ELABORAZIONE DELLA FOTOGRAFIA ASTRONOMICA DEEP SKY PRETRATTAMENTO DELLE IMMAGINI ELABORAZIONE FOTOGRAFICA CON PHOTOSHOP

ELABORAZIONE DELLA FOTOGRAFIA ASTRONOMICA DEEP SKY PRETRATTAMENTO DELLE IMMAGINI ELABORAZIONE FOTOGRAFICA CON PHOTOSHOP

STRUMENTI PER LA FOTOGRAFIA La fotografia astronomica può essere effettuata con diversi strumenti: REFLEX DIGITALE Strumento universale Visualizzazione immediata foto Mirino e display Uso senza computer Sensore poco sensibile nel rosso Sensore non raffreddato CCD Strumento dedicato Uso esclusivo con computer Visualizzazione foto con computer Sensore ad alta efficenza Sensore molto sensibile nel rosso Sensore raffreddato

I SENSORI I sensori usati sono chiamati CCD o CMOS che sono rivelatori elettronici sensibili alle onde elettromagnetiche che vanno dalla lunghezza d'onda dell'infrarosso fino a all ultravioletto. Sono composti da una matrice di pixel ossia di celle disposte affiancate in righe e colonne. I fotoni che colpiscono il sensore vengono convertiti in elettroni che si accumulano all'interno di ogni pixel finché non ne verranno estratti, al termine della posa. Le Reflex hanno sensori CCD o CMOS a colori che altro non è che un sensore monocromatico a cui viene anteposta una matrice di Bayer che è una serie di microscopici filtri colorati disposti secondo un ordine stabilito che vanno a disporsi davanti a ciascun pixel del sensore di ripresa.

MODALITA DI RIPRESA Nella fotografia digitale sono importanti alcuni fattori: la sensibiltà da impostare (800 1600 ISO) l apertura relativa del telescopio (f =F/D) la lunghezza focale del telescopio la messa a fuoco il tempo di esposizione il numero di esposizioni Per le fotografie del cielo il rumore è meno importante e si può poi ridurlo con tecniche di elaborazione. Per la ripresa conviene disattivare la riduzione del rumore automatica, altrimenti è facile che il software della reflex cancelli le stelle scambiandole per rumore. Si effettuano molte riprese successive scattando con intervalli di pausa per permettere al sensore di scaricare l immagine sulla scheda.

Perché si fanno molte immagini? Per ogni immagine scattata c è una quota di rumore ed una quota di segnale (stelle). Per ogni immagine la quota rumore è casuale, cioè un po diversa per ogni scatto, mentre la quota segnale è sempre la stessa. Se faccio varie foto dello stesso soggetto e le sommo (o meglio effettuo una media), il rumore diminuisce rispetto al segnale, ovvero rispetto al soggetto che intendo fotografare. Quindi più foto riprendo è migliore sarà il risultato, vediamo un esempio.

1 posa da 1 100 pose da 1 1100 pose da 1 Cometa di Holmes ripresa con Nikon D200 a 1600 ISO con obiettivo 300 mm f/2.8. L oggetto si trovava a 45 di declinazione e l immagine è stata scalata per evidenziare l oggetto.

Allora 60 pose da 1 = 1 posa da 60? Sfortunatamente no. Una posa più lunga comunque registra più segnale e quindi cattura più fotoni e quindi il risultato è diverso. E poi per ogni immagine la reflex producono errori di lettura che vanno a sommarsi e non possono essere eliminati.

1 posa da 1 20 pose da 1 in jpg 20 pose da 1 in raw 1 posa da 20 Nebulosa di Orione

Rapporto Segnale -Rumore A causa della natura quantistica della luce, il rilevamento dei fotoni (con un dispositivo come il CCD) è sempre un processo casuale dominato dalla statistica di Poisson, che distribuisce i conteggi dei fotoni catturati secondo una distribuzione a campana Quando si cerca di misurare un fotone rilevato da una camera CCD, il rumore di conteggio associato è dato dalla radice quadrata del segnale, quindi rapporto segnale rumore (o S / N o SNR) è: S SNR = = N S

Il sensore CCD o CMOS delle reflex digitali non raccoglie solo la luce emessa dal corpo celeste, ma anche l energia prodotta da altre componenti dovute al processore di acquisizione: rumore termico generato dal sensore, il rumore generato dal processo di trasferimento dell immagine, il rumore generato da campi elettromagnetici dei dispositivi, i difetti intrinseci del sensore (pixel caldi, alterazioni sul colore dei pixel, ecc), vignettatura, granelli di polvere sul sensore, rumore di fondo (background noise): inquinamento luminoso del fondo cielo, sia artificiale che naturale, come la presenza della Luna.

