Astrofotografie technika a teorie. Petr Skala FEL ČVUT, katedra radioelektroniky

Transkript

1 Astrofotografie technika a teorie Petr Skala FEL ČVUT, katedra radioelektroniky

2 Možnosti amatérské astrofotografie Planetarní Deepsky Širokoúhlá V primárním ohnisku dalekohledu S pointací Krajinářská Astro/Foto - metrická

3 Technika potřebná pro astrofotografii Typické jsou dlouhé expozice technika se musí přizpůsobit Speciální detektory Montáže Světelné teleskopy Zpracování v dedikovaném SW Mnoho dalšího příslušenství

4 Technika potřebná pro astrofotografii Jde to i levněji :) Speciální detektory zrcadlovka z bazaru? Montáže stativ? Světelné teleskopy foto objektiv Zpracování v dedikovaném SW jsou i freeware Mnoho dalšího příslušenství pro začátek se dá oželet

5 Postup Příprava Ustavení montáže Zcentrování dalekohledů Zorientování montáže Zaostření fotoaparátu Snímání Nalezení objektu (kompozice) Nalezení pointační hvězdy Určení délky expozice Exponování + dithering Nasnímání kalibračních dat Preprocessing (Kalibrace) Vytvoření master snímků Sesouhlasení snímků Složení snímků Processing (Zpracování) Ořez okrajů Nastavení barev Nastavení křivek HDR stetch Odšumění/Doostření Zvýraznění detailů

6 Příprava Ustavení montáže Nastavení osy hodinového úhlu montáže na severní pól. Několik metod Polární hledáček Driftová metoda Přesnost ustavení montáže zásadně ovlivní délku použitelné expozice!!!

7 Příprava Zorientování montáže Pomocí jedné, dvou, či tří hvězd zjistí montáž, kam míří Možnost automatického hledání je při objektivech s dlouhým ohniskem téměř nutností Rozhodně doporučuji provádět při ohniscích delších než 300 mm

8 Příprava Zaostření fotoaparátu Jedna z nejtěžších disciplín, přesnost zásadně ovlivní detailnost snímku! Pomocí live view Pomocí Bahtimovy masky

9 Snímání nutnost pointace? Periodická chyba montáže Při dlouhých expozicích a ohniscích Enkondéry, direct drive ($$$) Pointace může radikálně prodloužit maximální použitelnou expozici

10 Snímání pointace

11 Detektory - teorie Detektory jsou založeny na fotoelektrickém jevu Ideální materiál je křemík citlivý ve velkém rozsahu elmag. Spektra

12 CCD charge coupled device

13 CCD Architektura může mít vliv na uplatnění

14 CCD Architektura může mít vliv na uplatnění Umístění řídící elektroniky (FSI, BSI), QE (Kvantová efektivita)

15 CCD Umístění řídící elektroniky (FSI, BSI), QE (Kvantová efektivita) Blooming, streaking: anti-blooming má vliv na QE a linearitu

16 CCD Šum v křemíku: RN: generuje elektronika v čipu odstraní se BIAS snímkem SN: šum který je časově proměnný delší expozice, skládání expozic FPN: daný různou citlivostí pixelů odstraní se pomocí flat field Dark current: spontánní uvolnění elektronu odstraní se pomocí dark frame PRNU, gain, RN,FULLWELL C = +., +

17 CCD Šum v křemíku: RN: generuje elektronika v čipu odstraní se BIAS snímkem SN: šum který je časově proměnný delší expozice, skládání expozic FPN: daný různou citlivostí pixelů odstraní se pomocí flat field Dark current: spontánní uvolnění elektronu odstraní se pomocí dark frame PRNU, gain, RN,FULLWELL C = +., +

18 CMOS vs.ccd Každá buňka má svoji elektroniku místo náboje se pracuje s napětím Je levnější na výrobu spotřební zboží (není kladen důraz na přesnost) Rychlejší vyčítání (adresace)

19 Další důležité pojmy Kvantizace Dynamický rozsah Histogram

20 Barevná interpolace

21 Barevná interpolace Bilineární interpolace - Spousta artefaktů V reálu se využívají složitější algoritmy, které dokáží detekovat a zachovat hrany a barvy V astronomii častěji full-frame filtry

22 Snímání délka expozice Všeobecně čím delší tím lepší, ale Omezená je kvalitou montáže (PE) Kvalitou ustavení Povětrnostními podmínkami Světelným znečištěním FWC pixelů Šumem

23 Snímání expozice prakticky Existují různé kalkulátory Spolu s expozicí se musí nastavit ISO Čím vyšší ISO tím menší dynamický rozsah Prakticky ISO 800 až 1600 Kvůli šumu a SZ max min

24 Exponování + Dithering Vychází z metody používané v armádě Eliminuje: statický šum hot pixely nesedící dark framy jiné nedokonalosti čipu Mezi expozicemi se hýbne s obrazem o pixelů

25 Nasnímání kalibračních dat Na konci pozorovací noci Bias Stejné nastavení gain (ISO) jako snímek Bez přístupu světla Nejkratší možná expozice Dark frame Stejné nastavení gain (ISO) jako snímek Bez přístupu světla Expozice stejně dlouhá jako snímek Při stejné teplotě (u nechlazených DSLR problém) Flat field Rovnoměrně nasvícená bílá plocha Expozice tak, aby peak byl u % dynamického rozsahu

26 Nasnímání kalibračních dat Bias

27 Nasnímání kalibračních dat Dark frame

28 Nasnímání kalibračních dat Flat field

29 Kalibrace Master Bias (offset) (MB) Pomocí mediánu zkombinovat snímky do výsledného Master bias Pokud máme více druhů snímků pak musí být více druhů bias snímků Odečtení MB Odečtení MB od odpovídajících obrázků (Light, dark, flat) Master dark framy (MDF) Pomocí mediánu složit do výsledného MDF Pokud je nutné pak vytvořit MDF i pro FF Odečtení MDF Odečtení MDF od odpovídajících snímků (Light, flat) Master flat field (MFF) Nanormovat na maximální hodnotu dynamického rozsahu Dělení pomocí MFF Vydělením získáme light kalibrované snímky

30 Registrace Posunutí a otočení obrazu Oprava zklenutí obrazu Mnoho druhů registrace One star Linear Affine, quadratic, cubic

31 Kombinace snímků Po registraci Mnoho druhů Průměr, medián, min-max rejection, addmax Sigma clip, averaged sigma clip Drizzle Mnohdy výpočetně náročné HDR efekt Snížení šumu Potřeba stretchingu

32 Kombinace snímků

33 Specifika zpracování astrofotografie Obrovský dynamický rozsah (16-64bit) Zobrazení lineárních dat je nemožné Nelineární zpracování pomocí křivek Zvýraznění detailů výraznější defekty

34 Specifika zpracování astrofotografie

35 Specifika zpracování astrofotografie Barevné vyvážení Příklad HST

36 Specifika zpracování astrofotografie Odstranění gradientů

37 Specifika zpracování astrofotografie Doostření / filtrování Wavelets Deconvolution ACDNR, SGBNR Adaptive Contrast-Driven Noise Reduction Selective Gaussian Blur Noise Reduction Lowpass filtr Edge protection

38 Specifika zpracování astrofotografie Doostření / filtrování Wavelets Deconvolution ACDNR, SGBNR TGV (Total General Variation)

39 Děkuji za pozornost