Il rumore

E veniamo ad introdurre uno degli argomenti più controversi per il giovane astrofilo digitale: il rumore.
Uno potrebbe essere portato a pensare che il DARK FRAME sia una forma di "rumore" da togliere dalle nostre immagini grezze: non è esattamente così. Il DARK FRAME rappresenta un SEGNALE: un segnale di disturbo ma pur sempre un segnale: il segnale generato dalla corrente di buio emessa dalla camera CCD (o DSLR) ad una data temperatura e per un dato tempo di posa. E per fortuna si tratta di un segnale! Per fortuna perchè, se facciamo lavorare il sensore nelle stesse condizioni d'esposizione e di temperatura che abbiamo utilizzato per riprendere l'immagine GREZZA, questo segnale è "quasi" perfettamente riproducibile.

Ma è in quel "quasi" che si nasconde, subdolo, il concetto di rumore.

Proviamo infatti a riprendere due DARK FRAME nelle stesse identiche condizioni (stesso tempo di posa e stessa temperatura). Ora analizziamoli attentamente pixel per pixel: sono identici? Ogni pixel di coordinate (x,y) nel primo DARK FRAME ha lo stesso identico valore nel pixel corrispondente del secondo DARK FRAME? Certamente no. Di questo possiamo rendercene conto meglio facendo una semplice sottrazione: se sottraiamo il primo DARK FRAME dal secondo (o viceversa) il risultato sarà una nuova immagine con i pixel di valore intorno allo zero ma non esattamente tutti nulli come ci si potrebbe aspettare.

Astroart possiede gli strumenti essenziali per l'analisi numerica delle immagini come l'istogramma e la finestra delle statistiche.

Per analizzare meglio questo fenomeno possiamo generare un istogramma dell'immagine: un istogramma, lo vedremo meglio più avanti, è un grafico con in ascissa i valori dei pixel presenti nell'immagine ordinati in senso crescente e in ordinata il numero dei pixel con quel determinato valore. Ebbene, l'istogramma della nostra immagine ha la forma di una campana, con il picco in corrispondenza del valore zero. Questo significa che la maggior parte dei pixel presenti nell'immagine hanno valore nullo ma tanti altri hanno valori diversi da zero, in parte leggermente maggiori di zero ed in parte leggermente minori di zero. La forma a campana è dovuta al fatto che più ci si discosta dal valore medio dei pixel (lo zero in questo caso), minore è il numero di pixel presenti nell'immagine con quel determinato valore. Idealmente, se avessimo una camera CCD perfetta, in grado di riprodurre due DARK FRAME perfettamente uguali, sottraendo l'uno dall'altro, otterremmo un'immagine composta da tutti i pixel identicamente nulli. E' facile intuire che l'istogramma di questa immagine sarebbe composto da un'unica colonna in corrispondenza del valore zero di altezza pari al numero dei pixel contenuti nell'immagine. Ed è ancor più facile dedurre che l'ampiezza della campana ha una certa relazione con la distribuzione dei valori diversi da zero e quindi è direttamente correlata al "rumore" presente nelle immagini CCD riprese con la nostra camera. La deviazione standard, visibile nel riquadro delle statistiche dell'immagine, dà una misura diretta della dispersione dei valori dei pixel nell'intorno del valore medio (zero) ed è quindi una quantità correlata alla "rumorosità" dell'immagine: maggiore è la deviazione standard, maggiore è la dispersione e maggiore sarà il "rumore" che accompagna queste immagini. Ecco quindi che il concetto di "rumore" deve essere inteso come una serie di fenomeni che non permettono mai di poter riprodurre un'immagine CCD perfettamente uguale l'una all'altra pur operando nelle stesse identiche condizioni. In questo caso abbiamo utilizzato due DARK FRAME ma lo stesso identico ragionamento vale per qualsiasi coppia di FRAME ripresi con la camera CCD: due immagini GREZZE di un qualsiasi oggetto celeste, due FLAT FIELD, due BIAS FRAME ecc.: non riusciremo mai ad ottenere due FRAME esattamente uguali l'uno dall'altro.
Ma quel che è peggio è che, qualsiasi operazione matematica andremo a fare con i FRAME, come ad esempio la sottrazione del DARK FRAME dall'immagine GREZZA, noi andremo sì a sottrarre la mappa del rumore termico e del BIAS dall'immagine GREZZA, ma andremo altresì a SOMMARE il rumore presente nei due FRAME. Quali sono le sorgenti di rumore e come potremo fare per minimizzare (attenzione: potremo solo minimizzare e non toglierlo del tutto) il contributo del rumore nell'immagine finale lo vedremo nei prossimi post.