Секреты Джима Соломона

Обсуждение техники съёмки и обработки астрофотографий
Правила форума
Обсуждение техники съёмки и обработки астрофотографий
Ответить
Аватара пользователя
AstroPerm
Пермский Астрофорум
Пермский Астрофорум
Сообщения: 431
Зарегистрирован: 05 окт 2008, 19:46
Откуда: Пермь
Контактная информация:

Секреты Джима Соломона

Сообщение AstroPerm » 03 июн 2009, 15:45

Не для кого не секрет, что для получения качественной астрофотографии нужны качественные исходные файлы и кроме снимков непосредственного объекта также нужны "специальные" фреймы - дарки, флеты, офсеты... Что это за файлы? Как их получить?
Побродив по просторам Интернета в поисках ответа на данные вопросы, наткнулся на довольно интересную статью...
В общем, предлагаю небольшой мастер-класс из книги известного астрофотографа Джима Соломона.
Надеюсь пригодится...

Аватара пользователя
AstroPerm
Пермский Астрофорум
Пермский Астрофорум
Сообщения: 431
Зарегистрирован: 05 окт 2008, 19:46
Откуда: Пермь
Контактная информация:

Re: Секреты Джима Соломона

Сообщение AstroPerm » 03 июн 2009, 16:05

Предисловие

Это практически повторение предыдущей версии моей книги по астрофотографии.
Вот основные изменения между этой версией и предыдущей:

Теперь моя последовательность действий следующая: флэт дарки, флэт лайты, лайты, дарки.
Я больше не использую ни функцию захвата, ни офсеты.
Сейчас для флэтов я использую Light Box (ранее я использовал сумеречное небо).

Введение

Я полагаю, что моя техника астрофотографии даёт такие результаты, которые являются пределом возможностей для моего довольно скромного оборудования. По этой причине я предлагаю настоящее руководство вниманию остальных любителей астрофотографии, которые стремятся достичь успехов на этом поприще и которые обладают схожим оборудованием. Я надеюсь, что это руководство окажется полезным на практике для любителей астрофотографии.

Руководство рассчитано исключительно на любителей астрофотографии объектов дальнего космоса, то есть, всего того, что требует съёмки с длительными выдержками и гидированием. Поэтому настоящее руководство по своей специфике не рассчитано на любителей планетарной фотографии, главным образом потому, что я не считаю себя очень хорошим специалистом в этой области, а также потому, что технология съёмки планет радикально отличается от фотографирования объектов дальнего космоса.

Обращаю внимание также на то, что в этом руководстве речь идет не о глубоком изучении теории цифровой астрофотографии, а, наоборот, об её основах. По существу, предполагается, что читатель уже знаком с ними и понимает следующие концепции:
  • - Как крепится фотоаппарат к телескопу.
    - Качественная монтировка гораздо важнее, чем стремление к длительным экспозициям.
    - Для монтировок, как начального уровня, так и High-End класса, необходимо иметь возможность корректировки в реальном времени крошечных ошибок гидирования.
    - Необходимо, чтобы выставление полярной оси монтировки осуществлялось довольно точно.
    - Базовая техника цифровой фотографии с получением множества кадров с относительно короткими выдержками, а затем их сложение для получения результирующего кадра с как можно большей суммарной выдержкой.
    - При фотографировании, кадры необходимо сохранять в формате RAW, но никак не в формате JPEG.
Моё руководство разбито на части следующим образом. Сначала, я ввожу некоторую терминологию, чтобы быть уверенным, что мы будем разговаривать на одном языке. Затем я даю некоторую теоретическую основу, которая поможет объяснить взаимосвязь между лайтами, дарками, флэтами, и т.д. Следом я даю короткий обзор моего оборудования. И, в конечном счёте, я описываю в деталях три фазы моей технологии астрофотографии, а именно, планирование предстоящей фотосессии, процесс съемки и обработка.

