Sempre più spesso nella calibrazione dei dati nei CMOS moderni si parla della differenza tra bias e dark flat in astrofotografia e quando usare l’uno o l’altro approccio.
Cominciamo innanzitutto con il parlare di cosa sono questi due tipi di frame di calibrazione.
Cosa sono e a cosa servono i bias?
I bias servono per eliminare il rumore di lettura dai nostri light e anche dai rispettivi flat frame di calibrazione. Viene spesso anche chiamato anche readout noise o RON.
Questo avviene mediante la sottrazione del master bias dal master dark e poi successivamente sottraendo il master dark ottenuto dai frame da calibrare. Questo discorso vale sia per i light che i flat frame.
Riassumendo velocemente i master frame presenti nel workflow di elaborazione, questi sono:
- Master bias: mediana di più bias (RON)
- Master dark: mediana di più dark (dark current) meno il master bias
- Master flat: mediana di più flat (correzioni treno ottico) meno il master dark
- Master dark flat: mediana di più dark flat (dark current)
- Master light: mediana di più light meno il master dark, “diviso” il master flat
Per ottenere un buon master bias è necessario in termini statistici acquisirne quanti più possibili, generalmente si cerca di averne tra i 60 e i 100 scatti. Per chi usa PixInsight spesso ci si avvale del processo Superbias per simulare un master bias ottenuto con molti più frame di quelli acquisiti. E’ importante averne in gran numero perché a fini probabilistici forniscono una migliore informazione su come è distribuito il rumore di lettura sui vari pixel del sensore. Un singolo bias, ma anche una dozzina, non sarebbero sufficienti in tal senso.
Se il master dark contiene il bias del sensore, ho bisogno anche di un master bias?
Su tale questione bisogna fare una doverosa precisazione: se è vero che il master dark non calibrato con master bias contenga già l’informazione del bias, è opportuno che possegga la stessa temperatura di esercizio, la stessa durata e le stesse impostazioni di gain ed offset dei frame da calibrare.
Tuttavia qualora volessimo impiegare lo stesso master dark su dei frame che abbiano durata inferiore, ecco che sarà necessario prima calibrare il master dark con il master bias. Questo concetto trova applicazione nel fatto che se io applicassi il mio master dark non calibrato ad un frame di durata inferiore sfruttando la scalatura del master dark, verrebbe scalata indebitamente anche la parte di bias contenuta nel master dark. Così facendo otterremmo una correzione non efficace e concettualmente sbagliata.
L’importanza della deviazione standard del sensore
Più i pixel di un sensore soffrono di un discostamento ampio tra i pixel, maggiore sarà la deviazione standard presente nel frame. Pertanto, al crescere di questa deviazione standard maggiore sarà il numero di frame necessari per individuare nel modo piu realistico possibile la componente del rumore che stiamo registrando.
La deviazione standard è un dato che ci fornisce anche una indicazione sull’omogeneità di lettura del nostro sensore. Rappresenta una prima valutazione di massima sulla possibilità di avere una identificazione statisticamente corretta di come il rumore può esprimersi all’interno del nostro frame. Ecco quindi che aumentare il numero di pose di bias da mediare insieme ha effetti assolutamente benefici. In tal modo possiamo “livellare” statisticamente la risposta di tutto il nostro sensore a dei valori che siano più corretti possibile.
Cosa sono e a cosa servono i dark flat?
I dark flat non sono altro che dei flat eseguiti con il tappo messo sull’ottica. E’ importante usare le stesse identiche impostazioni dei flat in termini di tempi, temperatura e gain-offset. Il master dark flat viene utilizzato per calibrare i flat frame al posto del master bias e master dark. Questo perché contiene sia il rumore di lettura che la modesta quantità di dark current che si accumula sul sensore in quel breve lasso di tempo.
Quando si utilizzano i dark flat non è necessario usare il master bias né il master dark per calibrare i flat. Per la calibrazione dei light invece useremo soltanto il master dark composto da un buon numero di dark frame (almeno 15-20). E’ importante che siano presi alla stessa temperatura e con gli stessi tempi e settaggi di gain-offset dei light.
Quindi riassumendo avremo un master dark flat con il quale calibreremo i flat per generare un master flat. Successivamente useremo quel master flat insieme al master dark per calibrare i light frame e sommarli per ottenere un master light.
Allora quando usare i bias e quando i dark flat?
Ci sono alcuni sensori, soprattutto utilizzati dalla casa madre ZWO, per cui la calibrazione con i bias non restituisce un risultato corretto. Infatti molti utenti lamentano un residuo di amp glow che invece il master dark dovrebbe correggere. Questo accade, probabilmente e da verificare con dati certi quindi prendetela come una supposizione e non una certezza, dalla tecnologia EXMOR adottata dai sensori Sony presenti in queste camere.
In questo caso è d’obbligo usare un workflow di calibrazione con dark flat che risolverà il problema in maniera definitiva!
Se siete interessati c’è anche un video sul mio canale YouTube dove parlo di questo argomento con alcuni esempi anche su come lavorare in PixInisight.
Spero di aver fatto chiarezza su questo dibattito che da sempre infiamma le comunità astrofile. Ringrazio il mio amico Fabio Mortari che ha voluto dare il suo contributo nella redazione corretta di questo articolo tecnico molto delicato!
Cieli sereni!