Astrofotografia digitale con D80, D40 e…

Transcript

A cura di Riccardo Di Nasso
Aggiornamento Settembre 2007
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Premessa
Gli argomenti trattati in questo documento intendono implementare il precedente eXperience, racchiudendo
argomenti legati alla reflex Nikon D80, ma contemplando anche le applicazioni in astrofotografia di tutta la serie
D40/D40x/D50/D70/D70s.
Presupposto necessario alla comprensione di questo eXperience è una buona esperienza astronomica, in quanto in
questo articolo vengono contemplate diverse varianti d'impiego degli strumenti di inseguimento, delle soluzioni di
comando di scatto remoto, di cattura immagine e della loro relativa elaborazione.
Prima di tutto occorre precisare che il formato grezzo Raw preso in esame con le fotocamere sopra elencate, è il
NEF compresso; tale file che non presenta perdite fotograficamente percettibili non risulta però perfettamente
“puro” per impieghi non propriamente fotografici.
Questo vuol dire che il nostro scopo sarà quello di ottenere delle immagini astronomiche esteticamente piacevoli;
ma se il vostro scopo è quello di sostituire con una reflex i grossi e dedicati sensori CCD per scoprire magari qualche
nuova stella, allora bisognerà orientarsi su macchine di fascia superiore tipo D200, D1, D2 o le nuove D300 e D3
che offrono oltre al RAW a 12 o 14Bit anche un Raw senza compressione o con compressione lossless.
Ricordo la notizia di pochi mesi fa che annunciava la scoperta di una nuova stella grazie all'utilizzo, per la prima
volta, proprio di una reflex digitale, in sostituzione dei costosissimi sensori CCD.
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Sensori
Dalla presentazione della prima D70 si sono fatti grandi passi avanti in fatto di risoluzione, rumore e pulizia
d'immagine e la D80 offre oggi ottimi risultati prima più difficili. I sensori CCD in esame partono da circa 6Mpixel
della D70 e D40 a circa 10Mpixel della D80 e D40x, incrementando così non poco la risoluzione d'immagine nel
formato DX con fattore di moltiplicazione di 1.5 (rispetto al 35mm) che in astrofotografia è certamente apprezzabile.
Tabella Sensori Nikon D50, D70, D70s, D40, D40x, D80
Pixel effettivi
Pixel immagine
Dimensione Pixel
Profondità Bit
Fot/sec
Peso
D40x
10.2M
3872x2592
6,05X6,05 µm²
12 bit (4095AUD)
3,00
471 gr.
D40
6.1M
3008x2000
7,80X7,80 µm²
12 bit (4095AUD)
2,50
471 gr.
D80
10.2M
3872x2592
6,05X6,05 µm²
12 bit (4095AUD)
3,00
585 gr.
D70s
6.1M
3008x2000
7,80X7,80 µm²
12 bit (4095AUD)
3,00
600 gr.
D50
6.1M
3008x2000
7,80X7,80 µm²
12 bit (4095AUD)
2,50
540 gr.
D70
6.1M
3008x2000
7,80X7,80 µm²
12 bit (4095AUD)
3,00
595 gr.
Modello
Importanza del formato Raw
In questo eXperience diamo per scontati tutti i lati positivi del formato grezzo Raw limitandoci a ricordare che
questo è l'unico formato da prendere in considerazione per fare fotografia astronomica. La sua caratteristica
principale, nell'essere un formato “grezzo”, si sposa benissimo con la possibilità di poter elaborare le immagini dopo
la ripresa. Ovviamente, come detto sopra, con le fotocamere della serie D80/D40 si potranno ottenere foto
astronomicamente belle e corrette ma non adatte a studi scientifici, proprio per il fatto che il formato proprietario
NEF di queste fotocamere è compresso senza perdita percettibile in impieghi fotografici ma non in impieghi di
misurazione scientifica.
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La compressione associata ai trattamenti analogici di controllo del disturbo noise possono infatti, in casi particolari,
accomunare verso il nero o verso le elevate luminosità, pixel di differente sfumatura sebbene fotograficamente
simile. Questo aspetto non può essere tollerato a livello scientifico in quanto un pixel potrebbe significare una
scoperta di una nuova stella o di un nuovo evento astronomico. La precisa luminosità di ogni pixel (magnitudine)
risulta inoltre determinante per calcoli astronomici come per esempio, per gli ultimi transiti dei pianeti extrasolari.
Esiste comunque un rimedio a quanto sopra esposto; soluzione percorribile per specifiche applicazioni.
Esistono 3 tipologie di scatto:
1) Lo scatto senza l'applicazione del Noise Reduction; In
questo caso non otteniamo un file Raw puro perché, come si è
detto sopra, viene applicato comunque un filtro mediano per
ogni colore al fine di controllare parte degli effetti di Hot Pixel,
con il rischio di cancellare qualche debole stellina.
