piątek, 24 lutego 2017

McGoris #45 - Astrofotografia - jak robione są zdjęcia?

Piękne, kolorowe mgławice. Jak się robi zdjęcia nocnego nieba? Jak i czym się fotografuję obiekty mgławicowe? Czy kolorowe i detaliczne zdjęcia pokrywają się z rzeczywistością? - astrofotografia a ludzkie oko.




W tym poście zapoznam was z astrofotografią, a nawet z samą fotografią. Nie chcę za bardzo przedłużać, gdyż jest to temat rzeka, opiszę tylko podstawy i na czym polega fotografowanie obiektów astronomicznych.
Ogólnie astrofotografia to bardzo rozległa dziedzina. Do niej może się zaliczyć zarówno niesamowite i kontrastowe zdjęcie z Hubble'a jak i amatorskie szerokokątne zdjęcie nocnego nieba, planet czy Księżyca.


1. Jak wyglądają amatorskie zdjęcia?


Wejdźcie sobie na taką stronkę astrobin.com. Czy na APOD'a. Są to strony, gdzie każdy może wrzucić swoje astronomiczne zdjęcie, moderatorzy je zatwierdzają, gdzie ludzie je oceniają i dają lajki. Można tam znaleźć zdjęcia począwszy od Księżyca, planet, naszego Słońca aż po obiekty głębokiego nieba jak mgławice czy galaktyki, czy szerokokątne ujęcia firmamentu. Są tam także zdjęcia z teleskopu Hubble'a.

Zobaczcie tylko jakie piękne są te zdjęcia. Większość to amatorszczyzna. Jak robione są takie zdjęcia? Czym?

Oczywiście fotografia obiektów takich jak planety czy Księżyc jest całkowicie inna niż obiektów mgławicowych. I o tym napiszę poniżej.


2. Czym robi się zdjęcia nocnego nieba? 


Zanim opiszę na czym polega astrofotografia, muszę zapoznać was z podstawowymi definicjami związanymi z fotografią, gdyż jak wiadomo nie każdy miał do czynienia z tą dziedziną. A kilka rzeczy jest ważnych, by zrozumieć, co dalej jest napisane.


2.1 Podstawowe zagadnienia fotograficzne i wymagania.


Ekspozycja/czas naświetlania - Jest to czas otwarcia migawki gdy robimy zdjęcie aparatem fotograficznym. W jasny słoneczny dzień wystarczy nie raz nawet 1/1000s, ale już w ciemniejszych miejscach musimy ją wydłużyć - np. do 1/100s.
Należy pamiętać, że im dłuższy czas, tym bardziej widoczne są ruchy np. rąk. 1/100s to już górna granica i przy dłuższych ekspozycjach przy gorszym świetle potrzebujemy statywu.

Do fotografowania nocnego nieba używa się długich ekspozycji trwających nawet kilka minut.

W fotografii jest jeszcze coś takiego jak zakres tonalny. Jest to różnica jaka jest między jasnym obszarem a ciemnym, niedoświetlnonym. Matryca aparatu ma dużo gorszy zakres tonalny niż np. ludzkie oko.

Dlatego właśnie nie widać gwiazd na zdjęciach np. z Księżyca. co jest częstym zarzutem przez niektórych spiskowców czy nawet niektórych ludzi z powodu niewiedzy. Ekspozycja jest dopasowana pod bardzo jasny Księżyc oraz naszą planetę, jest ona zbyt krótka by uchwycić gwiazdy i Drogę Mleczną. Gdybyśmy zastosowali długą ekspozycję pod gwiazdy, to nasz Księżyc i Ziemia byłyby mocno prześwietlone.

Ludzkim okiem natomiast byśmy widzieli i Księżyc, i Ziemię jak i rozgwieżdżone niebo.


