Conceito Teórico
Como criar imagens melhores

Porque integrar?
Quantas fotografias são necessárias?
Calibração: como usar as fotografias do tipo Dark, Flat e Bias/Offset

Qual a sensibilidadede ISO usar?
O Processo de Calibração


Abaixo você ira encontrar informação importante, mas de qualquer forma nada subtitui a experiência pessoal.
Alguns especialistas decidiram criar um site e/ou uma revista dedicados a astrofotografia e que estao cheios de preciosismos, em muitos casos conhecimentos muito avançados.

Alguns dos tópicos são compreensíveis como sejam o ruído nas imagens, Drizzle, Guiagem, etc...

Nota: não estou a escrever estes tópicos para nenhuma publicação que voce possa a encontrar.
Estou apenas apresentando este meu programa que é bom, gratuito e completo em informação útil.


Porque Integrar?
A resposta é simples: para aumentar a razão Sinal/Ruído (SNR).

A imagem final resultante é mais luminosa? Não.
O resultado da imagem final é mais colorida? Não.

O segredo esta em integrar muitas fotografias numa única fotografia para aumentar o nível da informação ou razão Sinal/Ruído (SNR). o resultado não será nem mais luminoso nem mais colorido mas contém menos ruido o que permitira intensificar o histograma para melhorar a definição, evidenciando os pequenos detalhes e as cores RGB.

O exemplo do lado direito mostra o resultado de uma integração de 1, 2, 4, 16 e 32 fotografias.

Não foi feita a calibração e alguns pixels quentes são visíveis em alguns casos (sem a subtração das imagens Dark e Bias/Offset, assim como, sem divisão pelo Flat Frame).

Passe o mouse por cima da foto e veja o resultado da integração de  
   1 imagem
   2 imagens
   4 imagens
   16 imagens
   32 imagens

Como se pode ver a fotografia resultante não mostra aumento da luminosidade ou aumento da coloração quando se incrementa o número de imagens astronomicas integradas do objeto astronômico, o que aumenta SIM é a suavidade, a imagem fica mais enevoada.

 


Apenas uma fotografia


Quantas fotografias são necessárias?
Quanto mais melhor, mas acima de um certo valor será menos eficiente.

A razão de Sinal/Ruído aumenta com a raiz quadrada do número de fotografias integradas, independente do tempo de exposição de cada fotografia.
Isto é verdadeiro para todos os métodos de integração (seja o método de média, mediana, Kappa-Sigma , média ponderal auto adaptiva , ...) exceto o do método da média ponderal da entropia uma vez que emprega a proporção da entropia de cada pixel e assim incrementando o sinal de ruído que é a grande fonte da entropia.
.

Isto significa que tendo uma base SNR de 1, quando integramos 10 fotografias o SNR aumenta para 3.16 (raiz quadrada de 10). Para 30 imagens temos SNR de 5.47, para 50 imagens temos SNR de 7.07, para 100 imagens temos SNR de 10 e para 300 imagens temos SNR de 17.32.

Como você pode ver, para elevar o ganho de SNR para 7 são necessárias 50 fotografias (isto é de 1 a 50), no entanto para ter o mesmo ganho de SNR da ordem de 7 a partir de 100 fotografias, são necessárias mais 200 fotografias (isto é de 100 para 300).

Os conjuntos de 100 fotografias x 1 minuto de exposição e 10 fotografias x 10 minutos oferecem o mesmo resultado?
Teoricamente Sim, tomando em consideração apenas o SNR, mas na prática definitivamente NÃO, face ao resultado final, considerando o tempo de exposição.
A diferença entre 10 minutos de exposicao e 1 minuto de exposição está em que o SNR em 10 minutos de exposição é maior que o 3.16 relativamente a 1 minuto de exposição.

Será obtido o mesmo SNR se integrarmos 10 fotografias de 10 minutes ou 100 fotografias de 1 minuto. No entanto, o sinal capturado pelo chip será diferente (a parte interessante). De forma simples, você só vai obter sinal se o tempo de exposição for suficientemente longo para capturar os fótons do objeto astronômico na mesma posição na maioria de suas imagens, de forma que esse sinal (fótons) não sejam considerados como ruído.

Por exemplo, no caso de uma nebulosa longínqua e fraca, você pode capturar fótons em cada 10 minutos. Se usar 10 minutos de exposição, terá capturado fótons para cada uma das fotografias que quando integradas resultará no sinal ampliado.
Se estiver usando apenas 1 minuto de exposição para a captura dos fótons, em apenas algumas fotografias esse sinal estará presente, quando integradas será considerado como ruído, visto esse sinal não estar presente em todas as fotografias do objeto astronômico.

Posso integrar duas ou mais fotografias finais?
Afirmativo, a regra do quadrado aplica-se também para pequenas integrações.

Quando integramos duas fotografias o SNR aumenta pra 1.414 (raiz quadrada de 2).
Se as duas fotografias tiverem o mesmo SNR, então é o mesmo que ter uma simples integração. Isto não quer dizer que essa integração resulta na mesma imagem final, apenas que o SNR se manteve o mesmo.

No entanto, se uma integração contiver mais fotografias que a outra, o SNR final das duas integrações será diferente e o SNR será mais baixo do que uma simples integração contendo todas as fotografias.

Thus by combining the result of a 10x1 minute stack with a single 1 minute frame the SNR is roughly the same as the one obtained by combining 2 light frames. This is due to the fact that when combining two images the noise is additive and the best image is damaged by the worse image in the process. Integrando o resultado de 10 X 1 minuto com um fotograma de 1 minuto de SNR e igual na integracao de 2 fotogramas de luz. Isto e o que acontece quando combinamos-integramos duas imagens-fotogramas de ruido adicionado em que a melhor imagem esta danificada e a pior esta a ser integrada.


