Il registering
Riconoscimento delle stelle
Per ogni immagine Deep Sky Stacker (DSS) rileva automaticamente le stelle. Il processo viene effettuato individuando nel fotogramma oggetti circolari la cui luminosità decresce in modo regolare in ogni direzione. Una volta che la stella è stata rivelata, viene calcolato il suo centro utilizzando una curva gaussiana per la luminosità.
Applicazione di dark, flat ed offset prima della fase di registering
Se i dark, flat e offset sono rivelati da DSS, questi vengono automaticamente applicati prima della fase di registering. Per frame ricchi di pixel caldi è consigliato effettuare dei dark allo scopo di evitare il riconoscimento di finte stelle che possono così perturbare la fase di allineamento.
Rivelazione automatica dei pixel caldi
In via opzionale DSS può cercare i pixel caldi durante il processo di registering al fine di impedire il riconoscimento di stelle finte. Questa opzione però dovrebbe funzionare solo con immagini monocromatiche e RAW nei metodi di interpolazione Super-Pixel, Bayer Drizzle, bilineare e AHD.
Selezionare la soglia del numero di stelle rivelate
La soglia standard è del 10% (ovvero il 10% della massima luminanza). È possibile modificare questa soglia nel tab avanzato della finestra di dialogo Register Setting. Se si diminuisce la soglia DSS rivelerà le stelle più deboli viceversa aumentandola.
Al fine di trovare la soglia migliore, è possibile contare il numero di stelle che sono state rivelate. Per fare questo DSS seleziona il primo frame e sottrae temporaneamente i pixel caldi. Questo conteggio è solo indicativo e può variare se poi si applicano dark, flat e offset.
Risultati della fase di registering
I risultati della fase di registering (numero di stelle, luminosità, posizione di ciascuna stella), sono salvate in un file di testo il cui nome è il nome dell’immagine con un’estensione .Info.txt .
In questo modo non è necessario applicare più volte il processo di registering per future elaborazioni. I risultati della fase di registering dipendono dai parametri selezionati (in particolare dai parametri di sviluppo RAW). Se questi parametri vengono modificati è necessario ripetere la fase di registering.
Stacking dopo la fase di registering
DSS può far seguire lo stacking dopo la fase di registering. È possibile selezionare la percentuale di frame che si vogliono passare allo stacking dopo la fase di registering. In questo modo è possibile utilizzare solo le immagini migliori. Il fatto di eseguire automaticamente lo stacking dopo il registering permette all’astrofilo di andare a letto la notte e risvegliarsi al mattino con i primi risultati a disposizione.
L’Allineamento
Offset e calcolo dell’angolo
Durante il processo di allineamento la migliore immagine (ovvero quella che ha ottenuto il punteggio più alto assegnato da DSS), sarà usata come frame di riferimento a meno che non si voglia usare un altro frame selezionabile attraverso l’apposito menù contesto.
Tutti gli offset e gli angoli di rotazione sono calcolati rispetto al frame di riferimento. Per farla breve, DSS cerca il più grande triangolo tra quelli i cui lati sono tra loro più vicini (e così gli angoli tra loro). Quando un numero sufficiente di tali triangoli è rivelato tra il frame di riferimento ed il frame che deve essere allineato, l’offset e l’angolo di rotazione sono calcolati con il metodo dei minimi quadrati. A seconda del numero di stelle vengono utilizzati trasformazioni di tipo biquadratiche o bilineari. Per maggiori informazioni sui metodi di allineamento si faccia riferimento ai siti:
Utilizzo automatico degli offset ed angoli calcolati precedentemente
DSS salva tutte le trasformazioni tra il frame di riferimento e gli altri frame, cosicché non è necessario ricalcolarle nuovamente se le informazioni di registering non sono cambiate. Le informazioni sono salvate con un nome dopo il frame di riferimento (nella stessa cartella) con l’estensione .stackinfo.txt .
I gruppi di file
I gruppi di file possono essere utilizzati per semplificare il lavoro di molteplici notti sullo stesso oggetto. In questo caso le immagini possono essere raggruppate per sessione di ripresa. Se uno usa solo il gruppo principale, DSS lavora come prima di introdurre i gruppi di file.
Ci sono due tipi di gruppi di file: il gruppo principale e gli altri gruppi.
· I frame del gruppo principale possono essere associati ai soli dark, flat e offset/bias del gruppo principale, questa è l’impostazione di DSS se uno non introduce altri gruppi.
· I dark, flat e offset/bias del gruppo principale possono essere associate ad ogni altro gruppo.
