i. Inzicht in het probleem:ruis in astrofotografie
* Waarom is er ruis? Digitale ruis komt voort uit verschillende bronnen:
* thermische ruis (donkere stroom): Warmte in de camerasensor genereert ongewenste signalen. Dit is vooral problematisch met lange blootstellingen die veel voorkomen in astrofotografie.
* Ruis lezen: Elektronische ruis gegenereerd tijdens de uitlezing van de sensor na een belichting.
* shot ruis (poisson ruis): Statistische schommelingen in het aantal fotonen dat elke pixel raakt. Dit is inherent aan de aard van het licht en beïnvloedt alle beelden, maar wordt meer merkbaar met zwakke signalen.
* versterker gloed: Sommige sensoren vertonen een ongewenste gloed in de hoeken of randen van de afbeelding.
* Lichtvervuiling: Ongewenst omgevingslicht draagt bij aan geluid.
* De signaal-ruisverhouding (SNR): Een cruciaal concept. SNR is de verhouding van het gewenste astronomische signaal (licht van sterren, nevels, sterrenstelsels) tot de ongewenste ruis. Het vergroten van de SNR is het primaire doel om te stapelen.
ii. De oplossing:belichtingstapelen
* Het principe: Door meerdere belichtingen van hetzelfde doel te nemen en ze gemiddeld samen te nemen, gaat het signaal (astronomische objecten) lineair op, terwijl de ruis willekeurig optelt (idealiter, als de vierkantswortel van het aantal afbeeldingen). Dit verbetert de SNR dramatisch.
* Voordelen:
* Verminderde ruis: Zoals hierboven uitgelegd.
* Verhoogd dynamisch bereik: Legt een breder scala aan helderheidsniveaus vast.
* onthulde zwakkere details: Ruis verdoezelt vage objecten; Stapelen onthult ze.
* Mitigated effecten van slechte pixels: Stapelen helpt de effecten van individuele slechte of "hete" pixels glad te maken.
iii. De workflow:van vastleggen tot definitieve afbeelding
a. Afbeeldingsverwerving (fotograferen)
1. Camera -instellingen:
* ISO (winst): Experimenteer om de optimale ISO voor uw camera te vinden. Te laag, en u kunt het leesgeluid onder de verwerking onderhouden en versterken. Te hoog, en je kunt sterren verzadigen of overmatige thermische ruis genereren. * Unity Gain* (waarbij 1 elektron =1 ADU) vaak een goed uitgangspunt is. Veel moderne camera's hebben ISO -instellingen 'Low Read Ruis'.
* diafragma: Gebruik uw lens of telescoop bij het breedst mogelijke diafragma (laagste F-nummer) om het meest licht te verzamelen.
* focus: Bereik een precieze focus met behulp van een Bahtinov -masker, Hartmann -masker of elektronische focushulpmiddelen. Lichte focusfouten zullen uw stapelinspanningen verpesten.
* belichtingstijd: Experimenteer om de optimale belichtingstijd te vinden die details vastlegt zonder overmatige sterren te achterhalen (bij gebruik van een ongeleide berg) of overmatige heldere sterren. De "500 -regel" (500 / focale lengte =max belichtingstijd) is een startpunt, maar gebruik een meer precieze formule gezien de pixelgrootte van uw camerasensor. Voor een geleide berg zijn langere blootstellingen (bijvoorbeeld 3-10 minuten) vaak wenselijk.
* Afbeeldingsformaat: Schiet in rauw formaat (bijv. .Cr2, .nef, .arw). Dit bewaart de meeste beeldgegevens en zorgt voor meer flexibiliteit tijdens de verwerking.
* Vermijd knipselhoogtepunten: Zorg ervoor dat u de helderste delen van de afbeelding (sterren) niet overbrengt. Gebruik het histogram van uw camera om dit te controleren. Houd de helderste pieken net onder de verzadiging.
2. Aantal blootstellingen:
* Meer is over het algemeen beter, maar er zijn afnemende rendementen. Een minimum van 10-20 lichte frames is een goed uitgangspunt. Streef naar 30-50 of zelfs meer indien mogelijk.
