Amp Glow nei Sensori Astrofotografici: tutti i suoi segreti
Se siete atterrati in questo articolo avrete probabilmente sentito parlare, o peggio, siete appena stati vittima del popolare Amp Glow. Parecchie camere astrofotografiche oggi vengono vendute con un amp glow talmente evidente da portarci addirittura ad escluderne l’eventuale acquisto.
Ma cos’è esattamente l’amp glow? E perchè molti astrofotografi, considerandolo un artefatto intrattabile, temono che i suoi effetti si possano presentare nelle loro astrofotografie?
In questo articolo cercheremo di scoprire tutti i misteri attorno a questo ricorrente problema delle camere astrofotografiche e, attraverso una semplice ma realistica simulazione, proveremo a dimostrare la tecnica più semplice veramente in grado di rimuovere l’amp glow.
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E adesso cominciamo!
1. Amp Glow e Camere Astrofotografiche
Se siete assidui lettori di questo blog mi avrete ormai sentito dire decine di volte una cosa: la camera (astro)fotografica è, in soldoni, uno strumento di misura.
Nonostante esse vengano utilizzate prettamente per fini estetici, le camere astrofotografiche (e non) sono in grado di misurare e collezionare la radiazione elettromagnetica (o se preferite, fotoni) attraverso la loro matrice di fotodiodi (il sensore) sensibili, appunto, alla stessa radiazione elettromagnetica.
Se da una parte questo aspetto ci entusiasma per il fatto che riusciamo a beccare fotoni provenienti da oggetti distanti milioni e milioni di anni luce, dall’altra ci affligge perché in realtà lo stesso sensore è in grado di collezionare fotoni parassiti provenienti dall’ambiente circostante (Fig.1).
Esatto: l’Amp Glow è proprio radiazione elettromagnetica parassita che, regina delle beffe, viene generata dalla stessa camera astrofotografica.
L’AMP GLOW Proprio così, quel pittoresco effetto che – passatemi il termine – si appiccica alle nostre astrofotografie è causato dagli elementi presenti nell’elettronica della camera i quali, riscaldandosi ed attivandosi naturalmente durante l’utilizzo, emettono inevitabilmente energia elettromagnetica nelle frequenze d’onda del vicino infrarosso (Near Infrared o NIR).
Questa infine viene indistintamente collezionata dagli ignari fotodiodi sul sensore incrementando la corrente di buio o semplicemente sommandosi al segnale delle nostre astrofotografie grezze con le forme più svariate (Fig.2).
Il risultato? Semplice: delle astrofotografie che se non calibrate correttamente continuano a presentare il classico alone da amp glow (Fig.3).
I primi strumenti astrofotografici a dare evidenza di questi effetti sono stati i CCD. In queste camere l’elemento incriminato è quello che viene chiamato amplificatore; da qui il termine “amp glow”.
Oggi, con i più recenti CMOS, in realtà è più corretto parlare di semplice “glow” dato che i molteplici amplificatori sono integrati nei fotodiodi. In questi il glow viene solitamente generato dall’elettronica di alimentazione e da quella di processing.
2. Amp Glow in astrofotografia: come eliminarlo del tutto
Sebbene i componenti elettronici possano essere schermati (o semplicemente allontanati e ridisposti sul circuito) per ridurre l’effetto del loro riscaldamento, i progettisti cercano sempre un compromesso tra qualità e costo. Alcuni dei produttori hanno recentemente introdotto sulle stesse camere dei trattamenti software che cercano di attenuare il problema, altri semplicemente non lo gestiscono affatto costringendoci ad affrontare il problema in fase di post-processing.
Dato che frequentemente su forum e social si fa confusione mettendo in discussione le comuni tecniche di rimozione dell’amp glow ho deciso di costruire e mostrarvi una simulazione che – in ambiente controllato – rispecchia esattamente quello che succede nel momento in cui tentiamo di calibrare delle astrofotografie affette da amp glow e su cui è stato eseguito il dithering.
📌 NOTA
Il dithering è una pratica molto popolare che consiste nello spostare (anche di pochissimo) il telescopio o l'obiettivo di acquisizione tra una posa e l'altra. Questa è una tecnica molto efficace che permette di ''spalmare'' l'effetto di eventuali fixed pattern noise, ovvero strutture di ''rumore'' che si ripresentano sempre nello stessa porzione della fotografia.
Ci tengo a sottolinearlo: nonostante i Frame siano stati costruiti “a mano” quello che vedremo di seguito, concettualmente, è perfettamente aderente a quello che succede ogni volta che calibriamo i Light Frame di una sessione astrofotografica con un set di Dark Frame.
Con questa simulazione daremo finalmente risposta alla domanda: è vero che la sottrazione del dark frame è sufficiente per rimuovere del tutto l’effetto dell’amp glow in delle astrofotografie eseguite con dithering (Fig.4)?
Scopriamolo subito!
2.1. Amp Glow e Dark Frame: il test
Apparecchiamo subito la tavola! Prendiamo una decina di immagini grezze sintetiche (Fig.5A) che ritraggono la bellissima North America Nebula (NGC7000) su cui ho impresso l’effetto dell’amp glow. Recuperiamo inoltre un bel Master Dark Frame sintetico (Fig.5B) contenente, chiaramente, lo stesso artefatto.
Dato che il glow è dipendente dalle condizioni operative della camera (temperatura dell’elettronica, ISO/gain, tempo di esposizione, ecc.) è strettamente necessario che i Dark Frame siano scattati nelle medesime condizioni dei Light Frame da calibrare.
In Fig.5A uno dei 10 Light Frame a cui è stato applicato l’effetto di glow. A destra (Fig.5B) il Master Dark Frame della stessa “sessione fotografica” che proveremo a sottrarre alle immagini grezze.
