Что такое калибровочные кадры (дарки/биасы/флеты)?

Сегодня мы поговорим о таком важном аспекте астросъемки как калибровочные кадры. Наверняка при изучении теории астрофотографии вы натыкались на такие термины как дарки, флеты, биасы или офсеты. Если для вас эти термины – что-то новое, то ознакомьтесь с этой статьей, если же вы в курсе что это, то все равно ознакомьтесь – возможно некоторых тонкостей вы не знали.

Начнем с главного – что такое калибровочные кадры? Калибровочными называют те кадры, которые снимаются дополнительно перед или после основной съемки. Предназначены они для калибровки, то есть исправления тех или иных дефектов изображения связанных с оборудованием – как с самой трубой, так и съемочной камерой. Применяются в основном в фотографии дальнего космоса, но и в лунно-планетных направлениях тоже могут быть полезны. Снимаются они довольно чудными методами, но об этом позже.
Калибровочные кадры бывают трех видов: дарки, биасы, или как еще их называют офсеты, и флеты. Но есть еще один тип кадров, который зачастую упоминается когда речь идет о калибровочных – это лайты. По сути это кадры непосредственно самого космического объекта, то есть наша основная съемочная сессия. Они еще называются «Кадрами изображения» и именно к ним и применяются наши калибровочные кадры. Теперь перейдем непосредственно к основной теме разговора, и начнем мы с дарков.

Но прежде Вы можете посмотреть оригиналы используемых в статье документов. Отдельно можете скачать примеры сырых калибровочных кадров и примеры стеков без использования каких либо видов калибровки.

Дарк кадры

Итак, дарк кадр, или как еще говорят темновой кадр, применяется для вычитания горячих пикселей и тепловых шумов камеры. Чем больше выдержка при съемке объекта, тем больше этого теплового шума. Также на его количестве сказывается температура сенсора камеры и соответственно температура окружающей среды. Чем выше эти показатели, тем больше теплового шума и горячих пикселей.

Дарк кадры снимаются при тех же параметрах выдержки и ISO что и у самих лайтов, при этом объектив телескопа закрывается крышкой. Таким образом мы получаем кадр с таким же уровнем теплового шума, но в отличие от лайтов здесь кроме этого самого шума больше ничего и нет. И в результате при калибровке кадров изображения дарк-кадрами, программа вычитает из лайтов то, что зафиксировано на темновых кадрах, то есть эти самые шумы.

Отсюда следует два вывода.

Первый – дарки должны быть сняты при той же температуре сенсора, что и лайты. При разнице более чем в два градуса по Цельсию произойдет либо перевычитание либо недовычитание шумов в зависимости от того теплее дарки или холоднее лайтов. Температуру кадра можно узнать на компьютере открыв свойства файла изображения. Также многие съемочные программы, такие как APT, указывают температуру сенсора сразу в названии снятого кадра.

Второй – так как при калибровке из лайтов будет вычитаться все то, что есть в дарках, нельзя чтобы на темновых кадрах было что-то лишнее. Например, если снимать темновые кадры утром при светлом небе, то дневной свет будет проникать в трубу даже при закрытой крышке и засвечивать кадр. В результате все то, что подсветилось, будет вычтено и появятся артефакты. Снимая дарки ночью, нужно позаботиться о периферийном освещении и не светить фонарями на трубу и камеру. Учтите, что у зеркалок есть видоискатель и через него тоже может проникать свет, поэтому и его лучше закрывать резиновой крышкой, которая, кстати говоря, есть на ремне для зеркалки, и если о ее существовании не знать, то ее можно попросту не заметить.

Конечно, правила соблюдения температуры довольно строгие, но если у нас камера без активного охлаждения, то снимать всю ночь на одной температуре сенсора физически невозможно. Начиная с вечера и до рассвета температура окружающей среды постепенно падает, а вместе с ней и температура камеры. Обычно вечерне-утренний перепад температуры сенсора составляет от 4 до 8 градусов. Поэтому использование дарков снятых утром для калибровки лайтов снятых вечером нежелательно. В идеале можно выделить отдельную ночь под съемку дарков, потом подобрать темновые кадры по температуре соответствующие лайтам из середины сессии, а вечерние и утренние лайты, сильно отличающиеся по температуре, либо выкинуть, либо смириться и откалибровать как есть, либо отдельно калибровать кадры разной температуры… Конечно, в этом плане намного более практичными будут камеры с активным охлаждением: включил “холодильник”, подобрал температуру, потом при той же температуре снял дарки и все. Но цена таких камер заметно выше.