Определения

Здесь указаны термины, которые будут использоваться в этом руководстве:
  • Лайты (Lights)
    Кадры, полученные при съёмке фотоаппаратом через телескоп со снятой блендой.
    Таким образом, эти кадры формируют фактическую выдержку при съёмке объекта наблюдения.
    Дарки (Darks)
    Кадры, полученные при таком же значении ISO, температуре, выдержке, что и лайты, но при надетой бленде. Именно дарки и офсеты используются для уменьшения эффектов от различных источников шумов в фотоаппарате.
    Офсеты (Offsets или Bias)
    Кадры, полученные при таком же значении ISO и температуре, что и лайты, но с минимально возможной выдержкой для данного фотоаппарата и надетой блендой.
    Флэты (Flats)
    Кадры равномерно освещённого объекта наблюдения, такого например как Light Box, или неба сразу же после заката. Флэты используются для коррекции виньетирования (потемнение изображения по направлению к краям поля), а также, чтобы исправить неоднородность по чувствительности сенсоров в фотоаппарате. Флэты должны быть получены при минимально возможном значении ISO.
    Флэт Дарки (Flat Darks)
    Кадры, полученные при таких же значениях ISO, выдержки и температуре, что и флэт лайты, но при надетой бленде.
Основные понятия

Многие из новичков в цифровой астрофотографии смешивают понятия лайты, дарки, офсеты и флэты,
так что я дам небольшие вводные об этих понятиях.

CMOS или CCD-матрица в большинстве цифровых зеркальных камер очень точно и линейно собирает свет, отражённый от объекта наблюдения. К сожалению, качество собранного сигнала будет ухудшаться из-за тепловых и других шумов. Дарки и офсеты – это средства, с помощью которых мы будем пробовать определять источники шумов и уменьшать их влияние. К тому же, свет, пройдя сквозь телескоп, может не полностью осветить матрицу камеры, приводя к явлению названному "виньетирование" (потемнение изображения по направлению к краям поля). Более того, некоторые сенсоры матрицы, возможно, будут иметь немного отличную от остальных чувствительность. Флэты - это средство, с помощью которого мы будем пробовать определять и уменьшать виньетирование, влияние неоднородности матрицы по чувствительности, а также эффекты от пыли, которая может накапливаться на матрице фотоаппарата.

Формула, которая связывает эти физические явления с фреймами, которые мы накопим в течение ночных наблюдений, выглядит следующим образом:

Код: Выделить всё

1. Лайт = (Сигнал * Флэт сигнал) + Дарк + Офсет
Где сигнал – это изображение объекта наблюдения, который мы хотели бы получить в идеальных условиях, а лайт – это реально получаемое изображение.
Сделав преобразование, имеем:

Код: Выделить всё

               Лайт - (Дарк + Офсет)
2. Сигнал = ---------------------------
                    Флэт Сигнал
Но происходит то, что флэты, которые мы получаем при помощи фотокамеры, в свою очередь, будут "загрязнены" дарками и офсетами, и таким образом мы должны вычесть флэт дарки и флэт офсеты из флэт лайтов следующим образом:

Код: Выделить всё

3. Флэт Сигнал = Флэт Лайт - (Флэт Дарк + Флэт Офсет)
Затем, подставив уравнение (3) в уравнение (2), получим эту основную формулу:

Код: Выделить всё

                     Лайт - (Дарк + Офсет)
4. Сигнал = ----------------------------------------
              Флэт Лайт - (Флэт Дарк + Флэт Офсет)
Здесь, "дарк" имеет связь с тепловым шумом матрицы фотоаппарата, то есть, шумом, который изменяется пропорционально температуре, значению ISO, и продолжительности выдержки. Стоит заметить, однако, что любой снимок, что мы делаем с помощью цифровой фотокамеры, содержит офсет, и "дарки" тоже не исключение. Значит, если мы вводим определение Дарк' как кадр с выдержкой определенной продолжительности при съемке с блендой на объективе, тогда Дарк' = Дарк + Офсет, и, аналогично, Флэт Дарк' = Флэт Дарк + Офсет. При подстановке этих значений в уравнение (4) выходит следующая упрощенная формула:

Код: Выделить всё

 
                    Лайт – Дарк’
5. Сигнал = ---------------------------
               Флэт Лайт – Флэт Дарк’
А можно сделать еще проще. Убираем апострофы, что мы ставили над "дарком" и "флэт дарком", и помним, что под "дарком" и "флэт дарком" мы подразумеваем фреймы, полученные при наличии бленды на объективе, но со схожими значениями ISO и продолжительностью выдержки, как лайты и флэт лайты, соответственно. Это дает нам окончательную формулу:

