DSLR šum i raw konverzija (Capture NX-D)

Astrofotografije sa DSLR fotoaparatima uvijek treba snimiti u RAW formatu. Osim bilježenja najveće moguće količine podataka, jedino će se u raw formatu moći promijeniti neke postavke bez trajnog uništavanja podataka. Problem je što postoje mnogi raw konverteri – Adobe Camera Raw, Raw Therapee, DXO Optics, Photo Ninja…ima ih mnogo. Uzmemo li u obzir da astronomski programi poput Deep Sky Stackera i PixInsighta također mogu raditi raw konverziju, nagradno pitanje je – koji softver odabrati?

Iako je PixInsight definitivno vodeći softver za kalibraciju i obradu astrofotografija sa specijaliziranim astronomskim CCD kamerama, mislim da je za DSLR astrofotografiju bolje koristiti posebni raw konverter. Naime, Deep Sky Stacker i PixInsight tretiraju DSLR raw fileove poput CCD kamera, što je daleko od istine. Svaki DSLR raw file sadrži u sebi nekakvu “obradu” podataka, dakle podaci nisu linearni kao sa astro kamerama. Drugo, gubimo “moć” manipulacije podacima kao što su korekcije balansa bijele boje, vinjetiranja, distorzije, aberacije i to prije nego li je datoteka uopće konvertirana u univerzalno čitljivi format.

Moderni DSLR fotoaparati (osobno koristim Nikon D5100 koji se na tržištu pojavio 2011. godine) više nemaju amp glow problema kao (pra)stari digitalci i smanjuje se potreba za posebnim dark frameovima. Čak je možda i bolje da se ne koriste!

Zašto? Digitalni šum ovisi o temperaturi senzora – što je toplije, veći je šum. Čim dulje fotografirate, senzor se zagrijava, tijekom noće mijenja se temperatura ambijenta, itd. Da, možete koristiti bias, ali opet, na kojoj temperaturi, koja osjetljivost…? Hoće li korekcija imati smisla ili će samo stvoriti dodatne probleme? Moj savjet je da zaboravite na bias, dark i flat u potpunosti.

Najveći problem kod DSLR aparata za astrofotografiju je šum koji se pojavljuje u obliku šarenih “fleka” koje se obično javljaju uvijek na istom mjestu. To sam pokušao dočarati na ovom primjeru (obrađeno da bude jasnije):

Single frame vs. 6x dither stack
Single frame vs. 6x “dither” stack

Na jednoj fotografiji vide se “mrlje” gdje jedna vuče na crveno, druga na plavo, treća na zeleno… Rješenje je vidljivo na sljedećoj sličici animacije nakon kombiniranja samo 6 fotografija (što više to bolje!) u PixInsightu. Važno je da svaka sljedeća snimka bude pomaknuta za nekoliko desetaka piksela (eng.: dither) u odnosu na prethodnu! Posljedica je da će se mrlje izjednačiti i dobiti ćemo jednoličn(ij)u pozadinu.

To je odličan trik i za CCD astrofotografiju, no ostaje pitanje može li se nešto poboljšati prilikom konverzije iz raw u tiff za daljnju obradu? Budući da za (širokokutnu) astrofotografiju koristim Nikon DSLR, moj odabir konvertera definitivno je Nikonov Capture NX-D.

Ono što slijedi opis je postavki za Nikon Capture NX-D softver – koristite li neki drugi DSLR ili raw konverter, ipak pogledajte tekst i slike kako bi dobili predožbu o tome što je sve moguće napraviti prije konverzije iz raw formata!

Za primjer sam uzeo širkokutne snimke Oriona (Nikon D5100, ISO 1600, 2 min, barndoor). Postavke naravno ovise o tome kako su podešene u samom aparatu, no u NX-D softveru možemo neke stvari promijeniti. Za početak kliknite “Noise Reduction” i “Camera and Lens Corrections” kao na slici ispod.

Orion_default_postavkeStrelicom sam označio postavke na koje je potrebno obratiti pažnju, a na žalost njih nema u drugim raw konverterima – tamo ćete morati sami eksperimentirati sa postavkama smanjivanja šuma. Potrudite se kod ovog koraka i pokušajte pronaći balans između “peglanja” šuma i zadržavanja detalja (količine zvijezda, boje maglica…).

Defaultna postavka noise reductiona (na mom aparatu; pogledati najgornju strelicu na slici iznad) je “faster” sa vrijednosti “8”. Povećavanjem vrijednosti i šum se smanjuje, a odabirom opcije “better quality” znatno se smanjuje neravnomjernost (flekavost?) pozadine:

01_faster8-20-betterFantastična opcija Capture NX-D konvertera je mogućnost “astro noise reduction”. Kad se uključi, softver prepoznaje sve hot piksele i automatski ih briše, bez potrebe za dark frameom! Može se koristiti na svim verzijama noise reductiona, pa čak i kad je isključen! Slika ispod je 2x povećana kako bi se lakše uočili hot pikseli:

03_astroNajbolja opcija za redukciju šuma u NX-D je “better quality 2013” s kojom su sačuvane najsitnije zvijezde, a pozadina neba je i dalje jednolična. Na toj opciji je moguće posebno namjestiti luminance i color intenzitet smanjenja šuma. Default je 50, meni je izgledalo bolje na 30/30. Iako ovo vrijedi za NX-D, dobro je vidjeti kako razne postavke utječu na šum i sitne zvijezde na fotografiji:

04_better2013Eksperimentirajte sa postavkama i podesite ih po vlastitom nahođenju. Ako se radi samo jedna fotka, npr. noćno nebo sa pejsažem, osobno bih malo pojačao redukciju šuma. Nakon ovog “igranja” sa smanjenjem šuma bilo bi dobro izoštravanje na fotografiji staviti na minimum, odnosno vrijednost “0” ako će se fotografije kasnije stackirati u Deep Sky Stackeru ili PixInsightu. Na taj način će se dodatno smanjiti šum, a eventualno izoštravanje će biti kvalitetnije napraviti nakon stackiranja.

06_sharpenSvi objektivi na rubovima vidnog polja imaju optičke pogreške. Na ovim fotografijama objektiv je bio zatvoren na f/5.6, no ipak su zvijezde na rubovima malo izdužene, ali imaju i kromatske pogreške. Svjetlost različitih valnih duljina kao da ima malo različitu žarišnu duljinu pa je vidljivo da crvena boja “bježi”. Uz pomoć NX-D softvera problem se doslovno rješava uz jedan klik na opciju “Lateral Color Aberration”! Vrlo jednostavno, a efektno rješenje koje je nemoguće reproducirati u PixInsightu osim uz puno muke! Uz to, moguće je smanjiti i “klasičnu” kromatsku aberaciju “Axial Color Aberration”, odnosno činjenicu da različite valne duljine imaju žarište na različitim udaljenostima. Efekt nije jako izražen na f/5.6, ali na većim otvorima se više primjećuje, pa uključite i tu opciju.

07_korekcijeOsim ovih korekcija savjetujem da uključite i korekciju vinjetiranja. Na većim otvorima objektiva rubovi su znatno tamniji od sredine. Kada već postoji opcija u raw konverteru, iskoristite ju prije no što krenete u stackiranje i obradu. To je od velike važnosti ako imate samo jednu fotku astronomskog pejzaža koji se obično fotka na maksimalnom otvoru objektiva! Ove do sada navedene postavke mogu se namještati i u drugim raw konverterima, no čini mi se da NX-D to radi najbolje za Nikon fotoaparate i objektive – dovoljno je poklikati par kvačica i problem je riješen!

07_korekcije_postavkeSlijedi namještanje balansa bijele boje da bi nebo bilo neutralno. Ovo je dovoljno raditi “odokativno”, no ipak nije loše povećati histogram za malo bolju preciznost. U NX-D je dovoljno napraviti “undock” panela sa histogramom:

12_Orion_WB_undockTreba nastojati da se sve krivulje “poklope”. U ovom slučaju bilo je dovoljno namjestiti balans bijele boje, no ponekad ćete se možda morati igrati sa krivljuama.

13_Orion_WB_adjustBalans se može namjestiti i kasnije, ali ipak je to bolje napraviti prije konverzije kako bi se sačuvalo čim više podataka. Zbog toga je važno provjeriti da se nisu izgubili neki detalji u sjenama. NX-D ima jednostavnu opciju provjere – dovoljno je kliknuti desni gumb i označiti “Show Lost Shadows” ili stisnuti shift + S. U ovom slučaju se vide izgubljeni dijelovi na donjem rubu što je posljedica modifikacije fotoaparata. Tamo ionako nema informacije pa taj dio nije važan.

17_Orion_lost-shadowsBudući da fotografije ionako nisu više “linearne” kao na CCD kamerama, po želji se može malo namjestiti kontrast. To je najbolje napraviti na LCH (lightness, chroma, hue) panelu, naravno pazeći da se ne gube podaci. U ovom koraku sam također malo dodao saturacije (chroma).

15_Orion_LCHNa kraju treba sve promjene primjeniti i na ostale fotografije iz serije Za to je dovoljno u “adjustments” panelu odabrati “copy adjustments”, zatim odabrati ostale fotografije i na njima primjeniti “paste adjustments”:

20_Orion_copy-adjustmentsZa kraj jedna zanimljivost – za usporedbu sam napravio dvije konverzije – jedna sa uključenom redukcijom šuma (noise reduction; NR) u NX-D softveru, a jednu bez (ali i dalje uz korekcije aberacija i balansa bijelog). Svih šest fotografija je registrirano i stackirano najednak način u PixInsightu, s time da sam na stacku bez redukcije šuma koristio PixInsightov ACDNR algoritam za smanjenje šuma. Uz malo pažnje kod namještanja postavki moguće je dobiti rezultat koji je možda čak i bolji za smanjenje šuma od Nikonovog softvera! Naopomena je da se ovdje radi o samo šest fotografija – sa više njih bio bi bolji rezultat (manje šuma), a koristi li se samo jedna fotografija (npr. za astrofotografske pejzaže) mislim da je bolje koristiti radukciju šuma prije konverzije. Također još jednom naglašavam da je važno svaki sljedeći kadar pomaknuti za nekoliko desetaka piksela u odnosu na prethodni.

Orion_NR_usporedba

Izoštravanje astrofotografija (smart sharpening)

Prilikom snimanja astrofotografija mnoge svari utječu na konačnu oštrinu slike. Od fokusa koji mora biti savršen, do praćenja i atmosferskih turbulencija – svi ti efekti uzrokuju da konačna, kombinirana slika (od svih frameova i/ili snimki kroz svih filtera) bude mutnija nego što je moguće postići sa instrumentom kroz koji snimamo.

Najjednostavnije rješenje je su filteri “sharpen” i “unsharp mask” u Photoshopu i drugim programima za obradu astrofotografija, međutim oni često ne daju zadovoljavajuće rezultate. Kao što je moguće vidjeti na primjeru unsharp mask filtera, postoje različite mogućnosti izoštravanja slike. Unsharp mask je možda dovoljno dobar za normalne fotografije, ali na astrofotografijama često djeluje prilično destruktivno ako se ne koristi vrlo pažljivo.

Najbolji način izoštravanja je tzv. dekonvolucija, metoda koja se najčešće koristi u astrofotografiji. Profesionalni astronomi ju često koriste prilikom obrade astrofotografija, međutim oni prije obrade točno izmjere “neoštrinu” pojedinog instrumenta kako bi ju kasnije mogli eliminirati. Neoštrinu je najlakše izmjeriti na način da vidimo efekte koje neoštrina ostavlja na točkasti izvor svjetlosti – a to su upravo zvijezde. Zbog toga je dekonvolucija najefikasnija u astrofotografiji budući da na “običnim” fotografijama najčešće nemamo točkasti izvor.

Neki programi za astrofotografiju (npr. Iris) sadrže algoritme za dekonvoluciju. To nije uvijek jednostavan proces jer je potrebno odrediti parametre – bilo odokativno ili odabirom odgovarajuće zvijezde na snimci. No, vjerovali ili ne, postoji jedan popularan program za obradu fotografija koji također koristi algoritme za dekonvoluciju, iako ih naziva drugačije – “smart sharpen” u Photoshopu.

Koristeći smart sharpen također je potrebno malo eksperimentirati, ali rezultat je brzo vidljiv na preview prozoru i nije potrebno dugo čekati da bi se rezultat vidio, kao što je to slučaj u mnogim specijaliziranim programima za astrofotografiju. Jednostavno nakon konačne obrade vaše astrofotografije odaberite filter -> sharpen -> smart sharpen. U dijalogu koji se otvorio možete namjestiti jačinu izoštravanja (amount) i promjer “neoštrine” (radius). No prije toga svakako odaberite opciju “more accurate” i remove -> lens blur (umjesto unaprijed zadanog gaussian blur). Na mojem primjeru stavio sam amount na 200% i radius na 1 pixel. Ako su vam zvijezde zbog nekog razloga veće, probajte povećati radius.

Na ovaj način dobiti ćete detalje na objektima koje niste ni znali da ste snimili! Međutim, filter će izoštriti cijelu sliku što znači da će i šum iz pozadine biti izoštren i na taj način će cjelokupna kvalieta slike biti lošija. Srećom, ako kliknete na “advanced” dobiti ćete mogućnost kontrole izoštravanja tamnih i svijetlih dijelova snimke! U mom slučaju u opciji “shadow” namjestio sam fade amount na 20%, a ostale opcije ostavio nepromijenjene (tonal width = 50%, radius = 1 pixel). Eksperimentirajte sa postavkama dok ne dobijete lijepo izoštrene objekte, a nebo u pozadini ostane nepromijenjeno. Rezultat je stvarno fantastičan,, kao što možete vidjeti na donjoj slici koja je 100% crop originalne snimke. Snimljeno je Pentax 105 SDP APO refraktorom i SBIG STL-11000 CCD kamerom.

Smart sharpen se može upotrijebiti i na snimkama planeta. Ukoliko ga lukavo upotrijebite nekoliko puta uz različite radiuse i jačine, možete dobiti rezultat sličan ili čak bolji nego obradom u Registaxu. Dolje je primjer moje snimke Jupitera. Lijevo je stack u Registaxu bez obrade, a desno izoštravanje isključivo pomoću smart sharpen funkcije.

Ljepše zvijezde i balans boja u obradi astrofotografija

Prilikom obrade astrofotografija fotograf uglavnom nastoji iz rezultirajuće snimke (nakon kalibracije i stackiranja) izvući maksimum detalja iz tamnih dijelova. Takvom obradom često zapostavljamo izgled zvijezda koje tada izgledaju “prekurene” odnosno njihovi središnji dijelovi su potpuno zasićeni, bez ikakvih detalja i informacija o sjaju i boji. Naravno, za prikazivanje fotografija na webu ili izložbi to i nije tako bitno kao što je kod  npr. određivanja točnog sjaja zvijezde, no moje je mišljenje da u tome gubimo jednu čar astrofotografije – šarene i dobro definirane zvijezde uvijek su estetski privlačne gledatelju. Međutim, prilikom obrade teško je održati sjajne zvijezde pod kontrolom kako ne bi izgubile informacije u svojem središtu. Umjesto kreiranja maske kojom će se zaštititi centri sjajnih zvijezda od gubitka informacije moj prijedlog je da se korekcije naprave kasnije, nakon “deep sky” obrade.

Prvo je potrebno postići odgovarajući balans boja na fotografiji. Mnogi programi to pokušavaju napraviti automatski sa više ili manje uspjeha, ali ako ste dobro kalibrirali snimke (korekcije sa dark i flat frameovima) pozadina neba bi vam trebala biti neutralno crna ili siva. Pozadina NE SMIJE IMATI RGB VRIJEDNOST 0/0/0 !! Tako ćete izgubiti dragocjene informacije u tamnom dijelu snimke što je sve samo ne poželjno! Često je teško odrediti koji dio fotografije bi trebao biti “crni”. Pokušajte to napraviti u Photoshopu tako da odaberete opciju image -> adjustments -> threshold. Pomicanjem strelice sa lijeve strane na desno slika će postepeno sa potpuno bijele boje dobivati crne fleke gdje je pozadina najtamnija. Od trenutka kada vidite prve “crne” detalje pomaknite strelicu za još 10-20 piksela u lijevo kako ne bi došlo do gubitka informacije prilikom daljnje obrade. Na tu vrijednost potrebno je postaviti lijevi kraj levelsa svakog od RGB kanala (image -> adjustments -> levels).

DC_01_tresh

Obratite pažnju gdje se nalaze ti najtamniji dijelovi i na njih postavite “eyedropper tool” točku koja će vam u desnoj kućici “info” dati podatke o vrijednosti tog polja. Veličina uzorka (“sample size”) treba biti barem 5×5 piksela. U mojem primjeru stavio sam tri kontrolne točke – RGB vrijednost se vidi u kućici “info” na desnoj strani.

DC_02

RGB vrijednost tih najtamnijih dijelova potrebno je postaviti da bude približno jednakih vrijednosti. Ovisno o fotografiji, ta vrijednost će biti između 20 i 50. Ja sam u ovom primjeru to napravio vrlo uspješno, no često to neće biti tako. Zato je potrebno imati više kontrolnih (“sample”) točaka i iz njih pokušati zaključiti koja vrijednost je odgovarajuća.

Pogledajte sada na desnoj strani histogram – iako je crna točka namještena na neutralnu boju evidentno je da je pozadina precrvena. To se vidi po tome što je crveni histogram “deblji” od zelenog i plavog. U situaciji kada imate crvene maglice (poput maglice Sjeverna Amerika) to je možda moguće tolerirati, ali ovdje gdje se nalaze samo zvijezde želimo dobiti neutralni balans boja. Pomoću opcije image -> adjustments -> curves pod “options” odabrati opciju koja će izjednačiti vrijednosti histograma. U mom slučaju to je bio odabir “Enhance per Channel Contrast” kao što se vidi na slici. Dobro pazite da “clipping” crnog dijela ne bi pojeo detalje koje ste u prethodnom dijelu pažljivo namjestili!

DC_03_levels

Nakon toga treba krenuti na dodatno namještanje boja. Ova metoda dobro će doći svima kojima je pozadina neba “šumovita”. Ako je puno šuma probajte ovaj korak napraviti prvi! Duplicirajte layer (layer -> duplicate layer) i nakon toga dabirom opcije filter -> noise -> dust&scratches treba pokušati eliminirati šum pozadine i tamnije zvijezde. Pokušajte sa vrijednostima radiusa od 2 ili 3 piksela. Međutim, rezultirajuće zvijezde su nekako nepravilne. “Zaokružite” ih upotrebom filtera “gaussian blur” manje vrijednosti (1-2 piksela). Sada duplicirajte taj layer i na njemu još jednom napravite isti gaussian blur – taj layer će se kasnije koristiti za povećanje saturacije boja.

Isti taj najgornji layer selektirajte (edit -> select all) i kopirajte (edit ->copy). Kliknite na “oko” koje se nalazi lijevo od tog layera tako da ne bude vidljiv – koristiti ćete ga kasnije. Klinite na srednji layer i odaberite layer -> layer mask -> reveal all. Desno od tog layera će se pojaviti bijela kućica koja predstavlja masku layera. Tu masku ćemo koristiti kako bi “popunili” sredine sjajnih zvijezda u kojima na početku nije bilo informacija sa bojom koju smo dobili “zamućivanjem” drugog (sada središnjeg) layera. Držite tipku “alt” i kliknite na bijelu masku tog layera i zatim naredite edit -> paste (iliti kombinaciju tipki ctrl+V za napredne 😉 ).

Oprostiti ćete mi ako ovaj opis djeluje zamorno, ali bitno je da shvatite o čemu se radi. Princip je zapravo vrlo jednostavan i jednom kada ga shvatite koristiti ćete ga redovno! Slična metoda je opisana u elektronskoj knjizi Jerrya Lodrigussa, no on ju koristi u nekim drugim slučajevima. Korištenje maske je vrlo moćan alat za astrofotografe, pa i obične fotografe u mnogim situacijama.

Sada ćete vidjeti crno bijelu mutnu sliku – točnije, gornji mutni layer koji ste kopirali u prethodnom koraku. Maska djeluje na način da BIJELI dijelovi PROPUŠTAJU obradu i efekte na layer na kojem se maska nalazi, a CRNI ih BLOKIRAJU. Ja sam namjestio “curves” tako da pozadina neba bude potpuno crna (lijevu točku na krivulji sam povukao malo udesno – vidi sliku), a tek najsjajnije zvijezde su potpuno bijele. Maska je mutna (gaussian blur se može napraviti i kasnije na samoj maski, u ovom primjeru je to napravljeno unaprijed) kako se na rezultatu ne bi vidio oštri prijelaz između obrađenog i neobrađenog dijela snimke, ali i da se lakše može manipulirati obradom (curves) maske.

DC_04_mask

Kliknite natrag na središnji layer (pazite da gornji layer bude isključen, tj. da mu se ne vidi “oko”!) i primjetite razliku – sredine sjajnih zvijezda koje su do sada bile “spaljene”, tj. potpuno bijele bez detalja poprimile su boju od središnjeg zamućenog layera! Klikom na “oko” središnjeg layera vidjeti ćete razliku. Ukoliko vam se efekt čini prejak, namjestite “opacity” srednjeg layera na manju vrijednost. Ja sam u ovom slučaju stavio opacity na 50%. Efekt je moguće pojačati različitim vriejdnostima gaussian blura i obradom maske. Efekt možda djeluje suptilno, ali meni je dovoljno da su rubovi zvijeda bar malo manje oštri. Izgledaju puno ljepše kada se gledaju na 100% veličini slike na ekranu ili kada se približite uvećanoj razvijenoj fotografiji na fotopapiru.

Za kraj uključite gornji layer i namjestite mu blending na saturation. Zatim opcijom image -> adjustments -> saturation povećajte zasićenost boja (+30 je obično dovoljno). Bitno je da taj layer također bude “mutan” (gaussian blur) kako se ne bi znatnije pojačavala saturacija pozadine neba i šuma koji se tamo nalazi. Naravno, i u ovom layeru možete koristiti masku i pojačati zasićenost boja samo sjajnim zvijezdama!

Dolje je moj rezultat na snimki Double Clustera. Pozadina neba je neutralna, zvijezde definirane, saturirane, ugodnih rubova bez oštrih prijelaza. S lijeve strane je cijela, umanjena fotografija (malo croppana u odnosu na original), a desno je detalj jednog od skupova u originalnoj (100%) veličini.

DC_usporedba

Ukoliko imate pitanja ili prijedloga, slobodno ostavite komentar!

Komet Holmes – struktura

Snimke kometa su često lijepe za vidjeti, ali s druge strane ne govore puno o samoj strukturi komete, odnosno mlazovima materijala koji odlaze sa površine i formiraju komu i rep. Da bi se otkrila struktura mlazova unutar kome, koristi se “rotational gradient” filter (Larson-Sekanina filter je jedna njegova verzija). Program Iris je jedini besplatni program koji ima mogućnost upotrebe rotational gradient filtera. Iako program nije baš intuitivan, ovaj filter je lako koristiti i s njime eksperimentirati. Na stranicama postoji tutorial za obradu snimki kometa, a ovdje ću opisati postupak koji sam ja koristio.

Snimku kometa sam stackirao i obradio u DeepSkyStackeru. Zatim, snimku sam croppao oko komete jer ostali dio fotografije i onako nije bitan. Croppana fotografija se učita u Irisu. Budući da je Iris malo “poseban” potrebno je namjestiti “treshold” prozor da se jasno vidi jezgra komete Taj prozor je vidljiv odmah nakon startanja programa i učitavanja snimke. Da bi se točno odredila jezgra komete, potrebno je pročitati vrijednosti u prozoru ”output” – meni ”analysis” -> “display data”. Kada se klikne na dio za koji se smatra da je jezgra dobiju se podaci o x i y koordinatama te intenzitetu (sjaj). Potrebno je pronaći točku gdje je taj intenzitet najveći – na tom jestu se najvjerojatnije nalazi jezgra.

U meniju “processing” na dnu se nalazi opcija “rotational gradient” gdje je potrebno upisati koordinate središta i kut rotacije. Sa kutom rotacije se treba poigrati dok ne dobijemo smisleni rezultat. U mom slučaju to je bio kut od 22 stupnja.

Rotational gradient u Irisu

Na mojoj snimci nema baš previše detalja, no ipak se vidi par mlazova, a do izražaja je došao vanjski omotač koji je s lijeve strane zgusnutiji, a desno u smjeru erupcije difuzniji. Kvalitetnije snimke bi možda pokazale i strukturu unutar najsjajnijeg dijela komete koja se ovdje tek nazire.