· I dark, flat e offset/bias di un gruppo può essere associato solo a quel gruppo.
In questo modo è possibile creare molti gruppi di file così come è possibile utilizzare un solo gruppo. Quando si apre DSS, un solo gruppo (il principale) è disponibile. Appena aggiungi un file all’ultimo gruppo disponibile, un nuovo tab vuoto di gruppo viene creato.
Esempio
Supponiamo che per due notti abbiamo ripreso lo stesso oggetto. Per ogni notte abbiamo un certo numero di scatti di dark, flat e offset/bias. Supponiamo ora che la temperatura e la direzione sia variata da una notte ad un’altra e quindi i dark ed i flat delle due notte fanno riferimento a situazioni differenti. Per associare i dark ed i flat alle giuste condizioni abbiamo bisogno di due gruppi di file, uno per ciascuna notte. Gli offset, essendo comuni possono essere messi nel gruppo principale. DSS assocerà così i dark, flat, offset/bias corretti a ciascuna immagine.
Lo stacking
Calibrazione dello sfondo
La calibrazione dello sfondo consiste nel normalizzare il valore di fondo di ciascuno scatto prima di effettuare lo stacking. Il valore di fondo è definito come il valore mediano di tutti i pixel della figura. Sono così possibili due opzioni:
· Con l’opzione “calibrazione per canale”, lo sfondo di ciascun canale è normalizzato separatamente in modo da combinarsi bene con il frame di riferimento,
· Con l’opzione “calibrazione RGB”, lo sfondo di ciascun canale è normalizzato allo stesso valore dato dal minore mediano tra i tre canali calcolati con il frame di riferimento. Con questa tecnica però la saturazione diminuisce e l’immagine finale risulta particolarmente grigia (come se fosse in bianco e nero).
È importante scegliere una di questa opzione per alcuni metodi di stacking come il kappa-sigma o il kappa-sigma mediano al fine di assicurare che le immagini che subiranno stacking sono normalizzate allo stesso valore di fondo.
Calibrazione automatica dei flat
L’obbiettivo della calibrazione automatica dei flat è equalizzare le differenze di luminosità tra i flat prima di calcolare il master flat. Il primo flat è preso come flat di riferimento. Gli altri flat sono normalizzati in modo di avare la luminosità media e la dinamica confrontabile con il flat di riferimento.
Rivelazione automatica e rimozione dei pixel caldi
Obbiettivo della rivelazione e rimozione automatica dei pixel caldi è sostituire i pixel caldi con un valore calcolato a partire dai primi pixel vicini.
Inizialmente vengono individuati i pixel caldi a partire dall’analisi dei dark (o del master dark se disponibile). Ogni pixel il cui valore è maggiore della mediana + 16 x deviazione standard, è marcato come pixel caldo. Per tutti quei pixel, il valore dell’immagine calibrata (dopo aver applicato dark, offset/bias e flat) è interpolato dai primi vicini.
Rivelazione automatica e rimozione delle righe di pixel
Alcuni CCD monocromatici hanno colonne di pixel danneggiate o completamente saturate da pixel caldi. In questi casi è possibile individuare e rimuovere tali righe. DSS individua una linea verticale “calda” di larghezza pari ad un pixel e la rimuove interpolando con i primi vicini.
Sottrazione di dark basato sull’entropia
La sottrazione del dark può essere effettuata per via opzionale tramite metodo basato sull’entropia in modo che l’immagine risultante (frame meno dark) abbia entropia minima applicando un coefficiente tra 0 ed 1 al dark frame. Lo scopo di questa ottimizzazione è quello di utilizzare i dark frame ripresi in condizioni non ottimali (specialmente a causa delle temperature).
Maggiori informazioni a:
Stacking
Il processo di stacking effettuato da DSS è molto classico:
1. Viene creato il master offset a partire dagli scatti di offset (a seconda del metodo selezionato). Se si è selezionato più di un offset, viene creato un master offset di nome MasterOffset_ISOxxx.tif nella cartella del primo scatto di offset. Questo può essere utilizzato come il solo file di offset per le prossime volte.
2. Viene creato il master dark a partire dagli scatti di dark (a seconda del metodo selezionato). Il master offset è sottratto ad ogni scatto di dark. Se si è selezionato più di un dark viene creato un master dark di nome MasterDark_ISOxxx.tif nella cartella del primo scatto di dark. Questo può essere utilizzato come il solo file di dark per le prossime volte.
