Astrofotografie technika a teorie Petr Skala FEL ČVUT, katedra radioelektroniky
Možnosti amatérské astrofotografie Planetarní Deepsky Širokoúhlá V primárním ohnisku dalekohledu S pointací Krajinářská Astro/Foto - metrická
Technika potřebná pro astrofotografii Typické jsou dlouhé expozice technika se musí přizpůsobit Speciální detektory Montáže Světelné teleskopy Zpracování v dedikovaném SW Mnoho dalšího příslušenství
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
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
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!!!
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
Příprava Zaostření fotoaparátu Jedna z nejtěžších disciplín, přesnost zásadně ovlivní detailnost snímku! Pomocí live view Pomocí Bahtimovy masky
Snímání nutnost pointace? Periodická chyba montáže Při dlouhých expozicích a ohniscích Enkondéry, direct drive ($$$) Pointace může radikálně prodloužit maximální použitelnou expozici
Snímání pointace
Detektory - teorie Detektory jsou založeny na fotoelektrickém jevu Ideální materiál je křemík citlivý ve velkém rozsahu elmag. Spektra
CCD charge coupled device
CCD Architektura může mít vliv na uplatnění
CCD Architektura může mít vliv na uplatnění Umístění řídící elektroniky (FSI, BSI), QE (Kvantová efektivita)
CCD Umístění řídící elektroniky (FSI, BSI), QE (Kvantová efektivita) Blooming, streaking: anti-blooming má vliv na QE a linearitu
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 = +., +
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 = +., +
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)
Další důležité pojmy Kvantizace Dynamický rozsah Histogram
Barevná interpolace
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
Snímání délka expozice Všeobecně čím delší tím lepší, ale Omezená je kvalitou montáže (PE) Kvalitou ustavení Povětrnostními podmínkami Světelným znečištěním FWC pixelů Šumem
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. 10-15 min
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 10 15 pixelů
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 50 60 % dynamického rozsahu
Nasnímání kalibračních dat Bias
Nasnímání kalibračních dat Dark frame
Nasnímání kalibračních dat Flat field
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
Registrace Posunutí a otočení obrazu Oprava zklenutí obrazu Mnoho druhů registrace One star Linear Affine, quadratic, cubic
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
Kombinace snímků
Specifika zpracování astrofotografie Obrovský dynamický rozsah (16-64bit) Zobrazení lineárních dat je nemožné Nelineární zpracování pomocí křivek Zvýraznění detailů výraznější defekty
Specifika zpracování astrofotografie
Specifika zpracování astrofotografie Barevné vyvážení Příklad HST
Specifika zpracování astrofotografie Odstranění gradientů
Specifika zpracování astrofotografie Doostření / filtrování Wavelets Deconvolution ACDNR, SGBNR Adaptive Contrast-Driven Noise Reduction Selective Gaussian Blur Noise Reduction Lowpass filtr Edge protection
Specifika zpracování astrofotografie Doostření / filtrování Wavelets Deconvolution ACDNR, SGBNR TGV (Total General Variation)
Děkuji za pozornost