Quindi il rapporto Segnale - Rumore SNR dice che: maggiore è il segnale raccolto minore risulta la quota rumore ( in percentuale), quindi l oggetto fotografato risulta più evidente. Un esempio per fissare il concetto: Supponiamo di scattare 10 fotografie: SNR = 10/10 = ovvero 0,31, in percentuale il 31% Supponiamo ora di scattare 100 fotografie: SNR = 100/100 = ovvero 0,1, in percentuale il 10% Supponiamo adesso di scattare 1000 fotografie: SNR = 1000/1000= ovvero 0,031, in percentuale il 3,1%

Per rendere esenti dai difetti suddetti le immagini astronomiche digitali devono subire una particolare elaborazione. Oltre all acquisizione delle immagini del soggetto prescelto che chiameremo Luminanza (L) bisogna riprendere anche delle immagini particolari, il cui concetto è esposto di seguito: Bias Frame: è il segnale elettrico del sensore. Esso dipende solo dalla sensibilità impostata sulla reflex. Si riprende impostando il tempo più breve con macchina tappata.

Dark Frame: è l immagine ottenuta dal rumore termico accumulato nel sensore e dipende dal tempo di posa, dalla temperatura e dalla sensibilità impostata. Si riprende nelle stesse condizioni della posa in luminanza tappando l ottica. Flat Field: è l immagine ottenuta dai difetti dei pixel del sensore, vignettatura e granelli di polvere. Non dipende dal tempo di esposizione ne dalla temperatura ma è legato alla configurazione ottica della ripresa. Si riprende illuminando uniformemente con luce bianca uno schermo bianco.

Il programma di elaborazione o pretrattamento deve effettuare una serie di algoritmi matematici su ogni pixel costituenti l immagine che può essere riassunto con la seguente formula: I(x,y) = [L(x,y) Dark(x,y) Bias(x,y)]/Flat(x,y) Dove I(x,y) è l immagine finale ottenuta

Pretrattamento delle immagini Come abbiamo visto nella fotografia astronomica digitale bisogna effettuare molti scatti dello stesso soggetto in modo poi da sommarli per ottenere un risultato migliore. In internet ci sono vari programmi gratuiti adatti a tale scopo. Uno molto semplice da usare è DeepSkyStaker che è anche in italiano lo si scarica da: http://deepskystacker.free.fr/english/index.html Il programma è molto intuitivo e fa la somma in modo automatico.

Allinea e combina Elaborazione Elenco foto Opzioni

La prima cosa da fare è selezionare le immagini da caricare premendo con il mouse la prima riga "apri immagini". Si apre una finestra di caricamento e selezioniamo le immagini evidenziandole. Passiamo alla riga successiva, caricando i dark. E possibile anche salvare la lista di immagini caricate, aprirne una salvata e svuotare una lista di immagini per farne una nuova.

Il programma ha quindi caricato le foto nell elenco in basso. Premiamo "marca tutti" per spuntare tutte le immagini caricate e siamo pronti per il passaggio successivo. Una cosa che dobbiamo tenere sempre presente è che il programma richiede immagini delle medesime dimensioni e che, al momento, non è in grado di scalarle. Il programma comunque è in grado di riconoscere i file raw delle fotocamere, i tiff, i jpg e i bmp senza alcun problema.

Prima di iniziare l allineamento conviene effettuare il settaggio Raw. Conviene mantenere il bilanciamento del bianco Automatico ed Interno alla Macchina. Le fotocamere normali sono poco sensibili al rosso delle nebulose quindi si può correggere il Rosso portando il valore a 1.1 o 1.2

A questo punto possiamo selezionare "allinea immagini selezionate" e passare alla definizione di alcuni parametri. Si imposta una soglia di rilevamento stelle al 10% con campi fotografici ampi. Se il campo fotografico è povero di stelle si può aumentare tale valore. A questo punto si clicca su parametri di combinazione e si passa ad una successiva finestra.

Modo standard dove le immagini che vengono allineate vengono ritagliate in modo da mantenere l'immagine di riferimento modo mosaico nel quale l'immagine ottenuta comprenderà il campo complessivamente coperto da tutte le immagini. Modo intersezione dove le immagini che vengono allineate vengono ritagliate in modo da mantenere solo la parte comune a tutte le immagini

La seconda finestra Immagine mette a disposizione dei metodi di combinazione che sono comuni anche alle successive finestre Dark, Flat, Bias/Offset. Vediamone la caratteristiche.

