• facebook
  • twitter
  • youtube
  • rss
Astrofotografia – czy to grafika?

Astrofotografia – czy to grafika?

Aparaty cyfrowe mają coraz lepsze osiągi i obiekty astronomiczne do tej pory niedostępne ze względu na bariery sprzętowe są znacznie bliżej niż większości się wydaje. Wraz ze wzrostem popularności tej dziedziny fotografii tu i ówdzie zaczynają się pojawiać opinie co do prawdziwości czy realności takich obrazów. Być może w kilku słowach uda mi się podważyć wątpliwości a może nawet przekonać, że astrofotografia sama w sobie tworzy obraz bliższy realnemu niż wiele innych technik specjalnych w obrębie medium jakim jest fotografia.

  • Astrofotografia to kolaż, fotomontaż. To jeden z podstawowych zarzutów. W czasach materiałów analogowych, zarówno w zwykłej dziennej fotografii jak i w astrofotografii wykonywano pojedyncze ujęcie. Żeby zarejestrować obiekty które świecą bardzo słabo potrzebna była bardzo długa ekspozycja. Zwykle stosowano materiały o czułości pomiędzy 400-1600 ISO i czasy naświetlania dochodzące do godziny (a pod bardzo dobrym niebem jeszcze dłuższe).

    Fragment letniej Drogi Mlecznej. Rollei 6003Pro – Zeiss Planar 80/2,8 @4 1/3 – 30′ Fuji Provia 400 – skanowane Microtek ArtixScan 2500 – montaż Vixen GPD2. Mam ogromny sentyment do tego zdjęcia, to pierwsze analogowe zdjęcie z prowadzeniem po dłuższym czasie (parę lat), po wywołaniu slajdu byłem zauroczony wynikiem. Smaczku do tego zdjęcia dodaje meteor przelatujący w kadrze…

    W dobie aparatów cyfrowych zdjęcie jest tzw. stackiem. Pojedynczy obraz to sklejone od kilku do nawet kilkuset ujęć tego samego obiektu, zwykle po sobie, ale są również zdjęcia które naświetla się nawet przez kilka nocy. Czyli jednak kolaż? Nie do końca. O kolarzu czy fotomontażu możemy mówić wtedy kiedy powstały obraz składa się z różnych, wykonanych w odrębnych miejscach i czasie, najczęściej z wykorzystaniem różnej optyki czy nawet w różnych technikach.W nowoczesnej astrofotografii wykonujemy serię zdjęć tego samego obiektu, za pomocą takiej samej konfiguracji sprzętowej i to najlepiej w bardzo podobnych warunkach. Podstawą jest to, żeby warunki w czasie fotografowania była maksymalnie zbliżone do siebie. No ale po co właściwie wykonujemy stack? Odpowiedź jest prosta: sklejając wile zdjęć ze sobą minimalizujemy szum i inne artefakty którymi obarczony jest obraz z cyfrowych detektorów.

  • Kolory na zdjęciach astronomicznych nie są prawdziwe.  Przecież patrząc przez teleskop nie możemy ich dostrzec, obiekty nawet te najjaśniejsze to tylko szare plamki… Niestety oko ludzkie jest dość mizernym przyrządem do obserwacji i słabo sobie radzi w trudnych warunkach oświetleniowych. Wzrok “przełącza się wtedy” na widzenie monochromatyczne. Tak, tak, to zasługa budowy naszego receptora w którego wnętrzu większość stanowią pręciki odpowiedzialne za widzenie po zmroku, choć ich czułość jest znacznie większa niż czopków to za ich pomocą budujemy tylko obrazy czarno-biały. Wielogodzinna rejestracja fotograficzna ujawnia to, że Wszechświat jest niesamowicie kolorowy. Powiedział bym, że wręcz kiczowato kolorowy. No ale czy te kolory są prawdziwe? Najprostsza odpowiedź to: tak, choć im dalej zagłębiamy się w temat, tym sprawy zaczynają się coraz mocniej komplikować. Kolory w mgławicach, galaktykach czy gwiazdach to skutek promieniowania, czy odbijania fal świetlnych, trochę tak samo jak na Ziemi. Mgławice emisyjne najczęściej świecą poprzez silnie zjonizowane gazy takiej jak wodór i tlen. Pytaniem jest co jest właściwym odnośnikiem? W normalnej dziennej fotografii zawsze dla idealnego odwzorowania koloru możemy użyć szarej karty lub różnego rodzaju narzędzi do precyzyjnego odwzorowania i profilowania koloru. W przestrzeni kosmicznej bardzo rzadko jest tak, że obiekt oświetlony jest tylko jednym źródłem światła o określonej temp. barwowej. Gwiazdy w galaktykach, gromadach czy mgławicach rodzą się i umierają i w zależności od ich typu i wieku mają różne kolory i to zwykle przewaga jakiegoś określonego ich typu stanowi o kolorze danego obiektu. Przy określeniu koloru  po części możemy użyć naszych ziemskich sposobów odnosząc się choćby do gwiazd które świecą w kolorze np. takim jak nasze Słońce (czyli gwiazdy typu G2V). Co więcej dla każdego zestawu aparat/kamera + optyka idzie stworzyć jeden określony “profil” i ze sporą precyzją “kalibrować” nim zdjęcia.
    Należy dodać jeszcze kilka słów o tym jak powstaje kolor w aparacie cyfrowym czy specjalnej kamerze. W przypadku aparatu i kolorowej kamery astronomicznej (co w astronomii nosi skrót OSC: one-shot color) kolor powstaje poprzez tzw. maskę bayera. Na matrycy sąsiadujące ze sobą piksele mają różne kolory przy czym koloru zielonego jest zawsze połowa (w rzędach to zielony niebieski a niżej czerwony – zielony). W pełni kolorowe zdjęcie powstaje przez interpolację tego sygnału do jednego kolorowego. Trzeba pamiętać, że jeżeli wasz aparat ma matrycę np. 20 milionów pikseli to 10 milionów odpowiada za odwzorowanie koloru zielonego, oraz po 5 milionów niebieskiego i czerwonego).

