مبانی عکاسی نجومی با دوربین‌های CCD یا DSLR

زمان مورد نیاز برای مطالعه: 1 دقیقه

مترجم: مزدک مطهری

برای این‌که بیشترین بهره را از دوربین عکاسی DSLR یا CCD خود ببرید این مقاله را بخوانید. اساس پردازش تصویر در دوربین‌های CCD و DSLR یکی است. یعنی مرحله ثبت تصویر SIGNAL، سپس CALIBRATION و در نهایت STRETCH کردن یا بسط شدت نورانیت.

تمام عکاسی نجومی بحث سیگنال است و این‌که هرچه سیگنال بیشتری جمع‌آوری شود عکس بهتر به نظر می‌آید. امروزه عکاسی نجومی با ترکیب تعداد زیادی عکس با نوردهی کم‌تر و تولید عکسی با نوردهی بیشتر اتفاق می‌افتد. در این روش سیگنال‌های ضعیفی که از جرم آسمانی به ما می‌رسند با هم جمع می‌شوند ولی نویز این تصاویر با ترکیب کاهش می‌یابند. به تصاویری که با دوربین از جرم آسمانی گرفته می‌شود و هنوز هیچ پردازشی روی آن‌ها انجام نشده گاهی واژه‌ی SIGNAL نیز اطلاق می‌شود. گرفتن تصاویر SIGNAL باکیفیت کار آسانی نیست. در واقع گرفتن تصاویری با ستارگان واضح و نقطه‌ای احتیاج به تمرین و مهارت دارد. چه با دوربین‌های CCD پیشرفته کار کنید و چه با دوربین‌های عکاسی DSLR احتیاج است که تصاویرتان را کالیبره وترکیب کنید.

علاوه بر گرفتن تصاویر SIGNAL احتیاج است که تصاویری برای کالیبره کردن تصویرSIGNAL گرفته شود. این تصاویر شامل DARK-FRAME ، FLAT-FRAME و BIAS–FRAMEاست. حالا بیایید نگاهی کنیم به این‌که این تصاویر چه هستند و چگونه تهیه می‌شوند.
اجرام اعماق آسمان به علت فاصله‌ی بسیار زیادی که از ما دارند بسیار کم نور دیده می‌شوند و بنابراین برای عکاسی از آن‌ها به زمان نوردهی زیادی احتیاج است. در طول چنین نوردهی‌های طولانی مدتی دانه‌های سفید یا رنگی‌ای در تصویر دیده خواهند شد که به این نوع پدیده نویزحرارتی می‌گویند. خوشبختانه مکان این نویزها همیشه ثابت است و می توان آن‌ها را به کمک تصویر DRAK FRAME از تصویر اصلی حذف کرد. برای تهیه‌ی DRAK- FRAME باید تصاویری با همان زمان نوردهی و همان شرایط تصویر اصلی بگیرید منتهی بدون این‌که نوری وارد دوربین شود. در واقع فقط نویز را ثبت می‌کنید و تصویری ثبت نمی‌شود. حالا با تهیه‌ی چندین DARK- FRAME و ترکیب کردن آن‌ها با یکدیگر می‌توان یک DARK- FRAME اصلی ساخت و سپس با کم کردن این تصویر از تک‌تک تصاویر اصلی SIGNAL نویز حرارتی از این تصاویر بسیار کم می‌شود. نکته‌ی مهم در تهیه‌ی تصاویرDRAK- FRAME این است که شرایط تهیه‌ی این عکس‌ها با تصویرSIGNAL اصلی یکی باشند. حساسیت، دما و زمان نوردهی از جمله این شرایطند. بعضی از نرم‌افزارهای نجومی با استفاده از نقشه‌ای از پیش تعریف شده برای حسگر CCD این نقاط مزاحم را حذف و با میانگین‌گیری از پیکسل‌های مجاور مکان خالی را مقداردهی می‌کنند. این
روش نیز بسیار مناسب است.

