Как изучать астрофотографии

Есть как минимум две группы оценок — субъективные и объективные. Субъективная оценка строится по принципу «нравится — не нравится» и может варьироваться в широких пределах. Для одних яркие цвета привлекательны, для других — «кислотные», для одних сглаженный фон — «красивый ровненький», для других — «пластилин». Объективные оценки строятся на параметрах, которые можно измерить, например выгорание в виде RGB-значений, высокий шум в виде показателя Std. Deviation, а уровень яркости фона как значение Mean.

Было бы здорово перевести все субъективные оценки в виде набора измеряемых параметров и оперировать только ими, но на практике же, это довольно сложно сделать. В реальности всё-равно первоначальная оценка субъективна. Ради интереса загляните на главную страницу Астробина, где отображаются сразу 40 астрофотографий. Попробуйте с первого взгляда оценить эти астрофото и понять какие из них более «качественные»?

Для начинающего астрофотографа (вроде меня), вообще сложно сообразить на что именно следует обращать внимание. Можно пойти по пути просмотра и изучения рейтинговых работ в качестве подражания. Но здесь ловушка в том, что часто рейтинг астрофото определяется не качеством работы, а «социальным рейтингом» его автора. Те кто имеют много «соц.друзей» как бы автоматически получают и более высокий бал за свои фотографии.

Второй вариант — отдать своё фото на «растерзание» и критику на форум. Если астрофото не откровенный брак, то советы форумчан обычно сводятся к яркий/темный фон, насыщенный/приглушенный цвета, пухлые/пережатые/потянутые звезды и прочие затасканные штампы, сродни фотолюбительскому «горизонт завален». Всё это опять же субъективные оценки, потому что никто не знает какой должен быть «идеальный» фон, вид звезд или насыщенность цвета.

Таким образом, астрофотографу приходится самостоятельно нащупывать те критерии, которые для него наиболее важны и не оглядываться на мнение остальных. Я решил выложить свои мысли по этому поводу.

Нижеприведённые примеры я использую не для критики их уважаемых авторов, а только в учебных целях, исключительно для того, чтобы показать на что следует обращать внимание при просмотре и обработке астрофотографий.

Подготовленность зрителя

Неподготовленный зритель мало знаком с астрономией, он не просматривает десятки астрофотографий в день и не в курсе как в «идеале» должен выглядеть объект. Такой зритель больше ориентируется на визуальную красоту, примерно как на красивый пейзаж. Ему нужно продемонстрировать насыщенность цвета, резкость в деталях и композицию в целом.

Также такие люди прекрасно реагируют на то, о чём им вроде-как известно, например фото Луны или планет. Луна в большом масштабе (увеличении), где можно рассмотреть массу мелких кратеров будет куда интересней, чем Кольцо (M57), на котором почти ничего не видно. Совсем уж скучными будут рассеянные скопления — неподготовленный пользователь видит лишь набор светлых точек. При этом Луна была снята при тестировании фокусировки, а на Кольцо астроном потратил целую ночь съемки и несколько дней на обработку. Неподготовленный пользователь лишь заметит: «Прикольное колечко, но слишком маленькое, покажи лучше ещё раз Луну». :-)

Хороший отклик идёт от пейзажного астрофото, где помимо неба, в кадре присутствуют земные объекты. Мы, любители-астрофотографы знаем, что это не совсем то астрофото, которым занимаемся (через телескоп), но, по факту, астропейзаж котируется значительно выше, разве что это не Плеяды или Большая Туманность Ориона раскрашенные безумно-насыщенными цветами.

Поэтому, первое правило для астрофотографа — определить свою аудиторию. От этого уже решать какие объекты снимать и демонстрировать.

Для подготовленного зрителя уже не нужно объяснять основы астрофотографии. Поэтому задача здесь сводится к тому, чтобы подготовить свою работу к показу. Об этом и пойдёт речь дальше.

Масштаб изображения

Первый, совершенно неочевидный фактор. Лично я всегда считал, что работу нужно выкладывать в 100% масштабе. Не важно, что при этом «вылезет» масса артефактов, но 100% масштаб — общепринятая практика для любителей астрономии.

Проблема здесь в том, что очень мало людей просматривают астрофото в таком варианте. Подавляющее большинство ограничивается небольшимим миниатюрами.