    Ułożenie pikseli z filtrami o określonym kolorze na matrycy aparatu z tzw. maską bayera.

    W przypadku kamery o monochromatycznej matrycy, żeby zrobić kolorowe zdjęcie musimy wykonać zdjęcie przez trzy różne filtry: czerwony, niebieski, zielony. W astrofotografii używamy jeszcze jednej ekspozycji z filtrem L (to zwykle filtr obcinający pasmo do widzialnego czyli UVIR Cut). Filtr taki jest przeźroczysty a zdjęcie przez niego robimy po to, żeby uzyskać jak największy zasięg. Kolorowa kompozycja to złożone obrazy RGB nałożone na monochromatyczny kanał L.

    Kolor złożony ze składowych RGB


    Kiedy kolor na zdjęciach astro nie jest prawdziwy? 
    Być może mit o tym, że kolory na zdjęciach kosmicznych nie są prawdziwe po części pochodzi od niezwykle atrakcyjnych wizualnie zdjęć wykonanych przez duże teleskopy czy kosmiczny teleskop Hubbla. Najczęściej są to zdjęcia wykonane w pasmach emisyjnych pierwiastków takich jak wodór, tlen i siarka. Monochromatyczna kamera wykonuje wielogodzinne ekspozycje przez filtry, które przepuszczają tylko wąskie pasma widma a następnie tworzy się z nich niesamowicie ekspresyjne zdjęcia w technice “false color” (czyli właśnie nieprawdziwy kolor). Należy mieć świadomość, że to co dla zawodowych astronomów na dziś jest najciekawsze znajduje się schowane w paśmie wizualnym i w zasadzie bardzo rzadko fotografuje się w takiej palecie. Dzięki użyciu filtrów umożliwiających rejestrację w wąskich pasmach można obserwować wszelakie zjawiska i procesy zachodzące wewnątrz mgławic. Poza tym spora część obserwacji prowadzonych przez zawodowych astronomów wykonywana jest w pasmach niewizualnych jak w podczerwieni czy paśmie rentgenowskim.

    Porównanie wąskim pasm filtrów Ha, Hb, OIII, Si do szerokich filtrów RGB

    Ponieważ sprawność i czułość kamer na rynku wciąż się poprawia fotografowanie we wspomnianych wąskich pasmach staje się też popularna wśród amatorów, tym bardziej, że zdjęcia takie można wykonywać również w miejscach o dość silnym zaświetleniu światłem miejskim czy w księżycowe noce. Kolor powstaje po złożeniu zdjęć z trzech kanałów ale zamiast RGB używamy filtrów Ha (pasmo świecenie zjonizowanego wodoru – zastępuje kolor zielony), OIII (pasmo świecenie zjonizowanego tlenu – zastępuje kolor niebieski) oraz Si (pasmo świecenie zjonizowanej siarki – zastępuje kolor czerwony). Paleta taka nosi nazwę palety Hubble.

    Po lewej stronie zdjęcie w paśmie widzialnym wykonane z Ziemi po prawej słynne zdjęcie z teleskopu Hubble z zaznaczonego fragmentu w paśmie Ha, OIII, Si oraz bliskiej podczerwieni.

