i. Comprender el problema:ruido en astrofotografía
* ¿Por qué hay ruido? El ruido digital surge de varias fuentes:
* ruido térmico (corriente oscura): El calor dentro del sensor de la cámara genera señales no deseadas. Esto es particularmente problemático con largas exposiciones comunes en la astrofotografía.
* Leer ruido: El ruido electrónico generado durante la lectura del sensor después de una exposición.
* Ruido de disparo (Poisson Noise): Fluctuaciones estadísticas en el número de fotones que golpean cada píxel. Esto es inherente a la naturaleza de la luz y afecta todas las imágenes, pero se vuelve más notable con señales débiles.
* Amplificador brillo: Algunos sensores exhiben un brillo no deseado en las esquinas o bordes de la imagen.
* Contaminación lumínica: La luz ambiental no deseada contribuye al ruido.
* La relación señal/ruido (SNR): Un concepto crucial. La SNR es la relación de la señal astronómica deseada (luz de estrellas, nebulosas, galaxias) hasta el ruido no deseado. Aumentar la SNR es el objetivo principal de apilar.
ii. La solución:apilamiento de exposición
* El principio: Al tomar múltiples exposiciones del mismo objetivo y promediarlos, la señal (objetos astronómicos) se suma linealmente, mientras que el ruido se suma al azar (idealmente, como la raíz cuadrada del número de imágenes). Esto mejora dramáticamente la SNR.
* Beneficios:
* Ruido reducido: Como se explicó anteriormente.
* Aumento del rango dinámico: Captura una gama más amplia de niveles de brillo.
* reveló detalles más débiles: El ruido oscurece objetos débiles; El apilamiento los revela.
* Efectos mitigados de píxeles malos: El apilamiento ayuda a suavizar los efectos de los píxeles individuales malos o "calientes".
iii. El flujo de trabajo:desde la captura hasta la imagen final
a. Adquisición de imágenes (disparos)
1. Configuración de la cámara:
* ISO (ganancia): Experimente para encontrar el ISO óptimo para su cámara. Demasiado bajo, y puede subexponer y amplificar el ruido de lectura en el procesamiento. Demasiado alto, y puede saturar estrellas o generar ruido térmico excesivo. * Ganancia de unidad* (donde 1 electrón =1 adu) a menudo es un buen punto de partida. Muchas cámaras modernas tienen configuraciones ISO de 'ruido de bajo lectura'.
* Aperture: Use su lente o telescopio en su apertura más amplia posible (número F más bajo) para reunir la mayor luz.
* Enfoque: Lograr un enfoque preciso utilizando una máscara Bahtinov, una máscara de Hartmann o ayudas de enfoque electrónico. Ligeros errores de enfoque arruinarán sus esfuerzos de apilamiento.
* Tiempo de exposición: Experimente para encontrar el tiempo de exposición óptimo que capture detalles sin un detrás de estrellas excesivos (si usa un soporte no guiado) o sobreexpone estrellas brillantes. La "regla 500" (500 / longitud focal =tiempo de exposición máxima) es un punto de partida, pero usa una fórmula más precisa teniendo en cuenta el tamaño del píxel de su sensor de cámara. Para un soporte guiado, a menudo son deseables exposiciones más largas (por ejemplo, 3-10 minutos).
* Formato de imagen: Dispara en formato crudo (por ejemplo, .Cr2, .nef, .arw). Esto conserva la mayor cantidad de datos de imagen y permite una mayor flexibilidad durante el procesamiento.
* Evite los reflejos de recorte: Asegúrese de que no exponga las partes más brillantes de la imagen (estrellas). Use el histograma de su cámara para monitorear esto. Mantenga los picos más brillantes justo por debajo de la saturación.
2. Número de exposiciones:
* Más es generalmente mejor, pero hay rendimientos decrecientes. Un mínimo de 10-20 marcos de luz es un buen punto de partida. Apunte a 30-50 o incluso más si es posible.
3. Montaje y seguimiento (esencial para objetos de cielo profundo):
* Montaje ecuatorial: Crucial para rastrear el movimiento aparente de las estrellas causado por la rotación de la Tierra. Una montura ecuatorial alemana (GEM) es un tipo común.
* guía (opcional, pero muy recomendable): La guía automática utiliza una cámara y un telescopio separados para monitorear con precisión una estrella de guía y corregir cualquier error de seguimiento en su soporte. Esto permite exposiciones mucho más largas.
4. marcos de calibración (crucial para resultados de alta calidad): Estas son imágenes especiales tomadas para calibrar los marcos de luz y eliminar patrones de ruido comunes.
* Darks: Tomado con el * mismo tiempo de exposición, ISO y temperatura * a medida que su luz se enmarca, pero con la tapa de la lente encendida (o el telescopio cubierto). Estos capturan el ruido térmico, los píxeles calientes y el brillo del amplificador. Tome al menos 20-30 marcos oscuros. Algunas cámaras pueden restar automáticamente los marcos oscuros (reducción de ruido de exposición larga), pero es mejor manejar la sustracción oscura en el procesamiento posterior.
* Bias (o compensación): Tomado con el * tiempo de exposición más corto posible y el mismo ISO * que sus marcos de luz, con la tapa de la lente encendida. Estos capturan el ruido de lectura y cualquier otro desplazamiento constante agregado por la electrónica de la cámara. Tome al menos 50-100 marcos de sesgo.
* Flats: Tomado con una * superficie uniformemente iluminada * (por ejemplo, una pantalla de tableta, una camiseta estirada sobre el telescopio) colocada frente a su lente o telescopio. El propósito de los pisos es corregir las motas de polvo en el sensor, la viñeta (oscurecimiento hacia los bordes) y la iluminación desigual en el sistema óptico. Tome 20-30 marcos planos. El tiempo de exposición debe ser lo suficientemente largo como para obtener una buena señal, pero no siempre que sobreexponga. Apunte a un valor ADU de aproximadamente 1/3 a 1/2 del rango dinámico de la cámara. Vuelva a tomar pisos si gira su cámara o cambia los elementos ópticos.
* Dark Flats (opcional, pero recomendado para los mejores resultados): Tomado con el * mismo tiempo de exposición e ISO * como los marcos planos, pero con la fuente de luz apagada. Compensan el ruido térmico presente en sus marcos planos. Tome 20-30 marcos planos oscuros.
b. Preprocesamiento (calibración, alineación y apilamiento)
1. Software: Hay varias opciones de software disponibles. Algunas opciones populares incluyen:
* Deepskystacker (DSS): GRATIS, ampliamente utilizado y excelente para principiantes.
* pixinsight: Potente pero más complejo (y caro). Considerado el estándar de la industria para el procesamiento avanzado de astrofotografía.
* Siril: Código libre y abierto, ganando popularidad.
* Astro Pixel Processor (APP): Otra opción comercial con buena reputación.
2. Calibración: Este es el primer paso en el preprocesamiento. El software utilizará sus marcos de calibración para eliminar el ruido y los artefactos de sus marcos de luz.
* RESTRACTION DARK: Resta el marco oscuro maestro de cada marco de luz para eliminar el ruido térmico y los píxeles calientes.
* RESTRACIÓN DE BIES: Resta el marco de sesgo maestro de los marcos de luz, los marcos oscuros y los marcos planos para eliminar el ruido de lectura y otras compensaciones electrónicas.
* Corrección plana: Divide los marcos de luz por el marco plano maestro (después de restar el marco maestro de plato oscuro o de sesgo, si corresponde) para corregir la viñeta y las motas de polvo.
3. Alineación (Registro): El software analiza cada marco de luz calibrado y los alinea con un marco de referencia común. Esto compensa cualquier movimiento ligero del telescopio o distorsiones atmosféricas. El software busca estrellas en cada imagen y las usa como puntos de referencia.
4. apilamiento (integración): El software promedia los marcos de luz alineados juntos, Pixel by Pixel. Esto reduce el ruido y aumenta la relación señal / ruido. El software ofrece varios métodos de apilamiento:
* apilamiento promedio: Promedio simple de los valores de píxeles. Bueno para los resultados iniciales.
* apilamiento mediano: Toma el valor mediano de píxeles para cada píxel en todos los cuadros. Efectivo para eliminar valores atípicos (por ejemplo, senderos satelitales, rayos cósmicos).
* recorte de sigma: Un método estadístico que identifica y rechaza los píxeles atípicos antes de promediar. Bueno para eliminar el ruido y los artefactos sin perder detalles débiles. DSS utiliza el recorte de Kappa-Sigma, y PixInsight ofrece opciones más avanzadas.
5. Salida: El proceso de apilamiento genera una imagen única, calibrada, alineada y apilada. Esta imagen es típicamente en un formato de punto flotante de 32 bits (por ejemplo, .tif o .Fit) para preservar el rango dinámico máximo.
c. Postprocesamiento (mejora de la imagen)
1. Software: El procesamiento posterior es esencial para sacar los detalles en su imagen apilada.
* Adobe Photoshop: Una herramienta versátil para la edición de imágenes, pero requiere complementos diseñados específicamente para astrofotografía (por ejemplo, herramientas de astronomía, acciones de Noel Carboni).
* pixinsight: Ofrece un conjunto integral de herramientas para el procesamiento de astrofotografía, que incluye reducción de ruido, estiramiento, calibración de color y mejora de detalles.
* gimp: Alternativa gratuita y de código abierto a Photoshop.
2. Pasos de postprocesamiento comunes:
* estiramiento (transformación de histograma): La imagen apilada suele ser muy oscura. El estiramiento expande el rango dinámico para que los detalles débiles sean visibles. Existen varios métodos, incluyendo:
* estiramiento lineal: Ajuste simple de los puntos en blanco y negro.
* estiramiento no lineal: Métodos más sofisticados como ajustes de curvas, igualación de histograma y estiramiento enmascarado (pixinsight) para sacar detalles sin sobreexponer áreas más brillantes.
* Extracción/reducción de fondo: Elimina los gradientes de contaminación de la luz y cualquier iluminación desigual restante. La extracción dinámica de fondo de Pixinsight (DBE) y el extractor de fondo automático (ABE) son muy potentes.