Impostazione NR disabilitata
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2) Lo scatto con l'implementazione dell'NR: in questo caso la
macchina eseguirà un primo scatto con il tempo di posa
scelto, ed un secondo scatto con l'otturatore chiuso. Questo
ultimo, e “nascosto” scatto, verrà sottratto al primo in modo
da eliminare il rumore termico come viene fatto anche per i
costosi sensori CCD dedicati all'astronomia.
La cosa scomoda è che viene eseguito immediatamente dopo
lo scatto fatto dall'operatore, e non dopo magari una sessione
di scatti come nell'astrofotografia professionale.
Infatti questo porta ad aumentare notevolmente tutta la serie
di riprese quando purtroppo in astronomia, come sappiamo, le
ore sono contate.
Impostazione NR abilitata
3) Si esegue lo scatto come la seconda modalità, cioè con
l'impostazione NR attiva, ed appena chiuso l'otturatore e
partito il secondo scatto occorre spengere la fotocamera. Non
c'è il rischio di danneggiare la fotocamera. Esiste nel firmware
della macchina un sistema di sicurezza che fa si che, togliendo
l'alimentazione il file venga comunque salvato nella scheda ed
il fatto più importante è che il Raw è puro, cioè senza
applicazioni di filtri mediani.
Purtroppo questa procedura risulta molto scomoda perché per
un'immagine sola potrebbe anche andar bene, ma per una
serie di riprese e con tempi molto lunghi il lavoro sarebbe
noioso e non facile da eseguire.
Nel nostro caso invece useremo sempre la modalità 1 in
modo da poter velocizzare le riprese avendo anche la
possibilità di poter sottrarre il rumore termico manualmente
con una procedura che descriveremo più avanti.
Spegnimento della camera mentre esegue l'NR
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Il rumore
Il principale antagonista della fotografia astronomica con le reflex digitali è il rumore.
Ad occhio il rumore casuale o localizzato si presenta con l'improprio schiarimento di singoli pixel che, a causa della
filtratura Bayer RGB dei sensori, si manifesta con conseguente percezione colorata. Il rumore accresce con
l'aumentare dei tempi di posa, adottando valori elevati di sensibilità ISO ed in conseguenza all'innalzamento della
temperatura legata alle circuitazioni elettroniche ma anche influenzata dal clima esterno del tipico caldo estivo.
La percezione di pixel luminosi su immagini scure o nere non costituisce un guasto del sensore ma un normale e
motivato effetto fisico.
L'aggiunta del rumore al segnale propriamente generato da esposizioni luminose, deteriora la qualità della foto
stessa.
Per rendersi conto del rumore basta coprire con il tappo l'obiettivo per scattare con una lunga posa e la
disattivazione delle opzioni di riduzione rumore NR una immagine al buio…
…ecco fatto un dark frame che vedremo in seguito come trattare.
Dark Frame Nikon D80 ISO 800 30sec
Particolare al 100%
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Si nota infatti che, anche se la foto è stata scattata al buio e con il tappo su mirino ed obiettivo, esistono
sull'immagine dei pixel illuminati ed alcuni saturi denominati Hot Pixel. Le cause di questa anomalia sono variabili e
legate a fenomeni fisici complessi difficilmente prevedibili ed annullabili in forma totale ed assoluta. Il rumore è
principalmente composto dal Bias Frame, che è il prodotto del movimento degli elettroni nell'attraversamento dei
circuiti elettronici, dal Thermal Frame che proviene dall'agitazione termica degli elettroni (infatti se si potesse
avere una temperatura al sensore vicino allo zero assoluto di -273, 15°C si avrebbe un rumore quasi nullo) e dal
Readout Noise che è generato dagli errori indotti nella fase di lettura del segnale.
Ingrandimento noise del Dark Frame
Nikon D80
Particolare al 100%
Tutto questo ovviamente altera i valori assegnati ad ogni singolo pixel rispetto a quello che effettivamente è stato
percepito, per cui tante di queste informazioni presenti nell'immagine rischiano di inquinare la qualità della foto
astronomica.
Per
quanto
riguarda
le
nostre
reflex
il
rumore
può
essere
suddiviso
in
tre
particolarità:
Gli hot pixel, il rumore termico di amplificazione ed il rumore termico generico di seguito racchiuso a quello di
amplificazione e denominato semplicemente rumore termico.
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La prima legata agli hot pixel è costituita da un "difetto" intrinseco nella fabbricazione, limite fisico inevitabile sulle
densità pixel dei sensori e quindi presente in ogni sensore che genera un errore fisso e facilmente eliminabile.
"Via Lattea"
Scatto a 5 minuti di esposizione Nikon D80 (ISO 400 NR disabilitato)
(Hot Pixel + rumore termico)
La seconda legata al rumore termico generato dalla temperatura in generale e dagli
amplificatori dei segnali. Questi ultimi sono molto dannosi alla fotografia astronomica perché
causano dei grossi aloni rosa-bianco che dipendono molto sia dalla sensibilità che dal tempo
di esposizione.