  • Astrofotografia to grafika – zdjęcia powstają w komputerze. Takie wypowiedzi można znaleźć dość często, ale czy bez komputera naprawdę się nie da? Smutna prawda brzmi: nie. Niemniej jednak dziś komputer stał się narzędziem funkcjonującym niemal na każdym polu a astrofotografia i fotografia jest od niego uzależniona w sposób niemal całkowity. W przypadku zaawansowanej astrofotografii głębokiego nieba, nawet jeżeli nie używamy specjalizowanej kamery to montaż na którym fotografujemy, ustawienie ostrości, zarządzanie całą sesją czy obsługa dodatkowych akcesoriów i tak realizowana jest przez komputer. Wykonanie zdjęcie czyli rejestracja materiału w nocy to tylko część pracy jaką wykonuje astrofotograf. Druga to obróbka materiału i to właśnie w tym przypadku wielu osobom wydaje się, że dochodzi do magicznego przejścia pomiędzy fotografią a grafiką. Przyjrzyjmy się faktom:
    I etap kalibracja. Poza materiałem właściwym czyli ujęciami z niebem potrzebne są klatki kalibracyjne. Dziś większość aparatów ma już opcję odejmowania tzw. dark frame ale metoda ta niestety jest bezużyteczne jeżeli chodzi o zdjęcia z których chcemy odseparować sygnał od szumu i uzyskać z niego maksimum informacji. Dlatego klatek kalibracyjnych wykonuje się serie od kilkunastu do nawet… kilkuset w przypadku kamer ccd/cmos. Skoro odjęcie jednego dark frame w aparacie nikt nie nazwie grafiką komputerową to dlaczego myśli się tak o astrofotografii? Drugim rodzajem klatek kalibracyjnych są flat-y czyli zdjęcie jasnej kartki, kawałka ekranu czy jakiejkolwiek jednostajnie oświetlonej płaszczyzny. Te klatki umożliwiają nam usunięcie ze zdjęcia winietowania czy widocznych zabrudzeń na matrycy. W dziennej fotografii robi to za nas aparat lub program w którym wywołujemy raw-y a przypadku zabrudzeń też mamy możliwość wykonania specjalnych klatek do ich zniwelowania i znów nikt nie nazwie usunięcia winietowania np. w Lightroom grafiką komputerową.

    II etap obróbki po kalibracji to tzw. align czyli wyrównanie klatek. Nawet jeżeli robimy guide bardzo często pomiędzy zdjęciami są minimalne przesunięcia. Align każde kolejne zdjęcie pozycjonuje tak, żeby gwiazdy i obiekty były w idealnie tym samym miejscu. Choć funkcje tą w nowoczesnym oprogramowaniu pełnią dość zaawansowane algorytmy to najczęściej poszczególne ujęcia są po prostu przesuwane w dwóch osiach. Jeżeli fotografujemy niebo na nieruchomym statywie, align również się sprawdzi i zasięg zdjęcia po złożeniu znacząco wzrośnie. W Photoshopie mamy funkcję align, ale osobiście polecam skorzystać ze specjalizowanego oprogramowania, które zrobi to lepiej i dokładniej. Może to być na przykład darmowy Deep Sky Stacker (w którym możemy zrobić wszystkie najważniejsze etapy obróbki zdjęć astro).

    Przebieg całej sesji – 30 klatek bez wyrównania. Pod koniec sesji widać jak nachodząca wysoka chmura degraduje obraz. Czas naświetlania jednej klatki 240 sekund.

    III etap. Po kalibracji i wyrównaniu wszystkich zrobionych zdjęć pozostaje nam połączyć je w jedno. W astrofotografii potocznie takie zdjęcie nazywamy stack Jest kilka podstawowych algorytmów za pomocą których poszczególne ujęcia łączymy w jedno, najprostszy to ich uśrednienie, efekt takiego zabiegu widać powyżej gdzie porównania jest pojedyncza klatka i stack z 30 ujęć. Jeżeli ktoś myśli, że taki zabieg jest jakąś wielką nowością to jest w błędzie. Szum był również bolączką skanerów negatywowych i dlatego wszyscy czołowi producenci stosowali tzw. multi sample scaning czyli wielokrotne skanowanie jednej linii co znacząco poprawiało jakość wynikowego obrazka (zmniejszając ilość szumu, szczególnie w ciemnych partiach obrazu). Idąc tym tropem taki skan też miałby być nazwany grafiką komputerową lub fotomontażem?

