Астрофотография: съёмка темновых кадров
Содержание:
1. Кадры — световой, темновой и ошибки считывания;
2.Съёмка темновых кадров (Вы читаете данный раздел);
3. Сигнал и Шум: хорошо, плохо и ужасно;
4. Применение калибровочных кадров;
5. Как улучшить отношение сигнал/шум.
Из-за того, что DSLR-камеры не охлаждаются, тепло от работающей электроники постепенно накапливается по мере работы, и температура растёт с каждым следующим кадром, пока не стабилизируется через пару часов. Предполагается, что темновые кадры должны быть как-то согласованы со световыми. Что же мы должны сделать для этого?
Наилучшее решение, которое я нашёл, — это наснимать множество темновых кадров и создать то, что называется масштабируемым главным темновым кадром (Master Dark), а затем использовать специализированный софт, такой, как ImagesPlus (mlunsold.com), Max-DSLR (cyanogen.com), или Nebulosity (stark-labs.com) для калибровки изображений.
Использование только одного темнового кадра для калибровки целой серии кадров, сделанных на протяжении всей ночи, не сможет так хорошо улучшить изображения, как это можно сделать с использованием темнового кадра, полученного усреднением серии таких кадров. Усреднение множества темновых кадров уменьшит величину шума в Master Dark. Хотя вы можете получать темновые кадры поздно вечером, при условии, что температура сильно не меняется, я нахожу куда более удобным записывать их в контролируемых условиях в облачные ночи, или даже в дневные часы.
Для этого я установил мой Canon 20Da в своём гараже на ночь, подсоединил программируемый спусковой тросик TC80-N3 и начал снимать темновые кадры, закрыв объектив крышкой, и также закрыв видоискатель. Периодически я проверяю температуру в гараже, хотя она остаётся достаточно постоянной. Я записываю, сколько экспозиций я сделал, и при какой температуре.
Поскольку у меня в распоряжении вся ночь, чтобы делать темновые кадры при разных условиях, я могу затем по-разному комбинировать индивидуальные кадры, чтобы сделать Master Dark для каждого значения ISO и температуры. Температура варьируется в достаточных пределах, чтобы я мог создать полноценную "библиотеку" темновых кадров для температур 4, 10, 16, 21, 24°C. Таким образом, ни одна из отснятых сессий не будет иметь отличие по температуре больше, чем 3°C от любого из моих Master Dark кадров.
Этой точности вполне достаточно для того, чтобы я смог использовать программу калибровки для автоматической подгонки (интерполяции) соответствующего темнового кадра, и получать результаты, фактически неотличимые от тех, что могут быть достигнуты, если использовать темновые кадры, сделанные между каждыми последующими световыми кадрами. Я обычно стараюсь комбинировать по меньшей мере 9 темновых кадров для получения одного Master Dark, хотя, понятно, что чем больше, тем лучше (я использовал до 64-х). Я записываю все мои темновые кадры на самой длительной выдержке, какая мне доступна, — это 10 минут. Таким образом, они (яркости темновых кадров. — Прим. пер.) могут быть смасштабированы в меньшую сторону для того, чтобы применить их к более коротким экспозициям. (Масштабирование в сторону увеличения ведёт к потере точности.)
Чтобы получить масштабируемый главный темновой кадр (Master Dark), надо также записать кадры ошибки считывания (Bias Frames). Они неоходимы, чтобы правильно масштабировать темновые кадры. Кадры ошибки считывания можно усреднить, а затем их надо вычесть из главного темнового кадра. Тем самым мы получаем сигнал чисто теплового происхождения. Поскольку этот сигнал линейно зависит от выдержки, при калибровке он может быть точно смасштабирован, чтобы соответствовать световым кадрам. Кадры ошибки считывания записываются подобно темновым кадрам, но с минимально возможной выдержкой. Наснимайте побольше Bias Frames, чтобы сделать качественные Master Bias Frames по тем же причинам, что и при создании Master Darks. (Обратите внимание, что Bias Frames при разных температурах и ISO могут быть разными! Поэтому у нас должен быть не один Master Dark, а целая коллекция.)
Хотя на снимках, сделанных DSLR-камерой, слабые объекты видны при коротких экспозициях, требуется долгое суммирование и хорошая методика калибровки, чтобы отделить полезный сигнал от фона. [1] Здесь показан небольшой участок снимка туманности Вуаль, сделанного с 5-минутной экспозицией без калибровки с намёками на скрытые пока детали. [2] Простое выравнивание и комбинирование световых кадров сгладит случайный сигнал в изображении.
Несколько облачных вечеров, потраченные на получение калибровочных снимков, высвободят для вас время для сбора фотонов при ясном небе. [3] Темновые кадры (Dark Frames) записывают преимущественно тепловой сигнал, производимый сенсором камеры при каждой съёмке. Кадры ошибки считывания (Bias Frames) содержат сигнал, присущий самой камере. Вычитая ошибку считывания из темновых кадров, вы получаете тепловой сигнал в чистом виде, который можно затем математически смасштабировать для приведения в соответствие к световым кадрам. [4] Усреднение этих исправленных за ошибку считывания темновых кадров уменьшает в дальнейшем случайный сигнал, записанный на каждом темновом кадре. В результате получается очень точный главный тепловой кадр. [5] Вычитание этого главного теплового кадра (4) из каждого светового кадра даст в результате ровный сигнал, кадры с которым можно усреднять [6] для создания главного светового кадра, свободного от случайных пятен и готового для дополнительной обработки.
