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Entriamo nella parte più complessa e soddisfacente dell'astrofotografia. Qui si vedono i risultati della fatica e delle ore di sonno perse.
Per tutta l'elaborazione normalmente mi avvalgo di Pixinsight (software specialistico creato appositamente per l'elaborazione delle immagini astronomiche) e del più comune Photoshop. Entrambi i software necessitano di licenza, se dovessi risparmiare farei comunque in modo di poter usare Pixinsight, fondamentale per il lavoro sporco

0) il PreProcessing
Dobbiamo iniziare con il calibrare le immagini ottenute dalla sessione (o da sessioni multiple) notturna. Successivamente queste dovranno essere allineate (puntando a occhio è facile sbagliarsi di qualche pixel nell'inquadratura) e integrate. Per far capire l'importanza di questa parte userò come esempio le immagini della nebulosa Calamaro riprese durante la scorsa settimana in Toscana in 3 notti consecutive (totale 21h di riprese)
Dopo ben mezz'ora di esposizione, il singolo scatto si presenta in formato grezzo non compresso e certamente totalmente sottoesposto. Questa si chiama in gergo "FASE LINEARE" poiché non è stato alterato il rapporto di luminosità tra parti della foto (non è stato compresso l'istogramma illuminando i mezzitoni e clippando le ombre).
Pixinsight permette di applicare questa compressione di istogramma, che gli inglesi chiamano "stretch" (si sa che gli inglesi fanno sempre tutto al contrario...), in modo da poter lavorare la foto anche senza alterare il senso scientifico dell'immagine, per quanto possa averne. La calibrazione dei 42 scatti ripresi nelle 3 nottate richiede quasi quattro minuti, ma ci restituirà immagini molto più pulite e lavorabili. Come si può vedere, della nebulosa si può appena intuire la presenza al centro dell'immagine. A seguire, si sceglie lo scatto che meglio ha centrato l'inquadratura desiderata e gli si allineano tutti gli altri (gli scatti fatti dopo il salto del meridiano saranno ruotati di 180° e quelli della seconda e terza notte potrebbero essere decentrati leggermente) e finalmente arriviamo a poter fare l'integrazione vera e propria. L'allineamento è un'operazione più complicata, basata sul riconoscimento delle stelle che si trovano nella foto e che spesso superano le migliaia. Abbiamo anche chiesto al software di analizzare la distorsione prodotta dall'obiettivo e correggerla. Il processo per allineare 42 immagini richiede quasi 18 minuti. Nel passaggio di integrazione avvengono 2 operazioni ben distinte ed estremamente importanti: i 42 scatti vengono analizzati pixel per pixel e viene creata una nuova immagine che è la media delle 42 (ogni pixel avrà il valore medio dei 42 valori rilevati per quel pixel) e verranno considerati non validi quei valori che si discostano troppo dalla media. Questa operazione, chiamata "Pixel Rejection", è utilissima per salvare immagini rovinate dal passaggio di un aereo p di un satellite che facendo la sola media continuerebbero a vedersi semplicemente attenuate. La media matematica permette invece di venire a capo del rumore (imprecisione di lettura dei vari pixel del sensore, inevitabile dal momento che la luce è un fenomeno quantistico).
Prendendo ad esempio una stringa di valori (inventati) per il singolo come 141,143,145,144,144,1865,160,147,140,138,148,144 avremo che la media matematica è 288 (innalzata notevolmente da quel 1865). Il software riconosce che un valore è assolutamente inopportuno e immotivato (sarà passato un aereo) e lo scarta tenendo buoni gli altri 11. Anche il 160 è più alto della media, ma non così tanto da influenzare la media in modo decisivo. La media matematica ora è 144,9 (arrotondata a 145). Facendo questo lavoro su ogni pixel, si finirà per uniformare bene tutta l'immagine, togliendo quella brutta grana visibile negli scatti singoli. Per migliorare ulteriormente la riuscita della foto, il software analizza il rapporto segnale/rumore e fa una media pesata in base a quello (toglierà valore agli scatti più "brutti", magari rovinati da un po' di foschia, da una nuvoletta o leggermente mossi per una raffica di vento, per dare più peso a quelli usciti meglio). Integrazione e Pixel Rejection richiedono poco meno di 6 minuti.
Ecco il singolo scatto comparato con il "master_light" appena uscito dall'integrazione e il motivo per spendere ore e ore a fare foto di notte. Visto che in questa nuova immagine il rapporto segnale/rumore è molto molto minore, possiamo chiedere uno stretch più deciso e ottenere questo Il Master Light è la foto che andremo a elaborare. Per ottenere un'immagine a colori, come detto già nel Capitolo 2, è necessario avere almeno 2 Master Light ottenuti con 2 filtri diversi per assegnare diverse immagini ai canali RGB, solo così sarà possibile "mappare" i colori, ovvero capire quali zone saranno più rosse, quali blu, ecc.

Per la parte di elaborazione vera e propria dell'immagine, non sono riuscito a riprendere il canale H-Alfa nella zona del Calamaro (mannaggia al maltempo!), quindi tornerò ai dati della Crescent Nebula ripresa nella sessione fotografica precedentemente descritta. In realtà, in quella sessione avevo ripreso con il solo filtro OIII, da cui deriva un solo Master Light; le riprese con il filtro H-Alfa risalgono a una nottata identica del 2019. Ecco i due Master Light pronti per iniziare. 1) La Fase Lineare
Per tutta la prima parte dell'elaborazione ci manterremo in fase lineare avvalendoci dello stretch a video. Lo stretch vero e proprio verrà fatto alla fine di questa fase per poter mantenere i dati nella loro migliore versione non compressa più a lungo possibile. Molte operazioni riescono meglio in questa fase che dopo lo stretch proprio perché i dati non sono compressi e contengono una maggiore gamma di informazioni, dando alla correzione un aspetto più sfumato e meno grossolano (è lo stesso concetto di post produrre una foto diurna partendo da RAW o JPG).

Normalmente la prima operazione dovrebbe essere quella di rimuovere i gradienti luminosi presenti nell'immagine (dovuti all'inquinamento luminoso o alla presenza della Luna Piena). Prendo un esempio dal web della Nebulosa Pellicano fotografata in OIII con Luna piena particolarmente alta che ha generato un'illuminazione di tutta la parte superiore destra della foto. Lo strumento che permette di correggere questo genere di gradienti chiede di apporre un segnalino sulle zone di fondo cielo visibili nella foto (zone non interessate da nebulose o altri oggetti che dovrebbero essere nere) e, supponendo che il cielo di sfondo sia tutto luminoso alla stessa maniera, calcola la differenza di luminosità nelle varie zone, le sfuma e genera l'immagine "background" (quella più a destra) in cui si vede il problema estrapolato dall'immagine. Chiedendo di sottrarlo all'immagine, genererà anche una versione più pulita e corretta della foto. Purtroppo i filtro OIII è particolarmente sensibile alla presenza della Luna, visto che la nostra atmosfera è costituita al 21% da Ossigeno. La rifrazione della luce lunare ad opera dell'atmosfera assume anche il colore dell'ossigeno che non sarà scartato dal filtro, ma preso per segnale buono. Questa immagine rappresenta un caso limite con un gradiente perfettamente lineare e unico (probabilmente la foto è stata fatta in zone di cielo pulito dove la Luna era l'unica fonte di problemi). In questi casi la rimozione dei gradienti funziona in modo eccellente e ci si può permettere il lusso di ignorare il problema Luna, sapendo che la correzione sarà ottima. Normalmente ci sono altre fonti di problemi: il vicino che accende la luce per uscire sul balcone, la luce delle città che si alza dall'orizzonte (Milano illumina in modo impossibilitante il mio orizzonte Sud-Est fino ai 35-40° di altezza!), un lampione che influisce solo prima del salto del meridiano e un altro che dà fastidio in altro modo solo dopo il salto... La soluzione migliore è evitare di complicarsi la vita: nelle 2 settimane in cui la Luna è illuminata più del 50% non si fanno le foto e i filtri a banda stretta devono essere quelli più stretti che possiamo permetterci di acquistare, così da evitare il più possibile di avere gradienti. I due master light H e O che vedete qui sopra sono puliti nonostante siano stati ripresi dal cielo molto inquinato di casa.