MEDIA E' il metodo più semplice. Calcola la media di tutti i pixel nella medesima posizione. MEDIANA Questo è il metodo usato di default quando viene creato i file master di dark, di flat e di bias. Per ogni posizione viene preso il valore mediano dei pixel corrispondenti. Il valore mediano viene ricavato ordinando i valori in ordine crescente e utilizzando il valore che corrisponde a quello in mezzo alla lista ordinata. Per fare un esempio, ammettendo di avere come valori (ordinati) 10, 150, 1550, 1650, 1680 il valore che verrà preso è 1550 mentre se avessimo preso il valore medio sarebbe stato pari a (10+150+1550+1650+1680)/5=1008

TAGLIO KAPPA-SIGMA Questo metodo è usato per scartare pixel di valore anomalo che possono capitare a causa di raggi cosmici, aerei, satelliti o altro. Vengono usati due parametri: il numero delle iterazioni e il valore di moltiplicazione della deviazione standard (Kappa). Per ciascuna iterazione viene calcolato il valore medio e il valore Sigma di deviazione standard di ciascun pixel. Ciascun pixel che si discosta dal valore medio di una quantità pari a kappa * sigma viene rifiutato. Il valore medio dei pixel rimasti viene calcolato per ciascuna posizione. TAGLIO MEDIANO KAPPA-SIGMA Questo metodo è simile al taglio Kappa-Sigma con la differenza che invece di usare il valore medio viene usata la mediana dei vari pixel.

MEDIA SOPPESATA AUTOADATTIVA Questa media ponderata è adattata dal lavoro di Stetson. Questo metodo calcola una media pesata ottenuta iterando il peso di ciascun pixel dalla media comparandola alla deviazione standard. MEDIA ENTROPICA (Alta dinamica) Questo metodo è basato sul lavoro di German, Jenkin e Lesperance ed è usato per unire le immagini prendendo per ciascuna di esse il pixel con la miglior dinamica. E' particolarmente utile quando si uniscono immagini con diverse esposizioni e velocità ISO, creando una immagine mediata con la massima dinamica possibile. Con questo sistema è possibile evitare di bruciare i nuclei galattici e le parti centrali di nebulose tipo M42. MASSIMA Questo è un metodo semplicissimo da usare con molta attenzione. Il valore massimo di tutti i pixel è usato per l'immagine. Può essere usato per trovare cosa possa essere andato storto nell'unione delle immagini mostrando tutti i difetti delle immagini calibrate.

Spuntare: Rilevamento e rimozione pixel caldi Ottimizzazione del dark Si clicca su OK e si torna alla finestra Settaggi Allineamento

Si clicca su OK e si apre la finestra Procedura combinazione In questa finestra si riassumono i passi di combinazione scelti con il numero delle foto Si clicca su OK e si procede alla combinazione automatica delle foto

Questa ultima fase è quella effettiva di lavorazione da parte del software che procede in modo automatico all allineamento e somma delle immagini. Dopo il tempo necessario all'elaborazione appare l'ultima schermata l immagine allineata e sommata. Il programma salva in un file autosave.tif (a 32 bit di profondità) il file risultante.

Elaborazione delle immagini Dopo il pretrattamento delle immagini abbiamo ottenuto un immagine grezza che deve essere elaborata con un programma di grafica. Normalmente si utilizza Photoshop che è un potente programma di ritocco fotografico. Si può utilizzare anche il programma di fotoritocco GIMP che è scaricabile gratuitamente da internet e che ha funzioni simili a Photoshop.

In Photoshop apro l immagine sommata con DeepSkyStacker che era stata salvata come autosave.tif a 32 bit di profondità. Per poterla elaborare devo ridurla a 16 bit nel seguente modo:

compare una finestra: Conversione HDR, ciccare su Ok senza variare nulla. A questo punto salvare l immagine con: File > Salva con nome, nella casella Nome file indicare un nuovo nome e poi ciccare su salva.

Una finestra importante in Photoshop è quella dei Livelli o Layer. Normalmente c è sempre un livello di sfondo a cui si possono aggiungere altri livelli come strati sovrapposti. Quando è evidenziato di blu significa che sto lavorando su quel livello. Se compare l occhio significa che quel livello e selezionato. Posso ciccare sull occhio per deselezionare il livello. Vedremo in seguito quanto è importante lavorare con i livelli, perché ci permette di modificare quando vogliamo alcuni parametri.