Возьмём для примера тот же Астробин, где на главной странице изображения приведены в размере 460 x 320px. Даже если перейти на страницу объекта, то мы увидим миниатюру всего лишь в 620px по ширине. Давайте посмотрим на работу известного астрофотографа Toshiya Arai — скопление M13. Вот в таком масштабе мы его увидим:

Пусть и субъективно, но картинка красивая. Теперь кликаем на это изображение и попадаем на страницу полнобраузерной версии — здесь масштаб уже определяется шириной браузера. Скажем для ноутбука это примерно 1200..1300px (в моём примере ширина 1240px). Я сделал кроп этого изображения. То есть M13 выглядит уже так:

Я специально оставил яркую желтую звезду слева, чтобы можно было увидеть её цветовую окантовку и артефакты на диске гало. На самом же скоплении стали заметны цветовые полосы — видимо какие-то ошибки при работе с маской выделения (или так и задумано).

Теперь откроем это изображение уже в 100% масштабе (3053 x 3052px). Здесь я приведу два изображения для разных областей снимка.

Если посчитать сколько нужно кликов, чтобы добраться до полноформатного изображения с главной страницы сайта, то станет понятно, что 100% масштаб в общем-то мало кого будет интересовать. А малый масштаб позволяет скрыть множество недочетов, как в этих примерах.

Таким образом, астрофотографу нужно определиться с тем, где он будет публиковать свою работу. Когда объект слишком мал, то в малом масштабе его просто не будет видно, а значит он не привлечёт должного внимания, даже если в 100% виде он выполнен идеально.

Ситуация усугубляется ещё и тем, что размеры астрофото, как правило, превышают размеры экранов мониторов. По статистике Интернет-посещений можно определить, что лишь 10% посетителей пользуются большими мониторами (1920px), а остальные ограничены 1366px (экран ноутбука) и ниже, вплоть до 640px (смартфон). То есть изображение будет всё равно уменьшено, а значит оно должно быть скадрировано так, чтобы основной объект был доминирующим даже при таком отображении.

Композиция и основная идея снимка

Грубо говоря, нужно акцентировать внимание зрителя на том, что хочет показать астрофотограф. Если это шаровое скопление, то наверное только само скопление, а не окружающие его звёзды или галактики. Если это галактика/туманность, то это может быть цвет или повышенная детализация.

Если изображение имеет большой охват (радиус поля), например на 100мм объектив, то детализация уже не будет иметь решающего значения, зато можно выделить темные или цветные поля.

Часто возникает вопрос об ориентации изображении. Бытует мнение, что нужно ориентировать фото так, чтобы север оказался вверху. На мой взгляд это лишено смысла. Хорошим примером будет скопление Стрекоза NGC457 (моя работа). Первый снимок — «традиционная» ориентация (точнее один из вариантов):

Однако если его повернуть, то фигура однозначно напоминает сову (Owl Cluster) (рисунок с просторов Интернета):

С моей точки зрения, изображение можно «крутить» как угодно, ведь мы знаем, что во Вселенной нет понятия верх/низ, а если и есть, то оно перевернуто, ведь мы смотрим через телескоп. :-)

Важность/неважность оборудования

И хотя астрофото принято сопровождать подробным описанием используемого оборудования, на практике же оно используется только для того, чтобы оценить старания астрофотографа. Хорошо известно, что с простым оборудованием чтобы получить хороший результат, потребуется намного больше труда. Именно поэтому различные конкурсы астрофото по сути своей несправедливы — в них дорогое оборудование в заведомо выигрышном положении.

Если подойти к предполагаемому делению, то останется только два фактора: аппертура и полезная нагрузка монтировки. Условно можно выделить две основные группы: первая — легкие и простые монтировки, вроде EQ3 и EQ5 с рефлекторами до 200 мм, и вторая — EQ6 и HEQ5 с рефлекторами от 200мм и выше.

Класс монтировки будет влиять на длительность выдержки. Это хорошо заметно по снимкам туманных объектов, вроде Конской головы, Пузыря или Ириса. Для того, чтобы получить аналогичный снимок, для слабой монировки придется использовать более короткие выдержки и значительно больше кадров для сложения (в десятки раз), не говоря уже о более трудоёмкой последующей обработке.

Есть два пути. Первый — наращивание мощности (стоимости) оборудования, а значит и более простая последующая обработка, и второй — выжимание максимума из обработки при простом оборудовании.

Теперь посчитаем. На рефлекторе 150/750 и Nikon D5100 (размер пикселя 4,7 микрон) пиксельный масштаб изображения будет равен 1,29 секунд/пиксел. При этом оптическая разрешающая способность — 0,93 секунды. Таким образом, с этой матрицей ещё не достигнут предел разрешения телескопа.

