Astrofotografia – stacking – jak robić nocne zdjęcia nieba bez szumów

Dzisiaj gościnny tekst napisany przez mojego przyjaciela – Kurruka – który opisuje swoje ostatnie przygody z astrofotografią. Jak sam napisał, jest to „mały gościnny artykuł na temat poprawiania jakości sygnału w stosunku do szumu dla nocnych zdjęć nieba”.

Otóż w przypadku chęci postrzelania sobie do nieba i złapania czy to gwiazd, konstelacji, gromad, czy wręcz słabszych obiektów jak mgławice oraz galaktyki potrzebne jest długie naświetlanie. Długie naświetlanie potrafi ukazać to co jest niewidoczne gołym okiem, jednakże do tego celu potrzebny jest montaż paralaktyczny przynajmniej z mechanizmem zegarowym w celu „śledzenia” fotografowanego obiektu i utrzymywania go „w miejscu” pomimo ciągłego obrotu ziemi.

astrofoto, fotografia nocna, nieba

Co jednak w przypadku gdy nie posiadamy takiego montażu, bądź brakuje nam samego mechanizmu? Otóż jakiś czas temu gdzieś głęboko w necie znalazłem materiał przedstawiający wykorzystanie aparatu oraz zwykłego statywu do złapania tych wszystkich ciekawych nocnych obiektów, włącznie ze wszystkimi 110 „Messierami”. Co ciekawe autorce udało się to uzyskać nie posiadając dostępu do czarnego nieba. Osiągnęła to z wygody balkonu własnego mieszkania na terenie jakiegoś większego miasta. Akurat to przechyliło szalę mojego zainteresowania i pchnęło do poczynionego ostatnio testu, którego wynikami dzielę się właśnie z Wami.

Idea przedstawiona przez autorkę nie jest nowa i wykorzystuje się ją również w świecie naukowym, nawet przy wykorzystaniu prowadzenia. W celu podbicia jasności obiektów i uwidocznienia tego co niedostrzegalne nakłada się na siebie wiele zdjęć tego samego obszaru nieba. Przy ewentualnym przesunięciu oraz obróceniu aby cały czas był w tym samym położeniu można zsumować, a następnie uśrednić kolor każdego punktu,. W takim wypadku nikłe gwiazdy czy mgławice będą bardziej widoczne.

Jest to idealne rozwiązanie dla osób ze statywem, gdyż aby gwiazdy nie zmieniły się w smugi wymagane są krótkie ekspozycje nieba. Dzięki temu gwiazdy zachowają swój „punktowy” wygląd. Problem polega na tym, że im krótszy ma być czas ekspozycji, tym droższego sprzętu trzeba użyć bądź wyższego ISO. Wyższa czułość oznacza większe szumy na matrycy, co może utrudnić odróżnienie losowego zaszumienia od samego obiektu. Oczywiście jeżeli obiekt nieznacznie rozrośnie się o piksel czy dwa z racji ruchu, to będzie to niewidoczne dla gołego oka oraz dla przeglądania zdjęcia, a umożliwi drobne wydłużenie ekspozycji.

Okazuje się również że to co pozwala na podbicie sygnału słabego obiektu poprzez uśrednianie jego barwy na przestrzeni iluś tam zdjęć, jednocześnie uśredni całe zdjęcie. Oznacza to zmniejszenie jasności losowego szumu w wynikowym obrazku, który będzie uśredniany z czarnym tłem.

Wygląda więc na to że możliwe staje się uwiecznianie nocnego nieba praktycznie z poziomu kanapy w salonie, bez wyjeżdżania w długie nocne podróże w poszukiwaniu odpowiedniego miejsca, jak i wydawaniu góry pieniędzy na mini-obserwatorium.

Zacznijmy jednak od samego początku, czyli co i jak trzeba zrobić w każdym z kroków aby osiągnąć zadowalające efekty…

Astrofoto, fotografia nieba, fotografia nocna

 1) Statyw

Jest to bardzo ważne narzędzie pracy i to nie tylko w celu fotografowania nocnego nieba. Jeżeli nie posiadasz takowego sprzętu to trzeba będzie wykorzystać coś stabilnego, jak krzesło, „bean bag”, poduszka – cokolwiek co umożliwi stabilne ustawienie aparatu i umożliwi kontrolowanie jego położenia. Jakieś dodatkowe obciążenie na sam aparat (czy podwieszone pod statyw) zwiększy stabilność i zminimalizuje wstrząsy tak niepożądane.

2) Czyste niebo

Jeżeli chcemy zrobić zdjęcia nocnego gwieździstego nieba, to raczej nie da się tego osiągnąć nawet z cienką pokrywą chmur. Trochę jasnego nieba, im wyżej ponad horyzontem tym lepiej, co sprowadza nas do kolejnego punktu.

3) Stellarium

W celu uwiecznienia konkretnych obiektów trzeba zaplanować kiedy będą dostępne na niebie oraz z której strony. Jeżeli Jowisz nas interesuje (teraz zimową porą jest dogodniejszy do obserwacji), to można się za to zabrać jeszcze przed północą. Problem w tym, że jest wtedy nisko nad horyzontem, więc będzie bardzo zanieczyszczony łuną znad miasta. Proste przewijanie czasu w aplikacji umożliwi określenie kiedy będzie w najwyższym położeniu względem horyzontu (lub widoczności balkonu) i ustawienie budzika na tą godzinę, bądź skupienie się nad innym obiektem do tego czasu.

4) Aparat/obiektyw

Pierwszym krokiem przy fotografowaniu jest określenie najlepszej ogniskowej do fotografowania celu. Przy zoomie odpowiednie ustawienie ogniskowej, przy wymiennej optyce wybranie odpowiedniego obiektywu.

Kolejnym krokiem jest ostrzenie, przy czym nie można polegać tutaj na automatyce i trzeba się w miarę możliwości przełączyć na tryb ręczny, przejechać do samej nieskończoności a następnie powoli wracać w kierunku zera aż do osiągnięcia ostrego obrazu. Zazwyczaj jest to kilka milimetrów, a chodzi o to, że większość nowszych obiektywów ostrzy poza nieskończoność.

5) Czas ekspozycji

Teoretycznie ten punkt powinien się zawrzeć w poprzednim, jednakże jest to o tyle duży problem, iż najlepiej go rozważyć osobno. W celu uzyskania jak najostrzejszego obrazu celu trzeba dostosować czas ekspozycji do posiadanego sprzętu. Ponieważ założenie jest statycznego aparatu, bez prowadzenia – trzeba uwzględnić ruch obrotowy ziemi. W związku z tym czas nie może być tak długi by gwiazda przesuwała się po punktach matrycy. W zależności od obranej ogniskowej oraz posiadanego aparatu istnieją różne maksymalne długości czasu, którym można naświetlać niebo bez „poruszenia”. Oczywiście dla obiektywów szerokokątnych jest to czas dłuższy, niż dla teleobiektywów, które skupiają się na szczegółach drobnego wycinka nieba.

Istnieją odpowiednie wzory na obliczenie maksymalnego czasu ekspozycji (przy zaokrąglaniu trzeba to robić w dół), jednakże lepiej poszukać jakiegoś kalkulatora, bądź tablicy. Przykładowo to: http://www.sceneplanner.com/tool3.php (jednak wg mnie czas tam wyznaczony trzeba podzielić na 3) lub reguły 1000, 600, 500, 400.

6) Ilość zdjęć (light frames)

Im większa ilość zdjęć tym lepszy współczynnik szumu do sygnału. Oczywiście istnieje pewna granica, po które to ilość zdjęć bardziej rośnie od zmiany sygnału, jednakże wciąż potwierdza pierwsze zdanie. Dla aplikacji, którą używam zaleca się 30 jako dobry kompromis. Można zrobić i nawet z kilku, więc nie jest to granica przez którą aplikacja się nie odpali, niemniej jednak jakość zdjęcia wzrośnie.

7) Czarne klatki (dark frames)

Czarne klatki powinno się robić w identycznej temperaturze oraz przy identycznych ustawieniach aparatu. Nawet położenie samego aparatu nie powinno się zmieniać. Klatki te robi się poprzez zasłonięcie obiektywu. Są różne szkoły w związku z ilością oraz kiedy je robić. Dla uproszczenia 1 klatka na początku lub końcu serii powinna wystarczyć (sugerowanych jest jednak 10-20). Zadaniem czarnej klatki jest ukazanie szumu matrycy, jak i martwych pikseli. Przy składaniu zdjęć są one odejmowane od samego zdjęcia aby zminimalizować zaszumienie. Teoretycznie samo uśrednianie powinno wyeliminować problem szumów przy dużej liczbie klatek, ale co pomoże to nie zaszkodzi. Wymagane jest to samo ISO, przesłona oraz temperatura otoczenia.

Gdzieś czytałem również o katalogowaniu czarnych klatek w celu uniknięcia robienia ich przy każdym fotografowaniu. Przed robieniem zdjęć nieba należy sprawdzić temperaturę, jeżeli nie mamy czarnych klatek z tej temperatury, to robimy je na koniec i zapisujemy temperaturę. Przy kolejnej sesji w identycznych warunkach odchodzi jeden krok.

8) Fałszywe klatki (bias/offset frames)

Przy swoich pierwszych zdjęciach o nich zapomniałem. Płaskie klatki robi się podobnie jak czarne z zasłonięciem obiektywu. Jednakże czas ekspozycji jest przestawiany na najszybszy. Zadaniem tego kroku jest usunięcie błędu odczytu z matrycy. Wg tego co czytałem temperatura nie ma tutaj wpływu, więc można zrobić raz i później wykorzystywać. To co jest ważne to czułość oraz przesłona,

9) Płaskie klatki (flat frames)

Sam tego kroku jeszcze nie robiłem. Bez ruszania aparatu ze statywu (czy teleskopu) i przełączenie w tryb priorytetu przesłony (A nikon, Av canon, ..). Następnie tworzy się jednorodnie oświetlony obiekt i robi zdjęcie (lub 10-20 sugerowane). Może to być półprzezroczysta folia, czy białą koszulka (tshirt w sensie) rozprostowana na końcu obiektywu, żeby nie było zmarszczek i oświetlona z pewnej odległości latarką, ew tablet z białym ekranem (darmowa aplikacja jako latarka dla starych telefonów bez latarki z tyłu). Zadaniem tego kroku jest usunięcie problemu z winietowaniem, czy niejednorodnym oświetleniu matrycy przez kurz, czy smugi na obiektywie lub samej matrycy.

10) DeepSkyStacker

Jest to darmowa aplikacja, której użyłem przy tworzeniu własnego zdjęcia nieba z usunięciem szumów. Na początku wybieramy wszystkie klatki ze zdjęciami nieba (white frames). Musimy je zaznaczyć czy to przez opcję „check all”, czy też wybierając pierwsze i klikając na ostatnim zdjęciu z wciśniętym shiftem, a następnie PPM i check. W kolejnym kroku wczytujemy pozostałe klatki, które już będą domyślnie zaznaczone. Ostatnim krokiem jest sprawdzenie ilości gwiazd i opcji przed uruchomieniem przetwarzania, które w zależności od ilości zdjęć i wydajności komputera mogą zająć od kilkunastu minut do kilku godzin. Po tym wszystkim może nieznacznie pomajstrować przy obrazku zwiększając kontrast, jednakże nie jest to narzędzie typowo graficzne do finalnej obróbki.

11) Lightroom, Photoshop, Gimp, etc.

Ostatnim krokiem przed wystawieniem zdjęcia na świat jest jego obróbka. W tym kroku trzeba popracować nad usunięciem szumów, zwiększeniem kontrastu oraz jasności obiektu, jak i wykadrowaniem zdjęcia. Jeżeli widoczna jest łuna znad miasta, to trzeba ją usunąć w aplikacji graficznej za pomocą funkcji uśredniania tła i odjęcia warstw (więc Lightroom odpada).

Fotografia, nocna, nieba, uśrednianie

Jest to w sumie wszystko co trzeba zrobić oraz AŻ tak dużo pracy nad tym, aby osiągnąć ładne zdjęcie nieba. Jednakże jeżeli chce się coś dobrego osiągnąć za pomocą zwykłego aparatu i statywu (lub jakiejś innej formy stabilnego podłoża), to trzeba się napracować.

Aby osiągnąć swoje zdjęcie wynikowe, wykorzystałem przykładowo następujące ustawienia…

Szeroki plan:
– ISO: 800
– ogniskowa: 18mm (crop 1,5)
– przesłona: f/8
– ekspozycja: 15″ (dla mojej ogniskowej, ale nie wiem czy 10″ nie było czystsze)
Krótki plan:
– ISO: 6400
– ogniskowa: 200mm (crop 1,5)
– przesłona: f/8
– ekspozycja: 5 (czyli 0,5s dla tej ogniskowej)
Usuwanie tła, astrofoto, fotografia nieba
Jak więc widać na załączonym obrazku, aby wykorzystać maksymalne zbliżenie obszaru nieba użyłem 200mm ogniskowej. W takim wypadku moim maksymalnym czasem powinno być pół sekundy. Jednakże aby to uzyskać przy tak małej przesłonie musiałem podbić czułość do bardzo dużej wartości. Dopiero wtedy uzyskiwałem zdjęcia które pokazywały jasne gwiazdy więc miały lepsze odcięcie od szumów.
Obiektyw, którego użyłem w tym doświadczeniu jest typowym przedstawicielem podstawowego sprzętu przeciętnego fotografa. Nie jest to więc bardzo szybkie szkło profesjonalne. Ostatnia uwaga dotyczy przesłony – otóż gdzieś czytałem, że nie powinno się używać największej dostępnej, tylko najlepiej o krok niższej. Jednak znalazła się też uwaga, że przykładowo mój obiektyw 35mm 1,8 powinien być ustawiony na co najmniej 4, gdyż nie jest stworzony z myślą o nocnych fotografiach.
Należy również zwrócić uwagę aby sam obiektyw posiadał przynajmniej jeden element asferyczny. W przeciwnym wypadku gwiazdy nie będą punktowe tylko jajowate lub w formie jakiegoś dziwnego leja. Wyczytałem to przy okazji droższego nikonowskiego obiektywu 50mm 1,4 oraz jakiegoś starszego 50mm 1,8D (wersji G to niby nie dotyczy).

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *