Ok, la calibrazione rigorosa e' fondamentale per svolgere lavori di fotometria, astrometria o altro ma si sa, specie agli inizi, molto spesso si elaborano immagini astronomiche senza alcun frame di calibrazione. Si effettua una grossolana correzione basata sul fondo cielo (usando Photoshop o similari), cercando di uniformare i livelli nell'intera area ripresa.
Con molte camere CCD raffreddate non si sente neanche la necessita' di usare il dark. In effetti basta un comando come il median 3x3 a togliere perfettamente tutti i pixel caldi, ovvero cio' che salta all'occhio della cosiddetta mappa termica. Ma l'uso del flat, non c'e' camera che tenga, e' proprio necessario. Polvere sul cammino ottico o vignettatura sono molto probabili, se il soggetto e' molto luminoso poco male ma se cerchiamo di tirare fuori dal fondo cielo una debole nebulosita' un buon flat e' vitale.
Volendo minimizzare i tempi necessari alle riprese ed alla calibrazione della nostra immagine con finalita' estetiche, possiamo usare il solo master flat. Con un accorgimento pero', altrimenti la divisione per questo master da risultati non validi. Capitato mai flat che non spianano o addirittura che producono una vignettatura inversa, con il fondo cielo ai bordi piu' luminoso che al centro? Quando usato da solo, il master flat e ogni light frames devono essere privi dell'offset, un "piedistallo" in ADU impostato dal costruttore della camera. Prendendo un frame con tempo di esposizione zero (il cosiddetto bias frame) si puo' controllare a quanto ammonta il suo valore, che non e' zero ma ha un valore positivo (ADU medio dei pixel).
Se si divide il light frame per il master flat direttamente, senza togliere questo piedistallo ad entrambi, si produce una contro-vignettatura. Questa e' tanto piu' forte quanto piu' alto e' l'offset della camera e piu' piccola e' la differenza in ADU tra offset e fondo cielo nel light frame. L'operazione di divisione e' infatti coerente se il rapporto di luce tra centro e bordo e' effettivo, ovvero non e' falsato dalla presenza dell'offset.
Un esempio pratico sul light frame.
Cio' che conta e' il rapporto di intensita' luminosa tra centro e spigolo. In questo caso, in cui non c'e' offset, vale 3200/1000=3.20 (vignettatura mostruosa, e' solo un esempio). Il fondo cielo varia da 3200 ADU al centro del frame fino ad un minimo di 1000 allo spigolo.
Nel seguente caso abbiamo invece la situazione realistica con il fatidico offset introdotto dalla camera, pari a 1500 ADU (e' un esempio, il dato varia a seconda dei modelli). Questo valore si somma sia al centro che allo spigolo. Il rapporto di intensita' luminosa diventa pari a 4700/2500=1.88. Un valore, in questo caso, falsato dalla presenza dell'offset.
Potra' venire spontaneo tirare in ballo che la differenza di luce tra centro e spigolo rimane sempre la stessa (2200 ADU) in entrambi i casi, ma la correzione con il flat esegue un'operazione non di sottrazione ma di divisione sui valori correnti di ogni pixel dell'immagine, quindi i numeri rilevanti sono 4700/2500 o 3200/1000, con risultati evidentemente diversi.
Questo per quanto riguarda il light, invece ogni flat frame ottenuto con la nostra flatbox oppure con altri sistemi, potra' avere un profilo del genere, dopo aver tolto l'offset (che essendo in proporzione molto piccolo cambia poco le cose):
Il fattore correttivo associato va da 1x al centro fino a 3.2x allo spigolo. L'applicazione di questo flat nel primo caso (privo di offset) produce un risultato corretto spianando il campo uniformemente: centro 3200 x 1, spigolo 1000 x 3.2, ovvero valori uguali. L'applicazione nel secondo caso produce invece una controvignettatura, centro 4700 x 1, spigolo 2500 x 3.2 = 8000, quest'ultimo valore e' molto piu' alto rispetto al centro.