* Reducción de ruido: Reduce aún más el ruido utilizando técnicas como:
* Gaussian Blur: Simple pero puede difuminar los detalles.
* Transformación lineal multiescala (MLT) (PixInsight): Una técnica más sofisticada que aplica una reducción de ruido a diferentes escalas para preservar los detalles.
* tgvdenoise (pixinsight): Algoritmo de reducción de ruido avanzado.
* topaz denoise ai: Software de reducción de ruido comercial, muy efectivo pero requiere una suscripción.
* afilado: Mejora los detalles finos utilizando técnicas como:
* máscara unsharp: Una técnica de afilado clásica.
* Deconvolución: Restaura los detalles perdidos debido a la visión atmosférica e imperfecciones ópticas. (Requiere una función de propagación de puntos o PSF)
* Ecalación de histograma local (LHE): Mejora el contraste en las regiones locales de la imagen.
* Calibración de color: Asegura colores precisos y agradables. Los métodos incluyen:
* Neutralización de fondo: Establece el cielo de fondo en un gris neutral.
* Calibración de color (PixInsight): Utiliza colores de estrella para calibrar el color de la imagen general.
* Calibración de color fotométrico (PixInsight): Utiliza una base de datos de brillo de la estrella para realizar la calibración de color.
* Reducción de estrellas (opcional): Reduce el tamaño y el brillo de las estrellas para enfatizar la nebulosa o galaxia circundante. La transformación de StarmeS y la transformación morfológica de Pixinsight son útiles.
* Mejora del color: Mejora los colores de las nebulosas y otros objetos utilizando ajustes de curvas, ajustes de saturación y técnicas especializadas como la transformación multiescala HDR.
* Ajustes finales: Atrae la imagen con ajustes al brillo, el contraste, la saturación y la nitidez.
iv. Consejos y mejores prácticas
* marcos oscuros al final: Es mejor tomar sus marcos oscuros inmediatamente después de sus marcos de luz, mientras que su cámara aún está a la misma temperatura.
* Control de temperatura: Si es posible, use una cámara CCD enfriada para minimizar el ruido térmico. Si usa una cámara DSLR o sin espejo, intente disparar en las noches más frías. Si no puede disparar en una noche fría, deje que la cámara se aclim las a la temperatura ambiente durante al menos una hora antes de tomar marcos oscuros.
* Experimento con ISO: Encuentre la configuración ISO óptima para su cámara que equilibra la intensidad de la señal con ruido de lectura.
* enfoque preciso: ¡Críticamente importante! Use una máscara de Bahtinov u otra ayuda de enfoque.
* Seguimiento preciso: Un buen seguimiento es esencial para imágenes nítidas, especialmente con exposiciones largas.
* Filtros de contaminación lumínica: Use filtros de contaminación lumínica para bloquear la luz no deseada de las fuentes artificiales.
* Dithering: Cambie ligeramente la posición del telescopio entre cada exposición (por unos pocos píxeles). Esto ayuda a promediar el ruido del patrón fijo y mejorar la calidad general de la imagen. La mayoría del software de captura moderno tiene una opción de vacilamiento.
* Mantenga el equipo limpio: El polvo en su sensor u óptica aparecerá en sus imágenes. Limpie su equipo regularmente.
* Práctica, práctica, práctica: La astrofotografía es un pasatiempo desafiante pero gratificante. No se desanime con los resultados iniciales. ¡Sigue aprendiendo y experimentando!
* Únase a las comunidades en línea: Conéctese con otros astrofotógrafos para obtener consejos, consejos e inspiración.
V. Ejemplo de flujo de trabajo usando DeepSkyStacker (DSS)
1. Marcos de luz abierta: Cargue sus marcos de luz en DSS.
2. Abrir marcos oscuros: Cargue sus marcos oscuros.
3. Abrir marcos planos: Cargue sus marcos planos.
4. Abierto de sesgo/marcos de desplazamiento: Cargue sus marcos de sesgo/desplazamiento.
5. Verifique "Pila después de registrar imágenes"
6. Compruebe "Crear imagen enmascarada" Esto ayuda a proteger sus datos durante el procesamiento.
7. Haga clic en "Verifique todo". DSS luego calculará qué hacer con cada cuadro.
8. Haga clic en "Aceptar" Para iniciar el proceso de registro.
9. Haga clic en "PISTAS DE PISTA".
10. Elija su configuración: Para la mayoría de los fines, la configuración de apilamiento predeterminada está bien. El apilamiento "promedio" es un buen lugar para comenzar. El recorte de Kappa-Sigma en DSS es adecuado para la eliminación atípica.
11. Haga clic en "Aceptar" para comenzar a apilar.
12. Después de apilar, la imagen apilada aparecerá automáticamente. Desde aquí, puede ajustar los niveles y curvas al gusto. Guarde la imagen como un archivo TIFF de 16 bits para su posterior procesamiento en Photoshop u otro editor de imágenes.
Al seguir estos pasos, puede reducir significativamente el ruido digital en sus imágenes de astrofotografía y revelar la belleza oculta del cielo nocturno. ¡Buena suerte y cielos despejados!