i. Förstå problemet:buller i astrofotografi
* Varför finns det buller? Digital brus uppstår från flera källor:
* Termiskt brus (mörk ström): Värme inom kamerasensorn genererar oönskade signaler. Detta är särskilt problematiskt med långa exponeringar som är vanliga i astrofotografi.
* Läs buller: Elektroniskt brus som genererades under avläsningen av sensorn efter en exponering.
* skottbrus (Poisson -brus): Statistiska fluktuationer i antalet fotoner som träffar varje pixel. Detta är inneboende i ljusets natur och påverkar alla bilder, men blir mer märkbar med svaga signaler.
* förstärkare GLOW: Vissa sensorer uppvisar en oönskad glöd i hörnen eller kanterna på bilden.
* Lättföroreningar: Oönskat omgivande ljus bidrar till brus.
* Signal-till-brusförhållandet (SNR): Ett avgörande koncept. SNR är förhållandet mellan den önskade astronomiska signalen (ljus från stjärnor, nebulor, galaxer) till det oönskade bruset. Att öka SNR är det primära målet med stapling.
ii. Lösningen:Exponeringsstapling
* Principen: Genom att ta flera exponeringar av samma mål och i genomsnitt i genomsnitt lägger signalen (astronomiska föremål) linjärt, medan bruset lägger till slumpmässigt (idealiskt, som kvadratroten för antalet bilder). Detta förbättrar dramatiskt SNR.
* Fördelar:
* reducerat brus: Som förklarats ovan.
* ökat dynamiskt intervall: Fångar ett bredare intervall av ljusstyrka.
* avslöjade svagare detaljer: Buller döljer svaga föremål; Stacking avslöjar dem.
* Mitigerade effekter av dåliga pixlar: Stapling hjälper till att jämna ut effekterna av individuella dåliga eller "heta" pixlar.
iii. Arbetsflödet:Från fångst till slutbild
a. Bildförvärv (skytte)
1. Kamerainställningar:
* iso (vinst): Experiment för att hitta den optimala ISO för din kamera. För lågt, och du kanske underexponerar och förstärker läsbrus vid bearbetning. För högt, och du kan mätta stjärnor eller generera överdrivet termiskt brus. * Enhetsförstärkning* (där 1 elektron =1 ADU) är ofta en bra utgångspunkt. Många moderna kameror har "lågläsande brus" ISO -inställningar.
* Aperture: Använd din lins eller teleskop på den bredaste möjliga bländaren (lägsta F-nummer) för att samla mest ljus.
* Fokus: Uppnå exakt fokus med en Bahtinov -mask, Hartmann -mask eller elektroniska fokuseringshjälpmedel. Lite fokusfel kommer att förstöra dina staplingsinsatser.
* Exponeringstid: Experiment för att hitta den optimala exponeringstiden som fångar detaljer utan överdriven stjärnspår (om du använder ett obegränsat fäste) eller överexponerar ljusa stjärnor. "500 -regeln" (500 / brännvidd =max exponeringstid) är en utgångspunkt, men använd en mer exakt formel med tanke på din kamerasensors pixelsstorlek. För en guidad fäste är längre exponeringar (t.ex. 3-10 minuter) ofta önskvärda.
* Bildformat: Skjut i råformat (t.ex. .cr2, .Nef, .arw). Detta bevarar de flesta bilddata och möjliggör större flexibilitet under bearbetningen.
* Undvik att klippa höjdpunkter: Se till att du inte överexponerar de ljusaste delarna av bilden (stjärnor). Använd kamerans histogram för att övervaka detta. Håll de ljusaste topparna strax under mättnad.
2. Antal exponeringar:
* Mer är i allmänhet bättre, men det finns minskande avkastning. Minst 10-20 lätta ramar är en bra utgångspunkt. Sikta på 30-50 eller ännu mer om möjligt.
3. Mount &Tracking (väsentligt för djupa himmelobjekt):
* ekvatorialmontering: Avgörande för att spåra den uppenbara rörelsen av stjärnorna orsakade av jordens rotation. En tysk ekvatorialfäste (pärla) är en vanlig typ.
* vägledande (valfritt, men rekommenderas starkt): Auto-guiding använder en separat kamera och teleskop för att exakt övervaka en guidestjärna och korrigera för eventuella spårningsfel i mitt montering. Detta möjliggör mycket längre exponeringar.
4. Kalibreringsramar (avgörande för resultat av hög kvalitet): Dessa är speciella bilder tagna för att kalibrera de lätta ramarna och ta bort vanliga brusmönster.
* darks: Tagen med * samma exponeringstid, ISO och temperatur * som dina ljusa ramar, men med linsslocket på (eller teleskopet täckt). Dessa fångar termiskt brus, heta pixlar och förstärkares glöd. Ta minst 20-30 mörka ramar. Vissa kameror kan automatiskt subtrahera mörka ramar (lång exponeringsbrusreducering), men det är bättre att hantera mörk subtraktion vid efterbehandling.
