analiza Și prelucrarea imaginilor astronomice

Download Analiza Și Prelucrarea Imaginilor Astronomice

Post on 05-Feb-2016

222 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

analiza documente astro

TRANSCRIPT

Universitatea Vasile Alecsandri din BacuFacultatea de InginerieSpecializarea Tehnologia Informaiei i Calculatoarelor

Analiza i prelucrarea imaginilor astronomice

StudentStratulat CornelCalibrarea imaginilorFolosirea corect a unei imagini digitale presupune cunotine innd de mai multe domenii, dar n special de domeniul programelor i subprogramelor care o pot modifica i optimiza. Astfel, calibrarea geometric, fotometric i senzorial sunt elemente importante ale coreciei i prelucrrii digitale a imaginilor digitale. Aici este de fapt vorba de meseria/specialitatea de grafician. Utilizatorii trebuie s fie contieni de erorile de cuantificare inevitabile, carese datoreaz n special rezoluiei limitate a imaginii (numrului fint de pixeli). Ca atare, se recomand ca fiecrei imagini n parte s fie ntotdeauna corectat i calibrat n mod profesionist.Calibrarea imaginilor astronomice de Emil Kolbert Premizele pentru astrofotografie sunt destul de clare: un ghidaj bun, o aliniere polar suficient de bun ca pe durata expunerilor s nu apar efectul de rotire al imaginii n jurul stelei de ghidaj i o focalizare precis n interiorul zonei critice de focus. Pe lang acestea o imagine foto reuit implic: a) o planificare prealabil a sesiunii foto; b) deinerea de ctre astronomul amator astrofotograf a cunotinelor de utilizare corect a diferitor pachete software pentru procesare a imaginilor fotografice ic) reducerea erorilor sistemului optic folosit i a erorilor de ghidaj. mi propun n acest articol s abordez partea de reducere a zgomotului i a aberaiilor din cadrele fotografice. Pentru aceasta avem la dispozitie o serie de cadre speciale pe lang cadrele de tip light (imaginile brute ale obiectului fotografiat) pe care le putem realiza i care pot fi folosite pentru corectarea imaginilor brute. 1. Cadrul Dark (sau cadrul negru, n traducere). Este o imagine obinut cu diafragma nchis sau cu camera acoperit n aa fel nct lumina s nu ajung pe suprafaa cipului foto. Calibrarea folosind cadre negre se folosete pentru a reduce zgomotul cipului ccd. Cipurile camerei foto, n timpul achiziiei de fotoni, transformrii acestora n electroni, amplificrii i transmiterii semnalului, se nclzesc. De asemenea temperatura mediului ambiant n care funioneaz influeneaz temperatura acestora. Cldura produce la nivelul pixelilor o acumulare de electroni n acelai fel n care lumina provenit de la obiectul fotografiat este transformat n electroni. Cu ct este mai lung expunerea i cu ct este mai cald cipul cu att nivelul de zgomot termal va fi mai ridicat. Pentru a putea elimina eficient zgomotul termal temperatura cipurilor trebuie controlat. Din acest motiv camerele dedicate pentru astrofotografie sunt dotate cu dispozitive de rcire termoelectric a cipului, temperatura acestuia la unele modele putnd fi reglat prin intermediul softului. Acest zgomot produs de cldur poate fi msurat, controlat i poate fi ndeprtat din imagine pentru a reduce zgomotul total al acesteia. Dac dorii s facei darkuri avnd camera montat atunci recomand efectuarea de dark-uri pe timpul nopii avnd optica acoperit. Nici un sistem optic nu permite obinerea de dark-uri corecte pe timpul zilei (lumina poate ajunge pe chip prin diferite zone: focalizator, prin spatele oglinzii la telescoapele de tip newtoniene, etc.), iar pe de alt parte ziua temperatura este mult mai ridicat ceea ce duce implicit la un nivel de zgomot mai ridicat. n mod ideal cadrul negru are aceeai durat ca i cadrul light, deoarece reprezint un fel de screen-shot al zgomotului. Se pot captura i organiza biblioteci de dark-uri astfel aceastea putnd fi folosite tot timpul (ns recomand refacerea bibliotecii cel putin o dat pe an ntruct dark-urile au o dinamica redusa). ntruct, pe lng zgomotul termic, cipul ccd mai prezint i alte zgomote aleatoare care pot face ca pixelii din cadrele dark s nu reflecte cu fidelitate zgomotul termic, este necesar realizarea de master-darkuri pentru temperatura cipului i durata la care se realizeaz imaginile light. Aceste master dark-uri se realizeaz prin combinarea median a mai multor cadre dark la aceeai temperatur i expunere. Acest cadru negru master va fi cel care se va extrage din imaginile light ale obiectului fotografiat. Iat un exemplu de bibliotec de cadre dark: - Numrul de cadre recomandat: ntre 10 i 20 pentru rezultate optime (de exemplu, pentru cipul Kodak 1602E implementat n diferite camere limita minim este de 8 la o temperatur de -25C, limita minim variind n functie de temperatura i de chipul folosit). - Durata expunerilor (secunde): 30, 60, 90, 120, 180, xxx secunde (sau durata maxim la care credei c vei expune vreodat ). Dac, de exemplu, expunei maxim 600 secunde atunci nu are rost s faceti dark-uri de 1800 secunde.