Код: Выделить всё

                   Лайт – Дарк
6. Сигнал = --------------------------
               Флэт Лайт – Флэт Дарк
Уравнение (6) дает нам наш порядок действий при астрофотографии, который обеспечивает нас набором фреймов, что мы будем получать в каждую фотосессию. Последовательность, в которой я собираю фреймы во время фотосессии, фактически следующая (причины этого станут ясными позже):
  • Флэт Дарки
    Флэт Лайты
    Лайты
    Дарки

Аватара пользователя
AstroPerm
Пермский Астрофорум
Пермский Астрофорум
Сообщения: 431
Зарегистрирован: 05 окт 2008, 19:46
Откуда: Пермь
Контактная информация:

Re: Секреты Джима Соломона

Сообщение AstroPerm » 03 июн 2009, 21:20

Оборудование

Большинство моих свежих фотографий объектов дальнего космоса получены при помощи модифицированного Canon Rebel XT (350D) в прямом фокусе моего Ньютона Celestron 8" f/5.
Ниже представлен перечень оборудования, который используется мною в процессе астрофотографии:

Камеры:
  • - Для съёмки: цифровая зеркальная камера Canon 350D, модифицированная фирмой Hutech.
    - Для гидирования: вебкамера Philips ToUcam Pro II 840k.
Монтировка:
  • - Celestron CG-5 (по другому именуемая AS-GT).
Телескопы:
  • - Для съёмки: рефлектор Ньютона Celestron C8-N: 8" f/5, f=1000mm фокусёр NGF DX3.
    - Для гидирования: ахроматический рефрактор Orion ST80: 80mm f/5, f=400mm.
Крепление телескопа-гида:
  • - Orion 07381 Guide Scope Rings (pair), 105mm I.D. Orion 07382 Guide Scope Ring Mounting Bar.
Адаптеры, фильтры и другое:
  • - T-Ring: Orion 05224 for Canon EOS cameras.
    - Корректор комы: Baader MPCC.
    - Линза Барлоу: Celestron "Kit" 2x Barlow - используется с телескопом-гидом.
    - Расширительная трубка: Orion 05123 1.25" для фокусировки вебкамеры.
Компьютеры:
  • - Для гидирования, фокусировки и накопления снимков: Toshiba TECRA 8100.
    - Для обработки изображений: PC with 3GHz P4, 2GB RAM, WinXP Pro.
Программное обеспечение:
  • - Для гидирования: GuideDog v1.0.6.
    - Для фокусировки и накопления снимков: DSLRfocus v3.3.14 Beta.
    - EXIF Preview: Canon Digital Photo Professional.
    - Для обработки изображений: IRIS v5.30, Photoshop CS2.
Кабели:
  • - Для соединения вебкамеры к компьютеру: USB-кабель.
    - Для соединения DSLR к компьютеру для контроля за длинными выдержками:
    C300P-20 для соединения параллельного порта и кабеля управления затвором фотокамеры.
    - Для соединения DSLR к компьютеру для фокусировки и получения фреймов:
    USB-кабель (идет в комплекте с 350D).
    - Для соединения компьютера и монтировки: кабель NexStar RS-232: Celestron 93920.
Источники энергии:
  • - Для монтировки: AC-адаптер Celestron 18773, 18776.
    - Для DSLR: AC-адаптер от фирмы Hutech EOS104.
    - Для компьютера: встроенный A/C-адаптер.
    - Light Box: Light Box, выполненный по дизайну Donald Goldman.
Планирование наблюдений