* förspänning (eller offset): Tagen med den * kortaste möjliga exponeringstiden och samma iso * som dina lätta ramar, med linslocket på. Dessa fångar läsbrus och alla andra konstant offset som läggs till av kamerans elektronik. Ta minst 50-100 förspänningsramar.
* lägenheter: Tagen med en * jämnt upplyst yta * (t.ex. en surfplatta skärm, en T-shirt sträckt över teleskopet) placerat framför din lins eller teleskop. Syftet med lägenheter är att korrigera för dammmotor på sensorn, vinjettering (mörkare mot kanterna) och ojämn belysning i det optiska systemet. Ta 20-30 platta ramar. Exponeringstiden bör vara tillräckligt lång för att få en bra signal men inte så länge som att överexponera. Sikta på ett ADU -värde på cirka 1/3 till 1/2 av kamerans dynamiska intervall. Ta lägenheter om du roterar din kamera eller ändrar optiska element.
* mörka lägenheter (valfritt, men rekommenderas för bästa resultat): Tagen med * samma exponeringstid och ISO * som dina platta ramar, men med ljuskällan stängs av. De kompenserar för termiskt brus som finns i dina platta ramar. Ta 20-30 mörka platta ramar.
b. Förbehandling (kalibrering, justering och stapling)
1. Programvara: Flera programalternativ finns tillgängliga. Några populära val inkluderar:
* DeepskyStacker (DSS): Gratis, allmänt använt och utmärkt för nybörjare.
* pixinsight: Kraftfull men mer komplex (och dyr). Betraktas branschstandarden för avancerad astrofotografisk bearbetning.
* siril: Gratis och öppen källkod, få popularitet.
* Astro Pixel Processor (APP): Ett annat kommersiellt alternativ med ett gott rykte.
2. Kalibrering: Detta är det första steget i förbehandlingen. Programvaran kommer att använda dina kalibreringsramar för att ta bort brus och artefakter från dina lätta ramar.
* mörk subtraktion: Subtraherar Master Dark Frame från varje ljuram för att ta bort termiskt brus och heta pixlar.
* Bias Subtraktion: Subtraherar Master Bias -ramen från de lätta ramarna, mörka ramarna och platta ramar för att ta bort läsbrus och andra elektroniska förskjutningar.
* platt korrigering: Dela upp de lätta ramarna med den master platta ramen (efter att ha subtraherat master mörk-platt eller förspänning, om tillämpligt) för att korrigera för vinjettering och dammmotor.
3. justering (registrering): Programvaran analyserar varje kalibrerad ljuram och anpassar dem till en gemensam referensram. Detta kompenserar för små rörelser av teleskopet eller atmosfäriska distorsioner. Programvaran söker efter stjärnor i varje bild och använder dem som referenspunkter.
4. stapling (integration): Programvaran är i genomsnitt de inriktade lätta ramarna ihop, pixel efter pixel. Detta minskar bruset och ökar signal-till-brusförhållandet. Programvaran erbjuder olika staplingsmetoder:
* Genomsnittlig stapling: Enkel medelvärde av pixelvärdena. Bra för initiala resultat.
* Median Stacking: Tar medianpixelvärdet för varje pixel över alla ramar. Effektivt vid avlägsnande av outliers (t.ex. satellitspår, kosmiska strålar).
* Sigma Clipping: En statistisk metod som identifierar och avvisar outlier -pixlar innan medelvärden. Bra för att ta bort brus och artefakter utan att förlora svaga detaljer. DSS använder Kappa-Sigma Clipping, och Pixinsight erbjuder mer avancerade alternativ.
5. Utgång: Staplingsprocessen genererar en enda, kalibrerad, inriktad och staplad bild. Denna bild är vanligtvis i ett 32-bitars flytande punktformat (t.ex. .tif eller .fit) för att bevara det maximala dynamiska intervallet.
c. Efterbehandling (bildförbättring)
1. Programvara: Efterbehandling är avgörande för att få fram detaljerna i din staplade bild.
* Adobe Photoshop: Ett mångsidigt verktyg för bildredigering, men kräver plugins som är specifikt utformade för astrofotografi (t.ex. astronomiska verktyg, Noel Carbonis handlingar).
* pixinsight: Erbjuder en omfattande svit med verktyg för astrofotografisk bearbetning, inklusive brusreducering, stretching, färgkalibrering och detaljförbättring.
* gimp: Gratis och öppen källkodsalternativ till Photoshop.
2. Vanliga efterbehandlingssteg:
* stretching (histogram transformation): Den staplade bilden är vanligtvis mycket mörk. Stretching utvidgar det dynamiska intervallet för att göra de svaga detaljerna synliga. Det finns olika metoder, inklusive:
* linjär sträckning: Enkel justering av de svarta och vita punkterna.
* icke-linjär sträckning: Mer sofistikerade metoder som kurvorjusteringar, histogramutjämning och maskerad stretch (Pixinsight) för att få fram detaljer utan att överexponera ljusare områden.
* Bakgrundsuttag/reduktion: Tar bort ljusföroreningar och eventuell återstående ojämn belysning. Pixinsights dynamiska bakgrundsutvinning (DBE) och Automatic Background Extractor (ABE) är mycket kraftfulla.