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Qui sotto riportiamo alcuni esempi di rumore termico generato a 1600 ISO su diverse macchine reflex di nostro
interesse con un tempo di 2 minuti e temperatura esterna di circa 20°C.
Nikon D70
Nikon D70s
Nikon D70IR (senza filtro ir/uv cut)
Nikon D50
Nikon D40
Nikon D80
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Per verificare effettivamente il rumore dato dall'amplificazione termica del segnale in base alla temperatura
possiamo eseguire, come in figura, uno scatto a 1600 ISO con tempo di esposizione di 2 minuti circa a temperatura
ambiente ed un altro con i soliti valori ma ad una temperatura inferiore di circa 13°C.
Nikon D70 ingrandimento rumore amp ther 20°C
Nikon D70 ingrandimento rumore amp ther 7°C
Naturalmente nello scatto ad una temperatura più bassa di quella ambientale (circa 7°C) il velo rosaceo del rumore
d'amplificazione termica è minore, pensiamo a cosa sarebbe possibile diminuendo ancora la temperatura del CCD di
altri 20°C.
Di seguito, un altro esempio di come varia inoltre il rumore termico generato dagli amplificatori all'aumentare della
sensibilità ma con il solito tempo di esposizione.
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Nikon D80 con 5minuti di esposizione (NR disabilitato)
100 ISO
200 ISO
400 ISO
800 ISO
1600 ISO
ISO Hi-1 (3.200 equivalente)
Si può notare che a 100 ISO il rumore
d'amplificazione termico è quasi nullo,
ma nel nostro caso non verrà utilizzata
quasi mai questa sensibilità.
A 200 ISO si inizia a vedere un leggero
"bagliore" termico rosaceo agli estremi
superiori.
A 400 ISO inizia, oltre al famoso
bagliore rosa, anche la presenza di
diversi hot pixel.
Ad 800 ISO il bagliore rosa diminuisce a
favore di un bagliore violaceo ed una
presenza maggiore di hot pixel.
A 1600 ISO il bagliore viola diventa
molto presente ed il numero degli hot
pixel sale vertiginosamente.
Infine ad ISO Hi-1 gli aloni rosa e viola
si sovrappongono, gli hot pixel non si
contano più ed è presente una forte
dominante marrone su tutto il campo,
insomma trovare un colore nero puro in
questa immagine è dura.
In
casi
estremi,
per
diminuire
drasticamente i tempi di attesa o per un
evento che dura solo pochi secondi,
possiamo comunque usare questo
estremizzato impiego di sensibilità.
Nikon D70 "M3" (1600 ISO6x20 sec)
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Raccordi per telescopio
La prima cosa da tenere in considerazione per poter utilizzare le Nikon D80, D40/40x, D50, D70/70s al telescopio è
la necessità di aver un raccordo tra reflex e telescopio. Occorre stabilire a priori se adottare un intefacciamento
in proiezione di oculare o a fuoco diretto. Adottando la proiezione dell'oculare del telescopio bisogna procurarsi
prima di tutto un anello adattatore tra l'attacco a baionetta ed una filettatura più o meno standard in astrofotografia
e cioè T2. A questo raccordo T2 monteremo l'adattatore del nostro telescopio e, dentro, metteremo l'oculare da noi
preferito. Esistono molti modelli e con diametri diversi, ma nel nostro caso abbiamo testato l'ottimo prodotto
"Maxview DSLR" della ditta Scopetronix.
Raccordo Maxview ed oculari vari
Raccordo aperto ed oculare con grande diametro pupillare
Una volta scelto l'oculare giusto per il nostro ingrandimento, lo metteremo dentro il
barilotto Maxview raccordandolo alla nostra reflex con anello adattatore T2 disponibile in
tutti i negozi di fotografia o di astronomia.
Oculare inserito nel raccordo Maxview
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Maxview raccordo T2 e fotocamera
Montato il tutto, non resta che infilare "l'accrocco" al posto dell'innesto per l'oculare del telescopio.
A questo punto non ci resta che mettere a fuoco. Ricordiamo che oltre alla messa a fuoco del telescopio (manuale o
elettronica che sia) il Maxview prevede un ulteriore possibilità di mettere a fuoco, tramite i due registri esterni, la
fotocamera sull'oculare in maniera da poter essere più precisi possibile.
Raccordo T2, oculare, Maxview e fotocamera montati
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Fotocamera pronta allo scatto in proiezione di oculare
Per attaccare la reflex a fuoco diretto, invece, occorre principalmente l'anello adattatore che da un lato abbia
l'attacco per la baionetta Nikon e dall'altra una filettatura in standard T2. A questo punto occorre capire, dal tipo
del nostro telescopio, la tipologia del secondo adattatore che necessita.
