Como sacar fotos 1ra. parte - Procesamiento

Este primer articulo sobre procesamiento de fotos, comenta algunos lineamientos básicos a tener en cuenta para sacar fotos de objetos débiles. Algo fundamental del procesamiento es que si la imagen no es obtenida teniendo algunos cuidados, el procesamiento siempre sera infructuoso. En otras palabras, si no hay información en el frame (1), no hay magia de software posible.

Para la corrección fotográfica hay que tener varios puntos en consideracion:

Este articulo esta especializado en cámaras digitales (no CCD,  aunque es muy parecido), objetos de cielo profundo y solo el procesamiento de la foto. No toca nada de información acerca de como obtener la foto.

Algunas consideraciones generales:

No es lo mismo la fotografía planetaria que la de cielo profundo.


Fotografía Planetaria:

En general, la planetaria se hace con webcam o video, y no requiere cámaras muy sensibles.

Aunque se pueden obtener resultados facilmente con cualquier equipo, para sacar fotos con gran detalle requiere una distancia focal larga y una estabilización térmica del telescopio.

Fotografía de cielo profundo:

Requiere cámaras sensibles, ahora generalmente digitales, o CCD, con la posibilidad de hacer largas exposiciones. Para este tipo de fotografía no sirve una cámara que no de al menos 5 segundos de exposición (y es bastante poco!).

El asunto es que no puede sacarse una buena imagen donde no hay nada, y si las exposiciones son muy cortas, en los objetos débiles no se diferencian del fondo del cielo, haciendo casi imposible obtener una buena imagen final.

No esperes tener una buena foto de una galaxia de magnitud 9 en dos minutos de exposición, porque no es posible. Seguramente sera visible pero no bien.

La misma región del cielo, pero con cámaras diferentes, mostrando que la de la izquierda es mucho mas ruidosa que la de la derecha. (el contraste esta muy ampliado para que se note claramente).

Actualmente se adaptan algunas webcam para cielo profundo,(se las hace dar exposiciones largas) con resultados sorprendentes, aunque con bastante ruido de fondo.

Sensibilidad-Ruido

Señal es toda información significativa para construir un mensaje. Ruido es cualquier otro dato que acompañe a la señal dificultando su transmisión, almacenamiento y comprensión.

En las cámaras digitales, el sensor es el chip encargado de la captura de la imagen. Está compuesto por una matriz de miles de celdas fotosensibles en las que se recibe la imagen formada por el telescopio.

Cada una de esas celdas genera una corriente eléctrica en presencia de la luz. Esa corriente eléctrica será luego convertida en datos numéricos que se almacenarán en forma digital binaria en la memoria de la cámara dando origen a un píxel.

Cada una de esas celdas genera una cantidad más o menos fija de corriente eléctrica (y por lo tanto de datos) al azar, aún en ausencia de la luz y en relación a la temperatura.

El ISO ha cambiado un poco desde las cámaras no digitales. Representa la sensibilidad del receptor, y es bastante parecido a lo que antes se denominaba en la película ASA.

La sensibilidad de cada uno de los elementos del sensor es fija, en general con un valor aproximado equivalente a 100 ISO. Los índices ISO superiores que nos ofrece la cámara digital se logran no por un incremento en la sensibilidad de los elementos receptores, sino por una amplificación posterior de la señal que estos emiten.

Cada cámara tiene una amplia gama de sensibilidades, pero es necesario elegir la que tu cámara es menos ruidosa. Hay cámaras que funcionan mejor a 400 ISO, hay otras que lo hacen a 800.

Lo ideal es probar, sacar fotos de unos 20 segundos (o lo máximo que de tu cámara) con la tapa puesta. Vas a ver las imagenes oscuras con un moteado de fondo. Vas cambiando a 400 ISO, 800, 1200, etc. La que salga mas negra y con menos moteado es la mejor para que saques fotos de cielo profundo.

