Il preprocessing: 2 - "SCIENCE FRAME"

Nelle precedenti argomentazioni abbiamo individuato una serie di elementi digitali che sono normalmente utilizzati per la fotografia astronomica: il LIGHT FRAME e il FLAT FIELD, con i rispettivi DARK FRAME, e i BIAS FRAME. Queste quattro tipologie di elementi digitali, in realtà sono matrici di numeri che, opportunamente combinate tra loro, produrranno l'immagine finale corretta (che chiameremo SCIENCE FRAME). Con il termine "corretta" non si intende ovviamente solo dal punto di vista estetico ma anche dal punto di vista fotometrico (che è quello che più ci interessa).

Un'immagine fotometricamente corretta è necessariamente anche "bella", perchè "pura", ma non è vero il contrario: in Rete si vedono migliaia di immagini astronomiche straordinarie ma nella stragrande maggioranza "impure" cioè fini a se stesse, generate (spesso rovinate) dopo ore di violenza con vari programmi di fotoritoccho. Noi astrofili abbiamo la pericolosa presunzione di poter sopperire alle nostre deficienze tecnico-strumentali con un pesante e massiccio intervento di "image processing". Per fare cosa poi? Delle noiosissime gallerie fotografiche da pubblicare, con orgoglio, sulla nostra pagina Web personale. Dopo tutto è questo l'obbiettivo finale di tanti astrofili: nel migliore dei casi però, dopo aver ripreso decine di volte tutto il catalogo di Messier insieme alle più esotiche e spettacolari NGC, inesorabilmente "ci si stanca": e qui, l'astrofilo virtuoso diventa un "astronomo dilettante" alla ricerca del "fotone perduto".

Vediamo allora come fare il preprocessing classico di una serie di immagini riprese su una singola banda fotometrica: la banda V (visual) . Per le nostre riprese infatti utilizzeremo un filtro centrato all'incirca sulla banda V del sistema fotometrico di Johnson-Cousins: l'argomento filtri fotometrici è abbastanza complesso ma importante e merita una riflessione più dettagliata che faremo in futuro. Per il momento ci basti sapere che il nostro filtro V seleziona una banda di lunghezze d'onda centrate sui 522 nm e con un'ampiezza a metà altezza (FWHM) di 90 nm. In pratica stiamo selezionando una banda dello spettro elettromagnetico centrata sul colore verde della luce visibile.

L'oggetto astronomico al centro delle nostre riprese è una famosa nebulosa planetaria: M27.
Una volta puntato l'oggetto e dopo un'accurata messa a fuoco possiamo riprendere una serie di LIGHT FRAME come quello riportato nella figura qui sotto.


Il numero di LIGHT FRAME da riprendere è a propria discrezione: per il momento ci basti sapere che maggiore è il numero di LIGHT FRAME e meno "sgranata" sarà l'immagine finale (ovvero migliore sarà il rapporto segnale-rumore finale). Anche l'argomento "rapporto segnale-rumore" è importantissimo e verrà affrontato presto. Nel nostro caso sono stati ripresi 5 LIGHT FRAME con un tempo d'esposizione di 240 secondi ciascuno. Anche per il tempo d'esposizione non esiste una regola fissa adattabile a tutte le situazioni: l'unica cosa certa è che, anche in questo caso, maggiore è il tempo d'esposizione e maggiore sarà il rapporto segnale-rumore del singolo LIGHT FRAME. Piuttosto, il limite superiore del tempo d'esposizione può essere dettato dalla presenza o meno di stelle facilmente saturabili proprio come si può notare nell'immagine qui sopra: le due stelle più luminose, una a sinistra e una in basso a destra di M27 hanno un inizio di "blooming", segnale inequivocabile che si è superato il limite di linearità del sensore CCD (per i puristi dell'estetica vedremo che sarà possibile correggere anche questo tipo di difetto).
Subito dopo i LIGHT FRAME sarà la volta dei DARK FRAME e dei BIAS FRAME: questi ultimi non sono strettamente necessari a meno che, come nel nostro caso, la camera CCD non abbia problemi di stabilità di temperatura durante la ripresa dei vari frame. La presenza dei BIAS FRAME nella finestra del preprocessing di Astroart istruirà automaticamente il programma a fare un'ottimizzazione dei vari DARK FRAME prima di creare il MASTER DARK FRAME da sottrarre ai LIGHT FRAME.
Infine occorre riprendere i FLAT FIELD avendo cura di mantenere inalterato il treno ottico (stesso filtro V e stesso fuoco) utilizzato durante la ripresa dei LIGHT FRAME. Nel nostro caso abbiamo utilizzato la tecnica del Master Sky Flat quindi abbiamo già pronto per l'utilizzo il MASTER FLAT FRAME.

Una volta ottenuti tutti i nostri frame, possiamo finalmente compilare la cartella File della finestra di Pretrattamento di Astroart: selezionamo la cartella dei file e trasciniamo gli stessi con un semplice drag&drop nelle corrispondenti caselle così come indicato nella figura qui sotto:


A questo punto dobbiamo dire al programma come vogliamo fare il pretrattamento: questa fase viene impostata nella cartella Opzioni della finestra Pretrattamento.

Innanzi tutto indichiamo che desideriamo "mediare" i 5 DARK FRAME e i 5 BIAS FRAME per creare il MASTER DARK FRAME. Successivamente vogliamo allineare i 5 LIGHT FRAME (scegliendo l'opzione "Auto allineamento" con il metodo "Tutte le stelle") per poi sommarli insieme ed ottenere l'immagine finale. La cartella Opzioni apparirà come nella figura qui sotto:


Ora possiamo lanciare il pretrattamento facendo click sul pulsante OK: in pochi secondi avremo sul nostro desktop la finestra con l'immagine finale aperta (SCIENCE FRAME) e 3 immagini ridotte ad icona in basso a sinistra: BIAS00.FIT, DARK00.FIT e FLAT00.FIT che sono rispettivamente i nostri MASTER BIAS FRAME, MASTER DARK FRAME e MASTER FLAT FIELD utilizzati nel processo: se desideriamo possiamo salvarli per utilizzarli in altri processi (il MASTER FLAT FIELD non ha comunque subito alcuna processo in quanto è lo stesso file salvato che avevamo trascinato nella finestra "Flat Fields" di prima ).

Tutto questo può sembrare un po' complicato descritto solo a parole: qui sotto tutti i passaggi sono mostrati in un breve video.



Abbiamo così creato il nostro primo SCIENCE FRAME dell'oggetto M27 in banda V: si tratta della somma di 5 esposizioni di 240 secondi, dunque l'integrazione totale equivale a 5 x 240 = 1200 secondi = 20 minuti. Se nella cartella Opzioni della finestra Pretrattamento avessimo scelto una diversa opzione di combinazione delle immagini, ovvero "Media" o "Mediana" o "Sigma", il tempo d'integrazione totale dell'immagine finale sarebbe stata sempre equivalente a quello di una singola esposizione, ovvero 240 secondi.