Теперь поговорим о необходимом количестве дарков. На этот счет единого мнения нет. Кто-то говорит, что хватит и десяти дарков, кто-то 30, а кто-то вообще снимает их столько же, сколько и лайтов. На самом деле много дарков не бывает, лишь бы все они были подходящими. Тут уже стоит вопрос: сколько времени Вам не жалко, потому что при съемках на больших выдержках этот процесс может сильно затягиваться. Ну а касательно минимального количества темновых кадров, то можно смело сказать, что пяток дарков уже вполне уверенно выполняет свою работу.

Если сложить сумму кадров не применяя дарки, то мы получим изображение, усыпанное разноцветными царапинами либо цветными многоточечными вкраплениями – это тепловой шум и горячие пиксели, которые отпечатались на лайтах, а при смещениях объекта разросшихся в зигзагообразные линии.

Итак, обобщим все, что сказано о дарках: они вычитают тепловой шум и горячие пиксели, снимаются с теми же выдержкой и ISO, что и лайты. Снимать дарки нужно с закрытой крышкой объектива, желательно в полной темноте и при той же температуре сенсора. Лучше снимать их не меньше пяти, а лучше 10-15 дарков –  это оптимально.

Биасы/офсеты

Далее разберем биасы, или как их еще называют офсеты. Задача у них такая же как и у дарков с той лишь разницей, что вычитают они не тепловые шумы, а шумы чтения камеры. Снимаются они также: при закрытой крышке телескопа, с таким же ISO, но при минимально доступной выдержке камеры. Таким образом сенсор не успевает нагреться и тепловые шумы, также как и горячие пиксели в кадре, не проявятся.

Для биасов также справедливы правила температуры. Но что хорошо – биасы снимаются быстро. А что касается количества, то десяти-двадцати штук тоже вполне хватит. Единственное, что следует добавить, при длинных выдержках шумы чтения не так критично проявляются как на коротких, а современные астрокамеры зачастую обладают настолько низкими шумами чтения, что многие астрофотографы для них биасы даже не снимают.

Если сложить стек без использования биасов, то на выходе мы получим изображение, исцарапанное неяркими цветными полосами или вкраплениями, по такому же принципу как и с дарками, но довольно часто шум чтения остается на сравнительно невысоком уровне.

Флеты

Третий тип калибровочных кадров – это конечно флеты. Тот самый тип калибровки, который вызывает больше всего трудностей у начинающих любителей. Дело в том, что снимается он с некоторыми заморочками, но обо всем по порядку, и сначала поговорим об их назначении.

Флет-кадры выполняют две функции – ликвидируют виньетирование кадра и убирают с него пылинки, налипшие либо к сенсору камеры, либо к фильтрам, либо к какому-либо другому оптическому элементу в оптическом тракте.

Начнем с виньетирования. Если вы не в курсе, то это темное кольцо по краям кадра. Создается оно самим телескопом и может выглядеть по-разному в зависимости от оптической схемы телескопа и размера матрицы камеры. Эффект виньетирования широко распространен как художественный элемент в бытовой фотографии, и там он действительно может дополнять композицию. Но в астрофотографии нам нужен ровный фон, и при наличии виньетки выровнять его будет очень не просто. Порой, чтобы выровнять поле, приходится прибегать к созданию синтетического фона, а это очень плохо сказывается на детализации объекта, особенно на слабой периферии. К тому же создание искусственного фона часто влечет за собой появление артефактов, таких как, например, черные пятна по всему кадру. Лучше все же обходиться без синтетики и ровнять фон более традиционными методами.

Помимо ровного фона, флеты убирают с кадра и пылинки, налипшие на матрицу камеры. Это очень важно, ведь расфокусированные “бублики” от пылинок очень сильно портят кадр, зачастую превращаясь из темных кругов в жирные темные полосы по такому же принципу, как горячие пиксели превращаются в цветные царапины. Так же, наличие пылинок мешает и в лунно-планетной фотографии, особенно при использовании большого фокусного расстояния, ведь в таком случае пыль на матрице намного ближе к точке своей фокусировки и из мутных кружочков может превращаться во вполне конкретные жирные черные точки. Конечно, при съемке планет, где бо́льшая часть фона – чернота, это не так страшно. А вот при съемке Луны или тем более Солнца, где нам нужно все поле кадра, мусор на матрице может портить кадр.