Calibracao: como usar os fotogramas do dark, flat e bias
A calibracao e um processo em que consiste na subtraccao do bias e sinal dark dividindo pelo sinal flat.
Nao explicarei aqui como se fazem os fotogramas de dark, bias e flat ( veja aqui) para melhor compreender como fazer uso deles na obtencao das melhores imagens possiveis.

Uma boa ideia
Todos dizem que temos que tirar fotogramas do dark, bias e flat para criar boas imagens, mas se o fizer da forma errada facilmente danificara bons ficheiros de luz, e ficara desapontado com os resultados.

A boa novidade e que e facil obter bons resultados. Aqui se encontram as respostas e as formas de o fazer.

Os MAUS Conceitos mais usuais
E normal pensar-se que o numero de fotogramas de dark, bias e flat esta relacionado com o numero de fotogramas de luz ( fotoes luminosos ).
Muitos usam poucos (por vezes nem um) fotogramas de dark, bias e flat ... porem podem obter muito melhores resultados usando um grande numero de fotogramas de dark, bias e flat com o mesmo numero de fotogramas de luz ( fotoes luminosos ).

Seguindo a regra da raiz quadrada tera masters mais limpos e perfeitos usando um grande numero de fotogramas. Lembre-se que esta tentando tirar o dark e o sinal bias, e nao o ruido que vem por inerencia com os fotogramas.

Por exemplo: quando subtrai o Master dark por cada fotograma esta adicionando ruido do fotograma do master dark ao fotograma em causa. O pequeno ruido do Master dark, será adicionado ao fotograma em causa. O mesmo se passa com o master bias e o master flat.

Na verdade se usar um pequeno numero de fotogramas para a criacao de masters facilmente triplicara o ruido na clibracao do fotograma (bias e dark subtraidos e divididos pelo flat) comparando com o ruido, antes da calibracao.

No final tera 9 vezes mais (3 ao quadrado) fotoes ( fotogramas de luz ) aumentando o nivel de ruido para um nivel, para o qual podera usar um programa de limpeza de ruido.

O exemplo da imagem do lado direito mostra o resultado da integracao de (passe com o rato-mouse por cima da imagem)

32 fotogramas (sem calibracao)

32 fotogramas (2 darks, 2 flats e 2 bias - todos calibrados)

32 fotogramase0 darks, 20 flats and 20 bias - todos calibrados)

Como pode constactar o aumento do numero de fotogramas de dark, flat e bias mudifica o resultado da imagem tornando os detalhes visiveis.


Integrados 32 fotogramas (sem calibracao)

Esta e a razao pela qual, voce deve usar o maior numero possivel de dark/bias/flat . Na pratica 20 fotogramas e o minimo se nao quiser adicionar muito ruido, mas muito melhor ficara, com 50 a 100 fotogramas que lhe fara realcar verdadeiramente os detalhes.

Um apontamento sobre os Pixels Quentes
Pixels quentes, sao pixels que tiveram um comportamento deficiente. Esses pixels, tem um sinal muito forte de tal maneira que conseguem ser visiveis apesar de se ter feito o dark a cada fotograma de fotoes.

Claro que quando se subtrai o fotograma dark aos fotoes da imagem, o resultado e a remocao dos pixels quentes o que pode dar a sensacao que o fotograma dark ( dark frame ) ter sido eficaz ... mas nao e bem assim.
Ao mesmo tempo que se subtrai duplica-se o ruido calibrado ( note-se CALIBRADO ) dos fotoes luminosos.


Que velocidade ISO usar?
Uma pergunta frequente e a resposta e simples: nao tem importancia...escolha voce.

A verdade e que a velocidade ISO e uma funcionalidade das cameras DSLR. Por exemplo os chip ( ccd ou cmos ) que equipam as cameras para astrofotografia (estas cameras nao usam velocidade ISO) tem os mesmos resultados.
O uso da velocidade ISO faz obter mais fotoes, amplificando-os o seu sinal, mas tambem, nao nos devemos esquecer, que amplifica tambem o sinal de ruido.

A boa novidade esta em que voce nao necessita de alterar a velocidade de ISO para capturar um objecto longinquo. So precisara fazer longas exposicoes.

Claro que na pratica e um pouco mais complicado obter resultados baseado no que disse no paragrafo de cima, alem do que a velocidade ISO varia um pouco de marca par marca.
Varia tambem das caracteristicas de cada sensor chip (leitura de ruido e ruido electronico) que nao e simples de avaliar, e ainda da concepçao electronica do circulo electronico de cada camera ( Dslr sao diferentes das cameras para astrofotografia ).
Christian Buil avaliou oa valores de velocidade ISO para algumas Canon DSLRs

DSLR Recomendado (Optimo) Velocidade ISO
Canon EOS 10D    400    (290)
Canon EOS 20D 1000  (1000)
Canon EOS 350D 800    (900)
Canon EOS 5D 1000  (1100)

 


O Processo de Calibracao
O processo de calibracao e como cada serie de ficheiros (fotogramas) de imagens, darks, flats,...)  que nos parece um misterio mas que na realidade e bastante simples.

Em baixo esta um grafico que nos mostra o processo de calibracao total, quando todos os ficheiros estao disponiveis :

Processo de Calibracao total (todos os ficheiros disponiveis)


No entanto e o mais comum e o nao uso de ficheiros de calibracao dark, bias, flat, ... O grafico esta em baixo :

Processo de calibracao alternativo I (sem dark flat frames)

Ha quem use fazer a calibracao, mas sem bias. Veja o grafico em baixo:

Processo de calibracao alternativo II (sem bias frames)

Qualquer outro metodo para fazer calibracoes e considerado improprio. So tem estas 3 possibilidades.