Esempio: se utilizziamo la D80 con un riflettore come lo Skywacher 80ED occorre costruirsi un tubo di alluminio
con passo da 2” da un lato, filettatura T2 dall'altra e lunghezza di circa 15 cm, giusto per poter andare a fuoco
diretto sia normalmente che con uno o due duplicatori in più.
Anello T2 e raccordo artigianale in alluminio
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D80 pronta allo scatto a fuoco diretto
Se invece dobbiamo "attaccare" la D80 ad un telescopio SC tipo un Celestron C9 ¼ allora, oltre sempre al famoso
raccordo T2, occorrerà anche uno speciale raccordo "T-ADAPTER-SC" comunemente in commercio per tutte le più
importanti case costruttrici, che porteranno la nostra reflex direttamente a fuoco diretto allo strumento.
Anello T2 e raccordo CelestronT-adapter-SC
D80 pronta allo scatto a fuoco diretto del SC
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Obiettivi
Comunque sia, possiamo fare astrofotografia anche utilizzando le migliori ottiche del parco Nikon, naturalmente
utilizzando obiettivi luminosi con valori di F più basso possibile, per ridurre i tempi di esposizione e tutti gli altri
problemi legati al rumore, tralasciando un po' la focale non certo lunghissima come i telescopi ma sicuramente con
una più vasta area di inquadratura.
Gli obbiettivi Nikon ad oggi più usati sono:
10.5mm f/2.8G ED DX Fisheye-Nikkor
17-55mm f/2.8G ED-IF AF-S DX Zoom-Nikkor
50mm f/1.4D AF Nikkor
70-200mm f/2.8G ED-IF AF-S VR Zoom-Nikkor
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Comandi di scatto
Per evitare il mosso occorrerà sicuramente, oltre a tutte le precauzione prese per il telescopio, scattare le foto in
comando remoto.
In questo caso le due alternative possibili sono quella manuale, o quella programmata elettronicamente.
Per il comando remoto manuale esistono nel catalogo Nikon che riguarda i modelli in esame, 2 tipi di scatto remoto:
Il telecomando ML-L3 ad infrarossi ed il comando flessibile elettrico MC-DC1 a cavo.
ML-L3 Remote Control Transmitter
Nikon MC-DC1 Remote Cord
Reflex come le D70, D50, D40 e la D40x possono solo utilizzare lo scatto remoto ML-L3 ad infrarossi, quindi la posa
"B" di diversi secondi o alcuni minuti, può diventare molto difficoltosa. Manualmente bisogna posizionarsi di fronte
alla macchina ed al telescopio e scattare.
Chiaramente, oltre alla difficoltà di posizionamento avremmo anche il limite dato dei 30 secondi.
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È comunque possibile modificare il telecomando ML-L3 aprendolo in due parti molto dolcemente con un taglierino
dopo aver rimosso la batteria e la sua slitta. Aperto il telecomando, toglieremo il foglio di protezione del circuito
stampato e sviteremo le 3 viti a croce. Ribaltando il circuito avremo alla destra del diodo infrarosso, l'integrato di
comando. Individuando il piedino1 ed il piedino 5, partendo dall'alto e da destra verso sinistra, collegheremo un filo
bipolare che porteremo fuori, richiuderemo il tutto rimettendo le viti e magari fissando con del nastro il cavo al
comando remoto.
Telecomando ML-L3 modificato con l'aggiunta di un cavo a distanza
ed un interruttore manuale
Particolare del telecomando ML-L3 modificato
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A questo punto potremo, sia applicare un interruttore manuale in modo da aver un filo di comando molto più
agevole, sia collegarlo ad un temporizzatore fatto in casa. Di seguito segnalo alcune risorse internet utili a trovare
altre percorribili soluzioni di modifica:
www.bigmike.it/ircontrol/index.html
users.tkk.fi/~jwagner/electr/d70remote
www.geocities.jp/tenmonya2/PAGE13/TG_TIMER/TG_TIMER.htm
www.geocities.jp/tenmonya2/PAGE13/TG_TIMER4/TG_TIMER4.htm
Occorrerà posizionare il telecomando ML-L3 con un velcro adesivo sul telescopio davanti alla reflex, in modo che il
raggio infrarosso colpisca perfettamente il diodo IR di ricezione.
Telecomandi IR a filo (a destra il nikon modificato)
Telecomando montato su telescopio
Per le reflex D70s e D80 oltre a questa
soluzione (IR e cavo), potremo optare per
utilizzare il comando remoto MC-DC1.
Questo comando si infila direttamente nella
presa della macchina fotografica e agevola
moltissimo nello scatto con posa "B"
manuale, tanto che avendo un holder, cioè
uno
speciale
blocco
dell'interruttore,
permette
di
mantenere
premuto
l'interruttore anche nei tempi più lunghi.
