I flat field sono probabilmente le immagini di calibrazione più importanti nella fotografia deep-sky. Eppure molti astrofotografi se ne accorgono solo dopo, quando fanno il primo stretch e vedono comparire vignettatura, aloni, polvere e disuniformità del fondo cielo. A quel punto è troppo tardi: in elaborazione si può migliorare qualcosa, ma separare perfettamente i difetti del campo dal segnale debole di una nebulosa o dall’alone di una galassia diventa estremamente difficile.
Cosa fanno davvero i flat
Un flat field serve a misurare come il sistema ottico-sensore risponde a una sorgente uniforme. In pratica registra vignettatura, polvere, piccole variazioni di risposta del sensore e altri difetti introdotti dal treno ottico. Per questo, in fase di calibrazione, i light (le immagini del soggetto fotografato) vengono divisi per un master flat normalizzato. È una correzione moltiplicativa, non cosmetica: se il flat è fatto bene, il fondo cielo torna uniforme e il segnale reale emerge molto meglio.
Le due regole che contano davvero
La prima regola è semplice: il flat va ripreso con la stessa configurazione ottica dei light. Questo significa stesso filtro o stessa configurazione di filtri, stesso orientamento della camera, stesso treno ottico e, idealmente, stessa messa a fuoco o comunque una messa a fuoco molto vicina. Se smontiamo qualcosa, ruotiamo la camera, cambiamo filtro o muoviamo sensibilmente il fuoco, servono nuovi flat. La seconda regola è che anche i flat vanno calibrati correttamente: di solito è sufficiente usare i bias frame.
Esposizione e numero
Non serve inseguire un numero magico, ma il singolo scatto di flat non deve essere né troppo buio né vicino alla saturazione. Una regola pratica molto usata è tenere l’istogramma circa a metà, o comunque nella zona 30-50% della dinamica. Su una camera a 16 bit questo corrisponde spesso a circa 20000–30000 ADU, con molte configurazioni che lavorano bene intorno a 20-26 mila ADU. Anche il numero dei flat non va mitizzato: almeno 16 è una buona base, una ventina o poco più è già più che adeguata nella maggior parte dei casi. Farne di più può ancora aiutare, ma non compensa flat scadenti o non uniformi. In fase di elaborazione, il software che useremo caliberà ogni singolo scatto di flat con il master bias frame, poi gli scatti calibrati verranno sommati e normalizzati per generare il master flat: questo è quello che verrà diviso da ogni singolo scatto di luce, prima che vengano allineati e sommati per generare l’immagine grezza.
Metodi per riprendere i flat: pannello luminoso
Il principio base per i flat field è semplice: ci serve una sorgente luminosa e perfettamente uniforme da fotografare. Solo in questo modo i nostri flat field cattureranno tutte le disuniformità del treno ottico.
Uno dei metodi più utilizzati è quello di utilizzare pannelli luminosi già pronti o auto costruiti da porre di fronte all’obiettivo del telescopio come fossero dei tappi. È un metodo semplice e veloce ma non sempre accurato. Questi flat, infatti, hanno un limite noto anche in ambito professionale: è difficile illuminare una superficie in modo perfettamente uniforme e con lo stesso percorso ottico della luce del cielo notturno. Per questo un pannello economico, uno schermo improvvisato o una soluzione fatta in casa possono funzionare, ma non sempre danno il miglior risultato.
Metodi per riprendere i flat: un semplice foglio bianco
Quando utilizzo telescopi di piccolo diametro, fino a 130 mm, la mia tecnica per fare i flat field è ancora più semplice: un foglio di carta A4, completamente bianco da porre di fronte all’apertura del telescopio e una fonte di luce bianca più uniforme possibile posta a circa 50 centimetri di distanza (se facciamo foto nel visibile, senza filtri a banda stretta). Spesso uso addirittura la torcia del mio smartphone, posizionato su un treppiede all’altezza del telescopio che è orientato con il tubo ottico parallelo all’orizzonte (come quando controlliamo il bilanciamento all’inizio della sessione). Questi flat field possono raggiungere la stessa precisione dei migliori pannelli per flat in commercio e spesso superiore rispetto a pannelli luminosi fatti in casa. Ma c’è un metodo per fare i flat di gran lunga migliore che è utilizzato anche a livello professionale.
