Дарки, флети й біаси: що вони насправді виправляють

Кожен підручник з астрофотографії каже вам знімати дарки, флети й біаси. Майже жоден не пояснює, що саме прибирає кожен із них, — і тому більшість людей або знімають усі три з забобону, або не знімають жодного через розгубленість. І те, і те помилка, і вони не рівноцінні: один із цих трьох типів важить набагато більше за два інші, і це не той, з якого новачки зазвичай починають.

Ось що насправді робить кожен кадр.

Ваш сенсор бреше трьома різними способами

Сенсор камери не повідомляє про світло, яке на нього впало. Він повідомляє про світло, яке на нього впало, плюс набір похибок, — і кожен калібрувальний кадр націлений на одну конкретну похибку.

Він додає тепло. Кожен піксель накопичує заряд від теплової енергії навіть у цілковитій темряві, і робить це зі швидкістю, яка приблизно подвоюється на кожні 6–7 °C. За 300-секундну витримку це складається в цілком реальний сигнал, що не має жодного стосунку до неба. Гірше того: швидкість різниться від пікселя до пікселя — деякі пікселі набагато гарячіші за сусідні, і саме звідти беруться ті кольорові цятки.

Він віньєтує і збирає пил. Ваша оптика доставляє в центр кадру більше світла, ніж у кути, зазвичай на 20–40%. Пил на захисному склі сенсора чи на фільтрі кидає м’які сірі бублики. Ані того, ані іншого немає на небі, але є в кожному кадрі.

Він має зсув. Камера додає фіксований п’єдестал до кожного відліку, щоб шум ніколи не обрізався на нулі. Цей п’єдестал теж не ідеально рівномірний — у ньому є слабкі візерунки.

Дарки виправляють перше. Флети — друге. Біаси — третє.

Флети — ось що справді важить

Якщо ви взагалі колись зніматимете лише один тип калібрувальних кадрів, знімайте флети. Це протилежне до того, що робить більшість, — і це найбільший одиничний виграш у якості, доступний початківцеві.

Причина в тому, що віньєтування й тіні від пилу мультиплікативні й великі. 30-відсоткове падіння яскравості в кутах не просто затемнює кути — воно переживає розтягування, а розтягування його підсилює. Коли ви витягуєте з фону слабку туманність, ви витягуєте разом із нею й віньєтку, і в підсумку отримуєте яскраву пляму посеред кадру, яку жодне видалення градієнтів не прибирає до кінця. Пилові бублики роблять те саме: вони проступають як м’які темні кільця саме там, де ви намагаєтеся розгледіти слабкий сигнал.

Дарки натомість беруться за те, з чим складання вже частково дає раду. Усередніть достатньо кадрів — і випадковий тепловий шум спаде як корінь квадратний із їхньої кількості. Гарячі пікселі усередненням не прибираються, але з ними можна впоратися статистично, до чого я ще повернуся.

Флети до того ж найлегше знімати, і вони найменше зазіхають на ваш час під ясним небом. Темрява для них не потрібна. Наведіть телескоп на рівномірно освітлену поверхню — сутінкове небо, білу футболку на апертурі з лампою позаду, планшет із білим екраном — і виставте витримку так, щоб гістограма стояла десь на третині — половині повної шкали. Двадцяти-тридцяти кадрів цілком досить.

Критично важливе правило: флети треба знімати на тому самому фокусі, тому самому повороті камери й тій самій оптичній конфігурації, що й лайти. Якщо ви перефокусувалися чи повернули камеру, пил зміщується відносно кадру, і ваші флети стають гіршими за непотрібні — вони відштампують бублики не в тих місцях. Знімайте їх наприкінці сесії, перш ніж щось чіпати.

Дарки: корисні, але переоцінені для коротких витримок

Дарк — це кадр із закритим затвором, тієї самої тривалості, температури й підсилення, що й лайти. Відніміть його — і ви приберете і середній тепловий сигнал, і фіксований візерунок того, які пікселі гарячіші за інші.

Дарки стають по-справжньому цінними за двох умов:

• Довгі витримки. На 300 секундах тепловий внесок вагомий. На 10 секундах — а саме такими знімає Seestar чи Dwarf — він часто нижчий за шум зчитування, і віднімання дає вам дуже мало.
• Охолоджувана камера. Дарки працюють, лише якщо температура збігається. Спеціалізована астрокамера на −10 °C дає повторювані дарки, які можна перевикористовувати місяцями. Дзеркалка, що почала ніч за 18 °C, а закінчила за 4 °C, — ні: дарк, знятий наприкінці, не описує кадр, знятий на початку.