Ясно, что настройка оборудования для астрофотографии и процесс получения астрофото достаточно сложны, и поэтому требуют много времени. Таким образом, к съёмке лучше готовиться заранее насколько это возможно, до наступления темноты. Чем лучше Вы спланируете свои наблюдения, тем лучший результат Вы получите во время самой съёмки. На этом этапе действия осуществляются в следующем порядке:
  • 1. Выберите объект для наблюдения. Используйте электронные планетарии или иные доступные каталоги для выбора подходящего объекта наблюдения. В частности, я стараюсь выбирать для съемки объекты протяженные (которые умещаются в поле зрения фотокамеры), яркие (которые имеют в среднем достаточно большую поверхностную яркость), и которые удобно расположены. Стоит уделять особое внимание и тому, в какое время объект движется по небу, и с какой стороны небесного меридиана он будет заснят Вами.
    2. Выберите ориентацию фотоаппарата. Определите, в каком направлении объект наблюдения имеет наиболее протяженные размеры: с запада на восток или с севера на юг, и будьте готовы сориентировать и прикрепить фотокамеру так, чтобы матрица своей большей стороной была бы направлена как раз вдоль объекта наблюдения. Я предпочитаю ориентировать фотоаппарат во всех случаях по направлению "север вверху", если только объект не требует ориентации, например, "север слева". К таким объектам можно отнести M81/M82, M42 и другие.
    3. Выберите подходящую звезду-гида. Имейте примерное представление о том, какую звезду-гида Вы собираетесь использовать, и знание того, как далеко и в каком направлении от наблюдаемого объекта будет находиться эта звезда. Помните, что чем дальше от наблюдаемого объекта будет находиться звезда-гид, тем более точно должна быть выставлена монтировка на полюс мира. Посмотрите раздел "Выставление монтировки на полюс мира".
    4. Продумайте порядок действий для нахождения объекта наблюдений. У Вас GoTo-монтировка с плохой или хорошей точностью ведения? У Вас имеются координатные круги? Или Вы мастер наведения телескопа по цепочке звезд? В любом случае Вам необходимо понять, каким образом Вы будете центрировать объект наблюдений в Вашей камере без её перемещения.
    Мой любимый метод – это использование собственноручно изготовленной таблицы поправок, которая выполняет схожую функцию, что и "Precise GoTo" в моей монтировке. Мне пришлось заняться домашним творчеством потому, что функция "Precise GoTo" не позволяет находить объект-ориентир,
    а иногда находит объекты-ориентиры на неправильной стороне от небесного меридиана.
    Или, к сожалению, находит звёзды, о которых Вы никогда не слышали и, к тому же, не можете их классифицировать. Я использую в качестве объектов-ориентиров объекты, которые можно идентифицировать безошибочно, центрирую их, а затем использую крупноформатную таблицу Excel для вычисления поправок по осям RA и DEC для объекта наблюдений по сравнению с данными, которые выдает функция "Get RA/DEC" на пульте управления монтировкой.
    5. Определение рабочих значений ISO и выдержки. Это, как правило, может быть сделано прямо в полевых условиях, и если у Вас имеется время поизучайте, какие параметры другие ЛА используют для фотографирования того же объекта наблюдений. Или просмотрите Ваш портфолио и прикиньте, какие параметры съёмки годятся. Я склоняюсь к 4-минутным выдержкам при ISO 400 для одиночного кадра, на сколько позволяет сверхбольшой динамический диапазон (т.е. отсутствие пережигания для ярких объектов). Обычно 4-х минут хватает, чтобы заснять достойное количество деталей для каждого одиночного кадра. Еще раз о 4-х минутах: если пролетит самолет в поле зрения камеры и испортит кадр, понравится ли это? Поэтому только 4-е минуты. Более тусклые цели потребуют более длинных экспозиций и/или более высоких ISO. Вам потребуется поэкспериментировать, чтобы понять при каких ISO и выдержках результаты будут лучшими.
Получение фотоснимков

Процесс получения фотоснимков у меня состоит из следующих этапов:
  • - Настройка.
    - Выставление монтировки на полюс мира.
    - Получение флэт дарков.
    - Фокусировка.
    - Получение флэт лайтов.
    - Выбор объекта наблюдения.
    - Выбор звезды-гида.
    - Получение пробных снимков.
    - Получение лайтов.
    - Получение дарков.