Ricordiamoci inoltre che le 10 immagini della nostra sessione astrofotografica sono state acquisite utilizzando il dithering, il quale potrebbe apparentemente complicare il processo di calibrazione (Fig.6).
Ok, ci siamo. E’ il momento di metterci all’opera. Apriamo Deep Sky Stacker prendiamo i Light Frame, aggiungiamo un pizzico di Master Dark Frame e…
…voilà! Amp glow completamente rimosso (Fig.7)!
3. Come rimuovere l’Amp Glow: le conclusioni del test
Ma perché ha funzionato? Come mai è stato così semplice e indolore?
Ecco finalmente le interessantissime riflessioni che ci hanno portato a questo risultato spesso oggetto di confusione:
- Il (Master) Dark Frame contenente l’artefatto “segue” esattamente l’immagine grezza contenente l’artefatto stesso. Gli amp glow presenti nel Dark Frame e nel Light Frame saranno quindi sempre coincidenti e nella stessa posizione.
- Dato che l’artefatto dell’amp glow è di tipo additivo, la semplice sottrazione del Dark Frame, è sufficiente per la sua rimozione.
- No, il dithering (o la rotazione del frame) è completamente ininfluente. Ricordiamoci infatti che durante il processo di calibrazione il Master Dark Frame viene sottratto al singolo Light Frame prima che esso venga stackato agli altri. La posizione relativa di un Light Frame rispetto agli altri sarà quindi irrilevante per la rimozione dell’amp glow.
- La temperatura dell’elettronica della camera (non solamente del sensore!) è fondamentale. Come abbiamo capito nel primo paragrafo di questo articolo, infatti, l’amp glow dipende significativamente da quanto sono caldi i componenti della camera.
COME RIMUOVERE L’AMP GLOW Cosa fare quindi? Come possiamo rimuovere l’amp glow in maniera efficace dalle nostre astrofotografie?
Semplicissimo! Tutto quello di cui abbiamo bisogno sono una buona scorta di Dark Frame (Master Dark Frame) acquisiti come si deve: stesso tempo di esposizione, stesso gain/offset (o ISO) e stessa temperatura dei Light Frame. Tutto qua!
Se il software che stiamo utilizzando non riesce a rimuovere l’amp glow da Light Frame ruotati per via, ad esempio, di un meridian flip proviamo a ruotare manualmente di 180° tutti quei Light acquisiti prima (o dopo) lo stesso flip facendo in modo che la posizione del glow in essi corrisponda a quella nel Master Dark Frame.
AMP GLOW e TEMPERATURE Attenzione anche alla temperatura dell’elettronica e del sensore. Durante l’acquisizione dei Dark Frame facciamo in modo, quindi, che l’elettronica si scaldi tanto quanto si scaldava durante l’acquisizione dei Light Frame.
Come fare? Proviamo ad utilizzare uguali intervalli di scatto tra un Dark Frame e un altro. Facciamo in modo di alimentare la camera esattamente nello stesso modo in cui l’abbiamo alimentata durante l’acquisizione dei Light Frame. Assicuriamoci, inoltre, che la camera venga raffreddata correttamente dal sistema di dissipazione.
4. L’Amp Glow e i suoi effetti irreversibili nelle astrofotografie
Mi piacerebbe dedicare le ultime righe ad aspetto raramente trattato ma allo stesso tempo molto interessante.
Esiste un caso in cui l’amp glow, nonostante esso venga perfettamente eliminato, introduce degli effetti degradanti e irrecuperabili sull’immagine.
Immaginiamo di dover calibrare un Light Frame contenente delle stelle molto luminose e affetta da amp glow (Fig.9-Sinistra).
Se la somma del segnale delle stelle, dell’effetto del glow e dello sky background è tale da non portare in saturazione il sensore (superamento della Full Well Capacity) (Fig.9-Sinistra) la sottrazione del semplice Master Dark Frame (Fig.9-Centro) ci porterà ad un segnale correttamente calibrato (Fig.9-Destra).
Al contrario, se l’amp glow è spinto e il campo inquadrato contiene stelle veramente molto luminose o se stiamo facendo astrofotografie da centri urbani e lo sky background è sostenuto allora la probabilità di clippare il segnale superando la Full Well Capacity diventerà più alta (Fig.10-Sinistra).
La calibrazione di questo Light Frame, seppur con un Master Dark Frame perfettamente idoneo (Fig.10-Centro), ci porterà sicuramente ad un’immagine con segnale clippato (Fig.10-Destra). Tutte le “teste” delle stelle più luminose (nell’area precedentemente affetta da glow) verranno quindi troncate, avranno diametri più ampi e saranno difficilmente recuperabili in post processing.
Insomma, decisamente niente di bello. Quindi occhio all’istogramma e alle stelle più luminose!
5. Conclusioni
Insomma ragazzi, abbiamo fatto un bell’approfondimento sul malefico e popolare amp glow.
Abbiamo capito che, sebbene sia temutissimo, esso risulta piuttosto trattabile attraverso dei frame di calibrazione (Dark Frame) acquisiti in maniera meticolosa. Fortunatamente niente a cui noi astrofotografi non siamo già abituati!
Ricordiamoci inoltre di dare un’occhiata approfondita all’istogramma dei nostri Light Frame ogni volta che fotografiamo in zone suburbane e/o porzioni di cielo contenenti stelle con bassa magnitudine. L’amp glow, se presente in maniera pesante, ci potrebbe portare infatti ad un clipping del segnale con conseguente “troncamento” delle stelle più luminose
Ma adesso basta chiacchiere e torniamo a post-processare! 😛
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