Zdjęcie Ziemi z Księżyca - żródło: https://history.nasa.gov


Ogniskowa(mm) - Jest to wartość decydująca o kącie widzenia. Im większa ogniskowa, tym mamy mniejszy kąt, co za tym idzie większe powiększenie. Do fotografii nocnego nieba używamy głównie krótkich ogniskowych o bardzo dużym polu widzenia, a nawet są obiektywy tzw. rybie oko, o ogniskowej nawet poniżej 10mm, które dają ogromne pole widzenia, ale zakrzywiają obraz.


Czułość(ISO) - Jest to siła, z jaką matryca reaguje na światło. Określa ile światła potrzeba by dobrze naświetlić zdjęcie. Najniższe to przeważnie ISO 50,100,200, a wysokie już 1600, 3200, 6400 a nowsze aparaty nawet sporo więcej.

Im wyższa czułość, tym krótszego czasu naświetlania potrzebujemy. Niestety im większa czułość, tym większa podatność na szumy i ziarno, co bardzo pogarsza jakość zdjęcia.
Przy bardzo ciemnym niebie możemy użyć wyższych ISO, jednak jeśli fotografujemy mocno zanieczyszczone światłem niebo, musimy ją zmniejszyć, bo nam prześwietli niebo.

Przysłona - jest to regulacja otworu przez który wpada światło do obiektywu. Jest to nic innego jak światłosiła. Oznaczamy ją literą f/liczba. Np. f/2.8, f/5.6 f/11 itp. Im większa wartość, tym otwór jest mniejszy i wpada mniej światła. Im mniejsza wartość, tym więcej światła wpada do obiektywu.

Od przysłony głównie zależy ostrość obrazu. W dobrych warunkach oświetleniowych przysłona powinna być zawsze trochę domknięta. Np. f/5.6 f/8 czy f/11. Wtedy obraz jest najbardziej ostry. Na pełnej dziurze np. f/2.8 już obraz traci na ostrości i robi się lekkie mydło (a nawet czasem aberracja).
W odwrotną stronę również. Przy bardzo dużych przysłonach np. f/14 czy f/16 to też ostrość spada.

Przysłona w obiektywie aparatu - źródło: emaze.com


Przyjęło się, że najostrzejszy obraz najczęściej jest przy dwukrotnej wartości minimalnej przysłony. Przykładowo np. taki obiektyw 100mm f/2.8. Najlepsza ostrość powinna być przy 2x2.8 = f/5.6 i więcej.

Do fotografowania nocnego nieba używamy małych przysłon czy nawet "pełnej dziury", lecz jednak warto domknąć by mieć ostrzejszy obraz. Ale za to przy większej dziurze wpada więcej światła. Coś za coś. Ostrość obrazu na małych przysłonach zależy także od jakości optyki.


2.2. Fotografowanie nieba ze statywu.


Praktycznie każdy, kto posiada podstawową wiedzę o fotografii i mając apratat fotograficzny może zrobić piękne zdjęcie nocnego, gwieździstego nieba.

Wystarczy tylko na statywie postawić aparat, odpalić ekspozycję na ok. 30s i dość wysokie ISO - 1600/3200/6400 (byle też nie przesadzić bo potem jest duży szum i pogarsza to jakość fotografii, no i oczywiście jak jest dość zaświetlone niebo to trzeba zmniejszyć np. do 800).

Niestety, mamy problem gdy chcemy zastosować dłuższą ekspozycję. Wtedy gwiazdy wychodzą poruszone, ze względu na obrót Ziemi.

Zdjęcie nocnego nieba ze statywu i ogniskowej 18mm. Widać już lekkie poruszenie na gwiazdach, szum oraz wpływ zaświetlenia na ciemność nieba.

Da się fotografować przy dłuższych ekspozycjach. Potrzebujemy do tego montaż paralaktyczny z napędem, który będzie podążał za ruchem dobowym. Taki montaż jest niestety dość drogi, wymaga dobrego ustawienia na biegun (w okolicach Gwiazdy Polarnej), zasilania itp.