Quindi, cronometro alla mano, scattiamo
bloccando l'holder per il tempo da noi
prestabilito, sorseggiamo un caffé o un tè a
piacimento per restare un po' svegli, e
stoppiamo il blocco di scatto al momento
programmato. Bisogna inoltre specificare che
con le reflex digitali non avremo bisogno di
pose lunghissime come in astrofotografia
analogica, ma andremo a sommare (come
vedremo più avanti) diversi scatti. Ormai
questa è diventata una tecnica standard per
molti astroimmagers, ma unico appunto…
…dobbiamo trovare con le nostre reflex il
massimo tempo da esporre con la tendina
alzata in modo da non saturare il sensore,
tra rumore termico, ISO, temperatura ed
inquinamento luminoso cittadino che, anche
lui, da purtroppo un grosso contributo
negativo.
Ecco un esempio a 1600 ISO con solo un
minuto di esposizione.
Raw inquinamento luminoso
da centro urbano
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Raw pochi giorni dopo da un
ottimo sito d'osservazione
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Ma la cosa più interessante è far interagire la nostra reflex con il computer in modo da poterlo pilotare a nostro
piacimento.
E qui si aprono molte strade, basta dare uno sguardo su internet per trovare diverse soluzioni.
Chiaramente oltre alla fotocamera, il telescopio e raccordi vari, avremo bisogno di un pc (meglio se portatile per
spazio e portabilità stessa), di un buon programma di interfacciamento e di un cavo diretto (o il telecomando
modificato IR).
In rete esistono veramente molti programmi validi più o meno costosi (alcuni anche freeware); elenco di seguito
quelli da me testati che invito a provare anche solo per le versioni gratuite:
Software
Disponibilità web
Gratuito
Iris
http://astrosurf.com/buil/us/iris/iris.htm
x
K3ccd
www.pk3.org/Astro/k3ccdtools.htm
x
x
Non gratuito
Registax
www.astronomie.be/registax
Dslr focus
www.DSRLFocus.com
x
Maxdsl
www.cyanogen.com
x
Astroart
www.msb-astroart.com
x
DSLR Shutter
www.stark-labs.com
x
Guidemaster
www.guidemaster.de
x
Images Plus
www.mlunsold.com
x
Maxim DL
www.cyanogen.com
x
Nebulosità
www.stark-labs.com
x
Shutterbug
www.DSRLFocus.com
x
DslrStar
www.cercisastro.com
x
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Oltre al programma occorrerà anche un cavo (o un
adattatore) di iterfacciamento tra la reflex ed il
programma scelto.
Nei siti dei programmi sopra descritti troverete (in
alcuni) adattatori o cavi che si interfacciano con le
fotocamere Nikon.
La soluzione che personalmente ritengo più
interessante, è quella offerta dalla ditta Shoestring
Astronomy, costituita da una scatolina (DSUSB) che
da un lato ha un cavo USB da collegare al PC, e
dall'altro un jack femmina per collegare la
fotocamera tramite cavo.
Andando sul loro sito troveremo anche i cavi
dedicati per la D80 o D70s ma anche il cavo con il
trasmettitore IR per pilotare D70, D40/40x, D50. Se
invece vogliamo autoprodurci la soluzione via cavo
tra la D80 e la soluzione DSUSB occorre procurarci il
telecomando MC-DC1 ed una jack maschio da
3,5mm.
Basterà tagliare dall'MC-DC1 quasi tutto il cavo per
ottenere la presa e al capo estremo del cavo,
salderemo la presa jack maschio da 3,5mm.
Per evitare di sprecare la soluzione MC-DC1 si potrà
comunque tagliare il cavo non all'estremità ma ad
una distanza che potrà consentire di mettere in serie
un jack maschio ed uno femmina. Sarà così possibile
percorrere tutte le soluzioni.
Abbiamo così ottenuto il cavo che ci permetterà di
collegare la D80 al PC attraverso il software
necessario compatibile con la DSUSB.
Anche in questo caso
compatibili sul sito.
troveremo
i
programmi
Ora saremo pronti per una bella esperienza di
astrofotografia.
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Preparazione ed impostazione della fotocamera
A questo punto, montato il telescopio sulla montatura da inseguimento stellare, collegheremo la D80 con i vari
adattatori specifici controllando di aver montato una batteria pienamente carica una SD formattata. Collegheremo la
presa USB al PC e la presa dello scatto remoto alla DSUSB tramite il nostro cavo auto costruito. Aprendo il
programma imposteremo dei valori a nostro piacimento.
Personalmente impostare per riprese in deepsky questi parametri:
Modalità di scatto: Manuale
Qualità Immagine: Raw
Bilanciamento del bianco: Automatico
Contrasto e saturazione: Normale
Modo colore: II (Adobe RGB)
ISO: 400 o 800
NR su ISO elevati e pose lunghe: OFF
Gli altri parametri non sono di primaria importanza.