3. Viene creato il master flat a partire dagli scatti di flat (a seconda del metodo selezionato). Il master offset ed il master dark flat vengono sottratti a ciascun scatto di flat. Il master flat è automaticamente calibrato. Se si è selezionato più di un flat viene creato un master flat di nome MasterFlat_ISOxxx.tif nella cartella del primo scatto di flat. Questo può essere utilizzato come il solo file di flat per le prossime volte.
4. Vengono calcolati tutti gli offset e gli angoli di rotazione per i frame che devono essere elaborati.
5. Viene creata l’immagine finale sommando tutti i frame a seconda del metodo selezionato. Il master offset ed il master dark vengono automaticamente sottratti da ciascun frame ed il risultato è diviso per il master flat calibrato. Se l’opzione è selezionata vengono sottratti i pixel caldi rivelati nel master dark e vengono sostituiti dall’interpolazione con i primi vicini.
6. Se la Bayer drizzle è selezionata, le componenti RGB sono normalizzate per evitare buchi di informazione.
7. La figura finale elaborata è salvata automaticamente in AutoSave.tif contenuto della stessa cartella del primo frame.
Allineamento canali RGB
Quando questa opzione è selezionata, DSS cerca di allineare i tre canali in modo da ridurre lo shift di colore tra i canali dell’immagine finale. L’effetto visibile principale è che le stelle non sono rosse da un lato e blu dall’altro. L’allineamento viene effettuato sui due canali più lontani dal miglior canale.
Utilizzo automatico dei master creati precedentemente
I file master esistenti (dark, flat, dark flat e bias/offset) creati da una lista di file possono essere riutilizzati quando:
- Non si cambia la lista dei file utilizzati per crearli,
- Non si cambiano i settaggi utilizzati per creare i master a partire dai singoli scatti. Questo include il metodo di combinazione, i parametri ed i settaggi RAW e FITS.
Un file di testo contenete tutti i parametri e settaggi è contenuto nella cartella del master file e ha l’estensione .Description.txt. Se alcuni parametri cambiano, DSS ripromessa i frame per creare nuovi master. Se invece non si toccano file e settaggi DSS utilizza i master già creati velocizzando il processo di elaborazione.
Utilizzare un rettangolo definito dall’utente
È possibile dire a DSS di usare un rettangolo definito dall’utente che definisce la posizione e la dimensione dell’immagine finale. Inizialmente è necessario avere un’anteprima delle immagini selezionando un frame. Meglio selezionare il miglior frame scelto tra quelli che hanno ottenuto un punteggio migliore. Nel processo di stacking verrà così elaborato solo il rettangolo selezionato.
Questa opzione può essere utile per le opzioni drizzle che raddoppia o triplica le dimensioni dell’immagine elaborata utilizzando molta memoria e disco durante il processo di stacking.
I metodi di stacking
Vediamo i principali metodi di stacking:
Media
Questo è il metodo più semplice. La media di tutti i pixel nello stack è calcolata per ogni pixel.
Mediana
Questo è il metodo di base utilizzato quando si crea il master dark, flat e offset/bias. Il valore mediano dei pixel nello stack è calcolato per ogni pixel.
Massimo
Questo è un metodo estremamente semplice che può essere utilizzato in una grande varietà di situazioni. Il massimo valore dei pixel nello stack è calcolato per ogni pixel.
Kappa-Sigma
Questo metodo esclude i pixel deviati iterativamente. Vengono utilizzati due parametri: il numero di interazioni la deviazione standard moltiplicativa (kappa). Per ciascuna interazione viene calcolata la media e la deviazione standard (sigma) dei pixel nello stack. Ciascun pixel il cui valore è più lontano dal valore medio di kappa x sigma è rigettato. La media dei pixel rimanenti nello stack è calcolato per ciascun pixel.
Kappa-Sigma mediana
È lo stesso metodo kappa-sigma ma in questo caso il calcolo delle medie è sostituito da quello delle mediane.
Media pesata auto adeguante
La media pesata è adattata dal lavoro di Stetson. Questo metodo calcola una robusta media ottenuta interattivamente pesando ciascun pixel per la deviazione dalla media tenendo conto della deviazione standard.
Media pesata dall’entropia
Questo metodo è basato sul lavoro di German, Jenkin e Lesperance ed è usata per fare lo stacking prendendo per ciascun pixel la miglior dinamica. Questo metodo è utile soprattutto quando l’oggetto è stato ripreso con tempi di esposizioni diverse o con diversi ISO, e crea un’immagine media con la miglior dinamica possibile. Questo permette di non bruciare i centri di galassie o nebulose luminose. Questo metodo però utilizza molta memoria e CPU.