لازم است که Dark Frame از تمام تصاویر نجومی کم شود. Dark Frame شامل الگوئی از نویز حرارتی است که در تمام تصاویر نجومی دیده می شود. Dark Frame باید در همان زمان و دمای عکس نجومی اصلی گرفته شود. Flat Field جهت کاهش عدم یکنواختی شدت نور و همچنین یکدست کردن شدت تصویر ناشی از تغییر حساسیت پیکسل ها است.

این تصویر برخلاف DARK FRAME که مشکلات مربوط به الکترونیک دوربین را حل می‌کند مشکلاتی مربوط به اپتیک را از بین می‌برد. اما FLAT FIELD چیست و به چه کار می‌آید؟ FLAT FIELD عموماً برای رفع دو نقص استفاده می شود. اولین کاربرد آن یکنواخت کردن شدت تصویر است. باید کمی در این مورد توضیح داده شود. تصویری که در صفحه‌ی کانونی تشکیل می‌شود دایره‌ای است. یعنی اگر چشمی تلسکوپ‌تان را دربیاورید و تلسکوپ را به سمت جرمی زمینی در روز بگیرید و به جای چشمی صفحه‌ی سفید کاغذی بگذارید با کمی عقب و جلو بردن کاغذ می‌توانید تصویر تشکیل شده روی کاغذ را ببینید. این همان دایره‌ی تصویر یا IMAGE CIRCLE است. تصویری که روی کاغذ افتاده دایره‌ای شکل است و این دایره قطر مشخصی دارد. اگر حسگر تصویربردار بزرگ‌تر از این دایره‌ی تصویر باشد گوشه‌های تصویر به اندازه‌ی کافی نور نمی‌بینند و در نتیجه تاریک‌تر به نظر می‌آیند و در نهایت تصویر یکنواخت نخواهد بود. البته این موضوع می‌تواند حین پردازش مشکلات بسیاری ایجاد کند. وجود کمی گرد و غبار روی حسگر نیز می تواند باعث بروز مشکلاتی در تصویر شود. این دو موضوع می‌توانند با اعمال تصویر FLAT FIELD اصلاح شوند. اصول تهیه‌ی این تصویر به شرح زیر است:
تلسکوپ را با دوربین متصل به آن به سمت صفحه یا هدفی با روشنایی کاملاً یکنواخت می‌گیریم و عکاسی می‌کنیم. در این تصویر الگویی از عدم یکنواختی شدت نور حاصل از تیرگی گوشه‌ها و کثیفی حسگر ثبت می‌شود که با اعمال این تصویر به تصاویر اصلی می‌توان این خطاها را حذف کرد. بعضی عکاسان از نور آسمان در حین روز یا غروب برای گرفتن این تصویر استفاده می‌کنند. بعضی دیگر از ابزاری به نام LIGHT BOX استفاده می‌کنند. چنین ابزاری را می‌توان به‌آسانی ساخت و از آن برای گرفتن FLAT FIELD استفاده کرد.

ابزار Curve به شما اجازه می دهد در عین حال که شدت نواحی میانه را افزایش می دهید همچنان نواحی خیلی کم نور و خیلی پرنور تقریبا دست نخورده باقی بمانند. هنگامی که شدت تصویر را با استفاده از Curve افزایش می دهید باید به نمودار Histogram دقت کنید تا تعادل رنگ تصویر بر هم نخورد. یک راه خوب این است که هر سه رنگ آبی، قرمز و سبز با یکسان افزایش شدت دهید طوریکه نمودار Histogram شبیه به هم پیدا کنند.