Największe poruszenie na gwiazdach wychodzi oczywiście przy gwiazdozbiorach okołorównikowych, w Polsce jest to jakieś 30-50 stopni nad południowym horyzontem. Najmniejsze natomiast będzie przy biegunach. Dlatego można trochę dłużej naświetlać niebo około biegunowe bez poruszenia.

Bardzo popularną metodą na obliczenie ekspozycji tak, by gwiazdy były nieporuszone jest to tzw. metoda 600. Nie zawsze się ona sprawdza, bo jak wcześniej wspomniałem przy równiku gwiazdy bardziej się ruszają niż te przy biegunach.
Dzielimy 600 przez ogniskową, którą używamy w obiektywie. Np. z 20mm. 600/20= 30s
Przy ogniskowej 20mm możemy użyć max. 30s.
Przy np. 50mm - 600/50= max. 12s.


2.3 Wymagania dotyczące astrofotografii.


Najważniejszą cechą, która jest ważna w astrofotografii jak można się domyślić to oczywiście jakość nieba. Przejrzystość, stabilność atmosfery (seeing), położenie obiektu nad horyzontem. Wpływ sztucznego zaświetlenia powoduje znaczący spadek możliwości wychwycenia detalu. Im obiekt jest wyżej nad horyzontem, tym jest mniej podatny na seeing i jest lepiej widoczny.

Jeśli chodzi o rozległe mgławice, inne obiekty głębokiego nieba czy Drogę Mleczną najważniejsza jest głównie przejrzystość. To ona pozwoli na to, byśmy uzyskali najwięcej szczegółów. Seeing jest także ważny, głównie jeśli używamy większych ogniskowych (większych powiększeń), gdyż wpływ atmosfery jest bardziej widoczny i przy złym seeingu obraz jest wtedy nie ostry/rozmyty.


2.4. Fotografowanie planet, Księżyca i Słońca.


Fotografia tych obiektów jest praktycznie najprostrza, gdyż przy mniejszych powiększeniach nie wymagają napędów. Potrzebujemy tylko teleskopu i aparatu. Są dwie metody robienia zdjęć: projekcja okularowa (czyli aparat jest podłączony adapterem, gdzie włożony jest okular) oraz ognisko główne (bezpośrednie podłączenie do teleskopu, bez okularu/obiektywu).

Projekcja okularowa jest mało polecana, gdyż jakość obrazu jest gorsza, gdyż światło musi przejść przez dodatkowe soczewki. Dlatego najlepsza metoda to właśnie ognisko główne. Wtedy takim "obiektywem" staje się teleskop o konkretnej ogniskowej. Np. 900mm.

Jeśli chcemy zwiększyć ogniskową dwukrotnie, by zwiększyć powiększenie, możemy użyć tzw. soczewki barlowa x2 bądź więcej. Jednak wtedy maleje światłosiła, przez co trzeba stosować dłuższe ekspozycje, co za tym idzie poruszenie się kadru.


Aparat podłączony do teleskopu w ognisku głównym - źródło: http://www.optyczne.pl/

By zwiększyć możliwości sprzętu stosuje się tzw. stackowanie. Robi się ogromną ilość zdjęć tego samego obiektu (od kilkudziesiąt, do nawet tysiąca w przypadku kamer), po czym składa się je w odpowiednim programie (np. darmowy Registax) w finalne zdjęcie.

Zanim się postackuje zdjęcia, oczywiście trzeba wyselekcjonować najlepsze zdjęcia. Część zdjęć (często ok. 50%) jest nieostre z powodu seeingu, dlatego trzeba je usunąć bo nic nie wnoszą do zdjęcia finalnego. Poniżej pokażę wam moje zdjęcie Księżyca zrobiony Nikonem D70s z teleskopu o ogniskowej 1200mm.


Złożone zdjęcie oczywiście trzeba obrobić w jakimś programie graficznym. Zestackowane zdjęcie pozwoli nam na wyłapanie dużo większej ilości szczegółów niż z pojedynczego zdjęcia.