Nu toate camerele ccd actuale necesit extragerea de cadre negre din imaginile brute. Ultimele cipuri ccd att de la Sony, ct i de la Kodak implementate n camerele ccd au un zgomot termic extrem de redus, ns este nc vizibil la nivele sczute de luminozitate a imaginilor. Dac obiectul fotografiat este foarte luminos, s-ar putea ca zgomotul termic s nu fie vizibil cu aceste cipuri ntruct este copleit de semnalul de la obiect, ns dac acesta este puin luminos atunci pari ale obiectului vor fi probabil la fel de luminoase ca i zgomotul termic i n acest caz e recomandabil s scdem acest zgomot termic din imagine pentru a o cura i lsa doar semnalul de la obiectul fotografiat n imaginea final. Mai jos se poate observa diferenta dintre o imagine brut aa cum este salvat de la camera ccd i o imagine din care s-a extras cadrul negru master. Este o poriune din unul din bratele galaxiei M33 (camera ccd folosit este SBIG STL 6303E, timp de expunere 120 secunde). Se observ ca dupa aplicarea master-dark-ului au disparut din imagine pixelii albi mici care par a fi raspanditi aleator. Acesta este zgomotul termic.

2. Cadrul Bias. Este un cadru obinut n acelai mod ca i cadrul dark nsa cu durata de expunere CEA MAI SCURTA de care este capabil camera (la aparate foto DSLR ar fi circa 1/4000 sau 1/8000 secunde) cu diafragma nchis. Acest cadru reprezint nivelul de zgomot minim al camerei i const din dou componente: a)offsetul bias sarcina electric aplicat pixelilor de electronica camerei pentru a-i activa i b) structura biasului datorat zgomotului de citire al cipului (read-out noise, en.). Extragerea cadrului bias din imaginile brute elimin ambele componente. ntruct i acest zgomot are un model dup care apare, se procedeaz la luarea mai multor cadre bias care sunt combinate median pentru a obine un cadrul master bias care va fi sczut din imagini. Calibrarea folosind cadrele bias sunt utile n special cnd cadrele dark nu au aceeai durat de expunere cu cadrele light sau cnd amplificatorul camerei ilumineaz puternic marginea cipului (aa numitul amp glow). Un numr de circa 20 de astfel de cadre bias reprezint o valoare optim. n multe din camerele ccd actuale cu cipuri cu zgomot extrem de sczut calibrarea folosind bias-uri poate fi n general eliminat. 3. Cadrul flat (sau plan, n traducere). Este cadrul cel mai dificil de realizat din ntreaga familie de cadre de calibrare/corectare i este un cadru folosit pentru a corecta erorile optice ale sistemului produse prin: a. praf pe suprafaa cipului camerei, pe suprafetele filtrelor folosite, precum i pe suprafeele sistemului optic (oglinzi, lentile); b. vignetarea produs de ctre sistemul optic. Pentru realizarea scopului propus de corecie prin intermediul cadrului flat trebuie avui n vedere urmtorii factori: - nu se modific punctul de focus (daca se modific se va modifica automat i amprenta optic a prafului); - nu se rotete camera (daca se rotete nu se mai suprapun amprentele optice). Daca aceste reguli nu se respect se va produce o sub respectiv supracorectare a cadrului light. Dac pn aici totul e clar, acum vine partea matematic.Pentru un flat optim trebuie cunoscut limita de saturare a pixelului cipului camerei utilizate, iar pentru acest lucru trebuie cunoscute urmtoarele valori: i. valoarea full well depth a pixelilor. Aceasta reprezint capacitatea maxima a unui pixel al cipului de a nmagazina electroni. Aceasta se obine din fia cu caracteristicile cipului este de obicei pus la dispoziie de ctre productori Kodak, Sony, etc.ii. valoarea ctigului Gain. Ctigul reprezint capacitatea unui circuit (amplificator) de a crete puterea sau amplitudinea semnalului de la intrare pn la ieire. Acesta este responsabil de apariia amp-glow-ului. Prin mparirea valorii full well cu valoarea ctigului se obine limita de saturare a pixelului. De exemplu pentru camera SBIG ST-8E avem 100.000/2.3, circa 43.000. Pentru obinerea unui flat valoarea medie a pixelilor din imagine trebuie s fie n general n jurul a circa 25% pn la 50% din valoarea de saturaie, deci pentru ST-8E o valoare de 20.000 este ideal. Partea cu adevrat distractiv o reprezint ct timp expunem ca s meninem valoarea n limita stabilit? Aici totul depinde de modul n care se obin flat-urile, dup cum urmeaz: a. Flatul de reflexie pentru aceasta se folosete o surs de lumin care ajunge la telescop dup ce este reflectat prin cel puin dou reflectoare care au rol i de difuzor, uniformiznd astfel sursa de lumin; b. Flatul de cupol este numit astfel deoarece se folosete n general o zon a culopei observatorului care a fost vopsit n prealabil n alb. De asemenea se poate folosi cu succes ecranele folosite pentru proiectarea diapozitivelor i a filmelor; c. Flatul de cer se folosete atunci cnd nu avem la dispoziie o suprafa uniform iluminat sau avem un sistem de astrofotografie portabil. Pentru aceasta se realizeaz imagini ale cerului atunci cnd Soarele se afl sub orizont (circa 8). Este recomandat oprirea motoarelor monturii astfel nct la obinerea masterflatului stelele vor fi ndeprtate automat mai uor dect n cazul n care motoarele urmresc). Partea cea mai dificil este datorata faptului c dinamica cerului este foarte mare, astfel c durata expunerilor trebuie modificat tot timpul pentru a ne menine n l

Recommended

View more >