* Bullerreduktion: Ytterligare minskar brus med tekniker som:
* gaussisk oskärpa: Enkelt men kan oskärpa detaljer.
* Multiscale Linear Transform (MLT) (PixInsight): En mer sofistikerad teknik som tillämpar brusreducering i olika skalor för att bevara detaljer.
* tgvdenoise (pixinsight): Avancerad brusreduceringsalgoritm.
* Topaz Denoise AI: Programvara för kommersiell brusreducering, mycket effektiv men kräver ett prenumeration.
* skärpning: Förbättrar fina detaljer med tekniker som:
* unsharp mask: En klassisk skärpningsteknik.
* deconvolution: Återställer detaljer som förlorats på grund av atmosfärisk såg och optiska brister. (Kräver en punktspridningsfunktion eller PSF)
* Lokal histogramutjämning (LHE): Förbättrar kontrasten i lokala regioner i bilden.
* färgkalibrering: Säkerställer exakta och behagliga färger. Metoder inkluderar:
* Bakgrundsneutralisering: Ställer in bakgrundshimlen på en neutral grå.
* färgkalibrering (pixinsight): Använder stjärnfärger för att kalibrera den övergripande bildfärgen.
* fotometrisk färgkalibrering (PixInsight): Använder en databas med stjärnljusstyrka för att utföra färgkalibrering.
* stjärnreduktion (valfritt): Minskar stjärnornas storlek och ljusstyrka för att betona den omgivande nebulan eller galaxen. Pixinsight's Starmask and Morfological Transformation är användbara.
* Färgförbättring: Förbättrar färgerna på nebulor och andra objekt med hjälp av kurvjusteringar, mättnadsjusteringar och specialiserade tekniker som HDR Multiscale Transform.
* Slutliga justeringar: Finjustera bilden med justeringar av ljusstyrka, kontrast, mättnad och skärpa.
iv. Tips och bästa praxis
* Mörka ramar i slutet: Det är bäst att ta dina mörka ramar omedelbart efter dina lätta ramar, medan din kamera fortfarande är vid samma temperatur.
* Temperaturkontroll: Använd om möjligt en kyld CCD -kamera för att minimera termiskt brus. Om du använder en DSLR eller spegelfri kamera, försök att skjuta på svalare nätter. Om du inte kan skjuta på en sval natt, låt kameran acklimansiera till omgivningstemperaturen i minst en timme innan du tar mörka ramar.
* experiment med ISO: Hitta den optimala ISO -inställningen för din kamera som balanserar signalstyrka med läsbrus.
* exakt fokusering: Kritiskt viktigt! Använd en Bahtinov -mask eller annat fokuseringshjälp.
* exakt spårning: Bra spårning är avgörande för skarpa bilder, särskilt med långa exponeringar.
* Ljusföroreningsfilter: Använd ljusföroreningar för att blockera oönskat ljus från konstgjorda källor.
* Dithering: Skift något teleskopets position mellan varje exponering (med några få pixlar). Detta hjälper till att genomsnittligt utfasta mönsterbrus och förbättra den totala bildkvaliteten. De flesta moderna Capture -programvaror har ett Dithering -alternativ.
* Håll utrustningen ren: Damm på din sensor eller optik kommer att dyka upp i dina bilder. Rengör din utrustning regelbundet.
* övning, övning, övning: Astrofotografi är en utmanande men givande hobby. Bli inte avskräckt av de första resultaten. Fortsätt lära och experimentera!
* Gå med online -samhällen: Anslut med andra astrofotografer för råd, tips och inspiration.
v. Exempel på arbetsflöde med DeepskyStacker (DSS)
1. Öppna lätta ramar: Ladda dina lätta ramar i DSS.
2. Öppna mörka ramar: Ladda dina mörka ramar.
3. Öppna platta ramar: Ladda dina platta ramar.
4. Öppna förspänning/offsetramar: Ladda dina förspänning/offsetramar.
5. Kontrollera "Stack efter registrering av bilder"
6. Kontrollera "Skapa maskerad bild" Detta hjälper till att skydda dina detaljer under bearbetningen.
7. Klicka på "Kontrollera alla." DSS kommer sedan att beräkna vad man ska göra med varje ram.
8. Klicka på "OK" För att starta registreringsprocessen.
9. Klicka på "Stack Pictures."
10. Välj dina inställningar: För de flesta ändamål är standardstaplingsinställningarna bra. "Genomsnittlig" stapling är ett bra ställe att börja. Kappa-Sigma-klippningen i DSS är tillräcklig för borttagande.
11. Klicka på "OK" för att börja stapla.
12. Efter stapling visas den staplade bilden automatiskt. Härifrån kan du justera nivåerna och kurvorna efter smak. Spara bilden som en 16-bitars TIFF-fil för vidare bearbetning i Photoshop eller en annan bildredigerare.
Genom att noggrant följa dessa steg kan du minska digitalt brus avsevärt i dina astrofotografiska bilder och avslöja natthimlen dolda skönhet. Lycka till och tydlig himmel!