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Tecniche di ripresa con la fotocamera digitale


L'avvento dei nuovi sensori per le macchine digitali, più sensibili e meno rumorosi delle prime serie introdotte sul mercato, ha permesso a molti astrofili di avvicinarsi alla fotografia astronomica potendo contare sulla possibilità di vedere immediatamente il risultato, di non dover fare un investimento economico rilevante, di avere buoni risultati sin dalle prime fotografie.

Gran parte del merito indubbiamente va alla Canon che è stata sicuramente la ditta che ha messo per prima in commercio le fotocamere digitali adatte all'astronomia, realizzando, anche se purtroppo in serie troppo limitata e costosa, una fotocamera realizzata proprio per questo scopo, la 20Da.

Ovviamente non basta mettere la macchina fotografica al telescopio e scattare per ottenere buoni risultati.

Le basi dell'astrofotografia restano sempre e comunque valide: cieli bui e incontaminati, ottiche valide e perfettamente in ordine, montatura robusta e messa bene in postazione polare, messa a fuoco certosina e inseguimento perfetto. Sono questi i canoni imprescindibili ai quali l'astrofotografo dovrebbe sempre adeguarsi.

Ammesso che tutti questi canoni siano rispettati cosa dobbiamo fare perché le nostre foto risultino ben fatte e piacevoli da vedersi?

Prima di rispondere a questa domanda facciamo un breve passo indietro nel tempo quando le alternative fotografiche erano i ccd e la pellicola. Con quest'ultima si facevano pose più lunghe possibili per catturare tutti i fotoni che ci arrivavano dal cielo. Il limite delle pose erano, in teoria, date dall'inquinamento luminoso ma in realtà il limite era dettato dal difetto di reciprocità della pellicola, che faceva sì che la sua sensibilità diminuisse proporzionalmente all'incremento del tempo di esposizione, arrivando a un punto oltre il quale diventava inutile esporla.

I ccd permettevano di ovviare a questo inconveniente in quanto la loro risposta lineare all'azione della luce permetteva di esporli fino al limite di saturazione del sensore stesso. Però sommando elettronicamente più riprese potevamo simulare una unica ripresa di durata quasi uguale alla somma dei tempi totali di esposizione.

Le fotocamere digitali hanno caratteristiche che si avvicinano ai ccd astronomici permettendo di poter sommare varie pose fra loro ma hanno alcune limitazioni dovute alla loro genericità d'uso che, di regola, non prevede la lunga esposizione notturna. Una delle limitazioni principali è la mancanza di un raffreddamento del sensore e dell'elettronica di gestione che fa sì che le riprese siano nettamente più rumorose di quelle di un ccd astronomico. Inoltre davanti al sensore ci sono due filtri. Il primo è in realtà una serie di microfiltri colorati alternati secondo lo schema di fianco. Ognuno di questi microfiltri è posizionato davanti a un singolo pixel per cui il segnale che arriva a questo è relativo solo al colore del microfiltro. Ciò comporta nella realtà una perdita di risoluzione perché pur essendo i pixel di dimensioni variabili da 5 a 8 micron, a seconda delle fotocamere, nella realtà il segnale viene interpolato in quanto il colore rosso è composto solo da un quarto dei pixel reali, così come il blu mentre il verde è la metà dei pixel.


Il secondo filtro serve per ridurre l'effetto della componente infrarossa del segnale. Infatti questi sensori sono sensibili anche nella banda infrarossa, invisibile al nostro occhio. Gli obbiettivi fotografici sono composti da lenti che non permettono la corretta messa a fuoco di tutte le lunghezze d'onda contemporaneamente. Ciò comporta una perdita di definizione in quanto sul sensore arrivano sia le frequenze a fuoco sia quelle non a fuoco.

Per ridurre questo problema viene posto davanti al sensore stesso un filtro che blocca la componente infrarossa dello spettro, quella invisibile ai nostri occhi ma deleteria per la nitidezza dell'immagine.

Il problema è che questo filtro taglia anche le frequenze più basse del visibile, praticamente la zona di emissione dell'idrogeno ionizzato una volta, la famosa frequenza Halfa. Per questo molte fotocamere vengono modificate sostituendo il filtro originale con uno che, pur bloccando l'infrarosso, lascia passare la riga Halfa.

Conoscendo tutti questi parametri e vincoli possiamo però definire alcuni punti fermi per esporre correttamente.

Abbiamo visto che più lunga è l'esposizione e maggiore è il riscaldamento dell'elettronica della fotocamera con incremento del rumore del sensore. Se la temperatura esterna è fredda questo riscaldamento è limitato mentre se la temperatura esterna è tipica di una nottata estiva il sensore lavorerà sempre in condizioni critiche, per quanto riguarda il rumore.