3. Mount &tracking (essentieel voor diepe objecten):
* Equatoriale mount: Cruciaal voor het volgen van de schijnbare beweging van de sterren veroorzaakt door de rotatie van de aarde. Een Duitse Equatorial Mount (GEM) is een veel voorkomend type.
* Guiding (optioneel, maar sterk aanbevolen): Auto-leidraad maakt gebruik van een afzonderlijke camera en telescoop om een gidsster nauwkeurig te controleren en te corrigeren voor volgfouten in uw mount. Dit zorgt voor veel langere blootstellingen.
4. kalibratiekaders (cruciaal voor resultaten van hoge kwaliteit): Dit zijn speciale afbeeldingen die zijn gemaakt om de lichtframes te kalibreren en gemeenschappelijke ruispatronen te verwijderen.
* Darks: Genomen met de * dezelfde belichtingstijd, ISO en temperatuur * als uw lichtkadert, maar met de lensdop aan (of de gedekte telescoop). Deze vangen thermische ruis, hete pixels en versterkergloed. Neem minimaal 20-30 donkere frames. Sommige camera's kunnen automatisch donkere frames aftrekken (ruisonderdrukking met lange blootstelling), maar het is beter om donkere aftrekking bij na de verwerking aan te kunnen.
* bias (of offset): Genomen met de * kortst mogelijke belichtingstijd en dezelfde ISO * als uw lichtkaders, met de lensdop aan. Deze vastleggen leesgeluid en elke andere constante offset toegevoegd door de elektronica van de camera. Neem minimaal 50-100 biasframes.
* flats: Genomen met een * uniform verlicht oppervlak * (bijv. Een tabletscherm, een t-shirt dat over de telescoop is uitgerekt) geplaatst voor uw lens of telescoop. Het doel van flats is om te corrigeren voor stofmotes op de sensor, vignetting (donkerder naar de randen) en ongelijke verlichting in het optische systeem. Neem 20-30 platte frames. Blootstellingstijd zou lang genoeg moeten zijn om een goed signaal te krijgen, maar niet zo lang om overbelicht te zijn. Streef naar een ADU -waarde van ongeveer 1/3 tot 1/2 van het dynamische bereik van de camera. Pak flats opnieuw uit als u uw camera draait of optische elementen wijzigt.
* donkere flats (optioneel, maar aanbevolen voor de beste resultaten): Genomen met de * dezelfde belichtingstijd en ISO * als je platte frames, maar met de lichtbron uitgeschakeld. Ze compenseren voor thermische ruis die aanwezig is in uw platte frames. Neem 20-30 donkere platte frames.
b. Voorbewerking (kalibratie, uitlijning en stapel)
1. Software: Er zijn verschillende software -opties beschikbaar. Enkele populaire keuzes zijn:
* DeepskyStacker (DSS): Gratis, veel gebruikt en uitstekend voor beginners.
* Pixinsight: Krachtig maar complexer (en duurder). Beschouwd als de industriestandaard voor geavanceerde astrofotografie -verwerking.
* Siril: Gratis en open source, die populariteit wint.
* Astro Pixel -processor (app): Een andere commerciële optie met een goede reputatie.
2. Kalibratie: Dit is de eerste stap in het voorverwerking. De software gebruikt uw kalibratiekaders om ruis en artefacten uit uw lichtframes te verwijderen.
* Donkere aftrekking: Takt het Master Dark -frame van elk lichtframe af om thermische ruis en hete pixels te verwijderen.
* Bias aftrekking: Trek het master bias frame af van de lichtframes, donkere frames en platte frames om leesgeluid en andere elektronische offsets te verwijderen.
* Vlakke correctie: Verdeelt de lichtframes door het master platte frame (na het aftappen van het master donkere vlek of bias frame, indien van toepassing) om te corrigeren voor vigneting- en stofmotes.
3. uitlijning (registratie): De software analyseert elk gekalibreerd licht frame en stemt ze uit op een gemeenschappelijk referentiekader. Dit compenseert voor kleine bewegingen van de telescoop of atmosferische vervormingen. De software zoekt naar sterren in elke afbeelding en gebruikt ze als referentiepunten.
4. Stacking (integratie): De software is gemiddeld de uitgelijnde licht frames samen, pixel door pixel. Dit vermindert ruis en verhoogt de signaal-ruisverhouding. De software biedt verschillende stapelmethoden:
* Gemiddeld stapelen: Eenvoudige gemiddelde van de pixelwaarden. Goed voor eerste resultaten.
* Mediaanstapelen: Neemt de mediane pixelwaarde voor elke pixel over alle frames. Effectief in het verwijderen van uitbijters (bijv. Satellietpaden, kosmische stralen).
* Sigma Clipping: Een statistische methode die uitbijterpixels identificeert en afwijst voordat hij het gemiddelde is. Goed voor het verwijderen van geluid en artefacten zonder vage details te verliezen. DSS maakt gebruik van Kappa-Sigma Clipping en Pixinsight biedt meer geavanceerde opties.
5. Uitgang: Het stapelproces genereert een enkele, gekalibreerde, uitgelijnde en gestapelde afbeelding. Deze afbeelding bevindt zich meestal in een 32-bit floating-point-indeling (bijv. .Tif of .fit) om het maximale dynamische bereik te behouden.
c. Post-processing (beeldverbetering)
1. Software: Natuurverwerking is essentieel om de details in uw gestapelde afbeelding naar voren te brengen.
* Adobe Photoshop: Een veelzijdig hulpmiddel voor het bewerken van afbeeldingen, maar vereist plug -ins die speciaal zijn ontworpen voor astrofotografie (bijv. Astronomie -tools, acties van Noel Carboni).
* Pixinsight: Biedt een uitgebreide reeks hulpmiddelen voor astrofotografie -verwerking, inclusief ruisreductie, stretchen, kleurkalibratie en detailverbetering.
* GIMP: Gratis en open-source alternatief voor Photoshop.
2. Gemeenschappelijke stappen na de verwerking:
* stretching (histogramtransformatie): Het gestapelde beeld is meestal erg donker. Stretching breidt het dynamische bereik uit om de vage details zichtbaar te maken. Er bestaan verschillende methoden, waaronder:
* lineair stretchen: Eenvoudige aanpassing van de zwart -witte punten.
* Niet-lineair strekken: Meer geavanceerde methoden zoals Curves -aanpassingen, histogram -egalisatie en gemaskerde stretch (Pixinsight) om details naar voren te brengen zonder betere gebieden te overbikken.
* Achtergrondextractie/reductie: Verwijdert lichtvervuilingsgradiënten en eventuele resterende ongelijke verlichting. Pixinsight's dynamische achtergrondextractie (DBE) en automatische achtergrondextractor (ABE) zijn zeer krachtig.
* Ruisreductie: Vermindert verder ruis met behulp van technieken zoals:
* Gaussiaanse vervaging: Eenvoudig maar kan details vervagen.
* Multiscale lineaire transformatie (MLT) (Pixinsight): Een meer geavanceerde techniek die geluidsreductie op verschillende schalen toepast om details te behouden.
* tgvdenoise (Pixinsight): Geavanceerd algoritme voor geluidsreductie.
* Topaz Denoise AI: Commerciële software voor geluidsreductie, zeer effectief, maar vereist een abonnement.
* Slijpen: Verbetert fijne details met behulp van technieken zoals:
* Unsharp Mask: Een klassieke slijpertechniek.
* deconvolutie: Herstel de details verloren door atmosferisch zien en optische onvolkomenheden. (Vereist een puntspreadfunctie of PSF)
* Lokale histogram -egalisatie (LHE): Verbetert het contrast in lokale regio's van het beeld.
* Kleurkalibratie: Zorgt voor nauwkeurige en aangename kleuren. Methoden zijn onder meer:
* Achtergrondneutralisatie: Zet de achtergrondhemel op een neutraal grijs.
* Kleurkalibratie (Pixinsight): Gebruikt stervleuren om de algehele beeldkleur te kalibreren.