Correzione dei livelli Come prima operazione devo correggere i livelli in RGB del fondo cielo che deve essere bilanciato. Attiviamo un nuovo livello di regolazione nel seguente modo:

Compare la seguente finestra di regolazione Per bilanciare correttamente i colori del fondo dell immagine conviene operare non in RGB ma per ogni canale (Rosso, Verde e Blu) spostando il cursore nero (toni bassi) a sinistra verso l inizio dell istogramma

Correzione delle curve Un potente strumento per modificare la gamma tonale dell immagine è il comando curve. Con questo strumento possiamo fare una elaborazione molto più complessa rispetto alla correzione dei livelli, ma nello stesso tempo l uso dello strumento è meno intuitivo e richiede più pratica. Attiviamo un nuovo livello di regolazione curve nel seguente modo:

Compare la seguente finestra di regolazione Come si vede il grafico che appare di default è una retta inclinata di 45 che indica una andamento lineare dei toni. (Nota: per rendere più grande la finestra cliccare sul bottone in basso a destra e per infittire la griglia digitare ALT+clic sinistro)

Si vede come la regione tonale è rappresentata da differenti aree della regolazione Curve. Si passa dai toni scuri in basso a sinistra fino ai toni chiari in alto a destra. Cliccando sulla retta con il pulsante sinistro si crea un riferimento (in questo caso è al centro). Posso creare molti riferimenti che come vedremo sono molto utili nella gestione della regolazione Curve. Sul riferimento cliccando con il pulsante sinistro e mantenendo premuto posso spostare la curva.

Vediamo ora alcuni semplici esempi di regolazione Curve che chiameremo stiramento. Questo stiramento lineare mi incrementa la luminosità senza cambiare la pendenza della curva. I toni chiari e i toni scuri sono cambiati il campo tonale è più corto e ho una grossa differenza sul lato dei toni scuri. Non ho cambiato il contrasto.

Questo stiramento lineare mi abbassa la luminosità senza cambiare la pendenza della curva. I toni scuri sono severamente tagliati e perdo la gran parte dei toni chiari del campo tonale. L immagine diventa scura.

Questo stiramento lineare mi abbassa la luminosità senza cambiare la pendenza della curva. I toni scuri sono severamente tagliati e perdo la gran parte dei toni chiari del campo tonale. L immagine diventa scura.

Questo stiramento lineare mi incrementa la luminosità cambiando la pendenza della curva. Aumento i toni chiari ed anche il contrasto (l area dell istogramma è maggiore).

Gli stiramenti della curva servono a esaltare la luminosità del soggetto che ho fotografato cercando di allargare il più possibile l istogramma. Questo stiramento è logaritmico. Creo un riferimento centrale e lo sposto verso sinistra. Ho un incremento della luminosità cambiando la pendenza della curva. Aumento i toni chiari ed anche il contrasto (l area dell istogramma è maggiore). Ho migliorato la luminosità dei mezzi toni.

Questo stiramento è a forma di S. Creo due riferimenti centrale e li sposto in modo da creare una S. Ho un incremento della luminosità dei mezzi toni e anche dei toni chiari senza cambiare il fondo. E un intervento molto più delicato.

Il segreto è quello di creare più fasi di elaborazioni con le curve in modo da bilanciare bene il gradiente dei toni chiari, medi e scuri, intercalando anche una correzione dei livelli per bilanciare bene il fondo cielo. E molto importante che siano presenti delle gradevoli sfumature tra le parti chiare e quelle scure, altrimenti si rischia di vedere una specie di frittata su uno sfondo nero.

In basso a destra la finestra dei livelli mi indica le operazioni fatte. Se il risultato ottenuto non ci piace possiamo variare l effetto di ogni singola operazione eseguita su ogni livello variando la percentuale dell opacità (100% di default) cliccando su > a fianco della percentuale e muovendo il cursore la posso ridurre Cliccando due volte sul pallino bianco/nero si riapre la finestra di regolazione e posso variare a piacimento il parametri di curve e livelli Il livello può essere anche eliminato con il menù a tendina: Livello > Elimina > Livello, oppure cliccando sul triangolino in alto a destra ( ) sulla finestra dei livelli si apre un menù a tendina > Elimina livello.

Bilanciamento colore Dopo aver elaborato l immagine con una serie di funzioni Livello e Curve spesso bisogna anche intervenire con lo strumento Bilanciamento colore. Con questo strumento possiamo correggere delle dominanti di colore che non ci risultano valide, anche se il colore risulta sempre molto soggettivo. Attiviamo un nuovo livello di regolazione bilanciamento colore nel seguente modo:

Compare la seguente finestra di regolazione Normalmente si bilanciano i colori spostando di poco i cursori dei mezzi toni ed eventualmente delle ombre, in modo da ottenere un risultato a noi gradevole e che sia il più possibile realistico.