Саме на останньому пункті люди й спотикаються. У неохолоджуваної дзеркалки темновий струм змінюється протягом ночі в міру того, як камера холоне. Віднімання невідповідного дарка може додати шуму замість того, щоб його прибрати, бо ви віднімаєте один шумний кадр від іншого, а тепловий сигнал при цьому навіть не скорочується як слід.

Якщо ви знімаєте неохолоджуваною камерою короткими субкадрами, відмовитися від дарків цілком розумно. Ви не лінуєтеся — ви відхиляєте поправку, яка до ваших даних чисто не прикладається.

Біаси: те, що зазвичай можна ігнорувати

Біас — це найкоротша витримка, на яку здатна ваша камера, із закритим затвором. Він фіксує електронний зсув і більше нічого.

Біаси мають значення, коли ви масштабуєте дарки — тобто берете бібліотечний дарк, знятий з іншою витримкою, і математично його підганяєте. Для цього треба відокремити фіксований зсув від залежного від часу теплового сигналу, а це саме те, що дають біаси.

Якщо ви знімаєте дарки тієї самої тривалості, що й лайти, біас уже сидить усередині дарка, і віднімання дарка віднімає біас разом із ним. Знімати біаси окремо тоді не дає нічого.

Біаси дешеві — сотня кадрів забирає менше хвилини, — тож серйозних аргументів проти них немає. Але якщо ви стоїте на холоді й вагаєтеся, чи варто морочитися, це саме той тип кадрів, який можна пропустити.

А як щодо гарячих пікселів?

Ось тут стандартна порада тихо провалюється. Дарки прибирають ті гарячі пікселі, які ваш сенсор видає передбачувано. Вони не прибирають влучання космічних променів, що падають випадково в один кадр, і вони не роблять узагалі нічого для тієї дуже великої кількості людей, які дарків ніколи не знімають.

До гарячих пікселів варто поставитися серйозно, бо складання їх не прибирає. Усередніть дев’яносто кадрів, у кожного з яких гарячий піксель у точці (1204, 883), — і ви отримаєте стек із гарячим пікселем у точці (1204, 883). А потім суміщення повертає поле між кадрами й розмазує цей нерухомий дефект у коротку кольорову смужку — саме той артефакт, від якого загалом непогане зображення виглядає аматорським.

Їх можна знаходити й статистично. Хитрість у тому, щоб відрізнити дефект від зорі, адже і те, і те маленьке та яскраве. Розрізняльна ознака така: зоря — це не один піксель. Оптика розмазує точкове джерело на кілька пікселів, тож у справжньої зорі є яскраві сусіди. Гарячий піксель стоїть сам. Порівнюйте кожен піксель із медіаною його вісьмох сусідів і масштабуйте поріг за тим, наскільки ці сусіди розходяться між собою: навколо гарячого пікселя на рівному небі вони збігаються тісно, а навколо ядра зорі вони і є плечима самої зорі й різняться сильно. Саме ця відмінність дозволяє прибрати одне й зберегти інше.

Akastroid робить це автоматично на кожному кадрі, ще до суміщення, незалежно від того, знімали ви дарки чи ні. Робить свідомо консервативно — на восьми сигмах, — бо ціна помилок несиметрична. Пропущений гарячий піксель — це цятка. Прибране ядро зорі — це дані, яких уже ніщо не поверне.

Практична відповідь

Якщо часу обмаль, а руки мерзнуть:

1. Завжди знімайте флети. Двадцять-тридцять, наприкінці сесії, перш ніж чіпати фокус. Це найбільший одиничний виграш.
2. Знімайте дарки, якщо камера охолоджувана або субкадри довгі. Зводьте температуру, підсилення й тривалість. Двадцять — розумна кількість.
3. Знімайте біаси, якщо збираєте бібліотеку дарків. В інших випадках вони необов’язкові.
4. Не витрачайте ясну ніч на калібрування. Незамінна частина — це лайти. Флети можна зняти на світанку, дарки — із кришкою на об’єктиві вдома.

А якщо калібрувальних кадрів у вас немає взагалі — обробляйте все одно. Стек некаліброваних лайтів із прибраним градієнтом і почищеними гарячими пікселями — це справжня фотографія. Ідеальне калібрування даних, яких ви так і не зібрали, — ні.