Cadrele de calibrare

Cadrele de calibrare sunt un tip de cadre pe care le capturăm pentru a elimina anumite defecte din cadrele cu semnal (cadre de tip Light). 

Ele sunt de 3 tipuri: Flat, Dark si Bias

• Flat 

Orice sistem optic va avea mici neregularități și un nivel mai mic sau mai mare de vignetare, adică cercul imaginii nu este perfect iluminat în colțuri. De asemenea, se poate sa fie praf pe diferite elemente optice apropiate de senzor. Ele vor apărea ca niște puncte sau cercuri întunecate (în funcție de distanța față de senzor) pe cadrele Light. 

Aceste defecte vor apărea pe orice imagine realizată cu ansamblul optic și, tocmai de aceea, ne putem folosi de aceasta caracteristică pentru a captura o imagine a acestor defecte pe care, ulterior, o putem folosi pentru le elimina din cadrele light. 

Cadrele Flat se realizează prin capturarea unei imagini prin telescop în timp ce ansamblul optic este îndreptat către o sursa omogenă de lumină. Putem folosi un tricou alb, telescopul fiind îndreptat spre cer, o tabletă, un ecran de laptop, un tracing pad (o tabletă de plastic iluminată, folosită pentru trasarea pe hârtie a desenelor), sau dispozitive dedicate numite flat panels. Toate aceste dispozitive au același rol, acela de a crea o sursă de lumina omogenă, adică de aceeași intensitate pe toată suprafața acesteia. 

Expunerea pentru cadrele Flat se determină în funcție de camera folosită (unele camere necesita expuneri mai lungi de o secundă), dar histograma luminanței ar trebui sa fie undeva pe la 40%, iar ISO-ul sau Gain-ul și Offset-ul trebuie să fie același ca cele cu care s-au realizat cadrele light.

Pentru a omogeniza defectele aleatorii ale senzorului, este recomandat să se realizeze mai multe cadre Flat (30 este un numar bun), care, mai apoi, în pasul de procesare, să fie suprapuse pentru a se obține o medie.

• Dark 

Cadrele dark sunt utile pentru a elimina două tipuri de defecte: 

• Pixeli defecți, calzi sau morți (hot sau cold pixels). Pixelii defecți sunt pixeli blocați pe o valoare maximă sau minimă. Nu există senzori perfecți. Marea majoritate a senzorilor folosiți în camerele foto vor avea un anumit număr de pixeli defecți. Producătorii de camere acceptă senzori cu diferite rapoarte de pixeli defecți față de pixeli funcționali. Cu cât camera este un model mai avansat, cu atât acest raport va fi unul mai mic, adică senzorii vor fi selectați astfel încât să aibă cât mai puțini pixeli defecți. 

• Amp glow, sau doar glow. Acest defect este cauzat de strălucirea în infraroșu a unor componente de pe senzor (istoric, de la senzorii CCD, amplificatoarele de semnal poziționate la marginea senzorului), din cauza faptului că se încălzesc. Pe senzorii CMOS, aceste amplificatoare nu se mai găsesc la marginea senzorului, fiind integrate  în componența fiecărui pixel. Unii senzori, însă, au alte componente ce se încălzesc poziționate pe marginea senzorului. Acest dip de defect este proporțional cu timpul de expunere. Exemple sunt senzorii IMX183, IMX294, IMX071

Cadrele Dark sunt niște cadre cu timp de expunere egal cu cadrele Light, dar fără ca niciun foton sa atingă senzorul. Cadrele se realizeaza cu capacul camerei sau telescopului montat. Dacă vorbim de camere foto uzuale, cadrele dark ar trebui realizate imediat după ce tragem cadrele light, la finalul fiecărei sesiuni de astrofotografie. Camerele speciale, cu răcire activă pot refolosi cadrele dark timp de până la 1 an. Fotografii își crează ”biblioteci” de cadre dark la diferiți timpi de expunere folosiți.

Avem aici un cadru dark obținut cu o camera cu senzor IMX294. Observăm că, din margini, pleacă niște raze de lumina care se propagă pe toata suprafața senzorului. Aceste lumini sunt cauzate de unele circuite aflate pe marginile senzorului și care, din cauză că se încălzesc, radiază lumină infraroșie.

Acest glow pare a fi un element foarte înfricoșător când îl vedem pentru prima dată chiar și în cadrele Light, însă el dispare complet din poza finală, atât timp cât folosim cadre de calibrare realizate corect. Adica, dacă avem cadre Light de 300 de secunde, realizate la Gain 120 si offset 30, va trebui să avem cadre Dark cu aceleași setări pentru a putea elimina corect aceste defecte.

