ASTROFOTOGRAFIA CON FOTOCAMERE DSLR
riduzione delle immagini e sintesi del colore con AstroArt 4

Questa scheda vuole essere un'integrazione della scheda sui principi della Astrofotografia con il CCD pubblicata su questo stesso sito. Darò quindi per scontata la comprensione di alcuni concetti come la immagini di calibrazione (Dark Frame, Bias Frame, Flat Field) e le operazioni necessarie per calibrare una ripresa astronomica. L'esigenza di questa aggiunta nasce dal fatto che, malgrado la gran parte delle camere CCD studiate specificatamente per l'astronomia siano monocromatiche (per avere una maggiore sensibilità e risoluzione, oltre che per consentire l'uso di filtri molto stretti), alcune camere CCD e tutte le reflex digitali dispongono viceversa di un sensore a colori. Poiché soprattutto le reflex digitali (note anche come camere DSLR ovvero Digital Single Lens Reflex) sono molto diffuse tra gli astrofili che si dilettano di riprese fotografiche, mi è sembrato interessante vedere quali sono punti in comune nella calibrazione delle immagini riprese dalle camere CCD per astronomia e da queste DSLR.

Un sensore a colori altro non è che un sensore monocromatico a cui viene anteposta una matrice di Bayer. Questa matrice, che prende il nome da Bryce Bayer, un ricercatore della Kodak che la inventò nel 1976, è poi una serie di microscopici filtri colorati disposti secondo un ordine stabilito che vanno a disporsi davanti a ciascuna delle celle (pixel) del sensore di ripresa. Vi sono diversi tipi di matrici di Bayer, ma la più diffusa è formata quattro filtri (uno rosso, due verdi ed uno blu) disposti secondo uno schema fisso.

Grazie alla matrice di Bayer un quarto delle celle del sensore di ripresa sono sensibili alla sola luce rossa, un quarto alla sola luce blu, mentre la metà delle celle sono sensibili alla luce verde. Il motivo per cui si è scelto di avere i pixel verdi in quantità doppia rispetto a quelli rossi e blu dipende dal fatto che anche la vista umana è più sensibile alla luce verde. Una ripresa con un sensore a colori prima di ogni elaborazione (immagine RAW) apparirà quindi così:

Questa immagine è stata ingrandita al 200% per meglio mostrarne i pixel. Probabilmente non siete abituati a pensare che questa è l'immagine così come esce dalla fotocamera in quanto molti software di gestione provvedono già ad effettuare la sintesi del colore, ovvero ad effettuare tutte quelle operazioni necessarie a trasformare l'immagine RAW in un'immagine a colori. Queste operazioni però effettuano una serie di interpolazioni per creare i dati mancanti sui vari colori come si vede abbastanza chiaramente da questa semplice animazione:

Si noti come i pixel caldi, che tipicamente sono singole celle più chiare, vengano "spalmati" durante la sintesi colore. È intuibile che cercare di effettuare una calibrazione delle immagini (una sottrazione dei Dark Frame nel nostro caso) dopo la sintesi del colore sarà meno efficace che effettuarla prima.

Nell'esempio che segue mostrerò come effettuare nel miglior modo la calibrazione di una serie di immagini RAW riprese con una DSLR (la mia Canon EOS 300D nel caso specifico) attraverso il programma di elaborazione di immagini astronomiche AstroArt 4. Molto probabilmente la stessa procedura si potrà adottare anche con altri software, ma utilizzando comandi differenti.

Come prima cosa impostiamo le preferenze di AstroArt 4 in modo da evitare che le immagini RAW della fotocamera vengano convertite in immagini a colori automaticamente all'apertura. Per farlo nel menù File scegliete la voce Configura RAW in modo da far apparire una finestra come questa:

Verificate che nella sezione DSLR RAW non sia presente alcun segno di spunta e che le estensioni dei file comprendano quelle della vostra fotocamera (la mia EOS 300D ad esempio produce file RAW con estensione *.CRW). Confermate le modifiche facendo un click sul tasto OK. Ora le immagini della vostra DSLR si apriranno come immagini Bayer monocromatiche.