Бесспорно, флеты являются самыми важными калибровочными кадрами, ведь шумы и горячие пиксели мы можем кое-как задавить или замазать, а вот от виньетирования никуда не деться, и самая большая сложность с флетами – это их съемка. Для получения кадров, делающих свою работу правильно, необходимо соблюдение нескольких условий:

-Первое – флеты нужно снимать направив телескоп с открытой крышкой приблизительно в зенит и обязательно при подходящей освещенности неба, а именно в сумеречное время суток (утром или вечером), когда небо имеет серый оттенок. В вечернее время это значит, что Солнце уже село за горизонт, а звезды еще не засветились. В утреннее время наоборот – звезд уже не видно, а Солнце еще не появилось. Лучшим ориентиром по времени при вечерней съемке флетов будет тот момент, когда небо перестанет иметь явный синий оттенок. Проблема в том, что когда на небе присутствует Солнце, то оно создает неравномерное освещение, и на наших флет-кадрах появится световой градиент, который губительно скажется на качестве калибровки.

Для того чтобы не подгадывать нужный момент и снимать флеты когда удобно, некоторые астрофотографы используют такое приспособление как флетбокс, который представляет собой белый пластиковый ящик, подсвечивающийся светодиодами изнутри. Он надевается или просто ставится на объектив телескопа, создавая ровное освещение, тем самым позволяя снимать флеты и в темное время суток. В дневное время при Солнце флеты даже с флетбоксом снимать все же не стоит.

–Второе – при съемке флетов положение камеры в фокусере должно точно соответствовать своему положению при съемке лайтов. Конкретно имеется в виду точка фокусировки и поворот камеры. Дело в том, что при смене фокусировки размер и непрозрачность виньетирования и пыли меняется, поэтому в идеале фокусировка должна точно соответствовать той, что была при съемке кадров изображения. Хотя небольшая погрешность здесь все же допустима. А вот поворот камеры должен точно соответствовать съемочному. Соль в том, что редкий телескоп отъюстирован идеально, и при небольшом перекосе вторичного зеркала виньетирование будет немного неравномерно распределено по кадру. Поэтому при повороте камеры крутится и виньетирование, и в результате наложения неподходящих флетов в определенных областях кадра могут возникать артефакты.

–Третье – для флетов нужно подобрать выдержку. В отличие от дарков или биасов у флетов может быть совершено разная выдержка, которая никак не связана с тем, какие экспозиции мы использовали при лайтах. ISO кстати остается такое же как у лайтов, а вот выдержка подбирается так, чтобы флет кадр был освещен подходящим образом. Для этого следует ориентироваться по гистограмме снимка. Ее верхний пик должен быть расположен либо на пятидесяти процентах шкалы, либо где-то на семидесяти. При нарушении этого правила опять же могут возникать артефакты.

Небольшой совет, снимающим на зеркалки – не стоит ориентироваться по гистограмме в живом режиме. Экспозиция в liveview, как и гистограмма, может сильно отличаться от той, которая будет на снятом кадре. Лучше всего сделать снимок, открыть его в камере или на ноутбуке и посмотреть насколько заполнена гистограмма. Хорошим помощником в этом деле может стать съемочная программа APT, которая сама подберет выдержку для флетов. Только при использовании зеркалки не забудьте для этого перевести камеру в режим AV, а после съемки флетов, перевести обратно в ручной (M).

Нарушение первого и третьего пункта не так страшно, в данном случае флеты можно и переснять, а вот со вторым все сложнее. Пока вы не сняли флеты, камеру из фокусера извлекать не стоит, ровно как и крутить ее. В противном случае лайты придется отправить в корзину, т.к. потом повернуть заново камеру так же, как она располагалась при съемке очень сложно и получить подходящие флеты почти нереально. Также очень важным моментом является актуальность положения пылинок на сенсоре. Если пылинка сместилась, то калибровать старыми флетами ее нельзя – сделаете только хуже. Получится темный кружок с черной каймой с одной стороны и белой с другой. В таком случае флеты обязательно нужно переснимать, а еще лучше попробовать сдуть пылинку грушей, ведь если она сместилась, значит она отлипла от стекла и есть реальный шанс от нее избавиться совсем.

В общем-то, это все что нужно знать о флетах, но есть еще один не столь важный момент, который все же стоит обозначить. Существует четвертый тип калибровочных кадров – это дарк-флеты. Предназначены они для удаления горячих пикселей с флет-кадров, но сейчас их редко кто снимает. В основном, потому что многие современные программы для сложения берут информацию о горячих пикселях на флетах с обычных дарк-кадров. Так что многие вообще этим не заморачиваются.

На этом наша статья подходит к концу. Надеюсь она была наглядной, доходчивой и информативной.