Ca și în cazul cadrelor Flat, vrem să capturăm o medie a acestor defecte, deci vom captura mai multe cadre (din nou, 30 este un numar bun) și le vom suprapune în timpul procesării. Dacă utilizăm o camera ce suferă de glow, va trebui să realizăm cadre Dark-Flat, cadre dark realizate la același timp de expunere ca și cadrele Flat.

Deși unii fotografi spun că aceste cadre sunt utile și în cazul unui aparat foto fără control al temperaturii senzorului, există posibilitatea ca utilizarea lor să degradeze, chiar, imaginea finală, deoarece temperatura senzorului nu va fi una fixă. Pe lângă aceste tipuri de defecte, un senzor va genera și zgomot termic, un zgomot proporțional cu temperatura senzorului. Deoarece cadrele dark vor avea temperaturi diferite față de cadrele light, este posibil să fie introdus și mai mult zgomot în cadrul final, în loc să fie corectat. Desigur, fiecare cameră este diferită. De aceea, vă recomand să experimentați. Realizați o serie de cadre dark la finalul sesiunii și suprapuneți-le, în faza de procesare, peste cadrele light. Realizați, de asemenea, o suprapunere a cadrelor Light fără a utiliza aceste cadre dark și comparați rezultatele. 

• Bias

Cadrele bias sunt tot niste cadre dark, adică fără niciun foton care să atingă senzorul, dar realizate la cel mai scurt timp de expunere posibil (la aceeași temperatură și același gain și offset). În zilele senzorilor CCD, aceste cadre erau utilizate pentru a corecta un tip de defect numit “fixed pattern noise”, adica un model, de cele mai multe ori în formă de tablă de șah, care apărea în toate cadrele. În cazul camerelor cu senzori CMOS, aceste cadre nu mai sunt necesare, deoarece extracția acestui tip de noise se realizează în momentul citirii semnalului din pixeli. 

Mai mult, acest semnal bias va fi capturat întotdeauna în cadrele dark și va fi șters din cadrele light în același timp cu celelalte tipuri de zgomot. 

Un lucru important ce este capturat de cadrele bias este chiar Bias-ul, sau Offset-ul senzorului. Acest offset/bias/pedestal este cel despre carre am vorbit în dicționar și este prezent în toate cadrele. Dacă folosim dark sau bias pentru lights, este obligatoriu să folosim dark-flats sau bias pentru a calibra cadrele flat, întocmai pentru a scoate acest offset. Dacă nu calibrăm ambele cadre, valoarea pixelilor va fi diferită, iar calibrarea se va realiza incorect. 

Exista păreri împărțite în legătură cu utilitatea acestor cadre bias. Având în vedere că realizarea lor este una foarte rapidă, puteți experimenta și decide pentru voi dacă rezultatul merită micul efort în plus. Ca în orice situație, rezultatele vor diferi de la o cameră la alta.

Nu este recomandată realizarea cadrelor Bias dacă utilizăm o cameră dotată cu senzor IMX294, deoarece circuitul de control al expunerii pentru cadrele cu expunere de sub o secundă este independent de circuitul de control al camerei și nu este destul de precis. 

În cazul acestor camere, cadrele Bias pot chiar dăuna imaginilor finale. 

• Cadre Master de calibrare

Cadrele Master (Master Dark/ Master Flat/ Master Bias) sunt cadrele obținute în urma suprapunerii cadrelor de calibrare individuale. Aceste cadre sunt folosite apoi în corectarea defectelor din cadrele light individuale. 

Ordinea procesului de corectare este astfel: 

1. Se suprapun toate cadrele bias și se crează master bias. (dacă avem)
2. Din fiecare cadru dark și dark-flat, se scade cadrul master bias. (dacă avem)
3. Cadrele dark și dark-flat se suprapun și se creaza master dark și master dark-flat.
4. Se extrage din fiecare cadru flat, master bias sau master dark-flat
5. Se suprapun toate cadrele flat și se crează master flat
6. Fiecare cadru light se calibrează folosind master dark și master flat

La finalul procesului, rămânem cu cadrele individuale light calibrate, adică orice defect capturat în cadrele flat, dark și bias eliminat din cadrele light. 

Nota de final: 

Deși am menționat asta pe parcursul articolului, vreau sa mai mentionez din nou, deoarece este foarte important: Pentru ca aceste cadre de calibrare să funcționeze corect, setarile trebuie făcute foarte atent. Dark-urile trebuie să fie realizate la același timp de expunere și Gain+Offset sau ISO și aceeași temperatura, dacă folosim o cameră ce permite asta. Cadrele flat trebuie sa fie realizate la același Gain+Offset sau ISO ca și cadrele light, iar histograma luminanței trebuie să fie la aproximativ 40%. Dacă urmați corect pașii menționați, calibrarea se va realiza cu succes, iar imaginile finale vor fi corectate.