Ten en cuenta que las noches frías los sensores funcionan con mejor relación señal/ruido, lo que significa que con la misma cámara y sensibilidad, una noche de 30 grados sacaras peores fotos que una a 5 grados. Ese es el motivo por lo que las CCD vienen enfriadas electrónicamente.

Si no tenes cámara, vas a comprar una y tu problema no es el dinero, lo ideal es que elijas alguna Canon Reflex, que han demostrado estar mejor adaptadas para la fotografía de objetos débiles.

Aquí podes ver tres imagenes de la misma región, en exposiciones de 12 minutos, a ISO 400 f:8. La Canon (izquierda) da mejor resultado que las otras. La Nikon (al medio) no muestra tantos objetos débiles, y la Pentax (derecha) muestra "artefactos". (imagenes no reales, como las puntas en las estrellas brillantes).

La exposición


Cuanto mas larga es la exposición, mejor centrado tiene que estar el telescopio, para que cuando guíe las estrellas se vean puntuales, no estiradas.

Para simplificar la tarea de centrado en el polo, se suelen hacer exposiciones cortas o sub-frames, que luego se suman con software logrando una imagen de la suma de las exposiciones de los sub-frames.

¿Que es mejor? ¿una sola de exposición larga o muchas de la suma de sub-frames?

Es lo mismo. De hecho a veces cuando el fondo del cielo es un poco brillante, como en una ciudad, a veces es mejor el sub-frame, porque al hacer exposiciones cortas casi no registra el brillo del fondo del cielo.

A veces cuando el objeto a fotografiar tiene varias áreas de muy diferentes brillos (por ejemplo la Nebulosa de Orión, que tiene un núcleo brillante y áreas externas mucho mas débiles) es importante sacar sub-frames de distintas exposiciones: por ejemplo tres de 5 segundos, 4 de 10 segundos y 10 de 20 segundos. De esta manera registraras la parte central sin quemar (por las exposiciones cortas), y las débiles también.

Tipos de formatos


Otro tema importante es el formato de las imagenes obtenidas. En general las cámaras tienen formatos .jpg, .tif o .raw. Pueden tener mas, pero estos son los formatos habituales. No todas las cámaras tienen el formato .raw.

El mas común es el .jpg, pero lamentablemente es el peor, porque son archivos poco pesados (eso es bueno) pero al costo de mucha perdida de información. El punto es que como lo que queres registrar es muy débil, necesitas toda la información del frame, para un mejor resultado.

El .tif es mejor, ya que pierde menos información. El mejor formato es el .raw, que no pierde nada, pero las imagenes son muy pesadas.

Para que tengas una idea, un .jpg de una cámara de 6 megapixel puede pesar 600 kb, uno .tif 4 Megas y un .raw 30 Mb. Son muy pesadas pero cuando ves los resultados finales del procesamiento te das cuenta porque es mejor sufrir un poco con los archivos tan pesados. Imaginate que una foto de 10 minutos de exposición hecha con subframes de 30 segundos cada uno, implica procesar 600 megas de archivos para una sola foto. Se necesita una computadora mas o menos grande, sino mas que un placer, el procesamiento se convierte en una tortura.

En las digitales mas modernas esta la ventaja que guarda automaticamente toda la información de la exposición: fecha, hora, sensibilidad, exposición.

software de procesamiento

Hay muchos programas de procesamiento de imagenes. Uno de los mas usados es el Deep Sky Stacker, del que hay versión en castellano y es gratuito, pero el retoque final de la foto casi siempre se hace con Photoshop.

Pantalla del Deep Sky Stacker. A la izquierda, podes ingresar los archivos de imagenes (light), darks, flats y bias. El programa luego se encarga de procesarlos para la imagen final.

Hasta donde llegar con la corrección?

Aquí hay un tema casi moral. A la imagen podes hacerle lo que quieras, siempre que lo aclares.