Alla fine dell elaborazione, per motivi puramente estetici, conviene intervenire con effetti cosmetici, in modo da dare alle nostre immagini maggiore risalto e morbidezza, cosa che con i precedenti passaggi non siamo riusciti a dare. Per fare questo mi avvalgo di una serie di azioni ideate ed elaborate da astrofili, proprio per fare effetti cosmetici. Le più note sono le azioni di Noel Carboni: http://www.prodigitalsoftware.com/astronomy_tools_for_full_version.html e quelle di Cristian Fattinnanzi: http://www.cristianfattinnanzi.it/ Effetti Cosmetici Di seguito analizzeremo alcune azioni di Cristian Fattinnanzi

Cosa sono le Azioni di Photoshop? In Photoshop un'azione è una sequenza di operazioni che è stata registrata e che quindi può essere ripetuta in qualsiasi momento con un semplice click. Le azioni sono particolarmente utili per tutte quelle operazioni che hanno dei parametri standard. Un esempio è l'inserimento della firma in una foto: con le azioni non dovrete più scegliere ogni volta il colore, il font e la dimensione, creare il campo di testo, ecc. ma sarà sufficiente selezionare un'azione precedentemente creata e fare click su Esegui. Nel nostro caso l azione è una registrazione di diversi passaggi in sequenza che danno un certo effetto alla nostra fotografia

Tra le azioni presenti ci sono funzioni per la riduzione della granulosità dell immagine, l attenuazione dell effetto blobbing, che genera chiazze colorate sul fondo cielo, la possibilità di dare l effetto a croce alle stelle più luminose, con vari angoli di rotazione, l attenuazione del cromatismo. Con l azione Riduci Stelle si può ridurre la grandezza delle stelle ed evidenziare l oggetto nebulare. Sono presenti inoltre comandi per rendere il cielo più scuro o per contrastare l oggetto luminoso: l uso di questi comandi è strettamente legato al tipo di immagine trattata, per cui non sempre si otterrà il risultato perfettamente cercato. Al termine di ciascuna azione, il nuovo risultato viene proposto su un livello superiore a quello di partenza. In questo modo, se l effetto ottenuto fosse eccessivo o totalmente diverso da quello cercato, sarà possibile modificarne l OPACITA o eliminarlo del tutto.

Color Blobbing: frequentemente le riprese digitali mostrano nelle zone scure degli anomali aloni colorati, generalmente rossi e blu, dovuti al rumore elettronico e termico. Questa azione è stata studiata per eliminare questi effetti indesiderati.

Grana Fondo Cielo: questa azione svolge un intervento di riduzione della granulosità mirato sulle parti scure dell immagine, lasciando intatte le parti luminose.

Ombre Scure: questa azione evidenzia le parti luminose dell immagine, riducendo la luminosità delle zone scure, qualora queste fossero troppo chiare.

Sfocatura Multipla: questa azione serve a dare un aspetto più morbido e fumoso alle zone nebulari o galattiche, l intervento è piuttosto evidente, va quindi attenuato nel caso fosse eccessivo. Opacità 50% riduzione dell intervento della metà

Riduci Stelle / Riduci Stelle Grandi: questi due comandi sono finalizzati allo stesso risultato, cioè ridurre la dimensione delle stelle, qualora risultassero un po invadenti nei confronti degli oggetti deboli. Le due versioni si adattano a diverse riprese, a secondo della densità stellare dell immagine.

Nebulosa Merletto Una posa da 8 minuti

DeepSkyStacker Somma di 10 pose da 8 minuti = 80 minuti

Singola posa Somma di 10 pose

Photoshop Livelli

Photoshop Curve

Photoshop Livelli

Photoshop Curve

Photoshop Curve

Photoshop Bilanciamento colore

Photoshop Cosmetica bordo

Photoshop Cosmetica finale

Ingrandimento dell oggetto

Ammasso delle Pleiadi Una posa da 5 minuti

DeepSkyStacker Somma di 27 pose da 5 minuti = 135 minuti

Photoshop Livelli

Photoshop Curve

Photoshop Livelli

Photoshop Curve

Photoshop Livelli

Photoshop Curve

Photoshop Bilanciamento colore

Photoshop Cosmetica

Photoshop Curve

Ingrandimento dell oggetto