Come fare uno stack con Deep Sky Stacker

Deep Sky Stacker: Come fare uno stack

Se ti trovi in questa pagina probabilmente sei alle prese con uno dei tuoi primi stack astrofotografici. Vediamo subito come fare uno stack passo passo con Deep Sky Stacker.

 

Cosa è Deep Sky Stacker e a che serve?

Deep Sky Stacker è un software freeware (quindi completamente gratuito) che nasce per allineare, calibrare e fare lo stack delle nostre astrofotografie sorgenti dopo la fase di acquisizione. Se queste parole non vi suonano ancora familiari non preoccupatevi, tra poco daremo un’occhiata ad ognuno di questi passaggi.

Praticamente il 99,99% di tutte le astrofotografie che voi abbiate mai visto passa dalla cosiddetta fase di stacking. Questa è strettamente necessaria per “sommare” il segnale recuperato in tutte le pose fotografiche e per ridurre il più possibile il rumore presente in esse. Lo scopo è quindi quello di ottenere un’immagine finale che sia “somma” delle foto sorgenti e con molto meno rumore (di lettura, termico, di quantizzazione, ecc.). Lo stacking lo considereremo in questo articolo semplicemente come composto da tre fasi:

  1. Allineamento delle astrofotografie sorgenti: questa fase, più propriamente detta “fase di registrazione”, serve per allineare tra loro tutte le fotografie sorgenti. Chiaramente è necessaria per poter “sommare” correttamente le immagini tra loro.
  2. Calibrazione delle astrofotografie sorgenti: questa è la fase più articolata. In questa fase il software si preoccuperà di “pulire” singolarmente ogni foto sorgente rimuovendo da essa – o quasi – il rumore termico, quello di lettura, quello dovuto alla variabilità dell’efficienza quantica e così via. Come potete immaginare questa risulta anche la fase più delicata e come tale è composta da più sottofasi che vedremo nei prossimi articoli.
  3. Stacking delle foto calibrate: durante questa fase il software prenderà tutte le foto pulite (o calibrate) e le sommerà al fine di ottenere un’immagine finale qualitativamente superiore da poter post-produrre.
Deep Sky Stacker process

Le fasi del processo di Stacking

Quindi Deep Sky Stacker è un programma che non può mancare nel corredo dell’astrofotografo principiante (e non). Se avete da poco intrapreso la strada dell’astrofotografia, questo è il programma che fa al caso vostro: è rapido, intuitivo e restituisce velocemente degli ottimi risultati.

 

STACKING 30 FRAME

Lo stacking, successivo alla fase di calibrazione, consente di ridurre notevolmente il rumore complessivo della scena. In foto vediamo la differenza tra la singola esposizione e lo stack di 30 frame ripresi durante la stessa serata fotografica.

Questa sotto è l’interfaccia di Deep Sky Stacker. Nell’elenco inferiore si trovano tutti i nostri frame che prenderanno parte alla calibrazione. Sulla sinistra invece il menù di gestione delle operazioni (Allineamento, Stacking, Opzioni avanzate).

Deep Sky Stacker
Ma adesso bando alle ciance e cominciamo a stackare le nostre prime astrofotografie!

 

Come fare uno stack con Deep Sky Stacker in 3 semplici passi

0. Import delle foto

La calibrazione, il vero fulcro dell’intero processo, si serve di particolari frame per pulire i cosiddetti Light Frame. Questi sono i Flat Frame, i Bias Frame (o Offset Frame), i Dark Flat Frame e i Dark Frame. Questi ultimi – sufficienti allo scopo di questo articolo – servono per attenuare il rumore termico dalle astrofotografie.

Dai un’occhiata a questo articolo per saperne di più: Come scattare un Dark Frame per rimuovere il rumore termico

Dato che Deep Sky Stacker attua automaticamente il processo di calibrazione, esso ha bisogno di conoscere quali sono i diversi tipi di frame che stiamo importando. Proprio per questo motivo ci obbliga a definire al momento dell’importazione se un’immagine è un Light Frame, un Dark Frame e così via.

Tipo di frame Deep Sky Stacker

Questi sono i 4 tipi di frame importabili su Deep Sky Stacker

Una volta importati i diversi tipi di frame questi finiranno nella “Lista dei frame” che si trova nella porzione inferiore del software.

 

1. L’allineamento dei frames

Dopo aver scelto tutti i frame, il primo passo da fare sarà l’allineamento dei Light Frame. Durante questa fase Deep Sky Stacker leggerà queste immagini alla ricerca di tutte quelle stelle da poter utilizzare come riferimento. Per avviare questa procedura è sufficiente cliccare su “Register checked pictures“. Si aprirà l’apposito pannello delle opzioni. Qui saremo libero di sfruttare diversi metodi di allineamento (Bilineare, Biquadratica, ecc…) ma possiamo lasciare su Automatico.

Allineare immagini con Deep Sky Stacker

Per avviare la procedura di allineamento delle immagini cliccare su “Register Checked Pictures”.

Il programma genererà in automatico dei file, accanto ai nostri Light Frame, chiamati Offset (da non confondere con gli Offset Frame!) indispensabili per l’operazione. Questi offset contengono semplicemente la posizione delle stelle nelle due coordinate (x e y) e serviranno al software per sapere come disporre i frame “l’uno sopra l’altro” durante la fase di stacking.

Metodi di Allineamento con Deep Sky Stacker

Metodi di Allineamento con Deep Sky Stacker

Una volta finito il processo di allineamento si potrà passare alla calibrazione delle singole astrofoto sorgenti (Light Frame).

 

2. Calibrazione e Stacking

La calibrazione è quel processo necessario per trasformare l’astrofoto grezza in una priva – o quasi – di artefatti, rumore o elementi indesiderati. In supporto ai Light Frame (le foto grezze generate dalla reflex o, in generale, dalla camera di acquisizione) possiamo includere nello stack anche i Dark, i Flat, i Bias e i Dark Flat Frames che avranno la funzione di calibrare l’intero processo.

Stack immagini con Deep Sky Stacker

Per configurare e avviare il processo di Stacking cliccare su “Stack Checked Pictures”.

Bisogna immaginare che la vera e propria fase di stacking sia una “sovrapposizione” di tutti i frame allo scopo di ottenere un’unica immagine priva di rumore e artefatti. Ovviamente questa sovrapposizione dovrà avvenire in una fase successiva all’allineamento, altrimenti il risultato sarà una foto in cui avremo tutti i soggetti sbavati e mossi. Questa combinazione può essere effettuata attraverso diversi algoritmi:

  • Media
  • Mediana
  • Taglio Kappa-Sigma
  • Taglio Mediano Kappa-Sigma
  • Media Soppesata Autoadattiva
  • Media Entropica
  • Massima
Metodi di Stacking con Deep Sky Stacker

Metodi di Stacking con Deep Sky Stacker

Quelli più comunemente usati sono Media e Mediana. Per capire come lavorano questi algoritmi appoggiamoci ad un semplice esempio. Immaginiamo di avere a disposizione cinque Light Frame già allineati, di vederne nel dettaglio una porzione e di porre la nostra attenzione al pixel alla coordinata (16,8).

Operazione di media

I tre pallini bianchi saranno le nostre stelle immaginarie, mentre in nero avremo il fondo cielo. Come potete notare, il fondo cielo presenta un disturbo. Questo viene chiamato rumore ed è dovuto prettamente all’elettronica della camera di acquisizione (rumore termico, rumore di lettura, ecc…).

Dai un’occhiata a questi articoli per saperne di più:
Rumore ed efficienza quantica e Come scattare un Dark Frame per rimuovere il rumore termico

Fortunatamente, a meno di particolari pattern, il rumore ha una natura stocastica, ossìa casuale all’interno dell’immagine. Possiamo dunque sfruttare a nostro vantaggio questa variabilità del rumore mediando tra loro le informazioni di ogni frame.

E’ il momento di introdurre una grandezza: l’ADU. Acronimo di Analog to Digital Unit , esso è semplicemente un valore che possiamo leggere all’interno di ogni singolo pixel e che indica, sostanzialmente, quanti fotoni hanno inciso su quello stesso pixel.

8 bit image adu

In un’immagine a 8 bit gli ADU (o Count) vanno da 0 a 255 ovvero sono presenti 256 livelli di grigio.

Attenzione: quando leggiamo, ad esempio, 123 ADU all’interno un pixel, non vuol dire che su quel pixel abbiano impattato realmente 123 fotoni. Questo è vero se la nostra macchina fotografica ha delle particolari caratteristiche (gain pari a 1 e-/ADU). Ci soffermeremo su questo aspetto in altri articoli.

Nelle nostre 5 fotografie il pixel [16,8] assume, a causa degli effetti dei rumori, diversi valori. Supponiamo questi siano 45, 49, 44, 47 e 50 ADU. Ma allora, come fare a ottenere un valore più accurato? Qual è il valore che più si avvicina alla realtà? Beh, usiamo ad esempio la media!

Selezioniamo il metodo media e applichiamolo ai Light Frame. Tutti i pixel [16,8] dei nostri light frame verranno mediati tra loro ottenendo come risultato un pixel il cui ADU sarà esattamente la media dei loro ADU:

Media_ADU = (45+49+44+47+50) / 5 = 47

Abbiamo ottenuto un pixeI il cui ADU sarà sicuramente più vicino al valore reale e conseguentemente avremo una minore incertezza. Questo rumore, come già detto, non è mai costante e varia casualmente all’interno dell’immagine. Questo aspetto fa sì che esso, durante la fase di media possa essere “spalmato” e conseguentemente attenuato.

Discorso opposto per le nostre stelle. Queste, infatti, sono presenti in tutti i frame e, in seguito all’allineamento, sempre nelle stesse posizioni. Gli ADU dei pixel appartenenti ad una stella manterranno lo stesso valore (es. 230) in tutti i frame a meno di piccole fluttuazioni che al momento possiamo trascurare:

Media_ADU = (230+230+230+230+230) / 5 = 230

Il pixel appartenente alla stella ha mantenuto invariato il proprio ADU (es. 230), mentre l’ADU del pixel appartenente al fondo cielo è stato abbassato (es. 47). In definitiva: applicare una combinazione di tipo Media o Mediana non fa altro che abbattere l’ADU di tutti quegli elementi di “passaggio” e variabili nel campo inquadrato (come il rumore, un semplice aereo o la strisciata di un satellite) senza compromettere i soggetti statici della foto.

Deep Sky Stacker: Combinazione

Finestra che appare durante il processo di stacking.

Eseguiamo dunque lo stack, realizzando una media dei light frame migliori che abbiamo scelto, e attendiamo che il software esegua le operazioni.

 

3. Il post-processing

Possiamo naturalmente scegliere di salvarlo per poi processarlo con altri software come: Adobe Lightroom, Adobe Photoshop, Gimp o altri software. In questa fase ci si limiterà ad eseguire tutte quelle operazioni che serviranno per esaltare i dettagli dei soggetti ripresi con tecniche più o meno avanzate.

 

Non esitate a chiederci dei chiarimenti o eventuali approfondimenti giù nei commenti! E voi… che metodi usate?

Alessio Vaccaro

Alessio Vaccaro is an amateur astrophotographer who has published in magazines such as BBC Sky at Night, Coelum, Ciel & Espace and AAPOD. In the free time he loves to learn new things about data science, business and life.

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Una risposta

  1. Danilo ha detto:

    Ciao Alessio, ho letto il tuo articolo, dato che utilizzo DSS piuttosto spesso ed avevo bisogno di approfondire.
    Mi è stato detto che, per scartare frame che presentano stelle non puntiformi occorre impostare una percentuale di selezione pari al 60/70%….
    Ti risulta???
    Te lo chiedo perché anche utilizzando Sharpcap, con parecchie pose da circa 5 sec., Mi sono accorto che il programma non scarta i frames dove le stelle sono deformate, e quindi l’immagine finale risulta essere non perfetta…
    Sei a conoscenza di un programma che in fase di stack scarti immagini con stelle non puntiformi, nel caso in cui DSS non riuscisse a farlo?
    Grazie!
    Danilo