Calibration Frames

του Γιώργου Βίδου

Calibration Frames(Bias, Dark, Flat)

Τα "μυστηριώδη" αρχεία, τα αρχεία που για αρκετά χρόνια υπήρχε ένα πέπλο μυστηρίου γι' αυτά. Όλοι κάτι έχουμε ακούσει για calibration frames και οι περισσότεροι δεν τα χρησιμοποιούμε.

Η αλήθεια είναι ότι χωρίς calibration δεν γίνεται σοβαρή αστροφωτογραφία

Τι είναι λοιπόν τα calibration frames και για πιο λόγο πρέπει να τα χρησιμοποιήσουμε; Σε μια αστροφωτογραφία ο βασικός στόχος είναι η όσον δυνατόν περισσότερη μείωση του θορύβου. Το καλύτερο S/N (signal/noise - σήμα/θόρυβος). Τι θόρυβο λοιπόν μπορεί να έχει μία λήψη; Μία λήψη έχει θόρυβο από τα ηλεκτρικά μέρη της κάμερας, θερμικό θόρυβο από το ccd, hot pixels και θόρυβο που μπορεί να υπάρχει από διάφορους παράγοντες (ατμόσφαιρα, φωτορύπανση, cosmic rays κτλ). Ο τελευταίος τύπος θορύβου είναι ο βασικός λόγος που μας αναγκάζει να χρησιμοποιούμε υπο-εκθέσεις (sub-exposures) και να τις αθροίζουμε. Εκτός του θορύβου όμως υπάρχουν και κάποιοι παράγοντες που πρέπει να λάβουμε εξίσου υπ' όψιν μας. Το φαινόμενο vingetting (σκίαση μέρους της φωτογραφίας λόγο της γεωμετρίας/κατασκευής των οπτικών), την σκόνη που κάθεται στους φακούς, φίλτρα,ccd και την κατασκευή του ccd chip (τα pixel του αισθητήρα δεν ανταποκρίνονται με τον ίδιο τρόπο στα φωτόνια που προσπίπτουν σε αυτά). Στην περίπτωση λοιπόν που δεν χρησιμοπιούμε ccd κάμερες με υγρό άζωτο τότε τα Dark Frames είναι απαραίτητα. Τα Flat Frames είναι απαραίτητα και για τις κάμερες με υγρό άζωτο.

Κατηγορίες Calibration Frames

Dark Frame

Τα Dark Frames καταγράφουν τον θερμικό θόρυβο του συστήματος(*) και τα hot pixels. Ο θερμικός θόρυβος είναι το σχετικά μικρό ηλεκτρικό σήμα που ρέει μέσα με ένα φωτοευαίσθητο chip (όπως το CCD) και ενεργοποιεί το pixel ακόμα και όταν φωτόνια δεν προσπίπτουν σε αυτό. Τα hot pixels είναι κάποια pixels, που από κατασκευής, ακόμα και εάν δεν δέχονται καθόλου φως θα πάρουν πολύ υψηλές τιμές. To Dark Frame είναι απόλυτα εξαρτόμενο από τον χρόνο έκθεσης και την θερμοκρασία της κάμερας. (*) γνωστό και ως system noise ή dark current.

 

Bias Frame

Σε αντίθεση με τον θερμικό θόρυβο, η CCD κάμερα δημιουργεί κάποιο θόρυβο που είναι ανεξάρτητος με την διάρκεια της λήψης. Ο θόρυβος αυτός προέρχεται από τα ηλεκτρονικά μέρη της ccd κάμερας. Το Bias Frame χρησιμοποιήται ΜΟΝΟ όταν τα dark frames που έχουμε δεν είναι της ίδιας διάρκειας με τα Light Frames. Το calibrate Dark Frame με Bias ονομάζετε Scaled Dark Frame.

 

Flat Frame

Τα Flat Frames θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι οι λήψεις αυτές που μας δίνουν το οπτικό αποτύπωμα ενός τηλεσκοπίου σε συνδυασμό με μία κάμερα.

 

Τρόπος λήψης

Dark Frame

Με κλειστό το κλείστρο της κάμερας και το καπάκι του τηλεσκοπίου (ιδανικά και σε σκοτεινό χώρο για την περίπτωση που η κάμερα έχει κάποιο άνοιγμα) κάνουμε από 15 έως 35 λήψεις στην ίδια διάρκεια και θερμοκρασία όπως και τα Light Frames.

Bias Frame

Με κλειστό το κλείστρο της κάμερας και το καπάκι του τηλεσκοπίου (ιδανικά και σε σκοτεινό χώρο για την περίπτωση που η κάμερα έχει κάποιο άνοιγμα) κάνουμε από 15 έως 35 λήψεις με την μικρότερη διάρκεια που επιτρέπει η κάμερα (σχεδόν 0 sec)

Flat Frame

Στρέφουμε το τηλεσκόπιο σε μια επίπεδη επιφάνια ομοιόμορφα φωτισμένη, χωρίς να μετακινήσουμε την κάμερα ή τον focuser. Δοκιμάζουμε τον χρόνο έκθεσης ώστε η μέση τιμή ADU (counts) της λήψης να είναι από 1/3 έως 1/2 της Full Well Capacity της CCD κάμερας και κάνουμε από 15 έως 35 λήψεις. Τα Flat Frames έχουν και αυτά θόρυβο, έτσι πρέπει να πάρουμε και Dark Frames για τα Flats (Dark Flat Frames). Kάνουμε από 15 έως 35 λήψεις Darks στην ίδια διάρκεια και θερμοκρασία όπως και τα Flat Frames. Flats πρέπει να παίρνουμε για κάθε φίλτρο ξεχωριστά.

 

Δημιουργία Τελικού Αρχείου (Master Frame)

Δημιουργία Master Dark

Με ένα πρόγραμμα επεξεργασίας (CCDSoft, MaxImDL κτλ) xωρίς να κάνουμε ευθυγράμμιση, normalization ή οτιδήποτε άλλο κάνουμε μία απλή median/average άθροιση και δημιουργούμε το Master_Dark.

Δημιουργία Master Flat

Με ένα πρόγραμμα επεξεργασίας (CCDSoft, MaxImDL κτλ) κάνουμε calibrate με το Master_Dark_Flat όλα τα Flat Frames αρχεία. Χωρίς να κάνουμε ευθυγράμμιση, normalization ή οτιδήποτε άλλο κάνουμε μία απλή median/average άθροιση και δημιουργούμε το Master_Flat.

Calibrate ενός Light Frame

Με ένα πρόγραμμα επεξεργασίας (CCDSoft, MaxImDL κτλ) ανοίγουμε όλα τα Light Frames αρχεία και τα κάνουμε calibrate με το Master_Dark και Master_Flat.

Light Frame = (Light Frame - Master Dark)/Master Flat


Άθροιση 7 fits χωρίς calibration


Άθροιση 7 fits με calibration