Аватара пользователя
AstroPerm
Пермский Астрофорум
Пермский Астрофорум
Сообщения: 431
Зарегистрирован: 05 окт 2008, 19:46
Откуда: Пермь
Контактная информация:

Re: Секреты Джима Соломона

Сообщение AstroPerm » 03 июн 2009, 21:21

Аспекты организации
  • 1. Настройка и конфигурация фотоаппарата и основного телескопа:

    - Присоедините камеру 350D к T-кольцу, T-кольцо к MPCC, и вставьте MPCC в 2" фокусёр
    Вашего Ньютона.
    - Сфокусируйте 350D на удалённой цели так точно, как это возможно.
    - Установите искатель основного телескопа таким образом, чтобы он глядел точно в центр изображения удалённой цели, которое видно в видоискатель 350D.
    - Сориентируйте фотокамеру по направлениям "север-юг" или "восток-запад".
    Наиболее лёгкий путь проверить ориентацию – это повращать монтировку в направлениях RA или DEC, и убедиться, что объект, видимый в видоискатель фотоаппарата, движется по направлениям, соответствующим выбранной ориентации Вашего фотоаппарата. Повращайте фотоаппарат, чтобы сориентировать его так точно, насколько это возможно.
    - Зафиксируйте фокусёр и убедитесь, что винты натяжения, которые удерживают MPCC в фокусёре, надёжно затянуты.

    2. Настройка и конфигурирование камеры-гида и телескопа-гида:

    - Вставьте вебкамеру в 2-х кратную линзу Барлоу, линзу Барлоу в 1-1/4" расширительную трубку, и расширительную трубку в фокусёр телескопа-гида.
    - Сфокусируйте вебкамеру! Точно сфокусировав вебкамеру днем, Вы избавите себя от колоссального количества проблем и расстройств ночью, когда Вам придётся определять, находится ли потенциальная звезда-гид действительно вне экрана вебкамеры, либо фокусировка настолько плоха, что даже будучи в поле зрения вебкамеры звезда не видна на экране.
    - Наведите искатель телескопа-гида на тот же объект, который находится в центре поля зрения вебкамеры. Следующий поиск звезды-гида будет, несомненно, проще с точно наведённым искателем.
    - Настройте телескоп-гид соосно Ньютону, регулируя винты на крепежных кольцах телескопа-гида. Не сделав этого, можно пропустить во время наблюдений потенциальную звезду-гид, или ее вовсе не найти, что очень реально без настроек Вашего телескопа-гида.
    Лучше всего начать с выравнивания "на глаз". Вы можете это делать, убедившись, что искатели обоих телескопов отцентрированы по одному и тому же удаленному объекту.

    3. Подсоедините провода и кабели:

    - Присоедините USB-кабель вебкамеры к компьютеру.
    - Присоедините серийный USB-кабель от камеры 350D к компьютеру.
    - Не стоит пытаться присоединить к 350D еще и кабель для длинных выдержек.
    Однако если у Вас есть родной тросик для ручного спуска затвора, присоединяйте его взамен вышеуказанного для получения Флэт Лайтов.
    - Присоедините кабель от последовательного порта компьютера к порту RJ-22 пульта управления монтировкой.

    4. Обеспечьте балансировку телескопов на монтировке:

    - Установите на телескоп, наведите и сфокусируйте вебкамеру и фотоаппарат в соответствии с рекомендациями пунктов 1 и 2 этого раздела.
    - Снимите (или установите) все пылезащитные крышки, которые не понадобятся (понадобятся) во время фотографирования. Вам надо, чтобы распределение веса во всей системе было таким же, каким будет, в конечном счете, во время фотосессии.
    - Разверните монтировку в направлении приблизительного положения наблюдаемого объекта.
    - Сбалансируйте телескоп в направлении DEC, с небольшим дисбалансом в направлении противоположном движению телескопа, которое возникает при нажатии клавиши "вверх" на пульте управления монтировкой.
    - Сбалансируйте телескоп в направлении RA, с небольшим дисбалансом на восток.
Здесь я поподробнее расскажу, почему я умышленно чуть-чуть дисбалансирую телескоп по RA и DEC. Монтировка CG-5 всегда сближается с целью в последовательном направлении, когда работает Go-To,
т.е. в порядке минимизации влияния мертвого хода. Для северного полушария такое направление точно такое же, как и направление движения монтировки, когда нажаты на пульте управления клавиши "вверх" и "вправо". Итак, я умышленно чуть-чуть дисбалансирую телескоп по DEC таким образом, чтобы этот дисбаланс действовал в противоположном направлении к действию кнопки "вверх". Так, например, если я фотографирую объект на западе небесного меридиана, то телескоп должен находиться на восточной стороне монтировки, и нажав на кнопку "вверх", заставим телескоп двигаться в южном направлении. Поэтому, я устанавливаю дополнительный вес с северной стороны монтировки по DEC так, чтобы нажатие клавиши "вверх" действовало в направлении, противоположном действию дополнительного веса. Аналогичные доводы применяем и по RA, только направления должны быть более очевидными. Как только монтировка начинает отслеживать движение звёзд в западном направлении, восточная сторона монтировки должна чуть-чуть перевешивать по RA так, чтобы зубчатая передача создавала натяжение в направлении противоположном действию дополнительного веса.

