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Calibrazione colore mediante stella G2V - Prima parte
Un metodo pratico per il bilanciamento del colore nelle immagini astronomiche

Introduzione.


Scopo di questo articolo è presentare un metodo per il corretto bilanciamento dei colori da effettuare al termine della fase di elaborazione dell'immagine. Il tipo di ripresa considerato è quello tramite sensore a colori con matrice di Bayer (DSLR o CCD a colori) in quanto è il tipo di sensore che trae più vantaggio dalla metodologia qui esposta. Il metodo è anche chiamato "tramite stella G2V" e capiremo presto il perchè.
L'articolo è indirizzato a chi possiede dimestichezza con le fasi di calibrazione e pretrattamento delle riprese astronomiche digitali, e quindi presuppone che si conosca la terminologia di base. Si presuppone inoltre di conoscere cos'è il bilanciamento del bianco. Inoltre non mi focalizzo su un software di elaborazione specifico, ma tratto esclusivamente i passi compiere, lasciando a voi l'onere (o l'onore) di trovare l'equivalente per i vostri programmi preferiti.


Premessa.

Durante le fasi finali d'elaborazione dell'immagine digitale, ci si trova ad affrontare il problema di rappresentare i colori nell'immagine nella maniera più fedele possibile. Ed a questo punto ci si chiede sempre cosa s'intende per fedele, a cui ognuno dà generalmente una risposta, secondo il proprio gusto estetico. Capita spesso infatti di vedere immagini dello stesso oggetto con colori anche molto differenti l'una dall'altra.
Fortunatamente Madre Natura ci fornisce uno strumento molto efficace per osservare il cielo, che è l'occhio. Esso si è sviluppato e specializzato per noi umili abitanti del terzo pianeta del sistema solare. La nostra stella, nella classificazione di Hertzsprung-Russel, è classificata come nana gialla, o in codice G2V. Il bilanciamento del colore tramite stella G2V significa quindi prendere come punto di riferimento della calibrazione del nostro setup astrofotografico una stella con caratteristiche identiche a quella del Sole stesso. Bilanciando quindi i colori con una stella G2V otterremo l'ottimizzazione visiva ideale per il nostro occhio.


Procedura per sensori con matrice di Bayer.

La prima fase è quella della selezione di una stella di classe G2V sulla quale andare ad effettuare una serie di misure. Per l'elenco di stelle di classe G2V adatte allo scopo, si può fare riferimento al catalogo presente sul mio sito al link http://astrofoto.laza.it/g2vstars.html.
La stella candidata dovrà passare il meridiano ad un orario accessibile per il periodo di osservazione, e dovrà essere posizionata il più possibile vicino allo zenith. Inoltre la magnitudine della stella deve essere tale da poterci permettere di raggiungere un adeguato rapporto S/N in tempi brevi ed all'interno dell'intervallo di linearità del nostro sensore.

La seconda fase è quella di ripresa vera e propria. Si riprendono quante più immagini possibile della stella, evitando di saturarla. Come di consueto si rilrendono anche i dark frame e i flat flat. Si procede poi alla pre-elaborazione dell'immagine come siamo abituati a fare con tutte le altre inmmagini del profondo cielo.

La terza fase è il fulcro di tutta la procedura, vale a dire il calcolo dei coefficienti che ci permetteranno di bilanciare i colori dell'immagine.
Si carica l'immagine nel nostro programma di elaborazione, si seleziona un'area quanto più piccola possibile intorno alla stella G2V ripresa e si chiede al software di ricavare il valore mediano per ogni canale colore. Dal programma d'elaborazione si ottengono i valori della mediana per i tre canali, ad esempio:

R=302, G=266, B=286

Dai tre valori precedenti si evidenzia che il canale G è quello col valore più basso e quindi sarà quello che prenderemo come riferimento.
I coefficienti saranno quindi calcolati così:

Coeff(R)=G/R, Coeff(G)=1, Coeff (B)=G/B

Il coefficiente G sarà 1 perchè è stato preso preso come riferimento proprio il canale G. Nel nostro otterremo quindi i seguenti valori:

Coeff(R)=0,88 Coeff(G)=1 Coeff(B)=0.93

che si andremo ad utilizzare nella nostra immagine, facendo modo che ogni valore d'intensità del pixel rosso sia moltiplicato per il relativo coefficiente Coeff(R) e così via per gli altri canali. Alla fine di questa procedura avremo così bilanciato correttamente l'immagine secondo una stella di classe G2V.


Procedura per pose con filtri RGB separati.

Il metodo per il calcolo dei coefficienti è il medesimo, ma vi sono due metodi d'applicazione dei coefficienti stessi: il primo effettua la rimappatura dei valori dei pixel come visto nel caso dei sensori a colori, mentre il secondo si basa sull'adeguamento dei tempi d'esposizione. E' quindi chiaro che il risultato finale è identico solo che nel secondo caso si ottiene il bilanciamento dei colori durante la ripresa. Non ho esperienza personale nel secondo metodo, ma a mio parere dovrebbe fornire dei risultati più naturali, anche se bisogna stare attenti a non saturare uno dei tre canali e quindi ha bisogno di un'attenta valutazione in campo della situazione.
Supponiamo ad esempio di avere ottenuto gli stessi valori utilizzati per la procedura con sensori a matrice di Bayer. Il canale R ha il valore mediano più alto ed è quello che questa volta prenderemo come riferimento. I coefficienti saranno quindi:

Coeff(R)=1, Coeff(G)=R/G=1.135, Coeff(B)=R/B=1.056

Se per il canale rosso si utilizza ad esempio un tempo d'integrazione di 300 secondi, per i canali G e B risulteranno rispettivamente tempi di esposizione pari a 341 e 317 secondi.


Estinzione Atmosferica.

I coefficienti trovati precedentemente sarebbero perfetti su un pianeta privo d'atmosfera; in realtà dovremmo in teoria tenere conto anche del fenomeno di estinzione atmosferica che indebolisce il segnale che riceviamo da un oggetto in funzione della sua altezza dall'orizzonte e dalla lunghezza d'onda ripresa.
Come ovviare all'estinzione atmosferica sarà il tema di un prossimo articolo.

Ultima nota: i coefficienti calcolati andranno bene SOLO per il sistema ottico+sensore che avete utilizzato per la ripresa della stella G2V. Se cambiate setup dovrete ripetere la procedura di calibrazione.




Immagine prima del bilanciamento colore tramite stella G2V. Notare la dominante giallastra ed un soffocamento generale dell'immagine.


Stessa immagine, dopo l'applicazione dei coefficienti di correzione.

Nicola Montecchiari

Sezione Astrofotografia

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