Dithering con Phd e Nebulosity

Ormai è un annetto che utilizzo questa combinazione di software e devo dire che fino ad oggi mi ha dato grandi soddisfazioni oltre che ad avermi semplificato non poco la vita.. proprio per la semplicità di utilizzo dei 2 software questo sarà piu una spiegazione sul funzionamento e i benefici del dithering e non mi addentrero nei settaggi per Phd ne nell’uso di Nebulosity per allineamento, stacking e elaborazione delle immagini ma vorrei spendere 2 parole sul dithering e sui suoi effetti benefici per le nostre riprese. Come potrete vedere il tutorial sara di poche righe.. credo che sia piu importante comprenderne il funzionamento che fare i click necessari a far partire la procedura.

Chi sta leggendo questa pagina sicuramente conosce i 2 programmi di Starklabs:

PHD Guiding è un software gratuito che permette di fare autoguida, Nebulosity è un software a pagamento per l’acquisizione, allineamento e elaborazione di immagini.

Craig Stark quando ha sviluppato questi software ha ben pensato di parli interagire tra di loro attraverso una funzione che si chiama dithering. Ma cos’è esattamente il dithering in fase di acquisizione di immagini astronomiche?

Partiamo con una premessa valida sia nel caso in cui si stia usando Reflex sia un CCD raffreddato, in un sistema perfetto sarebbero del tutto ininfluenti ma esistono tutta una serie di difetti nel sensore e nell’elettronica della camera che si verificano piu o meno sempre allo stesso modo quando la camera riprende in determinate condizioni:

Hot e Cold pixel: Se eseguiamo esposizioni tutte della medesima durata alla medesima temperatura i pixel difettosi si presenteranno sempre nella stessa posizione.

Hot e Cold column: stesso discorso valido per le colonne difettate (anche se è un discorso legato piu alle camere ccd che alle reflex)

Rumore di lettura: anche se l’immagine è correttamente calibrata con dark e bias restera sempre un pattern a volte diagonale (ma dipende dai modelli di camera) che è il residuo del rumore di lettura della camera, questo rumore diventa molto importante nelle reflex che non sono raffreddate e non sono concepite per un uso astronomico.

Il Dithering

Ora ipotizziamo di avere il nostro sistema di ripresa perfetto: Allineamento polare perfetto, autoguida che lavora perfettamente e il nostro normale ccd (o reflex). Eseguiamo una serie di riprese su una stella e andiamo ad analizzarle, noteremo che la stella sarà sempre ben rotonda al centro e noteremo che i difetti della camera (pixel e colonne difettose) colpiscono sempre i medesimi pixel. Se anche la procedura di calibrazione con dark flat e bias fosse perfetta allora i difetti sarebbero risolti perfettamente MA siccome non siamo in un mondo perfetto e i software ragionano con medie, mediane e sigma esistono sempre dei residui dei difetti nelle immagini calibrate.

Supponiamo che un hot pixel sia aggiustato solo parzialmente dalla calibrazione in tuttte le immagini che abbiamo acquisito, cosa succede se poi vado a mediare le immagini? nello stack avro un hotpixel (smorzato ma comunque un hotpixel) che sara il risultato della media di tutti i residui di hotpixel che non sono stati corretti dalla calibrazione, stesso discorso per coldpixel e colonne difettate. Questo fatto è molto piu frequente di quanto si pensi nelle immagini amatoriali anche se poco evidente perchè riscalando le immagini a una risoluzione piu bassa il pixel si perde.

Come funziona il dithering? ipotizziamo che nel nostro sistema perfetto tra una posa e l’altra si esegua uno spostamento di 1 pixel in una direzione casuale, alla fine della nostra immagine avra la stella che gironzola per il frame e i difetti della camera sempre fermi nello stesso punto. Quando la allineremo avremo SEMPRE la nostra bella stella al centro e i difetti sparpagliati casualmente per l’ immagine. Se si fa la media cosa succede? mentre la stella sarà mediata sempre su se stessa, i difetti della camera cadranno in posizioni sempre diverse e faranno media con il fondo cielo SPARENDO dalla nostra immagine finale. ecco l’importanza del dithering.

All’inizio di questa spiegazione ho citato anche il rumore di lettura.. si tratta di un tipo di errore insito nella camera ma non rilevabile direttamente ad occhio come per gli hot pixel, è molto piu subdolo perchè su scala piu grande e salta fuori durante le operazioni di stretch dell’immagine finale in cui si allarga la dinamica dell’immagine. un buon dithering aiuta anche nella rimozione di questo difetto.

Non ho mai parlato di rumore a pioggia perchè di per se il rumore a pioggia è causato da tutta una serie di fattori esterni al treno ottico come flessioni, rotazione di campo e cattiva calibrazione. E’ vero che il dithering in questo caso aiuta ma a mio avviso prima di farsi troppe seghe mentali con i software è meglio concentrarsi su una corretta messa a punto del proprio telescopio e solo POI preoccuparsi dei software, la base per una buona ripresa non è photoshop o MaximDL ma è un setup meccanicamente ben funzionante e affidabile, non esiste software che sia in grado di recuperare una ripresa con stelle allungate, cattiva messa a fuoco, rotazione di campo o altro.

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CONVIENE FARE IL DITHERING NELLE RIPRESE ASTRONOMICHE?

Assolutamente si, sempre e comunque perchè non ruba tempo alle riprese (se non i pochi secondi necessari al riposizionamento della stella) e riduce il rumore nelle nostre immagini. sddirittura per spalmare ulteriormente e in modo piu estremo il rumore si puo pensare di eseguire una serie di riprese prima e dopo il transito al meridiano eseguendo un flip.  2 set di immagini ruotate di 180° possono considerarsi un dithering estremo e sicuramente efficace, soprattutto se si usano reflex vecchiotte e con amp glow pronunciati come le vecchie nikon o le 300D/350D. Fate attenzione a questa operazione, soprattutto se il vostro telescopio si scollima facilmente perchè in caso di flessioni potreste modificare il treno ottico e vanificare i flat che farete a fine serata facendo cosi un danno maggiore del beneficio che avreste da questa operazione.

IL DITHERING IN PRATICA

Veniamo alla parte pratica..  facciamo interagire PHD e Nebulosity. Innanzitutto avviamo i 2 programmi. Cominciamo con PHD, facciamo come sempre la calibrazione sulla stella guida e poi una volta che ha cominciato a guidare attiviamo la funzione “ENABLE SERVER” nel menu Tools. Qui abbiamo finito, ora possiamo passare a Nebulosity

Nebulosity:  avviamo nebulosity e colleghiamoci alla camera di ripresa come sempre. Clicchiamo poi nel menu “View” e poi “Dither”.. si aprira il menu del dithering.. ora.. nebulosity nei manuali è un po “nebuloso” e non danno spiegazioni approfondite sull’effettivo dithering che viene fatto nelle varie opzioni.. Da quando lo uso ho potuto constatare che:

Le opzioni small dither/ medium dither: sono da preferirsi se si utilizza un telescopio di guida in parallelo con focale piu corta del telescopio di ripresa perchè un piccolo spostamento della stella guida equivale a un grande spostamento del tele di ripresa.

Le opzioni high/Extreme dither sono da utilizzarsi se si guida a una focale maggiore (ad esempio nel caso di obiettivi fotografici) o uguale rispetto a quella di ripresa (ad esempio nel caso di guide fuori asse) perchè un grande spostamento sul tele di guida equivale a un piccolo/medio spostamento nel tele di ripresa.

con la reflex ho sempre lavorato con le opzioni high/extreme e mi ci sono sempre trovato bene.. ma ognuno dovrebbe trovare il giusto compromesso in funzione con il proprio setup, che sia tanto o poco il dithering è sempre una buona cosa e vale sempre la pena di farlo..