Il Drizzle
Il Drizzle è un metodo sviluppato dalla NASA per le osservazioni a grande campo dell’HST. L’algoritmo è noto come Variable Pixel Linear Reconstruction. Questo ha un ampio range di utilizzo come ad esempio un aumento della risoluzione dello stack rispetto al singolo frame, mantenendo tutte le caratteristiche dell’immagine originale (colore, luminosità).
Sostanzialmente l’immagine viene super-campionata poco prima di iniziare lo stacking, aumentando il frame di due o tre volte le dimensioni originali, proiettandola in un reticolo di pixel più fine. Il risultato è che l’immagine finale è raddoppiata/triplicata e così gli oggetti più piccoli che occupavano solo pochi pixel ora sono due o tre volte più grandi.
Cosa è necessario e quando usare il drizzle
Avere una grande quantità di immagini è fondamentale anche se queste non devono essere necessariamente ben allineate. Non ha senso fare il drizzle se si hanno solo pochi frame. Il processo di drizzling aumenta la risoluzione e quindi è utile per oggetti piccoli o riprese a corta focale.
Effetti del processo di drizzling
Gli svantaggi di usare il drizzling è un aumento dell’utilizzo di memoria e spazio su disco dato dal quadrato del fattore di drizzling. Anche il tempo di elaborazione aumenta sensibilmente. Un buon modo per ridurre l’utilizzo delle risorse è utilizzare un’area rettangolare definita dall’utente.
Drizzle e Bayer Drizzle
Questi due metodi usano modi diversi per fare il drizzle. È consigliabile non selezionare contemporaneamente i due metodi. DSS avvisa con un messaggio di allerta nel caso venga scelta questa opzione.
Lo stacking cometario
Le comete sono oggetti che si muovono velocemente nel cielo, quindi quando facciamo l’operazione di stacking di due immagini cometarie può succedere:
- Se DSS allinea le stelle, la cometa è mossa;
- Se DSS allinea la cometa, le stelle sono mosse.
Dalla versione 3.0 è possibile avere in DSS due nuove opzione per lo stacking cometario:
- Allineare la cometa lasciando le stelle mosse,
- Allineare la cometa lasciando fisse le stelle.
Ci sono ovviamente molti metodi implementati tra cui:
- Standard Stacking: la posizione della cometa è ignorata, la cometa è mossa e le stelle sono fisse
- Comet stacking star tails: la cometa è allineata e le stelle sono mosso
- Comet and star stacking (star freeze effect): un primo stack estrae la cometa dal fondo. Un secondo stack allinea le stelle di fondo (sottraendo l’immagine della cometa). La cometa viene risommata all’immagine delle stelle fisse.
Nel caso in cui non si voglia allineare semplicemente le stelle, ma anche (o solo) la cometa è necessario:
1. Registrare il centro della cometa. DSS infatti non riesce a determinare il centro della cometa automaticamente. E quindi è necessario settare la posizione della cometa in tutti i frame. Questo processo deve essere fatto una sola volta. Per fare questo si selezione un frame dalla lista e si usa il metodo di edit cometario per settare il centro della cometa. Se il centro della cometa è troppo debole o luminoso è possibile forzare DSS ad accettare ogni posizione premendo il tasto shift posizionando la cometa al centro. Allora puoi salvare il risultato cliccando salva cambiamenti nella toolbar. Se non lo fai DSS te lo chiederà automaticamente. Quando il centro della cometa è salvato, una +(C) apparirà durante il conto delle stelle nella lista. Questa operazione deve essere ripetuta per ciascun frame. Se le posizioni spaziali e temporali della cometa sono accurate, DSS può prevedere la posizione del centro nei frame successivi senza settarlo manualmente.
2. Selezionare il metodo di stacking. Questo può essere fatto nella tab cometa disponibile nella finestra di dialogo dei parametri di stacking. Il tab cometa appare solo se esistono almeno due frame incluso quello di riferimento che sono stati registrati come cometa. Da questo tab è possibile scegliere uno dei tre metodi per fare lo stacking cometario.
3. Mixare immagini cometarie e non. DSS può considerare sia frame registrati come comete che frame normali nello stesso stack. Questo può aumentare la resa di oggetti deboli nelle vicinanze come galassie o nebulose.
4. Quale metodo di stacking? Se vuoi creare delle immagini con stelle mosse il metodo media è sicuramente il migliore. In tutti gli altri casi è consigliabile il metodo mediano per piccoli stack e sigma-kappa per grandi stack.