بعد از ترکیب کردن تصاویر کالیبره شده احتمالاً متعجب خواهید شد زیرا در نگاه اول تفاوت چندانی نمی‌بینید. برخلاف تصاویر نور روز که شدت نورانیت اجرام زیاد است اجرام آسمانی چنان کم‌نورند که حتی پس از چند ساعت‌ نوردهی و ترکیب تصویر باز هم در نگاه اول چیز زیادی دیده نمی‌شود و در واقع فقط زمینه‌ای تیره دیده خواهد شد. لازم است با استفاده از ابزارهای پردازش تصویر شدت تصویر را بسط دهید تا جرم آسمانی مورد نظر دیده شود. اما بسط شدت تصویر چیست؟ پیش از توضیح دادن این موضوع لازم است در مورد ابزاری به نام HISTOGRAM صحبت کنیم. HISTOGRAM ابزاری برای نمایش میزان شدت تصویر از سیاه تا روشن است. هر نرم‌افزارمربوط به پردازش تصویر حتماً نوعی از نمایش HISTOGRAM دارد. هنگامی که به HISTOGRAM یک تصویر زمینی نگاه می‌کنیم معمولاً گستره‌ی وسیعی از شدت نورانیت را در نمودار می‌بینیم. در واقع در تصویر از نورانیت کم موجود است تا نورانیت زیاد.

بعد از گرفتن تصاویرDARK FRAME وFLAT FIELD و اعمال آن‌ها روی عکس‌های SIGNAL اصلی (که به این مراحل CALIBRATION گفته می‌شود) نوبت به ترکیب این تصاویر کالیبره شده می‌رسد. در مرحله‌ی کالیبراسیون نویز حرارتی و مشکلات عدم یکنواختی نوری تصاویر اصلی حذف می‌شوند اما تصاویر همچنان باکیفیت نیستند و باید تصاویر SIGNAL با نوردهی کم با هم ترکیب شوند تا تصویری با نوردهی طولانی را شبیه‌سازی کنند. به دلایل مختلفی معمولاً امکان نوردهی‌های خیلی طولانی وجود ندارد. از جمله این محدودیت‌ها می‌توان به افزایش نویز حرارتی و همچنین افزایش اثر آلودگی نوری و روشن کردن زمینه‌ی آسمان در تصویر اشاره کرد. دوربین‌های CCD نجومی معمولاً مجهز به خنک‌کننده‌ی ترموالکتریک هستند و مشکل نویز حرارتی در آن‌ها بسیار کم‌تر از دوربین‌های DSLR است.

ولی وجود آلودگی نوری همچنان هر دو ابزار را تهدید می‌کند. همچنین نوردهی‌های طولانی مدت ریسک بیشتری دارند زیرا اگر در حین نوردهی مشکلی پیش بیاید، مثلاً استقرار بلرزد و تصویر کمی جابه‌جا شود و ستاره‌ها از حالت نقطه‌ای خارج شوند، شما زمان زیادی را از دست خواهید داد. ولی در نوردهی‌های کوتاه مدت در حد مثلاً 5 دقیقه حتی با از دست دادن چندین تصویر باز هم تعداد زیادی تصویر قابل قبول خواهید داشت. برای ترکیب کردن تصاویر ابتدا باید این تصاویر را هم‌خط کرد. یعنی این تصاویر را دقیقاً روی هم تنظیم کرد تا حین ترکیب جابه‌جایی دیده نشود. این جابه‌جایی‌ها می‌توانند منابع مختلفی داشته باشند. از خطا در ردیابی گرفته تا چرخش میدان به علت خطای قطبی کردن مقر استوایی و حتی حرکت لایه‌های جوّی و در نتیجه جابه‌جایی مکان ستاره. به همه‌ی این دلایل لازم است تصاویر هم‌خط یا ALIGN شوند. بسیاری از نرم‌افزارهای نجومی قابلیت هم‌خط کردن تصاویر را به صورت خودکار دارند و می‌توانند این عمل را با دقت بالایی در حد کسری از پیکسل انجام دهند.