Fotografia planet np. Jowisza, Wenus, Marsa czy Saturna są już bardziej wymagające. Wymagają dobrego seeingu, dużego powiększenia (nieraz trzeba zastosować barlowa x2 lub większy) przez co trzeba zastosować dłuższe ekspozycje, co wymaga napędu. Do fotografii planet wystarczy nawet prosty, nawet jednoosiowy napęd. Wiadomo więcej jak parę sekund taki montaż nie pociągnie, ale do planet w zupełności wystarczy.

Do fotografii planet stosuje się różne filtry np. kolorowe, by planeta pokazała lepszy detal. Fotografuje się także w innych pasmach promieniowania elektromagnetycznego np. w podczerwieni, czy ultrafiolecie, by uchwycić np. chmury na Wenus.


2.5. Matryca aparatu, a ludzkie oko, a rzeczywistość.

Czym się różni ludzkie oko od matrycy aparatu?

O pierwszej rzeczy wspomniałem wcześniej, czyli rozpiętości tonalnej. Matryca aparatu ma dużo mniejszą i jak zrobimy zdjęcie np. jasnych gór na tle drzew, które są w cieniu, to ekspozycje dla tych dwóch obiektów są różne. Można zrobić zdjęcie gór, ale drzewa są niedoświetlone i czarne, a można zrobić, by drzewa były jasne, ale niebo wtedy jest przepalone.

Widok dla ludzkich oczu (u góry) oraz zdjęcie wykonane aparatem (u dołu). Źródło: http://alphacorner.eu


2.5.1. Barwy.

2.5.2 Pręciki i czopki.

Ludzkie oko składa się z pręcików i czopków, które są odpowiedzialne za rejestrację bodźca, jakim jest światło.
Pręciki są głównie odpowiedzialne za czarno-białe widzenie przy bardzo słabych warunkach oświetleniowych, głównie w nocy czy w ciemności (tzw. widzienie skotopowe). Są one najbardziej wrażliwe na światło.
Czopki zaś odpowiedzialne są za odróżnianie barw. Składają się głównie z błonowych białek receptorowych absorbujących światło o konkretnych długościach fal.
Czopki jednak są o 100x słabsze od pręcików, co powoduje, że kolory możemy odróżnić głównie przy dobrym świetle. Dlatego w nocy, w ciemności widzimy praktycznie na czarno biało, tak samo jak i mgławice czy galaktyki przez teleskop.


2.5.2 Zakres promieniowania elektromagnetycznego.


Ludzkie oko odróżnia konkretną ilość barw. Zakres promieniowania elektromagnetycznego, które widzi oko nazywane jest światłem widzialnym i jest to zakres od 380 nm(ciemny fiolet) do ok. 700 nm (ciemna czerwień). Np. kolor zielony to długość ok. 520 nm.
Fale o krótszych falach poniżej 380 nm to ultrafiolet, którego ludzkie oko nie widzi. Tak samo jak i podczerwieni - dłuższe fale powyżej 700 nm.


Jeśli chodzi o matryce cyfrowe, to one zdecydowanie tutaj mają przewagę. Ich zakres jest dużo szerszy i potrafią uchwycić część podczerwieni i UV. Matryce krzemowe są wrażliwe głównie na podczerwień - dlatego właśnie do matryc nakłada się specjalny filtr (tzw. IR-cut), który odcina tą część fali (inaczej zdjęcia byłyby zabarwione na czerwono).

Do astrofotografii często się modyfikuje aparaty, by widzieć większe pasmo, głównie podczerwieni. Najbardziej podstawową modyfikacją jest właśnie usunięcie standardowego filtra UV/IR-cut, dzięki czemu mgławice, szczególnie te słabe, wodorowe mocniej się ukazują. Dodatkowo usuwa się tylny filtr (który absorbuje tylko podczerwień), by zwiększyć czułość na pasmo H-alfa, o którym poniżej.