1. Кадры — световой, темновой и ошибки считывания;
2.
3. Сигнал и Шум: хорошо, плохо и ужасно;
4. Применение калибровочных кадров;
5. Как улучшить отношение сигнал/шум.
Из-за того, что DSLR-камеры не охлаждаются, тепло от работающей электроники постепенно накапливается по мере работы, и температура растёт с каждым следующим кадром, пока не стабилизируется через пару часов. Предполагается, что темновые кадры должны быть как-то согласованы со световыми. Что же мы должны сделать для этого?
Наилучшее решение, которое я нашёл, — это наснимать множество темновых кадров и создать то, что называется масштабируемым главным темновым кадром (Master Dark), а затем использовать специализированный софт, такой, как ImagesPlus (mlunsold.com), Max-DSLR (cyanogen.com), или Nebulosity (stark-labs.com) для калибровки изображений.
Использование только одного темнового кадра для калибровки целой серии кадров, сделанных на протяжении всей ночи, не сможет так хорошо улучшить изображения, как это можно сделать с использованием темнового кадра, полученного усреднением серии таких кадров. Усреднение множества темновых кадров уменьшит величину шума в Master Dark. Хотя вы можете получать темновые кадры поздно вечером, при условии, что температура сильно не меняется, я нахожу куда более удобным записывать их в контролируемых условиях в облачные ночи, или даже в дневные часы.
Для этого я установил мой Canon 20Da в своём гараже на ночь, подсоединил программируемый спусковой тросик TC80-N3 и начал снимать темновые кадры, закрыв объектив крышкой, и также закрыв видоискатель. Периодически я проверяю температуру в гараже, хотя она остаётся достаточно постоянной. Я записываю, сколько экспозиций я сделал, и при какой температуре.
Поскольку у меня в распоряжении вся ночь, чтобы делать темновые кадры при разных условиях, я могу затем по-разному комбинировать индивидуальные кадры, чтобы сделать Master Dark для каждого значения ISO и температуры. Температура варьируется в достаточных пределах, чтобы я мог создать полноценную "библиотеку" темновых кадров для температур 4, 10, 16, 21, 24°C. Таким образом, ни одна из отснятых сессий не будет иметь отличие по температуре больше, чем 3°C от любого из моих Master Dark кадров.
Этой точности вполне достаточно для того, чтобы я смог использовать программу калибровки для автоматической подгонки (интерполяции) соответствующего темнового кадра, и получать результаты, фактически неотличимые от тех, что могут быть достигнуты, если использовать темновые кадры, сделанные между каждыми последующими световыми кадрами. Я обычно стараюсь комбинировать по меньшей мере 9 темновых кадров для получения одного Master Dark, хотя, понятно, что чем больше, тем лучше (я использовал до 64-х). Я записываю все мои темновые кадры на самой длительной выдержке, какая мне доступна, — это 10 минут. Таким образом, они (яркости темновых кадров. — Прим. пер.) могут быть смасштабированы в меньшую сторону для того, чтобы применить их к более коротким экспозициям. (Масштабирование в сторону увеличения ведёт к потере точности.)
Чтобы получить масштабируемый главный темновой кадр (Master Dark), надо также записать кадры ошибки считывания (Bias Frames). Они неоходимы, чтобы правильно масштабировать темновые кадры. Кадры ошибки считывания можно усреднить, а затем их надо вычесть из главного темнового кадра. Тем самым мы получаем сигнал чисто теплового происхождения. Поскольку этот сигнал линейно зависит от выдержки, при калибровке он может быть точно смасштабирован, чтобы соответствовать световым кадрам. Кадры ошибки считывания записываются подобно темновым кадрам, но с минимально возможной выдержкой. Наснимайте побольше Bias Frames, чтобы сделать качественные Master Bias Frames по тем же причинам, что и при создании Master Darks. (Обратите внимание, что Bias Frames при разных температурах и ISO могут быть разными! Поэтому у нас должен быть не один Master Dark, а целая коллекция.)
Хотя на снимках, сделанных DSLR-камерой, слабые объекты видны при коротких экспозициях, требуется долгое суммирование и хорошая методика калибровки, чтобы отделить полезный сигнал от фона. [1] Здесь показан небольшой участок снимка туманности Вуаль, сделанного с 5-минутной экспозицией без калибровки с намёками на скрытые пока детали. [2] Простое выравнивание и комбинирование световых кадров сгладит случайный сигнал в изображении.
Несколько облачных вечеров, потраченные на получение калибровочных снимков, высвободят для вас время для сбора фотонов при ясном небе. [3] Темновые кадры (Dark Frames) записывают преимущественно тепловой сигнал, производимый сенсором камеры при каждой съёмке. Кадры ошибки считывания (Bias Frames) содержат сигнал, присущий самой камере. Вычитая ошибку считывания из темновых кадров, вы получаете тепловой сигнал в чистом виде, который можно затем математически смасштабировать для приведения в соответствие к световым кадрам. [4] Усреднение этих исправленных за ошибку считывания темновых кадров уменьшает в дальнейшем случайный сигнал, записанный на каждом темновом кадре. В результате получается очень точный главный тепловой кадр. [5] Вычитание этого главного теплового кадра (4) из каждого светового кадра даст в результате ровный сигнал, кадры с которым можно усреднять [6] для создания главного светового кадра, свободного от случайных пятен и готового для дополнительной обработки.
