Procesado de imagenes CCD

Cuando damos el salto desde la foto quimica a la digital, nos encontramos con el proceso "equivalente" al revelado quimico. Las imagenes CCD deben ser tratadas para corregir los errores propios de este tipo de dispositivo, asi como otros, comunes con la fotografia quimica, causados por el sistema optico. Vamos a intentar explicar, de forma clara, cuales son los pasos de este proceso, procurando hacerlo desde el aspecto practico.

Previamente, partiremos del concepto de "apilamiento" o "stacking", consistente en promediar varias exposiciones de corta duracion para obtener imagenes cuasi-equivalentes a la suma de los tiempos. Esta tecnica, permite evitar o al menos reducir el impacto de la contaminacion luminica, y de los errores de seguimiento de nuestro sistema. Ej.: en vez de una exposicion de 30 minutos, podemos lograr casi el mismo resultado con 3 exposiciones de 10 minutos, o con 30 exposiciones de 1 minuto (ojo, esto no es del todo verdad, pero sirve como ejemplo de como las camaras digitales (webcams, ccd's) facilitan las operaciones de mezcla de imagenes, harto complicadas cuando hablamos de la fotografia clasica).

Pero no todo van a ser ventajas. Las imagenes digitales deben ser corregidas (pre-procesadas) como antes deciamos. Esto hace necesario la toma de "imagenes" auxiliares para cada una de las imagenes que deseamos obtener. Esto es, ademas de las imagenes conteniendo los objetos que queremos "fotografiar", hace falta tomar una serie de imagenes durante nuestra sesion fotografica.

Aqui es donde volvemos a referirnos a la tecnica de "stack". De cada una de las imagenes correctoras, hay que tomar no solo una, sino una serie de ellas que luego promediaremos.

- Bias (tambien conocida como Offset). Consiste en una exposicion, con la camara obturada y el telescopio "cerrado" del minimo tiempo de exposicion que nuestra camara permita. Esto compensa el ruido introducido en la imagen por los circuitos electronicos, la lectura, impulsos de reloj, etc. Para una camara dada, es casi constante en el tiempo, por lo que podemos realizar un juego de tomas y guardarlo para su uso posterior. (Con realizar 10 bias es mas que suficiente)

- Dark (cuadro oscuro). Es una exposicion, tambien con el obturador y el telescopio cerrados, de forma que no llegue luz alguna al chip. La duracion es la misma que la de las imagenes que vayamos a obtener. P.ej. para hacer X tomas de 10 minutos, deberemos realizar cuadros oscuros de 10 minutos (al menos, tantos como imagenes vayamos a obtener, y en la practica, no menos de 10)

- Flat (cuadro "plano"). En este caso, la exposicion es la necesaria para alcanzar la mitad de la capacidad de almacenar electrones de los fotositos de la camara. A los efectos (sin que sea totalmente cierto), si nuestra camara es de 16 bits o 64.000 niveles, deberemos alcanzar los alrededores de valores de 32.000 de media. La duracion de la exposicion sera la necesaria para alcanzar este nivel.
El flat es quizas la imagen mas dificil de realizar correctamente. Nos va a servir para corregir los defectos de viñeteo, diferencias de sensibilidad de los pixeles, motas de polvo o manchas del sistema optico etc, que se corregiran en la imagen final. Se trata de exponer (durante el tiempo mencionado) apuntando el telescopio a una superficie iluminada del modo mas uniforme posible, y a ser posible, lo mas cercano al blanco. (tampoco esto es exactamente cierto, pero suficiente). Se usan normalmente una de estas tres tecnicas:

1. Enfocar a una pared lisa de color blanco o bien a una superficie equivalente.
2. Usar el cielo del anochecer o amanecer
3. Fabricar una caja que se coloca en la boca del telescopio y que ilumina el campo de una forma uniforme (si hay animos, haremos otro articulo sobre como hacer una bastante facil y barata).

MUY IMPORTANTE: El flat debe hacerse exactamente tal y como se han hecho o se van a hacer las imagenes: sin retirar la camara del telescopio o el objetivo, ni cambiar el enfoque u orientacion de la camara. Si lo hacemos, el flat resultante no solo NO corregira los errores del sistema sino que introducira otros nuevos.

- DarkFlat: Ojo, el flat es como si fuera una imagen de un objeto, una vez que hallemos el tiempo de exposicion necesario (pongamos 10 seg.) deberemos tirar tambien un juego de darks de esa duracion.