نرم‌افزارها معمولاً از چندین روش برای ترکیب تصاویر استفاده می‌کنند. از جمله این روش‌ها می‌توان به SUM ، AVERAGE ، MEDIAN و SIGMA اشاره کرد. در حال حاضر بسیاری از عکاسان آسمان از روش SIGMA برای ترکیب تصاویر استفاده می‌کنند. در این روش اگر ماهواره، هواپیما یا هر چیز دیگری از میان یکی از فریم‌ها رد شود و اثری بر جای بگذارد در ترکیب نهائی اثر نخواهد داشت و درنتیجه یکی از بهترین روش‌ها برای ترکیب تصویر خواهد بود. ترکیب چندین تصویر باعث افزایش نسبت سیگنال به نویز می‌شود و با افزایش این نسبت کیفیت تصویر افزایش می‌یابد و در تصویر اثر نویز کم خواهد شد. اگر از دوربین‌های DSLR برای عکاسی نجومی استفاده می‌کنید در این مرحله کارتان به انجام رسیده و می‌توانید به مرحله‌ی بعدی بروید. ولی اگر از دوربین‌های CCD تک‌رنگ استفاده می‌کنید مراحل دیگری برای انجام باقی مانده است. هم‌خط کردن تصاویر کانال‌های رنگی RGB یا کانال L که بدون استفاده از فیلترهای رنگی RGB تهیه شده است. مرحله‌ی بعدی را می‌توانید با نرم‌افزاری مانند فتوشاپ انجام دهید.

اما اگر نگاهی به نمودار HISTOGRAM یک تصویر پردازش نشده‌ی نجومی بیندازید معمولاً شکل دیگری دیده خواهد شد. نموداری تخت با یک جهش در یک سمت نمودار. تمام اطلاعات مورد نیاز در همین بخش کوچک فشرده شده است. هدف ما گسترش این بخش فشرده شده است تا اصطلاحاً گستره‌ی دینامیکی بیشتری داشته باشیم. اینجا است که هنر در عکاسی نجومی نقش بازی می‌کند. با استفاده از ابزارهای بسط شدت نورانیت مانند DIGITAL DEVELOPMENT یا CURVE می‌توانیم بدون این‌که زمینه‌ی آسمان بیش از حد روشن شود نواحی مورد نظرمان را افزایش دهیم و تصاویری کاملاً جذاب به دست بیاوریم. ابزار CURVE در فتوشاپ یکی از ابزارهای بسیار کاربردی و خوش‌دست برای بسط دادن شدت نورانیت تصویر است. چنین ابزاری جزو ابزارهای غیرخطی به حساب می‌آید. ابزارهایی مانند CONTRAST یا BRIGHTNESS نمی‌توانند به شکل غیرخطی شدت نور را کم یا زیاد کنند و در نتیجه برای پردازش تصاویر نجومی مناسب نیستند. استفاده‌ی درست از ابزار CURVE احتیاج به کمی دانش و تجربه دارد که با کمی زمان قابل دسترسی است. بعد از بسط دادن شدت نورانیت تصویر نوبت به حذف GRADIENT می‌رسد. این مشکل معمولاً به علت وجود آلودگی نوری در تصویر پدید می‌آید که البته تقریباً تمام نرم‌افزارهای پردازش تصویر نجومی ابزار حذف GRADIENT دارند.

5/5 - (1 امتیاز)

ارسال دیدگاه

موسسه طبیعت آسمان‌شب

مؤسسۀ طبیعت آسمان شب مجموعه‌ای علمی و فرهنگی است که از مهرماه ۱۳۸۱ با مدیریت بهرنگ امین‌تفرشی فعالیت پیوسته‌اش را آغاز کرده‌است. این مؤسسه با در اختیار داشتن گروهی متخصص و متعهد در حیطه‌های مختلفی از دانش نجوم و طبیعت در حال فعالیت است که این موارد از تهیه ابزارهای نجومی، تدوین منابع آموزشی، ارائۀ آموزش‌های لازم به علاقمندان نجوم و ستاره‌شناسی گرفته تا انجام فعالیت‌های گسترده در زمینه احداث و تجهیز رصدخانه‌های شخصی و دانشگاهی، ساخت ابزارهای روزآمد آموزشی مانند آسمان‌نما و ربات‌های آموزش‌دهنده و … را پوشش می‌دهد.