2.5.3 Filtry.


Warto także wspomnieć o filtrach, które np. blokują część widma promieniowania elektromagnetycznego. Najczęściej stosowane filtry w astrofotografii to filtr H-alfa, który przepuszcza głównie linię wodoru (długość fali ok. 656 nm). Wymienię kilka podstawowych filtrów używanych w astrofotografii.

H-alfa jest to bardzo istotne pasmo dla astrofotografów, jest to linia zjonizowanego wodoru i emituje je większość mgławic emisyjnych. Filtra H-α używa się także do fotografii Słońca - w celu obserwacji jej atmosfery, aktywności oraz protuberancji - do tego celu jednak stosuje się wąskopasmowe filtry.

UHC - jest to filtr który przepuszcza głównie linie wodoru oraz tlenu, a blokuje linię sodu (kolor żółty). Jest bardzo pomocny przy dużym zanieczyszczeniu światłem, które powodują latarnie sodowe, świecące na żółto.


2.5.3  Rzeczywistość - jasność obiektów na nocnym niebie.

Spójrzmy sobie na kilka zdjęć (Galaktyka Andromedy, Galaktyka w Trójkącie(M 33))




Źródło: APOD NASA


Pewnie patrząc na te zdjęcia można byłoby pomyśleć - kurczę jak oni robią takie zdjęcia? Przecież są one nie realne. Galaktyki skoro są takie na zdjęciu to powinny być jasne, duże, widoczne na niebie, tak jak gwiazdy.

Rzeczywistość jest niestety inna. Takie obiekty jak galaktyki, mgławice są bardzo słabe i niektóre widać dopiero w teleskopie. A dlaczego?

1. Galaktyki są praktycznie czarno-białe. Przynajmniej dla ludzkiego oka. Nigdzie nie zobaczycie takiej Andromedy czy M33 jak na powyższych zdjęciach. Nawet w Hubble'u! Tak wygląda Andromeda w amatorskim teleskopie:


2.6. Fotografowanie obiektów mgławicowych.


Takie fotografie przede wszystkim wymagają bardzo długich ekspozycji i odpowiedniego napędu, który podążałby za ruchem dobowym nieba. Niektóre klatki naświetla się nawet do 600s. Robi się wiele ujęć tego samego obiektu, np. 50x600s. Potem te klatki trzeba zestackować w odpowiednim programie, najbardziej popularny jest DeepSkyStacker, który jest darmowy. Jednak pojawiają się pewne problemy. Zestackowane zdjęcie ma: duże szumy, kiepskie kolory, oraz nierówne tło. Jak temu zapobieć, bądź zredukować je?
Z pomocą służą tzw. klatki kalibracyjne. Są to: darki, biasy, flaty. By nie przedłużać opowiem o nich w skrócie.


Light Frame - Są to podstawowe zdjęcia które robimy - z ustawionymi konkretnymi parametrami (Ekspozycja, ISO, przysłona itp.) z otwartym przednim deklem.


Dark Frame - Są to klatki zrobione na tych samych parametrach (czas naświetlania, ISO itp.), ale z założonym deklem z przodu obiektywu/teleskopu. Po co się takie coś robi?

W celu zredukowania/usunięcia szumów, zaświetleń oraz hot-pixeli matrycy (hot pixele to wynik zbyt nadmiernej czułości na światło matrycy i czasem pojawiają się kolorowe "kropki" - występują głównie przy dłuższych ekspozycjach). Darki powinny być robione w tej samej temperaturze, co klatki light - to jest ważne, chodzi o szum. Zazwyczaj powinno się ich robić tyle, ile klatek light.

Bias Frame/Offset - Są to klatki, które robi się na tych samych parametrach (ISO, czas naświetlania, temperatura) z założonym przednim deklem - na najkrótszej, możliwej ekspozycji, na jaki pozwala aparat - w większości przypadków jest to 1/4000s lub w Nikonach nieraz 1/8000s.