Flat facili: una fonte di luce e un foglio di carta sull'obiettivo del telescopio
Il metodo migliore: i flat crepuscolari
La fonte di illuminazione più uniforme e adatta per fare ottimi flat field proviene direttamente dal cielo brillante, poco dopo il tramonto del Sole o poco prima dell’alba. Questi flat crepuscolari prevedono di puntare il telescopio di solito allo zenit, lasciare spenta la montatura (che spesso non è ancora neanche stazionata) e fotografare proprio il cielo brillante, prima che compaiano le stelle ma dopo che il Sole è tramontato (o prima che sorge). La difficoltà più grande di questo tipo di flat, specie se fatti al tramonto, è che dobbiamo trovarci già nella configurazione di ripresa: stessi filtri, stessa orientazione della camera e messa a fuoco perfetta. Per la messa a fuoco, basta puntare un panorama terrestre lontano almeno qualche chilometro e fare il fuoco qui. Non importa se il fuoco durante la notte verrà aggiustato a causa di cambiamenti di temperatura, l'importante è essere a fuoco sempre. Se invece non sappiamo ancora quale sarà la configurazione di ripresa (specie per l’orientazione della camera), allora potremo aspettare l’alba per fare i nostri flat crepuscolari, alla fine della sessione di ripresa. Tranne in casi eccezionali, io uso un'orientazione fissa della camera, con i lati del sensore paralleli alla direzione nord-sud (lato corso) ed est-ovest (lato lungo). Questo mi permette di avere già un'orientazione che segue gli standard più professionali e di essere sempre pronto per fare i flat crepuscolari poco dopo il tramonto del Sole, prima della sessione fotografica.
Come fare i flat crepuscolari
La finestra per acquisirli è tra i 10 e i 20 minuti dopo il tramonto del Sole e 20-10 minuti prima che sorga, non appena un’esposizione di 0.5 secondi permette di avere l’istogramma nella giusta posizione. Questa è di solito l’esposizione minima consigliata per i flat. Abbiamo poco tempo, ma è sufficiente. Con il telescopio allo zenit e l’inseguimento spento, facciamo diversi set di esposizioni tra 0.5 secondi (quando il cielo è ancora molto chiaro) e poi a scalare fino a 2 secondi, adattando l’esposizione ai rapidi cambiamenti del cielo. Per ogni set di esposizioni raccogliamo almeno 20 fotogrammi; non importa se la luce cambia tra il primo e l’ultimo flat della sequenza, a patto che ogni sequenza non duri più di un minuto. Non importa neanche se nel campo inizia a comparire qualche stella debole: l'algoritmo di media dei flat per creare il master flat toglierà questi ospiti indesiderati.
La finestra di acquisizione si conclude quando le esposizioni corrette dovrebbero eccedere i 2 secondi (se non usiamo filtri) e nel campo si iniziano a vedere diverse stelle.
In questo modo avremo a disposizione diversi set di flat indipendenti e in fase di elaborazione potremo capire qual è il migliore per i nostri scopi.
I flat crepuscolari sono i più stabili in assoluto, si usano continuamente a livello professionale e anche per la fotografia astronomica con i nostri strumenti amatoriali sono di gran lunga quelli che restituiscono i migliori risultati. Se non li abbiamo mai usati, diamogli una possibilità: non ce ne pentiremo.
SIngolo flat crepuscolare ottenuto con un Newton da 20 cm f5 es esposizione di 0.5 secondi. Da notare la posizione dell'istogramma, con la media intorno a 25 mila ADU.
La conclusione più importante
Il punto non è fare “tanti” flat. Il punto è fare flat giusti. Un flat mediocre non corregge davvero; un flat ottimo salva la sessione fotografica e rende molto più facile tutta l’elaborazione successiva. Non basta avere ottime immagini di luce: i flat sono altrettanto importanti!
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