elaborazione di immagini cometarie

ELABORAZIONE
DI IMMAGINI COMETARIE
Mauro Facchini
Oss. Cavezzo MPC107
Sez. Comete UAI - CARA
Forlì’ 4-5 dicembre 2010
Il pretrattamento.
1) -
Acquisizione Immagine.
2) -
Acquisizione del Dark.
3) -
Acquisizione del Flat.
4) -
Acquisizione del Dark del Flat.
5)-
Eventuale acquisizione del Bias.
A = Immagine - Dark.
B = Flat - DarkFlat.
Immagine trattata C = A / B
Se non esistessero i “rumori” saremmo a posto così, invece…
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Il rumore (naturale).
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Essendo il CCD un produttore di elettroni dobbiamo separare nel migliore
dei modi quelli che sono prodotti internamente (agitazione termica) da quelli
che sono SEGNALE.
BREVE RASSEGNA DI RUMORI VARI:
1) - Bias Frame (segnale proveniente totalmente dai circuiti della camera)
2) - Thermal Frame (proveniente dal chip del CCD durante l’esposizione)
3) - Readout Noise (rumore generato durante la lettura dell’immagine)
4) - Dark Frame (somma dei punti 1,2,3)
5) - Flat Field (questo lo aggiungiamo NOI)
6) - Conversione A/D (conversione analogico digitale)
Altri sono dovuti a fattori diversi come disturbi elettromagnetici, lunghezza
dei cavi (seriale, parallela, USB) ecc…
Il rumore (dell’astrofilo).
Oltre ai rumori derivati da elettronica&associati abbiamo una serie di
INCERTEZZE che ho chiamato i rumori dell’astrofilo, ossia:
1) - Seeing (condizioni meteo)
2) - AR e DEC dell’oggetto da osservare (l’estinzione atmosferica…)
3) - Inseguimento, bilanciamento (condizioni del telescopio)
4) - Una messa a fuoco ottimale
Ecc…
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Il rumore (cosa si può fare).
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•
Raffreddare il più possibile la nostra camera, circa ogni 5-6 gradi di
abbassamento temperatura il rumore termico si dimezza .
•
Utilizzare la somma o media o mediana (dipende dal software) di più
immagini. E’ utile ricordare che il rumore (casuale) aumenta solo con la
radice quadrata del numero delle immagini.
•
Fare i Dark alla stessa temperatura delle immagini e che siano pure essi
la somma/media/mediana di più immagini. Si possono usare anche dei
Master Dark se fattibile.
•
Il Flat, somma/media/mediana di più immagini o Master Flat se fattibile.
Dopo aver cercato in tutti i modi di ottenere immagini MISURABILI NON
possiamo pretrattarle con un Flat approssimativo!.
Il Flat è un RUMORE che NOI aggiungiamo all’immagine.
Pillole di storia…
periodo ~ 0-1900
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La prima forma di elaborazione “cometaria” fu il disegno.
l’Arazzo di Bayeux nell’omonima
cattedrale, 1077.
Cometa
nella chiesa
dedicata a
S.Martino a
Eupilio (CO)
1510
Giotto Cappella degli
Scrovegni Padova, 1303.
Cometa
C/1665 F1
osservata a
Trento, 1665
Pillole di storia… periodo ~ 1900 - 2000
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La seconda forma di elaborazione “cometaria” fu la fotografia.
Cometa comet C/1975 W1 (west)
Cometa Arend-Roland 1957 III - 1957
Cometa Hale-Bopp - 1997
Cometa Halley - 1910
Pillole di storia… periodo ~ 1900 - 2000
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La seconda forma di elaborazione “cometaria” fu la fotografia.
G.V.Schiapparelli Observatory VARESE
C14 Schmidt camera & Kodak Film TP2415 (8 min exposure) - 2005-01-11 – Aletti Andrea
Pillole di storia… periodo ~ 1900 - 2000
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La terza forma di elaborazione “cometaria” l’elaborazione della fotografia.
Cometa Kohoutek 1973f
Più di così in pellicola (Agfacontour) non si poteva fare…
Pellicola FP4
Agfacontour
Pillole di storia… periodo ~ 1900-2000
Emergono con prepotenza il Digital Device e l’Image-processing.
Halley 1986
Swift Tuttle 1994
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COMETE: i professionisti.
E il Digital Device dei professionisti e questo…, non è il nostro caso.
103P/Hartley - Epoxi
Tempel 1 (Deep Impact)
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COMETE: gli astrofili cosa possono fare.
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Noi astrofili abbiamo fra le mani attrezzature (software e CCD) che ci
permettono di acquisire immagini contenenti una mole di informazioni
prima impensabili, ma…
Stiamo attenti a non inventare quello che non esiste.
A questo proposito ricorderò come alcune comete fa comparve in internet
l’elaborazione di una cometa (con commenti entusiasti) che era
praticamente/palesemente tutta “Photoshoppata”.
La partecipazione alla sezione comete UAI e l’aiuto di professionisti ci ha
indirizzato verso una modo nuovo di riprendere ed analizzare le immagini.
COMETE: gli astrofili cosa possono fare.
Possiamo elaborare in due modi distinti:
• Per uso ludico (riviste, internet ecc..) con l’uso di praticamente tutti i filtri
e funzionalità che i programmi di fotoritocco mettono a disposizione.