Una vez que la camara ha alcanzado la temperatura de trabajo (o bien cuando lleve ya un tiempo encendida en el caso de las webcam), podemos empezar a tomar imagenes de los objetos. A mitad de la sesion, o bien aprovechando (lo que en nuestro caso es bastante habitual, podemos tomar las imagenes correctoras) En el caso de los bias y los dark podemos usar algunos que hayamos tomado antes, siempre que las condiciones de trabajo de la camara sean aproximadamente iguales. Ahora bien, para curarse en salud, es mejor realizarlos cada vez, no lleva tanto tiempo y el resultado merece la pena.

En el caso del flat, considero imprescindible que se haga cada sesion, salvo que no hayamos retirado ni modificado nada de todo nuestro montaje (telescopio, camara, enfoque, en su caso oculares, etc.)

Cuantas imagenes hacer? Para empezar (luego la experiencia le dictara a cada uno la forma que mejor le resulte) se puede empezar por, digamos 10 imagenes BIAS, 10-15 DARKS y entre 10 y 20 FLATS. Cuantas mas imagenes tomemos, menos errores aleatorios introduciremos y mejor sera el resultado final. Pero claro, si tenemos dos horas para observar, no las vamos a pasar tirando "accesorios"....

Una vez que tenemos los juegos de imagenes "en basto" de los objetos (las vereis como imagenes "RAW" en las paginas, libros y revistas en ingles), los darks, los flats, y los bias, podemos comenzar el procesado de las imagenes.

Bien, vamos a resumir primero el proceso y luego lo detallaremos. Como puede ser un poco arido, al final teneis un grafico mucho mas claro:

Imagen final = promedio [(RAW's - (DARKM + BIASM) / FLATM)]

definiciones:

RAW : para abreviar, cada una de las imagenes de objetos antes de tratar

DARKM (dark_maestro) = es el promedio de los darks (mismo tiempo de exposicion que los RAW con la tapa del telescopio puesta)

DARKFLATM (cuadro oscuro maestro del flat): promedio de los darks de los flats (cuadros con iluminacion uniforme y nivel de luminosidad de la mitad de capacidad del chip)

BIASM = es el promedio de los bias (cuadros de minimo tiempo de exposicion y tapa puesta)

FLATM = promedio [FLAT - (DARKFLATM+BIASM)] Es el promedio de los flats, a cada uno de los que se le habra restado el promedio de los DARKFLATS y el BIASM

Pasos a seguir:

1.- Promediamos todos los DARK (si hemos hecho exposiciones de distinta duracion, deberemos tener juegos de DARKS de cada uno de los tiempos, por eso es recomendable hacer todas las exposiciones de una misma sesion con el mismo tiempo, si se puede). Con esto obtenemos el cuadro oscuro maestro (DARKM)

2.- Promediamos todos los DARKFLAT, obteniendo el DARFLATM

3.- Promediamos todos los BIAS. Si el chip esta bien, debera dar una imagen practicamente uniforme con un nivel bajo de luminosidad en toda la imagen.. Obtenemos el BIASM

4.- A cada uno de los FLAT, le restamos el DARKFLATM y el BIASM. Despues, promediamos las imagenes resultantes, obteniendo el FLATM

5.- A cada imagen bruta (RAW), le restamos el DARKM y el BIASM.

6.- E resultado de cada una, lo dividimos por el FLATM.

7.- Finalmente, promediamos cada una de las imagenes preprocesadas, obteniendo el resultado final.

Y ya está!... OJO!!! Se supone que las imagenes RAW son exactamente iguales, si no, deberemos alinearlas entre ellas antes de promediarlas. Solo se deben alinear justo antes de promediarlas, para todo el resto del proceso deben ser los originales!

Menudo lio, direis!!! Pues no es tanto como parece... Normalmente todo este trabajo se deja para el dia siguiente o para la proxima noche nublada, depende de lo rapido que querais ver el resultado. Ademas, existen varios programas (ved la pagina de programas de nuestra web) tanto gratuitos como de pago que a partir de los juegos en brutos hacen de forma automatica o casi todo el proceso. (El IRIS, AIP4WIN, MaximDL, etc)

Eso si, aunque algunos fallos pueden reducirse despues, es importante tener en cuenta que la calidad final de nuestras imagenes depende no solo de las imagenes mismas, sino tambien de la calidad de las auxiliares, que representaran la diferencia entre una imagen impresionante.... o una imagen que impresione... no se si me explico....

Un cordial saludo y a vuestra disposicion para cualquier comentario / aclaracion / subvencion ...

Mikel Berrocal, Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.


Grafico resumen del proceso