako loše - jedan od ova tri snimka važan je daleko više od druga dva, a nije onaj s kojim početnici obično krenu.

Evo šta svaki snimak zapravo radi.

Tvoj senzor laže na tri različita načina

Senzor kamere ne prijavljuje svetlost koja je pala na njega. Prijavljuje svetlost koja je pala na njega plus skup grešaka, a svaki kalibracioni snimak cilja jednu konkretnu grešku.

Dodaje toplotu. Svaki piksel nakuplja naelektrisanje od toplotne energije čak i u potpunom mraku, i to brzinom koja se otprilike udvostručuje na svakih 6–7 °C. Tokom ekspozicije od 300 sekundi to se nakupi u pravi signal koji nema nikakve veze s nebom. Još gore, brzina varira od piksela do piksela - neki pikseli su mnogo topliji od suseda, i odatle dolaze one obojene tačkice.

Vinjetira i skuplja prašinu. Tvoja optika dovodi više svetlosti u centar kadra nego u uglove, obično za 20–40%. Prašina na prozoru senzora ili filteru baca meke sive krofne. Nijedno nije na nebu, ali oba su u svakom snimku.

Ima ofset. Kamera dodaje fiksni pijedestal svakom očitavanju da šum nikad ne bi bio odsečen na nuli. Ni taj pijedestal nije savršeno ujednačen - ima u sebi blede šare.

Darkovi popravljaju prvo. Flatovi popravljaju drugo. Bajasi popravljaju treće.

Flatovi su ti koji su važni

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

Razlog je što su vinjetiranje i senke prašine multiplikativni i veliki. Pad od 30% u uglovima ne samo da zatamni uglove - on preživi rastezanje histograma, a rastezanje ga pojačava. Kad izvlačiš slabu maglinu iz pozadine, izvlačiš i vinjetu, i završiš sa svetlom mrljom u sredini kadra koju nikakvo uklanjanje gradijenta ne popravlja do kraja. Krofne od prašine rade isto: pojavljuju se kao meki tamni prstenovi tačno tamo gde pokušavaš da vidiš slab signal.

Darkovi, nasuprot tome, rešavaju nešto što slaganje već delimično rešava. Usrednji dovoljno snimaka i slučajni toplotni šum pada sa kvadratnim korenom njihovog broja. Vrući pikseli se ne usrednjavaju - ali s njima se može izaći na kraj statistički, na šta ću se vratiti.

Flatovi su takođe najlakši za snimanje i najmanje traže od tvog vedrog neba. Ne treba ti mrak. Usmeri teleskop ka ravnomerno osvetljenoj površini - nebo u sumrak, bela majica preko otvora s lampom iza nje, tablet s belim ekranom - i eksponiraj tako da histogram bude negde na trećini do polovine pune skale. Dvadeset do trideset snimaka je sasvim dovoljno.

Ključno pravilo: flatovi moraju biti snimljeni sa istim fokusom, istom rotacijom i istom optičkom konfiguracijom kao lajtovi. Ako refokusiraš ili zarotiraš kameru, prašina se pomeri u odnosu na kadar i tvoji flatovi su gori nego beskorisni - utisnuće krofne na pogrešna mesta. Snimi ih na kraju sesije, pre nego što išta pipneš.

Darkovi: korisni, ali precenjeni za kratke ekspozicije

Dark je ekspozicija sa zatvorenim zatvaračem, istog trajanja, temperature i pojačanja (gain) kao lajtovi. Oduzmi ga i uklonio si i prosečni toplotni signal i fiksnu šaru toga koji su pikseli topliji od drugih.

Dva uslova čine darkove zaista vrednim:

• Duge ekspozicije. Na 300 sekundi toplotni doprinos je znatan. Na 10 sekundi - koliko snimaju Seestar ili Dwarf - često je ispod šuma očitavanja, i njegovo oduzimanje donosi vrlo malo.
• Hlađena kamera. Darkovi rade samo ako se temperatura poklapa. Namenska astro kamera na −10 °C daje ponovljive darkove koje možeš koristiti mesecima. DSLR koji je noć počeo na 18 °C, a završio na 4 °C ne daje - dark koji si snimio na kraju ne opisuje snimak koji si napravio na početku.