Выставление монтировки на полюс мира

В системе гидирования, которая позволяет наблюдателю не задумываться над смещением объекта наблюдения по RA и DEC, программное обеспечение само управляет монтировкой и по RA, и по DEC. Несмотря на это, некачественное выставление монтировки на полюс мира приводит к вращению поля зрения в добавление к смещениям по RA и DEC, и это-то вращение создаёт проблемы. В общем, вращение поля зрения становится сильнее, чем больше ошибка выставления монтировки на полюс мира и/или ближе объект наблюдений к полюсам (т.е. значение DEC для объекта наблюдений около +90°/-90°). К тому же, проблем добавляется больше, чем дальше от центра поля зрения фотоаппарата находится звезда-гид. Последнее высказывание объясняется тем, что поле зрения фотоаппарата вращается вокруг звезды-гида, и чем дальше звезда-гид от поля зрения фотоаппарата, тем больше поле зрения "соскользнёт с фотоаппарата" за время ночной фотосессии.

Итак, насколько точно должен быть выставлен полюс мира? Настолько хорошо, чтобы справиться с поставленной задачей. Конечно, это должно быть сделано с достаточной точностью, так, чтобы за время экспозиции одиночного кадра не было бы заметно вращение поля зрения фотоаппарата. И этого должно быть вполне достаточно, чтобы предотвратить вращение поля в течение ночи по направлению к точке, в которой имеет место очень небольшое пересечение между всеми полученными за ночь лайт фреймами.

В общем, мне подходит такая настройка на полюс мира методом дрейфа, при которой дрейф не будет заметен в течение 4-5 минут. Многие подумают, что это крайность, и вероятно будут правы. Я в тротуаре набурил углублений таким образом, чтобы можно было помещать ноги монтировки точном в таком же положении каждый раз, как я ее устанавливаю. В результате по ночам я совершенно не беспокоился по поводу настройки на полюс мира метода дрейфа. Конечно, сначала я делал "предельно точную" настройку методом дрейфа, перед тем, как однажды не набурил углублений. По ночам, когда я снимаю объекты около полюса (M81, например), или когда мне приходится ждать появление объекта наблюдений, я использую свободное время для оттачивания моих навыков по выставлению монтировки на полюс мира и соответственно сам метод дрейфа.

Метод дрейфа не такая ужасная процедура, как считают многие. Вы должны научиться делать это. Применяемая мною процедура подразумевает использование вебкамеры с программой Guidedog,
при помощи которой я вижу изображение звезды на экране моего компьютера.
Я включаю в Guidedog крутой "двойной крест визирных линий", который выполняет процедуру настройки очень четко, если звезда начинает дрейфовать. Чтобы использовать эту процедуру, Вы должны быть абсолютно уверенными в том, что вебкамера точно сориентирована по сторонам света север-юг и восток-запад. Будьте точны! Разверните монтировку по RA и DEC и убедитесь, что на экране лаптопа звезда следует за крестом визирных нитей; в противном случае, ориентация фотоаппарата неверна.
Также, Вы должны знать, где на экране лаптопа отображается направление на север...

Подготовлено по материалам проекта "Астрогалактика".

Ответить

Вернуться в «Секреты съёмки и обработки»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей