Calibración de imágenes astronómicas

La calibración de nuestras fotos nos va permitir eliminar total o parcialmente, algunos de los efectos que contaminan la luz que nos llega del objeto que hemos fotografiado.

Como hemos hablado en un Problemática de la Astrofotografía (III) - Instrumental utilizado, las características de nuestro equipo (óptica y detectores) enturbian los datos captados. Si empleamos unas sencillas técnicas consistentes en tomar una serie de Bias (para descontar el ruido de lectura de la cámara), Darks (para descontar el ruido de corriente oscura de la cámara) y Flats (para tener en cuenta la diferente iluminación del chip de la cámara y la presencia de suciedad en el chip y/o en las ópticas), conseguiremos, por lo menos en parte, eliminar esos efectos.

De las tres series, únicamente la de Flats es necesario realizarla en el momento, es decir, cuando estamos fotografiando. Es obligatorio que la realicemos con la misma configuración: con la cámara en idéntica posición y con la óptica en el mismo punto de enfoque. Bias y Darks se pueden hacer en otro momento, sin necesidad de perder tiempo de fotografía. Hay cámaras (como por ejemplo la ASI 120MM de ZWO) en las que sus patrones de ruido de lectura y térmico no son estables, lo que obliga a tomar las series de darks y bias a continuación de la captura.

De cada una de las series obtendremos un fichero Maestro ( o Master en su denominación en inglés) que utilizaremos para modificar cada una de las tomas individuales que hemos captado del objeto.

Importante!: Si estamos utilizando una cámara en color, la calibración siempre se hace con los archivos RAW, sin "debayerizarlos"

Creación MasterBIAS

Siempre que trabajamos con imágenes astronómicas nos referimos a conjuntos de imágenes, no a imágenes individuales, por lo que es necesario integrar para crear una imagen que recoja toda la información posible de cada una de las tomas individuales.

La integración la realizamos mediante el uso de técnicas estadísticas que nos permitan rechazar aquellos datos excepcionales y fortuitos como es el caso de los rayos cósmicos.

La creación del MasterBIAS es el primer paso necesario para realizar una correcta calibración del resto de tomas (darks, flts y lights).Para realizarla utilizamos programas informáticos como, por ejemplo, Pixinsight.

Procedimiento creación MasterBIAS con PixInsight:

01 Abrimos el proceso ImageIntegration

02Seleccionamos los archivos BIAS que queremos integrar

Selección de archivos en el cuadro de diálogo

03 Parámetros importantes:

-Combination: Average
-Normalization: No normalization
-Weights: Don't care (all weights=1)
-Para acelerar el proceso, desmarcamos Evaluate noise, porque no lo vamos a utilizar en fases posteriores

Parámetros básicos de integración

04 En el caso de los BIAS, la única posibilidad de que los datos se enturbien es por causa de los rayos cósmicos, por eso, se establecen límites altos del valor de sigma para el rechazo de los valores claramente fuera de rango. Valores sigma entre 3-6 o incluso más altos son deseables.

Parámetros de rechazo

Este es el resultado:

MasterBIAS

Mejorando el MasterBIAS: SuperBIAS

Conforme vamos aumentando el número de tomas que integramos para crear el MasterBIAS, el ruido que queda en el resultado es cada vez menor. Para no tener que integrar miles de tomas para obtener un MasterBIAS sin ruido, PixInsight dispone de un proceso denominado SuperBIAS que aplicaremos al MasterBIAS que hemos obtenido con el procedimiento anterior.

SuperBIAS

Se observa una imagen sin ruido, con el característico patrón de columnas de diferente intensidad de un BIAS.

La utilización de SuperBIAS nos va a permitir rebajar el número de tomas BIAS individuales a realizar, con unas 100 será más que suficiente para obtener un MasterBIAs de calidad.

Creación Master Dark

Una vez que tenemos nuestro Master BIAS (tras usar SuperBIAS), podemos proceder a crear el Master Dark. El Master Dark pretende recoger el ruido procedente de la corriente oscura (dark current), que ilumina la toma conforme aumenta el tiempo de exposición a pesar de tener tapada la cámara. En este ruido también aparecen los píxeles calientes (hot pìxels) que aparecen siempre en la misma posición.

Antes de integrar todos los darks que dispongamos, necesitamos calibrarlos restándoles nuestro Master BIAS, para que únicamente recoja el ruido procedente de la corriente oscura, sin el ruido de lectura mediante el proceso ImageCalibration:

Calibración de archivos DARK

01Abrimos el proceso ImageCalibration

02Seleccionamos los archivo DARK que queramos integrar

03Elegimos el directorio de salida (hay que intentar ser muy ordenado)

04Marcamos la casilla de Master BIAS y elegimos el archivo adecuado. No marcamos la casilla "Calibrate"

05Desmarcamos Master Dark y Master Flat

06Aplicamos en global para que realice las operaciones necesarias

Tras realizar la calibración, dispondremos de nuestros archivos dark calibrados (sufijo _c) archivados en el directorio que indicamos en el cuadro de diálogo.

Integración de archivos DARK calibrados

Volvemos a abrir el proceso ImageIntegration:

01.Pulsando "Clear", borramos la lista de archivos que habíamos utilizado para crear nuestro MasterBIAS y añadimos nuestros darks calibrados (sufijo _c). De esta forma, utilizamos los mismos parámetros que usamos al crear el Master BIAS.

02Aplicamos en global para que realice las operaciones necesarias

Aparecerá nuestro Master DARK listo para ser guardado para su posterior uso.

Creación Master Flat

Al igual que nos pasaba anteriormente, antes de integrar los flats, es necesario calibrarlos utilizando los archivos creados anteriormente (Masters BIAS y DARK) usando ImageCalibration.

Calibración de archivos FLAT

01Abrimos el proceso ImageCalibration

02Seleccionamos los archivo FLAT que queramos integrar

03Elegimos el directorio de salida (hay que intentar ser muy ordenado)

04Marcamos la casilla de Master BIAS y Master DARK y elegimos el archivo adecuado. No marcamos la casilla "Calibrate" en ninguno, sin embargo marcamos "Optimize" en Master Dark, para que el programa ajuste el Master Dark a los flats y no sea necesario tomar una serie de DARK FLATS.

05Desmarcamos Master Flat

06Aplicamos en global para que realice las operaciones necesarias

Tras realizar la calibración, dispondremos de nuestros archivos flat calibrados (sufijo _c) archivados en el directorio que indicamos en el cuadro de diálogo.

Integración de archivos FLAT calibrados

Volvemos a abrir el proceso ImageIntegration:

01Reseteamos a los valores por defecto del proceso (pulsando icono esquina inferior derecha)

02Seleccionamos los archivos FLAT ya calibrados que queremos integrar

03Parámetros Image Integration:
-Combination: Average
-Normalization: Multiplicative
-Weights: Don't care (all weights=1)
-Dejamos marcado Evaluate noise

04Parámetros de rechazo:
-Algoritmo: Percentile Clipping
-Normalization:Equalize fluxes

Nota: los valores sigma low y sigma high por defecto pueden servir si has utilizado una caja de flats o has utilizado algún tipo de difusor. Si has utilizado los denominados "sky flats" debes ajustarlos para hacer desaparecer cualquier rastro de estrella que hayas podido capturar al hacerlos.

05Aplicamos en global

Aparecerá nuestro Master FLAT listo para ser guardado para su posterior uso.

Calibración de las tomas de luz

Tras este largo proceso, por fin tenemos, los archivos necesarios para realizar la calibración de las tomas de luz de nuestro objeto astronómico.

De nuevo usamos ImageCalibration:

01Abrimos el proceso ImageCalibration

02Seleccionamos los archivo LIGHT que queramos integrar

03Elegimos el directorio de salida (hay que procurar ser muy ordenado)

04Marcamos la casilla de Master BIAS,Master DARK y Master FLAT y elegimos el archivo adecuado. No marcamos la casilla "Calibrate" en ninguno, sin embargo marcamos "Optimize" en Master Dark, para que el programa ajuste el Master Dark a las tomas.

05Aplicamos en global para que realice las operaciones necesarias

Resumen del proceso:

01Integración BIAS para crear el Master BIAS

02Usamos el proceso SuperBIAS para eliminar ruido del Master BIAS

03Calibración DARKS con nuestro MasterBIAS

04Integración DARKS para crear el Master DARK

05Calibración FLATS con Master BIAS y DARK

06Integración FLATS para crear el Master FLAT

07Calibración LIGHTS con Master BIAS, DARK y FLAT

Una vez hemos realizado estas operaciones, podremos pasar a la Integración de imágenes astronómicas

Notas finales

  • Este tedioso proceso puede realizarse de manera automática con el excelente script BatchPreproccessing, donde se añaden los archivos bias, dark, flat y lights. Se pierden posibilidades de ajustar los parámetros y el sentido de por qué hacemos las cosas, pero en general funciona muy bien. No permite el uso de de dark flats
  • No siempre se dispone o se quiere calibrar de manera total. Empleando dithering, por ejemplo, quizás no sea necesario el uso de darks.