    Wielokrotne skanowanie jednej linii znacząco zmniejszało ilość szumu. Tak samo stack z kilkunastu klatek zmniejsza ilość szumu i umożliwia rejestrację większej ilości detali na zdjęciach astronomicznych

  • Etap IV – mit czarnego zdjęcia. To kolejny punkt w stereotypie myślenia o astrofotografii ale też punkt obróbki materiału po stack. Po części astrofotografowie sami na niego zapracowali a mit który z tego wyrósł potoczył się przez internet własnym życie i to na tyle skutecznym, że nawet tu i ówdzie pojawiał się jako pewnik w zupełnie poważnych kanałach na YT czy pogadankach. Otóż bardzo często pokazujemy czarne jak smoła zdjęcie jako pojedyncza klatka z której później w tajemnej atmosferze na ekranie monitora po wielogodzinnej nasiadówie w PS zdjęcie zmienia się w kolorowe jak bajka astro zdjęcie. No i w sumie to zdjęcie na początku jest takie czarne jak smoła. Tylko, że zwykle mowa o pliku raw bez żadnego zabiegu na histogramie. Zwykłe dzienne zdjęcie też w takim przypadku będzie czarne jak smoła, tylko aparat nigdy tak nam go nie wyświetli bo byłby kompletnie nieczytelny. Jednym z nielicznych programów który daje taką możliwość poza programami do obróbki zdjęć astro to Canon DPP (w zakładce gamma zaznaczymy konwersję do pliku o liniowej charakterystyce a plik musi być raw-em). Czarne zdjęcie jest też początkowo zaskoczeniem dla osób, które rozpoczynają swoją przygodę z astrofoto bo praktycznie każde oprogramowanie po stack zapisze właśnie taki plik. Kolejnym krokiem, który jest w obróbce to zamiana takiego pliku o pełnej dynamice do skompresowanego. Można by to nazwać “wywołaniem” zdjęcia bo stosując odpowiednią krzywą (identycznie robi to aparat czy każdy inny soft do obsługi plików raw) plik zaczyna przypominać normalnie naświetlone zdjęcie. Dlaczego tak robimy i dlaczego w komputerze? Powód jest prosty, żeby stracić jak najmniej sygnału. W astrofotografii najistotniejsze jest wyeksponowanie tych partii obrazu, które są bardzo ciemne stąd praca na stack w którym to szumy poprzez kalibrację materiału oraz uśrednienie wielu klatek są na wielokrotnie niższym poziomie niż na pojedynczym zdjęciu.
  • Finalna obróbka zdjęcia. Ostatnim etapem obróbki tak samo jak w przypadku zwykłej fotografii polega na poprawieniu kontrastu, nasycenia czy inne procesy, które uwypuklą obiekty eksponowane na zdjęciu. Astrofotografia w odróżnieniu od zwykłej fotografii ma tą zaletę, że na dziś zdjęć każdego obiektu są tysiące. Od innych amatorskich po profesjonalne wykonane przez duże obserwatoria i jakikolwiek fotomontaż można zweryfikować bardzo szybko. Obiekty wyglądają niemal niezmiennie nawet w skali naszego życia. Wszelakie próby silniejszych modyfikacji osoby będące w temacie wyłapią błyskawicznie. Niestety nie zawsze da się pokazać piękna nieba bez fotomontażu, najczęściej robi się to ze zdjęciami z niebem naświetlanym na montażu z prowadzeniem ze zdjęciem nieruchomo naświetlanym krajobrazem. Nie da się tego zrobić dobrze za pomocą jednego ujęcia (choć wierzę, że niebawem czułość aparatów osiągnie poziom który to umożliwi) i przy podawaniu parametrów ekspozycji większość znanych mi astrofotografów jasno o tym pisze.
    Oczywiście tak samo jak zwykłej fotografii zdarzają się osoby, które opracowują swoje zdjęcia w sposób przekraczający barierę podstawowej obróbki i manipulują obraz ponad cienką linię która zawsze będzie występowała podczas przetwarzania cyfrowego obrazu fotograficznego, wydaje mi się jednak, że jest to margines ogółu powstawania zdjęć głębokiego nieba, choćby ze względu na łatwość podważenia autentyczności takiego obrazu. Samą astrofotografię często traktuję jako pewną technikę samodoskonalenia w obróbce i rejestracji , bo choć spora część zdjęcia powstaje w wyniku procesu specyficznej obróbki to im lepiej i staranniej naświetlone są zdjęcia tym efekt końcowy jest lepszy, no ale przecież tak samo jest w zwykłej fotografii…

    Astropejzaż – niebo 3x180s z prowadzeniem, dół zdjęcia 1x180s bez prowadzenia. Ten sam kadr, ogniskowa, zdjęcia wykonane w serii po sobie.

    No i jeszcze jedno na koniec, czy wiecie jaki kolor ma kosmos? Ostatnio ktoś zadał sobie sporo trudu, żeby uśrednić kolor 200.000 galaktyk. Kolor który otrzymał to jasna kawa latte, no ale to przecież oczywiste – kawa i astrofotografia są ze sobą nierozerwalnie połączone :)

    Powodzenia!

    Kosmiczna latte – to najprawdziwszy kolor kosmosu.

%d bloggers like this: