Il DARK FRAME

Nel precedente post, "L'immagine GREZZA" , abbiamo visto cosa si ottiene facendo una semplice esposizione con una camera CCD applicata al telescopio. Abbiamo anche già visto che il termine "GREZZA" deriva dal fatto che essa contiene dei segnali non desiderati e dei quali dobbiamo liberarci per ottenere un'immagine finale esteticamente e fotometricamente perfetta.
Il primo di questi segnali indesiderati, soprattutto nelle piccole camere CCD o CMOS commerciali non raffreddate o raffreddate elettronicamente (attraverso una o più celle di Peltier), è il segnale termico o corrente di buio. Indipendentemente dal fatto che il nostro sensore sia o meno esposto alla luce, esso genera degli elettroni in numero proporzionale alla temperatura di esercizio. Infatti se copriamo il telescopio, e facciamo un'esposizione completamente al buio, non otteniamo un'immagine perfettamente nera con tutti i valori dei pixel nulli, come ci si potrebbe aspettare, bensì un'immagine "granulosa" con il tipico "effetto neve" dei ricevitori televisivi.

Il tipico aspetto con "effetto neve" di un dark frame. Si noti anche che è presente una "struttura" diagonale a 45° dal basso a sinistra in alto a destra: questa è tipica soltanto del CCD utilizzato in questo caso, un SITe retroilluminato: sono i segni visibili della fresa utilizzata per assotigliare lo strato di semiconduttore per renderlo più sensibile alle lunghezze d'onda più corte.

Gli elettroni generati nello strato di silicio durante l'esposizione vengono infatti scaricati nel registro del sensore e successivamente letti nel convertitore analogico-digitale per generare il così detto DARK FRAME. In realtà nel DARK FRAME è contenuto un altro segnale indesiderato: il segnale del BIAS, ma di questo ne parleremo più avanti. Per il momento ci basti sapere che possiamo registrare il segnale del BIAS semplicemente facendo un DARK FRAME con tempo d'esposizione nullo per ottenere così il BIAS FRAME. Con una semplice operazione aritmetica di sottrazione da pixel a pixel tra il DARK FRAME e il BIAS FRAME, otteniamo il THERMAL FRAME ovvero una mappa della degli elettroni termici generati dal nostro sensore:

I valori dei pixel che compongono il THERMAL FRAME dipendono sia dalla temperatura che dalla durata del tempo d'esposizione e questa dipendenza è generalmente molto regolare e lineare. Ad esempio è possibile vedere che in un sensore CCD gli elettroni contenuti nel THERMAL FRAME raddoppiano ogni aumento di temperatura di circa 6 °C mentre, fissata la temperatura, gli elettroni contenuti nel THERMAL FRAME aumentano linearmente con il tempo d'esposizione. Tutte queste informazioni ci saranno utili quando affronteremo l'importantissimo argomento del preprocessing delle immagini digitali. Solo attraverso un corretto preprocessing potremo finalmente ripulire di tutte le impurità le nostre immagini GREZZE.