Il prossimo passo sarà la generazione di un Master Dark Frame ottenuto mediando i vari Dark Frame ripresi. Aprite la finestra di pretrattamento e trascinate le immagini Dark nella sezione Immagini (non nella sezione Dark Frames).

Passate alla sezione Opzioni e scegliete Sigma come immagine risultato e Nessuno come metodo di allineamento. Tutti i box di spunta devono essere deselezionati.

A questo punto fate un click sul pulsante OK e ricaverete il vostro Master Dark Frame che vi consiglio di salvare subito in formato FITS.

Ora dovremmo sottrarre da ognuno dei Raw Frame ripresi con la nostra camera questo Master Dark Frame per ridurne il rumore. Come sapete però il rumore generato dal sensore e dai vari circuiti della camera varia col variare della temperatura, e questa varia oltre che per cause esterne anche perché il sensore si scalda con l'uso. Le camere CCD per astronomia hanno dei sistemi di raffreddamento che mantengono il sensore ad una temperatura costante e quindi i Dark Frame possono essere semplicemente sottratti ai Raw Frame per la calibrazione. Nel caso delle camere DSLR o di tutte le camere non termostatate (ovvero raffreddate a temperatura costante e non semplicemente raffreddate) la semplice sottrazione potrebbe essere non molto efficace se la temperatura del sensore è variata tra la ripresa dei vari fotogrammi. Per questo motivo io preferisco una tecnica un po' diversa anche se basata sul medesimo principio.

Iniziamo con l'aprire un'immagine RAW della ripresa:

Come si vede vi sono numerosi pixel caldi. Utilizziamo lo strumento Fusione disponibile nel menù Matematica. Impostiamo l'operazione su Sottrai per sottrarre dall'immagine RAW il nostro Master Dark Frame. Pigiamo il tasto Anteprima ed esaminiamo il risultato. È possibile che quello che otteremo sarà, come nell'esempio seguente, un'immagine in cui i pixel caldi da chiari sono diventati scuri. Se questo accade è probabilmente dovuto al fatto che la temperatura del sensore era più alta quando sono stati ripresi i Dark Frame. Se viceversa fosse stata più fredda (difficile, perchè quasi sempre i Dark Frame si riprendono dopo i Raw Frame) i pixel caldi non sarebbero completamente spariti.

Se, come in questo caso, i pixel caldi diventano scuri allora sarà necessario scalare opportunamente il MasterDark modificando il valore di scala e pigiando ogni volta Anteprima per verificarne il risultato.

Io, ad esempio, ho ottenuto un risultato che mi soddisfa impostando il valore di moltiplicazione a 0.73 per questa immagine. A questo punto userò il tasto OK per confermare. Questo valore non è detto che sarà valido per ognuna delle immagini riprese, anzi con molta probabilità dovrà essere ritoccato per ogni immagine. È per questo motivo che, purtroppo, questa parte dell'elaborazione non può essere automatizzata.

Una volta calibrate tutte le riprese è possibile convertirle in immagini a colori. Per compiere questa operazione bisogna, per ciascuna immagine, scegliere dal menù Colore la voce Sintesi colore CCD in modo da far apparire una finestra come questa:

Le impostazioni che vedete nella sezione Sintesi, XY Offset sono adatte ai file RAW prodotti dalla mia Canon EOS 300D e, probabilmente, anche a quello delle altre DSLR Canon. Se i colori appaiono non mappati correttamente è probabile che dobbiate provare a cambiare i valori di offset. Alcune camere CCD per astronomia con sensore a colori utilizzano anziché la classica matrice di Bayer RGB una matrice CMY (azzurro, viola, giallo), se così fosse scegliete la modalità appropriata. Nella sezione Luminanza è possibile attivare un filtro di rimozione degli eventuali pixel caldi residui impostandone l'intensità ad un valore superiore allo 0%. Se questo valore fosse troppo basso rimarranno dei pixel caldi, se fosse viceversa troppo alto verrebbero soppresse anche alcune stelle. In genere un valore compreso tra il 25% ed il 50% da buoni risultati. Una volta impostati i parametri fate un click sul pulsante OK per effettuare la sintesi del colore e la vostra immagine da monocromatica diverrà a colori:

Una volta ripetuta l'operazione su tutte le immagini sarà possibile allinearle e sommarle/mediarle come al solito.