Kalibreringsfiler til astrofoto – komplet guide
Når man fotograferer nattehimlen, registrerer kameraets sensor ikke kun lyset fra stjerner, galakser og tåger. Billederne indeholder også uønsket signal, støj og optiske ujævnheder, som stammer fra kameraets sensor, elektronik og optik.
For at få det bedst mulige resultat skal de originale billedefiler derfor ofte kalibreres ved hjælp af forskellige typer kalibreringsfiler og korrektioner:
Darks, Flats, Bias og Bad Pixel Map. Hver type har sin egen funktion og korrigerer en bestemt del af de fejl, der kan være skjult i RAW-billederne.
Disse kalibreringsfiler kommer vi tætter ind på i de følgende afsnit: Hvad deres funktion er – og hvordan de laves.
Betegnelser på kalibreringsfiler til astrofoto
Lights:
indeholder selve astrofotografiet – altså det lys og de detaljer, vi ønsker at bevare.
Flats:
Korrigerer optiske ujævnheder som vignettering, støvpletter og forskelle i sensorens lysfølsomhed.
Bias:
Registrerer kameraets elektroniske offset og bruges blandt andet ved kalibrering af Flats og i bestemte kalibrerings-workflows.
Darks:
Bruges primært til at korrigere sensorens mørkestrøm (Dark current), hot pixels og andre temperatur- og eksponeringsafhængige fejl.
Bad Pixel Map / Defect Map:
Er et kort over sensorens defekte eller unormalt reagerende pixels. Det kan blandt andet identificere varme, kolde og døde pixels og gør det muligt for software som “Astro Pixel Processor” at korrigere disse pixels uden blot at trække et bestemt signal fra hele billedet.
“Pixinsight” – som også er populær software til astrofotografering – benytter samme princip, hvor det kaldes et “Defect Map”.
Når disse data kombineres korrekt i et program som Astro Pixel Processor, kan en stor del af kameraets og optikkens “fingeraftryk” fjernes, så det færdige billede i højere grad repræsenterer det faktiske lys fra nattehimlen.
Denne guide gennemgår de forskellige filtyper og korrektioner, hvordan de optages, hvad de korrigerer, hvordan de arbejder sammen, og hvordan man opbygger et effektivt kalibrerings-workflow til astrofotografering.
Hvorfor stacker vi vores astrobilleder?
Astrofotografering er en genre, hvor man arbejder med ekstremt svage signaler og ofte meget svage eller usynlige farver og detaljer fra universet.
Det er en temmelig langsommelig proces at eksponere billeder fra universet – derfor benyttes en teknik der kaldes “Stacking”.
Flere på hinanden følgende eksponeringer af samme motiv “Stables” – eller – “Stackes” i dedikerede software til behandling af astro billeder.
Jo flere eksponeringer vi stacker, desto bedre kan det tilfældige støjsignal reduceres, mens det ønskede signal fra motivet bevares.
Det er ikke unormalt at indsamle eksponeringer over 20 minutter, flere timer eller – ved visse deep-sky-projekter – over flere nætter.
Det er en nørdet og perfektionistisk fotografisk genre, der kræver usædvanlig tålmodighed – og held med kvaliteten af nattehimlen.
Derfor bruger vi kalibreringsfiler
Med mange minutter- og måske timers optagelser på kameraet – vil hvert motiv indeholde støj og defekter fra kamerasensor og optik.
Derfor er det utrolig vigtigt, at vi laver kalibreringsfiler, der skal bruges særskilt til hvert enkelt fotosession – som sikrer at vores færdig motiver – og iøvrigt at alle vores anstrengelser under åben aften/nattehimmel – tilføjer forbedring af det færdige motiv.
Note:
- Elektronisk støj er tilfældig i forhold til sensor temperatur – jo varmere temperatur udendørs jo flere “hotpixel” og støj – jo koldere jo mindre støj.
- “Døde pixel” (små sorte prikker) er statiske og kan betyder små fejl på sensoren. Disse korrigeres også ved brug af kalibreringsfiler.
Et eksempel uden- og med kalibreringsfiler
Eksempel: Mælkevejen med og uden kalibreringsfiler
Mælkevejen fotograferet fra den sydlige del af det Ægæsiske hav i Grækenland – med et Astromodificeret Canon EOS R og Sigma 28mm f1.4 – DG HSM ART objektiv.
Billederne er eksponeret ved 25° Celcius – og indeholder derved en del elektronisk støj, som fordelagtigt kan udjævnes med kalibreringsfiler.
- Billedet til venstre:
24 eksponeringer fra Star-Tracker – “Stacket” i Astro Pixel Processor – UDEN kalibreringsfiler.