D'inverno e comunque in alta montagna potremo perciò arrivare a singole esposizioni di dieci, dodici e anche quindici minuti, dipendendo questo limite anche dalla qualità del cielo e dall'apertura del telescopio, mentre d'estate o riprendendo dalla pianura le esposizioni dovranno essere ridotte.

Un trucco per ridurre il riscaldamento del sensore è quello di disattivare il monitor della fotocamera (consuma molta corrente). Ne guadagniamo in rumore e in durata delle batterie. D'estate poi conviene intervallare momenti di riposo lunghi anche un paio di minuti fra una posa e l'altra mentre d'inverno questo intervallo può essere più breve.

Altro trucco può essere usato sulle fotocamere un po' vecchie che hanno un protocollo di trasferimento dati USB 1.1.

In questi casi è molto conveniente evitare di trasferire sul pc i vari scatti appena effettuati (trasferimento che impegna l'elettronica per quasi un minuto) e memorizzarli sulla Compact Flash mentre per le fotocamere più moderne, che contano sul protocollo di trasferimento USB 2.0, questo sistema può essere evitato.

Quanto premesso serve per conoscere a priori alcune tecniche che potremo adottare per ridurre gli inconvenienti che sappiamo di incontrare durante le nostre nottate astrofotografiche.

Ora vediamo di analizzare alcuni aspetti pratici.

Alcune fotocamere hanno la possibilità di ridurre il rumore mediante applicazione automatica di un'immagine di dark. In breve la fotocamera, al termine di un'esposizione, compie un secondo scatto di eguale durata ma con l'otturatore chiuso e lo sottrae alla prima immagine. In questo modo l'immagine finale esce molto più pulita dalla fotocamera ma a prezzo di un'esposizione doppia e dell'impossibilità di gestire manualmente la sottrazione del dark frame.

Questa scelta inoltre ha lo svantaggio di ridurre il numero degli scatti utili in una serata. Infatti possiamo mediare un certo numero di dark frame e usare questo master dark per sottrarlo a ciascuna immagine ripresa (light frame). Se mediamo per esempio 7 dark da 10 minuti possiamo riprenderli durante il montaggio del telescopio e durante il suo smontaggio, sfruttando i tempi morti prima che lo strumento sia operativo. Poi per quattro ore riprendiamo i nostri light frame da dieci minuti l'uno con intervalli da 2 minuti l'uno. Il totale dei frames utili è di 20.

Nel caso invece dell'autodark ogni scatto ci tiene bloccati per ventidue minuti per cui nelle quattro ore utili avremo solo 11 scatti utilizzabili.

Altro punto da tenere presente è la saturazione del sensore. Le dslr hanno una dinamica che varia da 12 bit (4096 livelli) a 14 bit (16384 livelli). Ciò significa che le riprese devono avere una durata tale da velare leggermente il fondo cielo ma da non saturare il sensore (salvo il caso della presenza di stelle molto luminose nel campo inquadrato).

Come possiamo fare per sapere il tempo limite da utilizzare?

Ovviamente l'esperienza ci porta a riconoscere a occhio il limite dell'esposizione utilizzabile ma se vogliamo un approccio più "scientifico" potremo valutare l'istogramma della foto. Quasi tutte le macchine fotografiche digitali permettono di visualizzare l'istogramma di una fotografia ma, nel caso in cui avessimo scaricato l'immagine sul pc vi sono vari programmi per poter visualizzare l'istogramma della foto.

Questo appare come nell'immagine sottostante.


Come possiamo vedere negli istogrammi sopra riportati la guglia a sinistra indica il fondo cielo mentre la parte verso destra è dovuta alla componente di segnale delle stelle e delle nebulose.
Come si vede nel primo istogramma la guglia è mezza mangiata dal bordo. Il cielo sarà molto nero e la foto è sottoesposta.

Nella seconda siamo ancora sottoesposti in quanto la parte destra dell'istogramma non arriva vicino al bordo. La dinamica è bassa ma comunque si può lavorare.

Il terzo istogramma corrisponde alla foto perfettamente esposta. Vi è spazio a sinistra (abbiamo velato un po' il cielo ma possiamo recuperare in fase di elaborazione) e le stelle hanno tutte una discreta luminosità senza però che alcuna di esse sia saturata.

Il quarto presenta una sovraesposizione. Può darsi che sia dovuta alla presenza di una stella molto luminosa nel campo (in questo caso va ancora bene ma si può ridurre un po' l'esposizione) oppure perché molte stelle sono bruciate.

In questo caso conviene ridurre l'esposizione.

Ma una cosa fondamentale è comunque il formato di ripresa. Si deve sempre scattare impostando la qualità immagine come RAW.

Renzo Del Rosso

Sezione Astrofotografia

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