La cosa più evidente che si nota è che in O ci sono molte più stelle rispetto ad H, ma non è realmente così. Le stelle sono le stesse, avendo fotografato la stessa porzione di cielo, solo che in O sono tutte più grandi. Combinare così le immagini significa che tutte le stelle di H più piccole verrebbero completamente coperte e colorate del colore che decideremo di assegnare a O. Procediamo quindi alla riduzione della dimensione delle stelle.
La prima cosa da fare è una maschera per applicare l'operazione solo alle stelle e non a tutta l'immagine. Con StarMask si ottiene questo. Ora, con Morphological Transformation, scegliamo di "erodere" le zone interessate ottenendo questo effetto

Ora che le stelle sembrano essere pareggiate possiamo proseguire. Zoomando sul centro, è possibile notare che, mentre H sembra già esente da rumore, O è molto rumorosa. Riduzione del rumore. Per prima cosa disattiviamo la Star Mask, poi applichiamo MultiscaleMedianTransform (per gli amici MMT). Questo process, essendo "multiscale", permette di impostare parametri di riduzione del rumore differenti in base alle dimensioni della grana da rimuovere. Il layer 1 si occuperà della grana finissima (1x1 pixel), il layer 2 della grana da 2x2 pixel e così via. Il grosso del rumore risiede nei primi 3 layer e, man mano che si aumenta di dimensioni, bisogna stare attenti a non cancellare le strutture della nebulosa. Il grande potere di questo process risiede proprio nel poter diminuire l'efficacia e abbassare la soglia di rifiuto all'aumentare dei layer. Lo vedete nell'immagine che vengono presi in considerazione i layer fino all'ottavo, ma con soglia e efficacia decrescenti. Ancora una volta, nell'immagine il confronto pre e post trattamento Il trattamento è stato aggressivo: ha rimosso il rumore, ma anche molti dettagli dei filamenti presenti nella nebulosa e dintorni. Facciamo un passo indietro e proviamo con valori più bassi a fare un lavoro più di fino. Vediamo che abbassando i valori è rimasto tutto un pochino più sporco ma anche dettagliato. Potremmo tentare di fare ancora meglio toccando magari il layer 2 e 3, ma ogni tentativo richiede 70s e la vita è troppo breve per perdersi in simili sottigliezze
Ci limiteremo a fare una maschera per proteggere le parti più luminose (che di solito non quelle che hanno i dettagli da proteggere) e a dare un'altra passata. Il process prevede già la possibilità di fare una maschera velocemente, quindi attiviamo Linear Mask e sistemiamo i parametri fino al risultato desiderato. Dopo la seconda passata con maschera a proteggere, il risultato è quello sperato: la nebulosa è tale e quale, ma il fondo è tutto più pulito. Un'altra azione che può svolgere facilmente MMT è l'aumento di nitidezza. Ai soli Layer 2 e 3 applichiamo un leggerissimo aumento del parametro Bias sempre mantenendo attiva la Linear Mask, ma invertendola per agire sulle parti con dettagli che prima erano protette (non vogliamo che aumenti la nitidezza sul rumore del fondo cielo!). Applichiamo anche ad H

Il prossimo passo sancisce la fine della fase lineare e sarà fondamentale per la continuazione dell'elaborazione su Photoshop. Lo stretch deve essere reso definitivo (abbiamo ancora lo stretch a video temporaneo) e lo script Delinear ci aiuta proprio in questo. Applichiamolo a entrambe le immagini e salviamole in formato tiff 16 bit non compresso.