Pozwalają one na usunięcie zerowych zliczeń matrycy, które są spowodowanie np. zabrudzeniami na matrycy. Zazwyczaj powinno się ich robić tyle, ile klatek light.

Flat Frame - Jest to klatka, którą robi się na równomiernie oświetlonym obiekcie, np. Niebo podczas zmierzchu czy duża kartka papieru. Dobry flat nie może być prześwietlony. Robi się ją zazwyczaj na tym samym ISO. Najważniejsze, żeby nie było gradientów.

Robi się je do obróbki - pozwalają na wyrównanie tła, usunięcie winiety, usunięcia złych odczytów spowodowanych kurzem na matrycy.


2.7. Obróbka i modyfikacja zdjęć.

2.7.1 Oprogramowanie

Najpierw muszę zaznaczyć, że zdjęcia robi się w pełnej jakości, w tzw. plikach RAW. Są to bezstratne formaty, które zajmują najwięcej. Formatu JPG się nie używa, gdyż jest to kompresja stratna i przy obróbce wychodzą artefakty.

Do obróbki zdjęć używa się najczęściej - Adobe Photoshop - wiadomo, lub darmowy GIMP. Używa się także często programu Fitswork, który pozwoli na lepsze wyrównanie tła. Używa się też Maxim DL.

Obróbka i modyfikacja jest to temat tak rozległy, że nie będę się rozpisywał, napiszę tylko podstawowo na czym to polega.

2.7.2 Zdjęcia

Zdjęcia są robione różnie:

Czarno-białe w tzw. luminacji (L) - często robi się takie zdjęcia, głównie z tego powodu, że z nich możemy wyciągnąć zdecydowanie więcej detali niż ze zdjęcia kolorowego (RGB). Robi się też osobno w różnych długościach fali, np. samo H-Alfa. Często się robi tak, że najpierw się robi L bądź H-Alfa, a potem dopala kolor (RGB).

Większość zdjęć astronomicznych to głównie kompozycje - składane z wielu składowych zdjęć, z różnych kolorów czy pasm.

2.7.3 Modyfikowanie zdjęć przez NASA.


Częstym zarzutem ludzi, którzy dużej styczności z tym tematem nie mają, bądź jakiś spiskowców jest to, że NASA modyfikuje zdjęcia.

Oczywiście, że NASA modyfikuje i obrabia zdjęcia - tak jak każdy fotograf, który robi zdjęcia czegokolwiek. Nawet krajobrazów, gór czy czegokolwiek. Celem każdego fotografa jest wydobycie jak największej liczby szczegółów oraz by zdjęcie wyglądało ładnie. Wszystkie piękne, kontrastowe zdjęcia z albumów astronomicznych są modyfikowane i obrabiane.

W astrofotografii składa się różne zdjęcia tego samego obiektu, by wyciągnąć barwy, czy szczegóły. Nakłada się kolory, podciąga kontrasty, krzywe itp. Detektory, matryce cyfrowe są w stanie wyciągnąć znacznie więcej niż ludzkie oko.

W internecie jest mnóstwo poradników jak obrabiać zdjęcia astronomiczne, czy nawet surowe zdjęcia - oryginały z zasobów NASA, które zajmują terabajty i można je pobrać. Oto przyśpieszony filmik jak wygląda obróbka takiego zdjęcia:




Jeśli wam się podobało, to udostępnijcie, lajkujcie, w komentarzach zadawajcie swoje pytania, gdzie umieszczę je w serii Pytania i Odpowiedzi (Q&A).

Proszę uprzejmie także o wyłączenie AdBlocka, bądź dodanie mojego bloga do wyjątków i ewentualne kliknięcie w którąś reklamę:)


Zapraszam także na mojego bloga, gdzie wrzucam swoje fotografie (krajobrazy itp.) - mcphotografia.blogspot.com
Pozdrawiam - McGoris Polska.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz