Автор: Алексей Кулачатов (Arch0n)
Увлечённые любители и профессионалы часто начинают обрабатывать фото с RAW. Но астрофото круче! Там обработка начинается ещё до того, как получится RAW. Дело в том, что в астрофото приходится работать с настолько экстремальными значениями сигнала, что нужно сначала откалибровать отснятый материал. Многие идеи борьбы с шумами, на самом деле, родились в астрофото, а уже потом инженеры перенесли их на обычные фотоаппараты.
Например, складывание нескольких снимков с целью уменьшения шумов. Метод, вправду, очень крутой, если его правильно применять. В астрофото он позволяет не только уменьшить шум, но и увеличить детализацию картинки. Только для такой эффективности нужно сделать до пятидесяти кадров, что часто недостижимо на бытовом уровне.
Другой пример использования астрономических методов обработки — это борьба с тепловыми токами матрицы. К сожалению, во всех фотоаппаратах этот пункт меню назван неправильно, и потому никто не замечает заявленного эффекта. Речь, конечно, про шумоподавление при длительных выдержках. По факту, этот пункт меню должен называться “вычитание кадра тепловых токов”. Эффект этого действия, правда, уже не так заметен, как раньше, когда у фотоаппаратов было по два мегапикселя, поэтому никто сейчас не тестирует перед покупкой фотоаппарат на битые пиксели. Их слишком много стало, да и RAW-конвертеры научились с ними бороться.
Но вернёмся к тому, как астрономы выжимают максимум из сигнала, снятого с матрицы.
Для этого рассмотрим сначала, из чего складывается этот сигнал.
Даже если просто снять сигнал с матрицы, которую даже не проэкспонировать, то он уже будет содержать значение. На бытовых фотоаппаратах кадр токов смещения можно получить, сделав кадр с закрытым объективом на минимальной выдержке.
Следующая составляющая — это кадр тепловых токов. Про него мы уже говорили. Его нужно получать тоже с закрытым объективом, но уже с той же выдержкой, с которой производилась съёмка.
Пример кадра тепловых токов (уровни подкручены для наглядности)
Ещё один вид шума, который накладывается на кадр, — это погрешность считывания сигнала с матрицы и погрешность аналого-цифрового преобразования. Это как раз самый сложный вид шума, с которым можно бороться только статистическими методами. Как раз то самое пресловутое сложение кадров. Как это работает?
Если мы складываем несколько кадров одного и того же неизменного сюжета, снятого со штатива, то полезный сигнал в каждом пикселе возрастает пропорционально количеству сложенных кадров. А шум — это величина случайная, пропорциональная квадратному корню из количества сложенных кадров. То есть, сложив 16 кадров при ISO400, мы получим кадр, снятый, будто на ISO100!
Это самое важное и, в тоже время, самое утомительное в астрофото. Я, например, чтобы получить качественное фото, пытаюсь получить 50 удачных кадров, что при выдержке 50-100 секунд выливается в приличное время. А ещё не все кадры получаются удачными. Да плюс время на установку телескопа, остывание оптики и т.д. Вот и получается, что за ночь можно сделать 1-2 астрофотографии.
Калибровочных кадров тоже нужно сделать несколько. Это нужно для их усреднения, чтобы случайные шумы не влияли на собственно свойства матрицы, которые мы хотим таким образом измерить. Я обычно делаю 5-20 кадров каждого вида (смещение, тепловые токи).
Теперь о практике самого фотографирования.
Поскольку Земля вращается, то если снимать с длинной выдержкой, все объекты получатся смазанными.
Известная формула, которая позволяет рассчитать максимальную выдержку, чтобы звезды не пошли штрихами: 500/Fэф (в старых книжках иногда пишут 600/F, но это было в плёночные времена, когда не было просмотра в 100% масштабе), где Fэф — это эффективное фокусное расстояние объектива. Чтобы это скомпенсировать, необходимо телескоп установить не на неподвижный штатив, а на специальную монтировку.
Монтировка — это «белая штука» на треноге, к которой крепится телескоп.
Если выставить ось вращения монтировки строго параллельно оси вращения Земли (да, это тоже нужно уметь), то можно фотографировать на достаточно длинных выдержках.
Ну и, собственно, как выглядит алгоритм получения снимка.
Наводим телескоп на объект, фокусируемся. Далее — запускаем серию съёмки. Касаться фотоаппарата, конечно, при этом нельзя. Любое касание вызывает сотрясение изображения. Поэтому одной из причин, почему я поменял свой NEX-7 на A6000, была возможность удалённого управления с компьютера. После получения нужного количества кадров изображения закрываем телескоп крышкой и снимаем кадр тепловых токов с тем же значениями выдержки и ISO. Далее, точно так же, с закрытым объективом и с тем же ISO делаем серию, но уже с минимальной выдержкой, получаем кадр токов смещения. Затем, хорошо бы, отснять материал для кадра плоского поля. Кадр плоского поля позволяет в автоматическом режиме убрать виньетирование, изображение пыли на матрице и даже выровнять некоторую неравномерность прозрачности цветных фильтров на матрице. Здесь уже нужно открыть крышку и, не меняя фокусировки объектива, сфотографировать равномерный фон.
Про обработку. Как я уже говорил, обработка начинается задолго до “лайтрума”. Для этого применяется специальный астрономический софт: Iris, DSS, MaximDL и другие. Общая последовательность из работы следующая: из каждого кадра вычитается усреднённый кадр токов смещения, затем, так же из каждого кадра, вычитается усреднённый кадр тепловых токов, затем каждый кадр делится (прямо арифметически каждый пиксель) на нормализованный кадр плоского поля.
Только после этого происходит дебайрезация — преобразование RAW-файла в изображение.
Затем кадры выравниваются друг относительно друга и складываются. Причём складывать можно не только простым сложением.
Далее устанавливаем баланс белого. Причём выглядит это несколько непривычно. И перегоняем всё в Photoshop.
А в «фотошопе» уже доводим уровни, кривые, и бах – результат!
А как же выглядел исходный кадр?