Billedet har sorte hjørner og yderkanter – kaldet “Vignetting” fra objektivet. Der er “varme pixels” / billedstøj og generel dårlig dynamik i billedefeltet.
- Billedet til Højre:
Nøjagtig samme motiv af Mælkevejen med 24 eksponeringer. “Stacket” i Astro Pixel Processor – MED kalibreringsfiler.
30 Flat-filer – 50 Dark-filer – 50 Bias-filer samt et Bad Pixel Map, som Astro Pixel Processor har genereret og benyttet i kalibreringsprocessen.
“Vignetting” (ydre sorte kanter) er væk – billedefeltet er korrigeret – Varm/kolde og døde pixels, samt andre optiske/sensormæssige defekter er korrigeret.
Små vigtige detaljer til kvalitetsmæssig forbedring
Det kan rimeligvis være svært at se kalibreringens betydning, hvis du ser siden på din Smartphone.
Muligvis bedre på stor skærm – så jeg har lavet et 200% zoom/beskæring, så det forhåbenligt giver et bedre indtryk af kalibreringsfilernes vigtighed…..
- Billedet til venstre:
200% zoom af tidligere viste billede (24 stackede eksponeringer) af Mælkevejen UDEN kalibreringsfiler.
“Varme Pixels” optræder som røde/blå/grønne pletter -anden billedestøj såsom horisontale/vertikale streger – også kaldet: “Noise Banding” fra kameraets sensor.
- Billedet til højre:
200% zoom/forstørrelse af de stackede eksponeringer – MED kalibreringsfilerne: FLATS + BIAS + DARKS + BadPixelMap
Optikkens præstation ved astrofotografering
Nogle astrofotografer bruger klassiske objektiver til systemkamera – typisk i 14-20-24-35-50-85-135 mm.
Andre bruger teleskoper med langt større brændvidder (milimeter) til at fotografere “deepsky” objekter.
Fælles for begge er brugen af Flats til korrigering af billedfeltet for vignettering og støvpartikler.
Nedenstående har jeg vedhæftet 2 eksempler med “Vignettering” på mine objektiver.
“Reglen” er: Jo mindre brændvidde (objektivets mm) – jo større bliver “Vignettering” – DOG kan dette kompenseres ved at regulere på objektivets blænde.
- Fordele ved laveste blændtal på objektivet:
Mere lys rammer sensoren på kameraet – og der kan eksponeres hurtigere
- Ulemper ved laveste blændtal på objektivet:
Stjerner deformeres i hjørnerne – mere “vignettering” (Sort kant) i ydre område på billedet.
- Fordele ved højere blændtal på objektivet:
Stjerner bliver pæne og runde helt til kant af billedefeltet – “Vignettering” (sorte yderkanter) formindskes eller forsvinder helt.
- Ulemper ved højere blændtal på objektivet:
Meget længere eksponeringstid af det i forvejen svage lys og farver i universet
Kan du se dilemmaet ?
Vi vil både eksponere hurtigt – med flotte stjerner – og samtidigt opnå så god en kvalitet på vores “Lights” (eksponeringer) som muligt…..
Vi er derfor nødt til at finde et kompromis mellem hurtig eksponering – og bedst mulige billedfelt.
Vi kan optimalt sikre:
- Flotteste stjerner
- Mindst mulig “vignettering”
- Bruge “FLATS” til at korrigere / kalibrere vores “LIGHTS”
Sigma 14mm f/1.8 DG HSM (Art) har utvivlsomt været ét af astrofotografernes foretrukne “To-Go” objektiver til Mælkevejsfotografering.
Med brug af dette (iøvrigt) skarpe- og den optiske kvalitet, så følger der en del “vignettering” med, når objektivet benyttes helt åbent på blænde f/1.8
Jeg har “stacket” 30 eksponeringer for hvert blændtrin, for at se hvorledes den færdige kalibreringsfil (MasterFLAT) ville se ud.
Min personlige vurdering:
Til fotografering af Mælkevejen, ville jeg under dårlige himmelforhold (lave detaljer i mælkevejen) vælge blænde f/2.8 – da stjernerne er pæne helt ud til kanten af motivet
Ved helt mørke himmelforhold, hvor mælkevejen fremstår tydeligere uden for meget lysforurening, ville jeg vælge blænde f/4……og hvorfor det ??
Fordi Stjernerne i billedfeltet er optimale – “Vignettering” er minimal – lysforhold i mælkevejen tillader stadigvæk at jeg kan eksponere hurtigt – OG – da jeg bruge “FLATS” til kalibrering, så ender jeg med et knivskarpt og velkorrigeret astrofoto.
Sigma 28mm f/1.4 DG HSM (Art) er personligt ét af mine foretrukne objektiver til Mælkevejsfoto.
Det er skarpt – lynhurtigt – og har en rigtig god optisk præstation.
Som ovenstående eksempel med Sigma 14mm, har jeg også “stacket” 30 eksponeringer på hvert blændtrin, for at lave en “MasterFLAT”.
Optimalt vil jeg benytte blænde f/2.8 – men ikke være bekymret for at vælge en blænde f/2 – hvis jeg får stillet ordentligt skarpt på objektivet.
I toppen af siden viste jeg dig mit billede; Uden-og med kalibreringsfiler af Mælkevejen.
Dette billede er taget med blænde f/2 på Sigma 28mm……
Hvordan ser kalibreringsfilerne ud ?
Til at kalibrere / korrigere alle mine “Lights” af Mælkevejen fra det Ægæiske hav i Grækenland, har jeg benyttet
- 30 Flats
- 50 Bias
- 50 Darks
“Astro Pixel Processor” har behandlet disse kalibreringsfiler – og fremstillet de “Masters” som skal bruges til at kalibrere “Lights”.
Master Flats og Master Bias
Eksempel på kalibreringsfiler til astrofotografi med Flat frames og Bias frames. Flat-filer bruges til at registrere og korrigere ujævn lysfordeling, vignettering og støvpletter fra optikken og sensoren, mens Bias-filer registrerer kameraets elektroniske offset. Sammen med Darks og et Bad Pixel Map indgår disse kalibreringsdata i et komplet kalibreringsworkflow, der reducerer kameraets og optikkens fejl i de originale Light-filer.
Bemærk MasterBIAS: Varme pixels (grønne/røde/blå plamager og prikker) samt Horisontale/Vertikale linier (“Banding”)
Master Darks og Bad Pixel Map
Eksempel på kalibreringsfiler til astrofotografi med Dark frames og et Bad Pixel Map. Dark-filer bruges til at registrere og korrigere sensorens mørkestrøm (Dark Current) hot pixels og andre eksponerings- og temperaturafhængige sensorfejl. Bad Pixel Map identificerer pixels, der reagerer unormalt, herunder hot, cold og døde pixels, så de kan korrigeres under behandlingen af Light-filerne. Sammen med Flats og Bias indgår Darks og Bad Pixel Map i et komplet kalibreringsworkflow til astrofotografi.
Giver det mening med kalibreringsfiler ?
Der er naturligvis en del arbejde i, at indsamle flere data til det færdige motiv. Det er en del af processen……
Der er ingen smutveje, når man bevæger sig ned ad de snørklede veje til resultater inden for astrofotografering.
Astrofotografering er perfektion – intet mindre.
Jo bedre data (Lights) man får indsamlet – jo bedre bliver resultatet med brug af kalibreringsfiler med den rigtige software til at processere data.
Jeg har brugt kalibreringsfiler meget længe til mine astrofotos – dette både fra deepsky sessioner med teleskop – og med små videvinkel objektiver.
Hvor mange kalibreringsfiler skal bruges ?
Der findes ikke ét fast antal kalibreringsfiler, som passer til alle kameraer og workflows. Flere kalibreringsframes giver normalt et renere grundlag for at fremstille Master Flats, Master Darks og Master Bias, fordi den tilfældige støj i selve kalibreringsfilerne reduceres ved integration.
Som praktisk udgangspunkt bruger jeg selv:
- 30-50 Flats
- 30-50 Bias
- 30-50 Darks
Det vigtigste er ikke at ramme et bestemt antal, men at kalibreringsfilerne passer korrekt til de Lights, de skal bruges til.
Sådan laver du kalibreringsfiler til astrofoto
Det vigtigste udgangspunkt er at bruge:
Samme kamera og objektiv
- Samme optiske opsætning – herunder filter, hvis det anvendes
- Samme fokus
- Samme ISO/gain og relevante kameraindstillinger
Nogle kalibreringfiler kræver samme temperatur og eksponeringstid som LIGHTS (dette fremgår af nedenstående retningslinier).
Flats:
- Brug samme indstillinger på dit kamera og objektiv – som da du lavede dine LIGHTS af nattehimlen
- Dit kamera skal stå i “M” (Manuel mode)
- Sæt kameraet til “Burst” (Kontinuerlig optagelse)
- Du skal bruge et Flat-field panel (Se evt. udvalget hos Teleskop-express)
- Trådudløser eller intervalometer til at tage det samme antal FLATS – som dine LIGHTS af nattehimlen
- Fjern modlysblænde og objektivdæksel, og placér kameraet stabilt mod eller foran Flat-field-panelet, så hele billedfeltet belyses ensartet.
- Justér eksponeringstiden, så Flat-filen får en passende lysstyrke uden overeksponerede områder. Følg eventuelt den anbefalede ADU-/histogramværdi for dit kamera og dit software-workflow.
VIGTIGT ved FLATS kalibreringsfiler:
- Samme fokus på objektivet (er der brugt astrofiltre eller andet i den optiske linie til optagelse af LIGHTS – så skal det med på FLATS-filerne)
- Samme ISO – Samme Blænde – samme Fokus
- FLATS filer er IKKE temperatur-afhængige. De kan sagtens laves på andet tidspunkt – men AL udstyret skal være som samme aften du lavede dine LIGHTS på himlen.
- Optage samme antal FLATS – eller 10-20 stykker mere – i forhold til antallet af LIGHTS fra nattehimlen.
- Pas på unødvendigt indfaldslys ! Optag gerne dine FLATS med slukket lys indedøre – så eneste lyskilde er Flat-Field panelet.
Darks:
- Darks-kalibreringsfiler skal tages umiddelbart efter du har taget dine LIGHTS – Omgivelser og sensor skal være samme temperatur som LIGHTS
- Brug samme indstilinger på dit kamera og objektiv – som da du lavede dine LIGHTS af nattehimlen
- Montér objektiv-dæksel – og kræng gerne en sort hue over dækslet. INTET lys må trænge ind på sensoren !
- Trådudløser eller intervalometer til at tage dobbelt antal DARKS – som dine LIGHTS af nattehimlen.
- Tildæk gerne dit okular med sort tape (specielt DSLR kamera)
VIGTIGT ved DARKS kalibreringsfiler:
- DARKS er temperaturafhængige ! Darks bør optages ved samme eller så tæt på samme sensortemperatur som muligt som Lights.
- Samme kamera – samme objektiv – samme ISO – samme blænde på objektiv – samme eksponeringstid
- DARKS er DARKS……. det vil sige: INTET lys må trænge ind på sensorende mens kalibreringsfilerne laves.
- Lav det dobbelte antal DARKS i forhold til antallet af LIGHTS
Bias:
- Bias-filer optages med kameraets kortest mulige eksponeringstid og med objektiv/teleskop helt tildækket, så intet lys rammer sensoren. ISO/gain skal passe til det workflow, hvor Bias-filerne skal anvendes.
- Eksponeringstiden skal via “M” (Manuel Mode) sættes til hurtigst mulige lukketid på kameraet ( 1/8000 – 1/4000 sek)
- Brug fortsat trådudløser/intervalometer – og lav det dobbelte antal BIAS i forhold til antallet af LIGHTS
BIAS-kalibreringsfiler er de hurtigste og nemmeste at lave !
Note om kalibreringsfiler:
- FLATS – DARKS – BIAS kalibreringsfiler er øremærket til dine LIGHTS eksponeringer af nattehimlen – hvis du bruger DSLR (Spejlrefleks) eller MILC (spejlløst kamera)
- For et dedikeret kølet astro-kamera kan Dark/Bias-biblioteker ofte genbruges, hvis kameraets relevante forhold er de samme. Flats er derimod knyttet til den konkrete optiske opsætning. APP beskriver eksempelvis, at et Bad Pixel Map kan genbruges over længere tid, mens kalibreringsframes skal matche det relevante workflow.
- Gem dine kalibreringsfiler sammen med dine LIGHTS.
- Mit praktiske udgangspunkt er: Ny aften = nyt projekt = nye kalibreringsfiler.
Kalibreringsworkflow – fra RAW til færdigt astrofoto
1. Lights
De egentlige astrofotos.
↓
2. Flats
Korrigerer vignettering, støv og ujævn belysning.
↓
3. Darks / Flat Darks
Korrigerer relevante temperatur- og eksponeringsafhængige signaler.
↓
4. Bias
Registrerer kameraets elektroniske offset, når dette bruges i dit workflow.
↓
5. Bad Pixel Map
Finder og korrigerer defekte pixels.
↓
6. Master Calibration Files
Software integrerer de enkelte kalibreringsframes.
↓
7. Calibration af Lights
Kalibreringsdata anvendes på dine Light-filer.
↓
8. Stacking
De kalibrerede Lights integreres til det færdige grundbillede.
Hvilken astrosoftware bruger kalibreringsfiler?
APP – Astro Pixel Processor (Licens og leje)
PixInsight (Livstidslicens)
DSS – DeepSkyStacker (Gratis)
Siril – Open Source (Gratis eller donation)