В приведённом выше примере от Toshiya Arai со скоплением M13 пиксельный масштаб составляет 0,99 сек/пиксель, то есть это достаточно серьезная детализация, но которая может быть достигнута на более простом оборудовании. У Toshiya Arai телескоп 250мм Кассегрен с f/5 (фокус — 1250мм), а матрица имеет пиксель 6 микрон.

Если мы просто поставим на этот телескоп Nikon D5100, то получим разрешение 0,78 секунд/пиксел. При этом же фотоаппарате, чтобы получить 0,99 сек/пиксель (как у снимка M13) потребуется более простой телескоп: 200/1000.

Естественно, мы опускаем принципиальные различия между обычным фотоаппаратом и астрокамерой.

Таким образом, если говорить о разрешении/детализации снимка, то пиксельный масштаб позволяет оценить этот параметр в числах и фактически без учета используемого оборудования.

Если нам нужно сравнить несколько астрофото одного объекта, то делать это следует со снимками с похожим пиксельным масштабом. Только так можно понять предельные возможности своего оборудования и на что вообще можно рассчитывать в своих работах.

Звезды

Звезды должны иметь цвет. Даже у самых ярких звёзд, которые выгорели, можно вручную подобрать какой-то оттенок, чтобы они выглядели естественно. Когда у звезд нет цвета, то это первый признак проблемного снимка. Причин может быть несколько, но как правило это слишком завышенное ISO/выдержка или неверный «срез» яркой части гистограммы.

Цвет звезд выставляется в одну из первых операция по обработке, чтобы сразу получить корректный цветовой баланс всего изображения. Этот момент я подробно описываю в своей статье Баланс белого в астрофотографии. Уже на этом этапе астрофотограф может проявить свои художественный предпочтения, подбирая цвет «околобелых» звезд (классы A и F) — будут ли они голубого или желтого оттенка.

Иногда звезды получаются с несколькими оттенками (аля-радуга). Это следствие либо хроматической абберации (в рефракторах), либо сдвиг в RGB-каналах после сложения. Решается эта проблема довольно просто — дополнительной операцией по выравниванию цветовых каналов например в Fitswork'е.

Для звёзд также следует решить вопрос цветовой насыщенности — насколько их цвет будет заметен. Излишняя насыщенность делает снимок менее естественным, но при этом художественно более красивым. Главная проблема здесь в том, что диски ярких звезд имеют слишком высокую яркость, а значит цвет будет еле заметным (или отсутствующим). Принудительное увеличение насыщенности сказывается только на окружающем гало, что делает его перенасыщенным. Для того, чтобы придать цвет диску, следует предварительно уменьшить его яркость, и только после этого тонировать.

Для художественного эффекта часто применяют размытие дисков звезд. В этом случае решается две задачи: сами звезды получают осмысленный цвет и вторая — формируется плавный переход от звезды к фону. Вот пример работы астрофотографа Андрея Иоды — участок скопления M39. Обратите внимание на различный радиус размытия ярких и слабых звёзд, а также на блик от светофильтра в верхнем левом углу.

Переход от звезды к фону при неверной обработке может породить артефакты вроде темного «бублика». Обычно это излишнее усиление резкости.

Считается, что звёзды должны быть как можно круглее. Для некоторых это вообще чуть ли не основной критерий оценки астрофото. Неверная геометрия звёзд может иметь несколько причин.

Первая — ошибки гидирования. Смещение на пару пикселей уже делает их слегка потянутыми. Другая причина — смещения по кадру при сложении. Если объект «гуляет» по кадру, то это также может приводить к некоторому вытягиванию. Следующая причина — отстутствие корректора комы. В этом случае звезды по краям имеют «кометный» вид. Аналогично звезды выглядят при съемке через фотообъективы. Чем дальше от центра, тем больше искажения. Еще одна причина — оптическая. Например неверная юстировка телескопа или недостаточная термостабилизаци. В таких случаях звезды могут иметь даже треугольный вид.

Иногда звезды имеют потянутый вид, если они расположены слишком близко друг к другу. В таких случаях разрешения телескопа или матрицы недостаточно для отображения раздельных звезд, поэтому они сливаются в одну вытянутую. Такое часто встречается в шаровых скоплениях.

Форма звезды также зависит от её яркости и времени выдержки. Чем больше выдержка и яркость, тем больше звезда займёт площадь на изображении, а значит будут скрыты огрехи её неровностей.

Добиться идеально круглых звезд можно только при стечении сразу всех условий: хорошей монтировки, юстировки телескопа с корректором, камеры, гидирования и атмосферы. На практике это доступно далеко не всем, но самое главное, что оно и не требуется. Главное, на что следует обращать внимание — это более-менее правильная геометрия в центре (или в основном объекте) снимка.

Когда звезды на астрофото потянуты, то есть несколько вариантов решения проблемы. Если смещение имеет одну направленность, как при проблеме с гидированием, то можно выполнить смещение снимка в режиме darken в фотошопе. Это известный приём, позволяющий исправить смещение в несколько писелей практически незаметно.

Кому можно уменьшить путем применения соответствующего плагина в фотошопе или аналогичной операцией в Fitswork'е. Полностью, конечно, её исправить не получится, но заметно уменьшить, вполне.

«Исправить» форму звезд также можно уменьшив масштаб снимка. Если, скажем звезда в 100% масштабе вытянута, то при 75% может быть уже не так заметна для глаз. Этим приёмом часто пользуются пейзажные астрофотографы. Уменьшение масштаба не только устраняет оптические искажения, но и небольшие треки звезд, которые заметны уже при секундных выдержках с неподвижного штатива.

С моей точки зрения, форма звезд не является основным критерием ещё и потому, что у нас художественная астрофотография. Можно, конечно, играть в профессиональных астрономов, которые используют многометровые телескопы и получают реальные изображение дисков звезд или их пылевых облаков, но для нас такие вещи совершенно недоступны.

Часто встречается также выражение «звезды как иголочки» — указывающее на точечные маленькие звезды. С этим выражением связаны два других: «распухшие звезды» и «плохой FWHM». Во всех этих случаях имеется ввиду, что звезды на снимке должны быть как можно меньше. Правда непонятно как этого можно добиться практически. Размер звезды определяется её полушириной (FWHM) и выражается в угловых секундах. При идеальных условиях атмосферы можно получить угловое разрешение в 1", но обычно это 2..4" (в метеосводках указывается как «Astronomical seeing»). С учетом погрешностей оптики телескопа и атмосферы на снимках FWHM звезд получаются примерно 4..5".

Каким образом можно изменить этот показатель? Для данного оборудования (и атмосферы) это ровно то, что можно получить — не больше, не меньше. Советы «уменьшить звёзды» выглядят мягко-говоря странными, поскольку фактически единственным способом это сделать, будет сильное увеличение резкости изображения, приводящее к появлению артефактов вокруг звезд с последующей головной болью при их исправлении. Но самое главное — непонятно ради чего это вообще нужно.

Фон

Фон может иметь градацию, которая довольно неприятно портит изображение. Обычная причина — сторонняя засветка, при которой фон с одного края изображения будет ярче, чем с другой. Неравномерность фона также может быть из-за виньетирования, которое проявляется как уменьшение яркости к краям.

Если в обычной фотографии виньетирование может быть художественным приёмом, то на астрофото неравномерность фона выглядят неестественно, поэтому желательно их исправлять.

Делается это с помощью астропрограмм в автоматическом режиме (flatten image), либо вручную в фотошопе (плагины, слои на любой вкус). Если есть возможность лучше делать флэты при съемке. Технически, что флэты, что программное исправление — одна и таже регулировка яркости, только разными подходами. Флэты позволяют также учесть грязь на оптике, которая проявляется в виде притемнённых пятен.

Вторая проблема с фоном — его зернистость, особенно цветная.

Умение работать с фоном зависит от опытности астрофотографа, поскольку требует знаний фотошопа и его инструментов. В целом же преобладают два подхода.

Первый — «замыливание» фона так, чтобы на нем осталось минимум деталей и зернистость исчезла. Такой подход имеет право на существование, но в неумелых руках порождает «пластилиновый» фон.

Если при этом была недостаточно исправлена градация яркости, то фон покрывается цветными пятнами:

Второй подход больше распространён среди опытных астрофотографов: убирается только цвет зернистости. Этот подход я рассматриваю в статье по обработке, а здесь лишь приведу готовый пример.

После такой обработки можно не беспокоиться о цветовых пятнах.

Измерить зернистость (зашумлённость) фона можно в том же Фотошопе. Достаточно выделить участок без звезд и снять показание Std.Dev. (среднеквадратичное отклонение) по всем или отдельным RGB-каналам. Чем меньше значение, тем меньше шума.

В зависимости от художественных предпочтений, фон может быть не только нейтрально серым, но и иметь какой-то оттенок. Сторонники тонированного фона в качестве аргумента приводят пример летнего неба (или неба при Луне), когда оно из-за своей яркости имеет синий оттенок.

На мой взгляд фон может быть любого цвета, главное, чтобы это было естественно. Если же каких-то особых задумок нет, то лучше использовать какой-то слабый оттенок, чтобы он не испортил изображение.

Последним критерием оценки фона может быть его яркость. Полностью черный цвет делает изображение совершенно неестественным.

При этом излишне яркий фон делает снимок малоконтрастным.

Оптимальное значение яркости фона лежит в пределах 5..10% в HSB — это примерное значение, когда фон остаётся фоном, а не занимает доминирующюю позицию и при этом сохраняется достаточный контраст, чтобы не потерялись слабые звезды.

Цвет и монохром

И хотя я пишу, что современная астрофотография цветная, это не отменяет того факта, то монохромные изображения тоже могут быть очень привлекательными. В какой-то мере черно-белые изображения можно сравнить с визуальными наблюдениями через телескоп, где практически не видно цвета.

В таких астрофото работает только яркостная составляющая, а значит путем манипулирования RGB-каналов можно получить совершенно потрясающую детализацию. Конечно же, наиболее эффектно смотрятся снимки с крупных телескопов, которые позволяют увидеть множество деталей. Просмотр монохромных изображений (на Астробине они встречаются) позволяет увидеть то, что может быть потеряно за цветовой маскировкой.

Для монохромных астрокамер основной путь получения цвета — использование фильтров (RGB и прочих: узкополосных) с последующим сложением. Здесь, насколько я понимаю, главная проблема — правильный баланс цветов. Особенно остро стоит проблема при использовании узкополосных фильтров, которые нужно отобразить каким-то особым цветом.

Тем, кто занимается съемкой через фильтры, наверное известны какие-то общераспространенные подходы, например линии водорода оформлять красным цветом. Но даже поверхностое гугление по этому вопросу демонстрирует бурное обсуждение этого вопроса. :-) По этой причине лично я для себя решил, что если автор хочет показать какие-то «узкополосные данные» особым цветом, то это исключительно его право выбирать как именно это сделать. Поскольку для астрофото даже цвет звёзд довольно растяжимое понятие, то что уж говорить об узкополосных фильтрах, которым даже нет земного аналога для сравнения?

Отдельным моментом стоит отметить использование т.н. псевдоцвета или тонирование монохромных изображений. Например съемка Коня производится монохромной камерой (например с фильтром H-Alpha), а после ч/б изображение тонируется в красный цвет. Такие работы следует рассматривать, как и обычные монохромные. Вот пример Розеты выполненный по данной схеме.

Можно по разному относиться к цветовому решению, но совершено однозначно можно констатировать отличную детализацию, особенно с учетом того, что это довольно «скромный» 80мм рефрактор (f/6) и то, как автор показал основную «фишку» туманности — красную розу (в переводе «rosette» - розочка).

Цвет звезд мы можем худо-бедно определить по их классу или B-V индексу. Но вот что касается цвета туманностей, то здесь полнейший разброд и шатание. :-) Корень проблемы в том, что объекты не сколько имеют цвет, сколько излучают в разных частях спектра. Их «фиксация» происходит не через какие-то специализированные приборы, а обычными матрицами, адаптированными под наше зрение. Поэтому, когда две соседние спектальные линии оказываются в одном из RGB-каналов, мы просто не в состоянии их разделить. Теоретические основы этого вопроса достаточно сложны и малоинтересны для нас, поэтому мы больше ориентируемся на субъективную характеристику — «кому какой цвет больше нравится».

Например существует мнение, что зелёного цвета на небе нет, поэтому всю зелень на снимке следует удалять, заменять или смещать к другому цветному каналу. Даже если предположить, что так и должно быть, то представьте себе как красиво выглядели бы небесные объекты, если бы в них встречался красивый зеленый цвет? :-)

На самом деле зелени (и её оттенков) в небе полно.

Можно дискутировать о цвете звезд, но цвет туманностей может быть таким как решит автор изображения — нет никакого «стандарта»: на все попытки объяснить «истинный» цвет, найдутся контраргументы других авторов. Ну и конечно, зритель может иметь свои цветовые предпочтения, которые могут и не совпасть с авторскими. Так что здесь — кто как угадает. :-)

Выводы

• Определи своего зрителя. Не все астрофото достойны публикации.
• Есть технические моменты, которые мы можем выделить на астрофото для обсуждения.
• Есть «хитрости», которые позволяют скрыть проблемы в изображении.
• Цвет звезд — можно обсуждать, туманностей — не стоит.
• Монохром дает возможность получить более высокую детализацию.
• Форумы — далеко не лучшее место для обсуждений своих работ.
• Изучать работы астрофотографов лучше в 100% масштабе. Так видна реальная картинка.
• Художественные предпочтения авторов — их прерогатива, но развиваются со временем и опытом.
• Нужно избегать распространенных «штампов» при оценке астрофото. Принимать следует только конкретику.