5. Che risultato ti aspetti. Ovviamente dipende dai metodi usati per lo stacking di cometa e stelle di fondo. La cosa migliore è, se possibile, riprendere il campo in assenza della cometa (dopo alcuni giorni) in modo da incrementare la qualità del fondo.
I processi di sviluppo dei file RAW
Decodifica di file RAW
I file RAW creati dalle fotocamere digitali sono decodificati utilizzando DCRAW di Dave Coffin. La lista delle fotocamere supportate è abbastanza lunga e costantemente aggiornata da Dave Coffin. DSS utilizza sempre l’ultima versione di DCRAW ed è (e sarà) sempre aggiornato.
Processo di sviluppo dei file RAW
Un file RAW è il negativo dell’era digitale. Così come per i negativi anche i file RAW hanno bisogno di un processo di sviluppo. Ci sono due tipi di file RAW: uno usa una matrice di Bayer (la maggior parte), mentre l’altro non usa una matrice di Bayer (come per esempio i chip Foveon). Durante questa guida verranno analizzati solo i file RAW del primo tipo.
La matrice di Bayer
Prima di tutto riprendiamo il concetto di matrice di Bayer. Quando uno usa una fotocamera digitale ad 8 Megapixel il chip CMOS o CCD è un chip in bianco e nero di 8 milioni di pixel a cui è incollata una matrice di Bayer che è sotto tutti gli effetti un esempio di filtri RGBG o CYMK di fronte a ciascun pixel (sono possibili anche altri esempi).
Nel caso del filtro RGBG un quarto dei pixel raccoglie il rosso, un quarto il blu, e la rimanente metà il verde. Così una fotocamera a 8 Megapixel produce immagini rosse da 2 milioni di pixel, blu da 2 milioni di pixel e verdi da 4 milioni di pixel.
Come la fotocamera digitale ricrea a partire da queste immagini quella a colori?
Semplicemente interpolando i colori primari mancanti dai pixel vicini.
Ricostruzione dei colori con la matrice di Bayer – interpolazione
Il primo modo per ricostruire i colori da una matrice di Bayer è interpolare i primari mancanti dai pixel vicini. Sono disponibili un gran numero di metodi di interpolazione in grado di produrre risultati più o meno buoni (lineare, gradiente, …) ma tutti degradano la qualità dell’immagine finale a seguito della stima dei colori mancanti.
Anche se ciascuna immagine è debolmente degradata dal processo di interpolazione, durante il processo di stacking è possibile perdere molti dettagli fini.
Usare i metodi di interpolazione che derivano dai software originali della camera digitale è forse la peggior scelta per l’astrofotografia. Se infatti si usa il metodo di interpolazione da RAW a per esempio TIFF a 16 bit si ha sicuramente una perdita di preziosi dettagli e DSS non potrà dare le migliori prestazioni.
Ricostruzione dei colori con la matrice di Bayer – super pixel
Con il software DCRAW è possibile accedere alla matrice di Bayer prima che ogni tipo di interpolazione venga effettuata. In questo modo è possibile utilizzare altri metodi per ricostruire i colori veri senza perdere informazioni come nella classica interpolazione.
Il metodo super pixel non interpola ma crea un singolo super pixel da ciascun singolo gruppo di quattro pixel (RGBG).
Invece di ciascun gruppo di 4 pixel contenente tutte le informazioni necessarie per ciascun primario e luminosità. Questo metodo è molto semplice ed ha come vantaggio quello di ridurre l’immagine finale di un fattore 4. Il metodo super pixel fornisce buoni risultati quando sono poche le immagini da utilizzare per il processo di stacking.
Ricostruzione dei colori con la matrice di Bayer – Bayer drizzle
Questo ultimo metodo è quello suggerito da Dave Coffin utilizzando la proprietà dello stacking per calcolare il vero RGB di ciascun pixel dell’immagine finale usando lo spostamento “naturale” tra ciascuna immagine. Quando un grande numero di immagini sono disponibili con il loro allineamento sub-pixel, DSS calcola bit per bit il vero valore di ciascun primario per pixel, il tutto effettuato senza nessuna interpolazione. Dopo il processo di stacking DSS utilizza un altro algoritmo per normalizzare il valore di RGB allo scopo di non perdere pezzi di informazioni.
Il metodo Bayer drizzle fornisce risultati eccellenti quando si hanno a disposizione un gran numero di frame e quando la precisione di guida è superiore ad un pixel (che avviene nella maggior parte dei casi).
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