• Come sotto prodotto di immagini riprese con filtri in banda stretta
destinate a essere misurate (è il caso del sottoscritto e di altri nella lista
comete che usano filtri per le polveri a 647nm e a 402nm).
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COMETE: pillole di elaborazione.
Modifica della luminosità: tramite funzione di trasferimento.
Lineare 100%
Lineare 30%
Lineare 10%
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COMETE: pillole di elaborazione.
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Modifica della funzione: appiattimento della dinamica, buona visualizzazione
Equalizzata
Logaritmica
DDP
Digital Development
Process
COMETE: nella pratica
Come visto le immagini cometarie hanno a volte dinamiche molto estese,
con valori quasi a fondo cielo e nucleo luminosissimo.
Manipolando la funzione di trasferimento in modo logaritmico si esaltano
le basse luci e si lasciano man mano inalterate le alte luci, riportando la
dinamica a valori idonei alla visione da parte dei nostri occhi (l’occhio non
vede più di ~256 grigi).
originale
logaritmica
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COMETE: nella pratica
Esaltiamo le deboli variazioni di luminosità che le immagini rivelavano.
Da sempre si usano:
• L’unsharp-mask (di derivazione fotografica)
• Matrici di convoluzione (es. Laplaciano).
Cosa vediamo?, si può tentare qualche considerazione su ciò che è stato
messo in evidenza?.
Unsharp mask
Laplaciano
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COMETE: nella pratica
Variazioni sul tema:
• Applichiamo una funzione logaritmica e una unsharp-mask.
• Applichiamo una funzione logaritmica e una matrice di convoluzione
(Laplaciano).
Possiamo ancora tentare qualche considerazione su ciò che è stato messo
in evidenza?.
Logaritmo + Unsharp mask
Logaritmo + Laplaciano
0
-1
0
-1
4
-1
0
-1
0
COMETE: nella pratica
Riassunto.
Unsharp mask
Laplaciano
Logaritmo + Unsharp mask
Logaritmo + Laplaciano
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COMETE: nella pratica
E se usiamo i filtri di deconvoluzione: si creano artefatti
Maximun Entrophy - 40i
Richardson Lucy - 40i
Van Citter - 7i
Wiener
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COMETE: nella pratica
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Morfologicamente parlando una tecnica di accentuazione delle zone di uguale intensità è
l’uso delle – isofote – o ricorrendo all’uso di “palette cicliche”.
Isofote
Palette ciclica
COMETE: nella pratica
Altri esempi: Isofote e Isofote su palette
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COMETE: nella pratica
Altri esempi: Palette ciclica
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COMETE: nella pratica
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A metà degli anni 90 del secolo scorso irrompe all’interno dei programmi di image
processing, primi fra tutti - MiPS - e in forma leggermente diversa - PRISM -, un filtro
destinato a diventare uno dei più famosi per l’elaborazione delle immagini cometarie.
Mi riferisco al Larson-Sekanina che sviluppato da Steven M. Larson del Lunar and
Planetary Laboratory in Arizona e Zdenek Sekanina del Jet Propulsion Laboratory in
California permette uno studio più particolareggiato delle strutture immerse nella chioma
altrimenti difficili da evidenziare.
Questo filtro è diventato “croce e delizia” degli astrofili. Si potevano vedere jets e
fontane fino a quel momento difficili da osservare.
Il problema del LS è che richiede immagini con un rapporto S/N ottimo, pena la comparsa
di numerosi artefatti facilmente scambiabili per dettagli.
Filtro che viene tuttora utilizzato (come si può notare in internet) anche su singole o
composte immagini con cattivi S/N da cui risultano interpretazioni fantasiose...
Che poi siano “jets” o “fontane” è tuttora un dibattito aperto sia tra i membri della
sezione comete che i Prof. che ci seguono. L’immagine è bidimensionale e LS mette in
risalto soltanto variazioni di luminosità, non l’orientamento spaziale.
COMETE: nella pratica
Filtraggi: Larson Sekanina
Ecco come arrampicarsi sugli specchi - 1.
L’interpretazione è alquanto ambigua.
La forma a fontana sembra essere un particolare
comune a tantissime comete.
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COMETE: nella pratica
Filtraggi: Larson Sekanina
Ecco come arrampicarsi sugli specchi - 2.
L’Interpretazione…
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COMETE: nella pratica
Filtraggi: Larson Sekanina
Ecco come arrampicarsi sugli specchi - 3.
L’Interpretazione…
COMETE: nella pratica
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Filtraggi: Larson Sekanina
Il filtro in questione è sia radiale che rotazionale praticamente quasi TUTTI usano la
componente rotazionale (che è la più efficace) mentre pochissimi usano e sanno usare la
componente radiale.
ROTAZIONALE
RADIALE
COMETE: nella pratica
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Filtraggi: Larson Sekanina
La radiale per ritornare qualche informazione richiede un trattamento dell’immagine a
posteriori, come l’uso delle funzioni logaritmiche per appiattire la dinamica. Altrimenti la
visualizzazione corretta è difficoltosa.
ROTAZIONALE su originale
ROTAZIONALE su logaritmo
COMETE: per concludere
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Filtraggi: Elaborazioni varie
Elaborazioni fatte da me su immagini dell’Oss. di Cavezzo che di altri della lista comete
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Grazie per la pazienza: FINE.