Ta poslednja tačka je ona na kojoj se ljudi sapliću. Tamna struja nehlađenog DSLR-a menja se tokom noći kako se kamera hladi. Oduzimanje neusklađenog darka može da doda šum umesto da ga ukloni, jer oduzimaš jedan šumovit snimak od drugog, a toplotni signal se ne poništi ni kako treba.

Ako snimaš nehlađenom kamerom u kratkim ekspozicijama, sasvim je razumno preskočiti darkove. Nisi lenj; odbijaš korekciju koja se ne primenjuje čisto na tvoje podatke.

Bajas: onaj koji obično možeš da ignorišeš

Bajas je najkraća ekspozicija koju tvoja kamera može da napravi, sa zatvorenim zatvaračem. Beleži elektronski ofset i ništa drugo.

Bajasi su važni kad skaliraš darkove - kad koristiš dark iz biblioteke snimljen na drugoj dužini ekspozicije i matematički ga prilagođavaš. To zahteva razdvajanje fiksnog ofseta od toplotnog signala koji zavisi od vremena, a upravo to ti bajas daje.

Ako snimaš usklađene darkove iste dužine kao lajtovi, bajas je već unutar darka, i oduzimanje darka oduzima i bajas s njim. Zasebno snimanje bajasa tada ne dodaje ništa.

Bajasi su jeftini - stotinu njih traje manje od minuta - pa nema jakog argumenta protiv toga da ih imaš. Ali ako stojiš na hladnoći i pitaš se da li da se trudiš, ovo je onaj koji treba preskočiti.

A šta je s vrućim pikselima?

Tu standardni savet tiho zakazuje. Darkovi uklanjaju vruće piksele koje tvoj senzor proizvodi predvidljivo. Ne uklanjaju udare kosmičkih zraka, koji nasumično padnu u jedan snimak, i ne rade baš ništa za veoma veliki broj ljudi koji nikad ne snimaju darkove.

Vruće piksele vredi shvatiti ozbiljno jer ih slaganje ne uklanja. Usrednji devedeset snimaka koji svi imaju vrući piksel na (1204, 883) i dobićeš stek sa vrućim pikselom na (1204, 883). Onda registracija zarotira polje između snimaka i razmaže tu nepomičnu manu u kratku obojenu crtu - a to je baš onaj artefakt zbog kog inače dobra slika izgleda amaterski.

Umesto toga mogu se naći statistički. Trik je razlikovati manu od zvezde, pošto su obe male i sjajne. Razlika je u tome što zvezda nije jedan piksel: optika razmaže tačkasti izvor preko nekoliko njih, pa prava zvezda ima svetle susede. Vrući piksel stoji sam. Uporedi svaki piksel sa medijanom njegovih osam suseda, i skaliraj prag prema tome koliko se ti susedi međusobno razlikuju - oko vrućeg piksela na ravnom nebu slažu se tesno, oko jezgra zvezde oni su zvezdina sopstvena ramena i jako variraju. Ta razlika je ono što omogućava da ukloniš jedno, a zadržiš drugo.

Akastroid ovo radi automatski na svakom snimku, pre registracije, bez obzira na to da li si snimio darkove. Namerno je konzervativan - osam sigma - jer su troškovi asimetrični. Propušten vrući piksel je tačkica. Uklonjeno jezgro zvezde su podaci koje ništa ne može da vrati.

Praktičan odgovor

Ako imaš malo vremena i hladne ruke:

1. Uvek snimaj flatove. Dvadeset do trideset, na kraju sesije, pre nego što pipneš fokus. Ovo je najveći pojedinačni dobitak.
2. Snimaj darkove ako ti je kamera hlađena ili su ekspozicije duge. Uskladi temperaturu, pojačanje i trajanje. Dvadeset je razuman broj.
3. Snimaj bajase ako gradiš biblioteku darkova. Inače su opcioni.
4. Ne gubi vedru noć na kalibraciju. Lajtovi su nezamenljiv deo. Flatovi se mogu snimiti u zoru, darkovi s poklopcem na objektivu u kući.

A ako uopšte nemaš kalibracione snimke, obradi svejedno. Stek nekalibrisanih lajtova sa uklonjenim gradijentom i očišćenim vrućim pikselima prava je fotografija. Savršena kalibracija na podacima koje nikad nisi sakupio nije.