Vediamo adesso gli effetti pratici. Da considerare che Astroart, nella divisione per il flat, applica il fattore 1 nel punto medio della curva di luce e non sul massimo come nell'esempio sopra. Ne consegue che l'operazione di divisione alza le intensita' agli spigoli ed abbassa quelle al centro. Il risultato comunque e' analogo, viene "spianato" il campo di luce anche se su valori diversi.
Il light frame affetto da vignettatura (e non solo):
Il relativo master flat. I quadrati identificano le zone analizzate (su entrambi i frames):
Divisione del light per il master flat "nudi e crudi" (entrambi ancora con offset):
Siamo davanti al caso di "contro-vignettatura". La divisione ha sovracorretto la perdita di luce ai bordi.
La verifica sui dati. Ho misurato i livelli di luce in diverse aree dell'immagine (i box evidenziati sopra):
Il risultato della divisione e' calcolato sul foglio elettronico sulla base dei valori misurati sulle immagini flat/light.
ADU risultante = ADU light / ADU flat x ADU medio flat (il valore in rosso). Si nota anche qui come l'intensita' del fondo (istogrammi rossi dell'immagine divisa per il flat) cresca dal centro verso il bordo per la sovracorrezione.
Togliamo adesso l'offset ad entrambi e dividiamo per il master flat:
Il campo e' perfettamente "spianato" (almeno per una valutazione visiva e a meno di gradienti per inquinamento luminoso).
Verifica sui dati:
Le intensita' post-divisione del fondo stavolta sono ben livellate, segno che il master flat ha lavorato correttamente.
Riguardo l'esposizione da usare nella ripresa dei flat frames non ci sono vincoli tranne quello di restare nel campo di linearita' della camera. Ad esempio possono andare bene sia flat che hanno raggiunto 45000 ADU, sia flat che arrivano a 12000 ADU. Per sole ragioni di abbattimento del rumore fotonico associato converrebbe orientarsi verso alti ADU ma soprattutto fare un master composto da molti flat frames (>15-20). Una volta sottratto l'offset (al light ed al flat) si e' completamente indipendenti dal livello di luce, questo lavorera' correttamente con qualunque valore (i rapporti di intensita' luminosa tra centro e bordo sono sempre gli stessi, qualunque sia l'intensita' media del flat).
Tutta questa palla lunghissima per dire che prima di fare la divisione per il flat bisogna togliere l'offset sia sul light che sul flat frame (sul flat impatta molto meno, sul light e' fondamentale). L'offset si misura su un frame preso con tempo piu' rapido possibile con camera/ottica tappata (non deve entrare luce). Si puo' usare il valore medio dei pixel. Cambia poco con la temperatura e comunque eventuali differenze nell'applicazione non sono valutabili ad occhio. Va bene anche un valore di riferimento fisso ma non sarebbe male (e ci vuole pochissimo) prendere un bias a fine sessione di riprese e ricavare con un software di elaborazione il valore medio dei pixel.
Questo discorso, dicevo, ha poca importanza a livello pratico se si effettua la calibrazione completa dei frames che prevede anche dark, bias, darkflat e mappa cosmetica. L'offset e' contenuto in qualunque frames, quindi gia' una sottrazione del dark compie un'operazione analoga. Gli aspetti descritti devono essere considerati se si vuole provare ad utilizzare il master flat da solo. Perche' da solo? A livello di elaborazione la calibrazione completa e' semplicissima in quanto i software (ad esempio Astroart) hanno una finestra di pretrattamento che fa tutto automaticamente. Il vero "problema" e' produrre tanti dark frames. A noi pigroni, spesso alle prese con immagini dalla sola valenza estetica, spaventa non poco dover passare tutto quel tempo con il telescopio tappato...
Fatemi sapere se vi quadra...
Ciao ciao
Paolo