Pero en general lo permitido son los cambios de contraste, brillo, reducción de fondo. No son validos cambios que hagan aparecer mas estrellas falsas, mas nebulosidad inexistente, mezclar tu imagen con fotos mejores, etc.

Por ejemplo, podría sacar una foto de la galaxia del Sombrero, y mezclarla con una del telescopio espacial Hubble, lo que hará que quede millones de veces mejor, pero no suena muy moral que digamos si no digo que estoy jugando con la imagen.

M 104 con un telescopio amateur

M104 con el Telescopio Hubble

M 104 mezcla de ambas, via Photoshop. Muy linda pero.....

Como trabaja el Deep Sky Stacker?

El Deep Sky Stacker suma automaticamente los sub-frames, y también corrige la fotografía.

El uso es simple porque solo se deben cargar los frames que sacaste, el programa se encarga de armar la imagen final.

Si el chip de la cámara fuera un receptor perfecto, no seria necesario hacerle ninguna corrección: la imagen tomada seria la imagen final.

Sin embargo, esto no es real: los receptores no tienen la misma sensibilidad pixel a pixel, además de que el telescopio no suele iluminar el sensor uniformemente, si olvidarnos del ruido electrónico de fondo.

Hay manera de solucionarlo?? Por suerte si: Se hace por medio de los Darks, Flats y Bias.

Que son los darks, flats y Bias?

DARKS:


El "dark" es un cuadro que se saca a la misma temperatura y exposición de los sub-frames.

Porque es necesario? Porque el chip sensible CMos (o CCD) no esta a temperatura 0 Kelvin, por lo que tiene electrones a veces lo suficientemente energéticos para excitar a los pixel sin necesidad de un fotón de luz. A esto se lo denomina corriente oscura, que es diferente de pixel a pixel, pero en general es muy estable, por lo que puede ser corregida por medio de los Darks.

ejemplo de un Dark.

Como obtener el dark? Es muy simple. Como dijimos, con la misma temperatura y exposición, se saca una imagen con la cámara tapada. Con esto lograras registrar la corriente oscura, sin una imagen. Podes hacer 4 sub-frames, 1 dark, 4 sub-frames, 1 dark. Con el procesamiento, los darks se pueden sumar para hacer un dark maestro, de esa exposición. Si haces exposiciones sub-frames de diferentes tiempos, necesitas darks de cada tiempo.

BIAS


El Bias elimina el ruido electrónico mas errores sistemáticos del receptor.

ejemplo de un Bias

Se obtienen con el obturador cerrado, dando la exposición mas corta que de tu cámara.

Ejemplo de un flat

FLAT

El flat elimina la iluminacion desigual del chip, además de permitir borrar el polvo en la óptica o chip. El polvo se ve en general como "donas". Es el polvillo desenfocado.


Hay que iluminar de una manera homogenea una zona blanca (una cartulina bien iluminada, si tenes cúpula, y es blanca internamente, podes usarla para hacer los flat).

Como es el procesamiento final:

Recorda que si haces subframes, lo ideal es corregirlos uno por uno, y luego sumarlos con el Photoshop (si son pocos) o con el Deep sky Stacker si son muchos, ya que lo hace automaticamente.

Si haces sub-frames de distintas exposiciones, debes hacer Darks de las mismas exposiciones.

En orden de importancia, se deben corregir los Darks, luego los Flats, y finalmente los Bias.

Si no te queda demasiado claro como empezar, recorda que el Deep Sky Stacker hace todo automaticamente.

Se procesan los darks, flats y bias, con el Deep Sky Stacker y finalmente se procesa la imagen final con Photoshop.

Frame: es el viejo cuadro de la pelicula.

relacion senal/ruido: es la relación entre el dato real de un astro, y el ruido de fondo. Cuanto mayor el la relación, mas diferencia hay entre la señal y el ruido, y de esa manera es mejor la imagen. 

ruido: es el moteado de fondo del frame. Lo ideal es que no aparezca en las imagenes.