Una volta collaudato il sistema di attacchi, scattando magari qualche foto di giorno e controllando che il sistema sia
perfettamente allineato e non ci siano luci parassite dentro il nostro gruppo ottico, allora è il momento di prepararsi
ad una sessione di ripresa.
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Esempio di una ripresa
Ovviamente a questo punto si potrebbero scrivere manuali o addirittura libri, ma questo non è ne la sede ne il
nostro intento.
Per non dilungarci troppo riassumiamo una classica, ma semplice ripresa astrofotografica in 3 parti generali ben
distinte.
La sessione di scatto
La calibrazione dell'immagine
L'elaborazione delle immagini
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Sessione di scatto
Una volta collegata la D80 al telescopio tramite adattatori vari, occorrerà collegarla al PC sia con il suo cavo USB
per scatti inferiore ai 30 secondi, sia con il cavetto o il comando IR modificati, alla scatolina DSUB che a sua volta
sarà connessa tramite sempre USB al nostro computer portatile.
Una volta fatto questo dovremo aprire il software scelto tra la numerosa lista, far riconoscere la fotocamera ed
iniziare la sessione delle riprese.
Consiglio vivamente per non perdere tempo prezioso, di programmare quei due o tre oggetti da fotografare (non di
più) e stabilire a priori tutta la sessione di scatto compresa anche quella per la calibrazione, il tutto per perdere
meno tempo possibile.
La calibrazione dell’immagine
Per calibrare le nostre immagini avremo anzitutto
bisogno del dark frame, Flat field e Offset e poi
di un programma per la loro gestione.
Andiamo a vedere cosa sono e come si
costruiscono.
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Costruzione di un Dark Frame
Come si è detto sopra, in astrofotografia è importantissimo abbattere
il rumore. Infatti, se si scattano diverse foto notturne con elevati ISO
tipo 800 o 1600 e disattivando l'algoritmo di riduzione del rumore
noise, noteremo alcuni pixel di colore diverso (colorati in tonalità R, G o
B a causa del filtro Bayer a mosaico) presenti in ugual modo (circa il
70%) su tutte le foto.
Questo infatti, è il rumore dato dagli Hot Pixel che, per eliminarlo,
useremo il metodo della sottrazione del Dark Frame. Costruire un Dark
Frame è semplicissimo, basta scattare una foto al buio con il tappo
sull'obiettivo o sul telescopio, coprendo il mirino se siamo in ambiente
illuminato e mantenendo il medesimo tempo di esposizione e la
medesima temperatura di scatto.
A questo punto basterà sottrarre l'immagine dark alla nostra
precedentemente scattata ed il gioco è fatto.
Ma di solito non faremo solo uno scatto singolo ma una serie di scatti,
per cui la cosa si complica, ed in teoria ad ogni scatto dovremmo
levarci un dark.
Foto costruzione di dark frame
con la tecnica del tappo
Per poter calibrare perfettamente le nostre immagini dovremo allora creare una sequenza di Dark Frame. Se
abbiamo ad esempio fatto una decina di scatti ad una galassia con il medesimo tempo, dovremmo altresì fare (il
massimo sarebbe 10 scatti) almeno 6-9 dark frame da poter utilizzare successivamente per la calibrazione delle
immagini. Attenzione però, su soggetti particolari tipo M42 dove la sommatoria delle immagini è formata da scatti
con diversi tempi di esposizione, dovremmo allora ricordarci di costruire dei Dark Frame con tempi ovviamente
diversi.
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Al fine di ridurre al minimo il rumore, dobbiamo evitare di scaldare la macchina, specialmente d'estate dove già
la temperatura esterna anche di notte è alta. Quindi quando è possibile tenere gli ISO al minimo ed accendere la
macchina un istante prima della sessione di riprese.
Comunque nella mia esperienza ne ho viste di tutte, reflex infilate nelle borse frigo da campeggio, reflex
infagottate con cubetti di ghiaccio, piastre attaccate alla base del corpo macchina raffreddate con ventole da
computer o addirittura raffreddate con piastre di peltier, fino ad abbattere ("a detta loro") quasi 20°C rispetto alla
temperatura esterna.
Raw originale
Dark frame
Originale sottratto il dark
Finale (processato)
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Costruzione di Flat Field
Per migliorare il segnale/rumore, oltre che ad eliminare il rumore con il
Dark Frame, potremo provare a compensare altri difetti in modo da
aumentare l'informazione. I fotoni provenienti da una lontanissima
galassia, dopo aver attraversato gli strati dell'atmosfera subiranno
nell'ultimissima parte del loro percorso, una piccola serie di alterazioni.
La luce verrà affievolita in alcune zone per la presenza di polveri o aloni
sulle ottiche, verrà deformata dal nostro sistema fotocamera-raccordotelescopio ed ancora da una diversa risposta non uniforme dei pixel del
sensore.
