In questo capitolo troveremo alcune semplici informazioni a riguardo anche se nulla varrà di più dell’esperienza personale.
Perché elaborare le immagini astronomiche riprese al telescopio?
La risposta è semplice: aumentare il rapporto segnale/rumore (SNR – Signal to Noise Ratio). L’immagine risultante sarà più luminosa? No. L’immagine risultante sarà più colorata? No.
L’obbiettivo di elaborare più immagini in una è aumentare il SNR. Le immagini risultati non saranno ne più luminose ne più colorate ma esse avranno meno rumore il quale permetterà di tirare maggiormente l’istogramma dandoti più libertà al fine di far emergere colori e dettagli.
L’esempio a lato mostra il risultato dell’elaborazione di 1,2,4,16 e 32 immagini. Non è stata effettuata calibrazione ed alcuni pixel caldi sono ancora visibili in alcuni casi (non è stato applicato ne dark ne flat ne bias). Si può osservare come all’aumentare degli scatti elaborati l’immagine risultante non risulta ne più luminosa ne più colorata ma semplicemente più morbida.
Quanti scatti utilizzare?
Più sono meglio è anche se dopo una certa soglia il processo di elaborazione diviene meno efficiente. Il SNR aumenta infatti con la radice quadrata del numero di scatti utilizzati per l’elaborazione indipendentemente dal tempo di esposizione di ciascuna immagine detta frame.
Questo è vero per tutti i tipi di metodi di elaborazione delle immagini astronomiche (media, mediana, kappa – sigma, media pesata auto-adattiva, …) tranne la media pesata da entropia dato che questo considera l’entropia per pesare il peso di ciascun pixel. Il pixel di rumore ha un entropia elevato.
Questo significa che se il SNR è 1, quando combini 10 immagini il SNR aumenta di un fattore 3.16. Per 30 immagini 5.47, mentre per 50 immagini è 7.07, per 100 immagini è 10 e per 300 immagini è 17.32. Come si vede per aumentare di un fattore 7 il SNR sono necessarie 50 immagini invece di 1 ma per aumentare invece di un fattore 7 il SNR di 100 immagini bisogna incrementare il numero di scatti di una quantità pari a 200.
100 scatti da 1 minuto sono equivalenti a 10 scatti da 10 minuti?
Si per quanto riguarda il SNR, ma no per quanto riguarda il risultato finale. La differenza tra una esposizione di 10 minuti e quella di 1 minuto è che il SNR, nel primo caso, è maggiore di un fattore 3.16. Così per avere lo stesso SNR di 10 scatti da 10 minuti abbiamo bisogno di 100 scatti da 1 minuto. In ogni caso però non avremo lo stesso segnale che è poi la parte più importante della nostra immagine astronomica. Infatti il segnale deve essere il più intenso possibile per non essere confuso con il rumore.
Posso elaborare due (o più) immagini precedentemente elaborate?
Assolutamente, la regola della radice quadrata precedentemente enunciata vale anche per due sole immagini. Quando si sommano due immagini il SNR aumenta di un fattore 1.414. Se le due immagini hanno lo stesso SNR allora il risultato è equivalente a fare la somma totale dei frames delle singole immagini elaborate. Questo non significa che l’immagine finale nei due casi sarà la stessa ma avrà lo stesso SNR. Se invece una delle due immagini è derivata dall’elaborazione di un numero maggiore di frames allora il SNR delle due è più basso di quello ottenuto facendo la somma totale dei frames. Ad esempio combinando un’immagine derivata dall’elaborazione di 10 frames e un’altra costituita da un solo frame, il tutto mantenendo costante il tempo di esposizione, si ottiene un’immagine con SNR equivalente alla somma di due soli frames. Questo poiché il rumore è additivo e quindi l’immagine migliore viene deteriorata dalla peggiore.
La calibrazione: come usare gli scatti di dark, flat e bias?
La calibrazione è il processo costituito da la sottrazione dei segnali di dark e bias e la divisione per il segnale di flat. L’obbiettivo di questo paragrafo non è come riprendere un dark, un bias o un flat (vedi poi) ma capire meglio come usarli per ottenere il massimo dalle nostre fotografie.
Una buona idea
Tutti sono convinti che per realizzare fantastiche immagini astronomiche sia necessario riprendere dark, bias e flat. Ma ciò non è del tutto vero.
Un comune fraintendimento
È un comune fraintendimento pensare che il numero di dark, flat e bias è legato al numero di frames. Molte persone usano veramente poche (a volte addirittura una) immagine per il dark, bias e flat. Seguendo la regola della radice quadrata, si avrà un’immagine più pulita più sono il numero di scatti di dark, bias e flat. Infatti anche i dark, flat e bias sono soggetti a rumore che si sommano al rumore del frame. Questo effetto è visibile in figura.
Per questo motivo è necessario avere il maggior numero di dark, bias e flat. Dal punto di vista pratico sono almeno 20 gli scatti necessari per avere un rumore basso, mentre 50 e 100 scatti sono fondamentali per avere un bias, flat e dark praticamente privi di errori.
Una nota a parte per i pixel caldi
I pixel caldi sono pixel non funzionanti. Questi hanno un segnale intenso e sono visibili sia sui frame che sui dark. Quindi diventa importante sottrarre i pixel caldi dal dark.
Quale ISO?
La domanda è abbastanza comune e la risposta è semplice: non importa. Infatti gli ISO è solo un set di ogni DSLR, ma dato che sia il CMOS che il CCD è sempre lo stesso allora i risultati sono veramente gli stessi. Infatti non è che perché si usa ISO alti allora raccogliamo più fotoni, è solo che il segnale (così come il rumore) è amplificato.
La buona notizia è che non devi cambiare ISO al fine di catturare un oggetto debole. Hai solo bisogno di aumentare l’esposizione.
Comunque bisogna anche ricordare che c’è una buona ISO per ogni DSLR. Questa dipende dalla caratteristica di ogni sensore (rumore di readout e elettronico) e non è facile da calcolare. Per le fotocamere Canon abbiamo:
Canon EOS 10D 400 ISO (ottimale 290 ISO)
Canon EOS 20D 1000 ISO (ottimale 1000 ISO)
Canon EOS 350D 800 ISO (ottimale 900 ISO)
Canon EOS 5D 1000 ISO (ottimale 1100 ISO)
Che cos’è il processo di calibrazione?
Il processo di calibrazione e come vengono usati ciascun insieme di immagini (frame, dark, flat, …) è percepito come una cosa misteriosa anche se in realtà è piuttosto semplice da capire.
Qui di seguito è riportato il grafico della calibrazione nel caso siano presenti tutti gli scatti:
Comunque è comune e perfettamente possibile calibrare propriamente senza usare i dark. In questo caso il processo di calibrazione è descritto qui sotto:
Allo stesso modo è possibile calibrare senza bias seguendo lo schema qui sotto:
Ogni altra calibrazione porta ad una calibrazione impropria ed è quindi opinabile scegliere tra le tre sopra riportato.
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