* Fotometrische kleurkalibratie (Pixinsight): Gebruikt een database met sterrenhelderheid om kleurkalibratie uit te voeren.
* Star Reduction (optioneel): Vermindert de grootte en helderheid van sterren om de omliggende nevel of melkweg te benadrukken. Pixinsight's stertels en morfologische transformatie zijn nuttig.
* kleurverbetering: Verbiedt de kleuren van nevels en andere objecten met behulp van curvenaanpassingen, verzadigingsaanpassingen en gespecialiseerde technieken zoals HDR multischaaltransformatie.
* Eindaanpassingen: Betaal het beeld met aanpassingen aan helderheid, contrast, verzadiging en scherpte.
iv. Tips en best practices
* Donkere frames aan het einde: Het is het beste om je donkere frames onmiddellijk na je lichtframes te nemen, terwijl je camera nog steeds op dezelfde temperatuur is.
* Temperatuurregeling: Gebruik indien mogelijk een gekoelde CCD -camera om thermische ruis te minimaliseren. Als u een DSLR of spiegelloze camera gebruikt, probeer dan op koelere nachten te fotograferen. Als je niet op een koele nacht kunt fotograferen, laat de camera dan minstens een uur aan de omgevingstemperatuur acclimatiseren voordat je donkere frames neemt.
* Experimenteer met ISO: Zoek de optimale ISO -instelling voor uw camera die de signaalsterkte in evenwicht houdt met leesgeluid.
* Nauwkeurige focus: Cruciaal belangrijk! Gebruik een Bahtinov -masker of andere focushulp.
* Nauwkeurig tracking: Goede tracking is essentieel voor scherpe afbeeldingen, vooral met lange belichtingen.
* Filters van de lichtvervuiling: Gebruik lichtvervuilingsfilters om ongewenst licht uit kunstmatige bronnen te blokkeren.
* dithering: Verschuiv de positie van de telescoop enigszins tussen elke belichting (door enkele pixels). Dit helpt om het vaste patroonruis te gemiddeld en de algehele beeldkwaliteit te verbeteren. De meeste moderne vangstoftware heeft een dithering -optie.
* Houd apparatuur schoon: Stof op uw sensor of optica verschijnt in uw afbeeldingen. Reinig uw apparatuur regelmatig.
* Oefen, oefen, oefen: Astrofotografie is een uitdagende maar lonende hobby. Raak niet ontmoedigd door eerste resultaten. Blijf leren en experimenteren!
* Word lid van online communities: Maak contact met andere astrofotografen voor advies, tips en inspiratie.
v. Voorbeeldworkflow met DeepskyStacker (DSS)
1. Open lichtframes: Laad uw lichtframes in DSS.
2. Donkere frames openen: Laad je donkere frames.
3. Open platte frames: Laad uw platte frames.
4. Bias/offset -frames openen: Laad uw bias/offset -frames.
5. Controleer "Stapel na het registreren van afbeeldingen"
6. Controleer "Maskeerde afbeelding maken" Dit helpt uw gegevens te beschermen tijdens de verwerking.
7. Klik op "Alles controleren." DSS zal dan berekenen wat te doen met elk frame.
8. Klik op "OK" om het registratieproces te starten.
9. Klik op "Stapel foto's."
10. Kies uw instellingen: Voor de meeste doeleinden zijn de standaardstapelinstellingen prima. "Gemiddeld" stapelen is een goede plek om te beginnen. De Kappa-Sigma-knippen in DSS is voldoende voor het verwijderen van uitbijter.
11. Klik op "OK" om te stappen.
12. Na stapel wordt de gestapelde afbeelding automatisch weergegeven. Vanaf hier kunt u de niveaus en bochten naar smaak aanpassen. Sla de afbeelding op als een 16-bit TIFF-bestand voor verdere verwerking in Photoshop of een andere afbeeldingseditor.
Door deze stappen zorgvuldig te volgen, kunt u digitale ruis in uw astrofotografiebeelden aanzienlijk verminderen en de verborgen schoonheid van de nachtelijke hemel onthullen. Veel succes en duidelijke luchten!