Per migliorare l'informazione dovremmo allora scattare una foto ad un
soggetto perfettamente illuminato, ovvero realizzare un Flat Field. Se
il nostro sistema fosse perfetto, colpito dalla nota quantità di luce, tutti
i pixel dovrebbero reagire allo stesso modo fornendo una immagine
perfettamente uniforme sull'intero fotogramma. Il Flat Field invece ci
dirà, come ogni pixel a reagito alla luce rispetto ad una risposta ideale
evidenziandone i difetti.
Per costruire un Flat Field è necessario scattare una foto ad un
soggetto incolore uniformemente illuminato meglio se bianco o di grigio
medio ad una distanza di circa 40/50cm, mantenendo la solita messa a
fuoco per la ripresa e sovresponendo il tempo di esposizione cercando
di non saturare troppo l'immagine. Anche in questo caso occorrerà
avere più Flat Field da poter utilizzare per la fase di calibrazione, ma
non dimentichiamoci che anche queste immagini (Flat Field) non
saranno esenti da rumore e l'unica soluzione per essere
sicuri di una ottima calibrazione sarà l'esecuzione dei Dark Frame del
Flat Field con il solito numero di scatti e con il solito tempo di
esposizione e temperatura.
Costruzione flat field
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Costruzione di Offset
Per la perfetta ed accurata calibrazione dell'immagine alcuni programmi richiedono anche un immagine Offset, ma
la parola non ci deve trarre in inganno, è solamente un Dark Frame che mostra il rumore elettronico intrinseco dato
con un tempo di esposizione più vicino alla zero.
Occorrerà quindi scattare una decina di foto con il tappo sull'obiettivo ad un tempo velocissimo che nel caso della
D80 è 1/4000 di sec.
Occorrerà fare la media di queste immagini avendo così l'immagine Offset e salvandola sul computer avremo modo
di poterla usare sempre dato che l'impronta elettronica della fotocamera non cambia mai.
Calibrazione
Esistono molti programmi come sopra detto per il controllo e la gestione delle immagini astronomiche digitali,
addirittura anche Photoshop CS è possibile utilizzarlo a questo scopo. Ma per questo tipo di calibrazione useremo il
programma gratuito Iris che, anche se molto complicato, ha una potenzialità nell'astrofotografia a 360°.
Aprendo il menu "Digital photo" e selezionando "See Exif" caricheremo tutte le nostre immagini di sessione in
formato Raw. Poi per prima cosa dovremo mediare le immagini di calibrazione (dark e flat), in modo da confrontare
i valori di luminosità dei pixel di ogni singolo scatto tra di loro in modo da avere un'unica immagine media di valore
(dark master) da poter sottrarre ai nostri scatti reali. Ovviamente più immagini dark e flat faremo e più il nostro file
mediano sarà preciso, anche se in fase di scatto non è semplice realizzare tante immagini per il poco tempo a
disposizione. Sempre dal menù "Digital photo" di Iris selezioniamo "make a dark" dove scriviamo al nome: "dark",
il numero delle immagini: in questo caso "7" da trattare ed il metodo che sarà: "Median".
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Solita cosa, faremo anche per il mediano del Flat field (Flat master) selezionando "make a flat-field" dalla solita
tendina "Digital photo" impostando come numero di immagini: 7 nel nostro caso e per numero di normalizzazione
per le nostre reflex intorno ai 5000.
Ricordando in tutti e due i casi di aver caricato l'immagine offset delle nostre riprese.
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Il passo successivo è quello di togliere il rumore (sottrazione del master dark) e ottimizzare l'informazione
(applicazione del master flat tenendo conto di avergli tolto anche ad esso il dark) ad ogni immagine della ripresa. Si
può fare ovviamente a mano oppure, come tanti programmi astronomici offrono, in automatico. Sempre in Iris
basterà per esempio selezionare dalla solita tendina "Digital photo" l'opzione "processing" in cui metteremo in
ordine il nome generico del file, dell'offset, del master dark, del master flat, il nome finale del file ed il numero degli
scatti da processare.
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Filtri di Convelsione, deconvulzione
L'elaborazione delle immagini
Come abbiamo detto in precedenza avendo scomposto in più scatti calibrati la nostra immagine, dovremo ora capire
se sommarle o mediarle. Questo dipende dal soggetto, cioè se sarà un elemento molto luminoso (e correttamente
esposto) dovremmo solo mediarlo in modo da ridurre al massimo il rumore, mentre se esso è molto debole (di
luminosità) dovremo sommarle in modo da aumentare l'informazione simulando un'unica posa con un tempo molto
alto.
Ovviamente tutti gli scatti devono essere prima perfettamente allineati altrimenti avremo una immagine simile ad
una foto mossa.
Tutti i software astronomici eseguono questa operazione automaticamente ed anche noi con Iris potremmo farlo
tramite la tendina "Processing" selezionando "stellar registration", impostando il nome del file da acquisire e da
salvare, il numero delle immagini da allineare ed il metodo di allineamento da dare (meglio selezionare più stelle).