2) La fase Non Lineare
Apriamo le due immagini in Photoshop, selezioniamo tutta O, copiamola e incolliamola sopra H in modo da avere entrambe le immagini in due livelli separati.
Dobbiamo far sapere al software che questa, da monocromatica, diventerà un'immagine a colori, quindi dal menu Immagine scegliamo Metodo e Colori RGB (senza unire i livelli).
Impostiamo come metodo di fusione di O "Schiarisci", in modo che le parti più luminose di O sovrastino quelle deboli di H e viceversa (di ogni pixel delle due immagini, viene tenuta la versione più luminosa, che questa venga da H o da O). Per colorare l'immagine, ho intenzione di rifarmi ai colori naturali dei due gas: H è rosso, mentre O è azzurro. Selezioniamo i livelli uno alla volta e apriamo per ciascuno un livello di regolazione Tonalità/Saturazione e impostiamo come di seguito per colorarli (attenzione alla freccina in basso, fondamentale per applicare la regolazione solo al livello sottostante e non a tutti i livelli). Aprendo un livello di regolazione Luminosità/Contrasto sarà possibile sistemare i due livelli in modo da accentuare di più la presenza di uno o dell'altro a piacere. Personalmente mi piace che O si veda e non venga sovrastato dall'abbondanza di H (anche se questo rende meno "naturale" l'immagine: il segnale di O è solitamente 1/10 di quello di H!). La parte più bella del lavoro su PS è la regolazione in tempo reale dei parametri. Ogni modifica viene mostrata a schermo senza dover fare il passo indietro e un altro tentativo. Tutto ciò velocizza molto le operazioni e rende più semplice regolare l'estetica dell'immagine. In poco si arriva a questo risultato Creando un'immagine RGB usando solo R e B (rosso e blu), inevitabilmente qualcosa manca. Salta immediatamente all'occhio che le stelle sono tutte rosse e azzurre e la cosa non va bene (le stelle rosse sono molto rare nell'universo, soprattutto se parliamo di questo rosso magenta!).
Apriamo un livello di regolazione Correzione Colore Selettiva, lasciamola applicata a tutta l'immagine (non a un singolo livello) e facciamo in modo che vada a toccare solo le stelle: recuperiamo la Star Mask fatta in precedenza per ridurre le stelle in O e apriamola in PS (servirà salvarla in tiff 16 bit), selezioniamola tutta e copiamo. Ora torniamo sul livello di regolazione Correzione Colore Selettiva: il riquadro bianco sul livello indica eventuali zone mascherate su cui il livello non deve agire, qui dobbiamo mettere la nostra Star Mask. Alt+clic sul riquadro bianco e incolliamo la Star Mask. Su PS le maschere funzionano al contrario (le zone nere sono protette), quindi invertiamo l'immagine con Ctrl+i. Clicchiamo su un qualsiasi altro livello per tornare alla nostra immagine e accediamo alle regolazioni: il problema è nel canale del magenta, quindi selezioniamo quello al posto del rosso e regoliamo in modo da eliminare completamente il magenta e aumentare il giallo al massimo. Vedremo le stelle cambiare colore fino ad arrivare a questa situazione. Ulteriori regolazioni estetiche possono essere fatte, dopo aver unito i Livelli, con il filtro Camera Raw. Clic destro su uno dei livelli e selezioniamo Unico Livello. Dal menu Filtri, apriamo Camera Raw e tocchiamo un paio di parametri: su un po' l'esposizione, la chiarezza, la vividezza e la saturazione Poi dal Mixer Colori cerchiamo di enfatizzare il giallo delle stelle (tonalità dell'arancione verso il giallo e saturazione del giallo al massimo) e di smorzare e scurire un po' il ciano che ora spara troppo (tonalità dell'azzurro verso il blu e giù la saturazione del blu). Diamo OK e torniamo alla schermata principale. Vediamo che molte zone di fondo cielo sono ora colorate di azzurro piatto, senza che si distinguano nebulose. Questo è fondo cielo e dovrebbe avere un colore neutro. Selezioniamo con la bacchetta magica tutte queste zone e sfumiamo la selezione (menu Selezione, modifica, sfuma, 20 pixel) Ora dal menu Immagine, Regolazioni andiamo ad aprire Corrispondenza Colore, spuntiamo Neutralizza e diamo OK A questo punto, io mi sento abbastanza contento. Magari qualche aggiustatina qua e là, ma niente di sostanziale.
Spero che tutti i passaggi siano sufficientemente chiari, se avete domande sono qui.
Grazie per la collaborazione, metto finalmente la parola
FINE

Che dire se non: grazie!

E' stato un escursus interessantissimo, un bellissimo approfondimento che ci arricchisce tutti.

Simone

Gran bel lavoro ed ottima spiegazione Alessio .