Calibración imágenes CCD

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CALIBRANDO IMÁGENES CCD

En éste pequeño tutorial crearemos una imagen de la nebulosa Messier 42 usando una cámara ccd y explicando todo el proceso de adquisición y calibración de la foto final.

Equipo empleado:

·         Telescope Omegon ED80 apo

·         Celestron AVX mount

·         CCD camera Starlight Xpress Lodestar

·         Ordenador portátil

·         Software Astroart 5.0 para promedio y calibrado de las imágenes.

Todas las imágenes en bruto  tomadas con una CCD poseen una serie de artefactos que deben ser eliminados de las mismas antes de que puedan ser usadas para propósitos científicos como estéticos.

Algo de teoría para empezar:

Cuadro oscuro / Dark Frame

La imagen CCD original incluye las siguientes señales:

·         Señal de la fuente o imagen en bruto/Raw image. Los electrones son generados con la llegada de fotones de la fuente original.

·         Bias. Es la señal que la electrónica y el sensor generan en el momento inicial. Esto también incluye el offset.

·         Ruido Termal. Esta señal es la actividad termal del semiconductor. Esta es una señal indeseada, así como la del bias, y se reduce enfriando el sensor ccd cuanto sea posible.

El cuadro oscuro es una exposición del ccd sin que reciba luz externa. Si recordamos que cada imagen contiene una señal bias, tenemos:

CUADRO OSCURO = BIAS  + CUADRO TERMAL

Para hace nuestra foto de Messier 42 hemos tomado 11 imágenes en bruto de la nebulosa. Las exposiciones de cada imagen son de 20 segundos, por lo tanto, ahora cubrimos el telescopio con su tapa y hacemos 3 fotos de 20 segundos para crear tres cuadros oscuros. Una vez que los obtenemos, promediamos los tres cuadros oscuros para obtener un cuadro oscuro maestro.

Así es como se ve un cuadro oscuro maestro

Campo plano

Otro problema de la ccd es que la respuesta a la luz puede cambiar ligeramente de pixel a pixel, debido a variaciones de tamaño y forma del electrodo, viñeteo o suciedad y polvo en la ventana de la ccd. Si estas variaciones no son corregidas, pueden llegar a convertirse en errores de magnitudes en las estrellas o fallos estéticos.  Los principales culpables son:

Viñeteo en las ópticas.

Defectos intrínsecos de la superficie del ccd.

Sombras provocadas por el polvo.

 

Por lo tanto, tenemos que hacer nuestro campo plano para calibrar la imagen de M42. ¿Cómo lo hacemos?. Al terminar la sesión de fotografía y sin cambiar el foco del telescopio, apuntamos el telescopio a una superficie uniformemente iluminada, tal como la fachada del vecino, una caja de flats hecha al efecto o a una pantalla en blanco del ordenador portátil.

En nuestro caso, hemos utilizado una pared cercana que está iluminada por las farolas cercanas. La exposición tiene que ser lo suficientemente larga para que el nivel de fondo de cada imagen sea cercana a un 1/3 del rango dinámico de la cámara ccd. En éste caso, estamos usando una ccd de 16bits, cuyo rango dinámico es de 0 a 65535. Por consiguiente, el fondo debe ser cercano a 20000 cuentas.

Después de tomar 4 fotos, las promediamos y éste es el campo plano de la cámara ccd:

Nótense las motas de polvo y defectos del sistema.

El anteriormente citado cuadro oscuro maestro y campo plano se ha realizado para ayudar al lector a entender el proceso de calibración, sin embargo esto es algo que normalmente no es necesario porque Astroart, o programas similares de captura, hacen el proceso en un único paso, como se muestra en la imagen de abajo. Esta es una opción de Astroart llamada "pre-tratamiento". En esta función colocamos nuestras fotos a calibrar:

 

 

En la segunda parte del pre-tratamiento, elegimos cómo queremos promediar el resultado de cada operación y cómo deben ser alineadas o redimensionadas las imágenes sin es necesario.

 

 

Esta es la imagen resultante:

 

Y después de algo de tratamiento en photoshop para realzar los detalles...

 

Esta es la imagen final. El resultado de promediar con sigma 11 imágenes de 10 segundos cada una. Tiempo total 220 seconds.

 

Autores: Marcus Schenk, Michael  Suchodolski, Sandra Eguay, Stefan Taube , Carlos Malagón.

Bibliografía: AA5 Msb software