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Una volta allineate e processate avremo la nostra immagine finale da dover ancora trattare nella calibrazione dei
colori e nell'applicazione dei filtri.
Per la calibrazione alcuni software la fanno in automatico, selezionando dall'immagine una porzione ed
indicandogliela a parere nostro come bianca, esso ricalibra automaticamente i colori. Mentre con iris (oltre a far
anche questo) c'è la possibilità di inserire i valori RGB della nostra fotocamera sempre al menu "Digital photo" sotto
l'opzione RGB bilance impostando i valori di rosso verde e blu per ogni distinta fotocamera.
Ultima fase, e più personale, è quella dell'applicazione dei filtri. La sua giusta applicazione provvederà ad esaltare
ancor di più la nostra immagine rendendo una qualità immaginabile in fase di scatto. Attenzione però a non calcare
troppo la mano e far apparire ciò che realmente non c'è, infatti la potenza di questi filtri è estesa. Per cui ci
limitiamo a descrivere sommariamente quali sono i principali effetti che provocano.
Filtri di convulsione
Essi agiscono nella bidimensionalità dell'immagine stessa come altezza e lunghezza. Si dividono principalmente in
due categorie: passo basso e passo alto. Quelli così detti passo basso operano producendo una sfocatura
all'immagine regolandone la sua intensità.
Utilizzati con cautela e parsimonia attenuano notevolmente il rumore dando una notevole morbidità alla foto stessa,
a scapito però di una perdita di dettaglio. Il più conosciuto è il Filtro di Gauss, utilizzato per la maggior parte su
immagini lunari e di nebulose.
Mentre, quelli così detti filtri passa alto, sono ovviamente per aumentare il contrasto delle immagini, ma come si
intuisce andranno anche a far evidenziare il rumore restante nell'immagine stessa. Un metodo è dato dal Filtro
Unsharp Mask che appunto applica una maschera sfocata all'immagine, e subito dopo ne somma la risultante (tra
l'originale la differenza con una suo copia sfocata) tra l'originale stessa.
Filtro Wavelet è un altro particolare applicazione per regolare oltre al contrasto, anche la risoluzione tramite 5
parametri divisi in larghissima, larga, media, fine e molto fine. Usato specialmente per pianeti o immagini lunari.
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Filtri di deconvulzione
Questi, molto più potenti dei primi sono anch'essi divisi in passo alto e basso, ma sono più potenti perchè lavorano
non sull'immagine per come appare, ma bensì sulla somma delle loro frequenze producendo sfocature filtrando
determinate frequenze (rumore) od esaltando altre (informazione) evidenziando particolari a noi necessari.
I più quotati sono il Filtro di Massima Entropia, Richardson-Lucy e Van Bitter che, chi più chi meno, tengono
conto nella loro feltratura, la mutazione dell'immagine causata da diversi fattori sia fisici (turbolenza atmosferica,
imprecisione ottica…) ma anche umane come il mosso o la sfocatura.
Esempio di foto astronomiche
Alcuni esempi di foto astronomiche "processate" eseguite con le reflex in esame
Nikon D80 "M27" (ISO 800 10x120sec)
Nikon D80 "M27" (ISO 800 10x120sec)
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Nikon D50 "M31" (ISO 800 10X120 sec.)
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Conclusione
In questa seconda parte dell'eXperience
abbiamo potuto capire cosa necessita e
come dobbiamo agire per poter fare
astrofotografia su stelle, nebulose, ammassi,
galassie ecc. insomma tutti oggetti del deep
sky.
Ricordo invece, per chi fosse interessato ai
pianeti del sistema solare o all'alta
risoluzione di immagini lunari o solari (es.
crateri, domi lunari o protuberanze e
macchie solari), che questa tecnica non è la
migliore ma anzi sconsigliabile perché
l'utilizzo di una semplice webcam da risultati
molto molto migliori. Qui di seguito alcune
immagini di pianeti scattate con la reflex
digitale e altre eseguite con la tecnica di
ripresa con webcam.
Venere con reflexNikon D80
Venere con webcam
Marte con Nikon D70
Marte con webcam
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Come possiamo constatare per le foto scattate con la fotocamera (essendo solo un fotogramma o la somma di
alcuni) il risultato è scarso, mentre per l'uso della somma di centinaia di frame da webcam il risultato è senza
ombra di dubbio molto migliore sia, in resa risolutiva che nel colore e nei dettagli.
Momentaneamente, sto sperimentando la tecnica delle webcam sia per i file video (quicktime) delle vecchie
Coolpix, che i nuovi e più performanti file video (avi) delle nuove Coolpix.
Intanto per anticipare questo, ecco una foto di Marte acquisita in quicktime da una vecchia Coolpix, scomposto
tutto il filmato e dopo varie procedure software questo è il risultato in un unico frame.
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Astrofotografia digitale con D80, D40 e…

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