Flat con camere astronomiche: le premesse non scontate

di Luca Fornaciari

Flat con camere astronomiche: le premesse non scontate

Quali sono le premesse non scontate da osservare se desideriamo ottenere buoni flat field con le nostre camere astronomiche?
E poi, ha senso elencare una serie di osservazioni banali per chiunque abbia già iniziato a fare astrofotografia?

In questi anni di gestione delle nostre comunità online di appassionati, mi capita di intervenire o leggere qualsiasi tipo di problema e dubbio relativo all’astrofotografia. I gruppi servono a questo e ogni perplessità è sempre legittima quando si inizia ad avvicinarsi ad una specialità fotografica così articolata.

Flat con camere astronomiche: le premesse non scontate

Di fronte al discorso dei flat field e di come poterli realizzare in modo corretto, c’è sempre molta discussione, e la perplessità di chi deve imparare a realizzarli correttamente talvolta rischia di trasformarsi in frustrazione.
Perché devo imparare a fare buoni flat? E a cosa servono i flat?

Ecco a cosa non servono: i flat non servono a rimuovere la vignettatura

O meglio: non solo!
I flat field sono gli scatti di calibrazione più importanti in astrofotografia deep sky. Sono in grado di cambiare le sorti della nostra immagine, di elevarne moltissimo la qualità ma anche, se non eseguiti correttamente, di corromperla in modo irreparabile.
I flat servono a caratterizzare un sistema.
Rimuovono la vignettatura dell’ottica e del sensore, certo, ma provvedono anche ad eliminare la polvere che si trova negli elementi ottici più vicini al sensore e che diventa ben visibile nei nostri scatti. Intervengono poi sulle differenti sensibilità dei singoli pixel che popolano il nostro sensore, che in linea teorica dovrebbero essere equivalenti, ma che in realtà equivalenti non sono. Il flat caratterizza l’intero sistema, l’insieme dei “difetti” del nostro intero setup che saranno prontamente registrati su un’immagine. Quando illuminiamo l’ingresso dell’ottica con una fonte di illuminazione perfettamente diffusa, tutto quello che andremo a fotografare saranno elementi che potremo eliminare dai nostri light poiché non appartenenti a caratteristiche proprie della scena notturna inquadrata.

Quali sono le premesse non scontate per realizzare buoni flat con camere astronomiche?

Mi capita spesso di discutere con chi non riesce ad ottenere buoni scatti flat e talvolta, specialmente quando si tratta di scatti realizzati con le moderne CMOS astronomiche a basso rumore di lettura e sensori retroilluminati, si rischia di fare confusione e di attribuire erroneamente il proprio fallimento a caratteristiche della camera che potrebbero non essere così determinanti.
Penso ad esempio alla non linearità dei CMOS, un tema discusso e sul quale la polemica è frequente. Il problema è un fatto ovvio e innegabile, ma va sempre verificato e contestualizzato rispetto al singolo CMOS a cui ci si riferisce. Talvolta capita che i “giovani” astrofotografi vengano intimoriti da alcune discussioni che personalmente ritengo forzate, dove ogni difficoltà viene rapidamente imputata alla non linearità del sensore.
Come il grande Alessio Beltrame aveva già dimostrato nel 2017, il tema non può essere generalizzato, poiché diversi sensori CMOS utilizzati nelle moderne camere astronomiche raggiungono una buona linearità, se rapportata alle esigenze di un astrofotografo che fa astrofotografia estetica e che non necessita di uno strumento di misura per la ricerca scientifica.

Quello a cui invece darei maggior attenzione sono le premesse necessarie ad ottenere buoni flat. Accortezze che apparentemente sembrano sempre rispettate ma che poi, iniziando un confronto con chi ha problemi e andando a fondo nella discussione, si scopre non essere sempre applicate rigorosamente.

Prendetelo come un percorso ad ostacoli, dove si raggiunge l’ostacolo successivo soltanto se si è superato il precedente.

Ecco il personale percorso, ovvero le condizioni che oggi mi permettono di ottenere flat corretti e senza risultati altalenanti:

  1. Utilizzare una fonte di illuminazione diffusa affidabile. Scontato? Niente affatto! Perdo ore a confrontarmi con chi, frustrato, non riesce ad ottenere il risultato desiderato, per poi scoprire che per illuminare l’ottica utilizza una tavoletta da 9,90€ acquistata online e pensata per illuminare il bancone della cucina. Ne avete una e vi trovate bene? Missione compiuta, ostacolo superato, ma se invece avete problemi, ricordate che questo è il primo punto per poter proseguire nel percorso e che trascurarlo interromperà le vostre possibilità di raggiungere l’obiettivo finale.
  2. Se disponete di un sistema di illuminazione artificiale (tipo flat box), realizzate i flat in un ambiente circostante buio!
    “No ma io ho coperto l’esterno del focheggiatore e della camera e quindi posso fare i flat sotto il Sole a mezzogiorno.”
    Provare per credere: avrete sempre e comunque delle infiltrazioni, anche con rifrattori e Schmidt-Cassegrain. Per proseguire nel percorso, questo è il secondo ostacolo che dovrete superare (chiaramente non applicabile per chi fa sky flat).
  3. Rispettate gain e temperatura dei Light. Raffreddare il sensore per i flat è importante, così come rispettare la stessa impostazione di gain. Specialmente nelle moderne camere CMOS, dove ad ogni variazione di gain corrisponde a trovarsi di fronte a camere astronomiche sempre diverse, è importante rispettare queste due impostazioni.
  4. Con le moderne CMOS astronomiche talvolta serve mantenere tempi di scatto dei flat sopra il secondo (per sicurezza io realizzo flat con tempi di esposizione da due secondi). Questo perché (ed è il motivo per cui non si fanno nemmeno più scatti bias), alcune tra le moderne camere astronomiche CMOS quando scattano sotto al secondo si trasformano in Mr. Hyde e non realizzano più uno scatto uguale all’altro. Per tanto sarà utile una fonte di illuminazione regolabile che vi permetta di poter impostare tempi di esposizione relativamente lunghi. Per lo stesso motivo sarà anche necessario raffreddare il sensore per contenere un rumore termico che, per via della “lunga posa” potrebbe essere già ben misurabile e presente.
  5. Per quanto spiegato sopra, è buona cosa realizzare sempre i Dark Flat, ancor più con queste camere CMOS moderne che vi obbligano a tempi di scatto lunghi.
  6. Raffreddate il sensore lentamente per evitare la formazione di condensa. La condensa sui flat rovina il vostro masterlight e spesso incappiamo in questo errore perché decidiamo di realizzare i flat “al volo” la mattina successiva o in un qualsiasi altro momento rispetto alla sessione fotografica e lo facciamo raffreddando il sensore in pochi secondi.
Considerazioni personali

Nella mia esperienza, sempre soggettiva e discutibile, rispettando alla lettera questi passaggi il valore di ADU impostato in diversi sensori CMOS moderni diventa poco rilevante. Se restiamo nel range dinamico del sensore avremo probabilmente una linearità tale da non ritrovarci con risultati radicalmente diversi al variare degli ADU. Prendete con le pinze quest’ultima nota, perché questo va sempre contestualizzato e verificato, anche solo empiricamente, rispetto alla specifica CMOS che state utilizzando.

Ho eseguito insieme ad altri amici dei test di linearità sulle ASI 294 e sulla ASI 2600, risultati che devo ancora presentare ma che apparentemente confermano quanto scritto sopra.

Quale che sia la situazione di linearità dei singoli sensori CMOS che state utilizzando, ricordate che i punti sopra possono essere validi a prescindere. Assicurarsi di applicarli con rigore potrebbe risolvere i vostri problemi e permettervi di ottenere buoni flat field con i quali calibrare le vostre immagini. Buona luce e buon lavoro!

“Flat con camere astronomiche: le premesse non scontate”

Luca Fornaciari

Luca Fornaciari

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