7° CORSO DI ASTRONOMIA
La fotografia astronomica e l’elaborazione
14 maggio 2016
spiegazioni di Giuseppe Conzo
Parrocchia SS. Filippo e Giacomo
Oratorio Salvo D’Acquisto
SOMMARIO
Camere Digitali in Astronomia;
ISO ed Esposizione;
Camere CCD;
Concetto di colore e filtri RGB;
Tecniche fotografiche;
Elaborazione delle immagini;
Startrails.
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
In Astronomia per
immortalare le meraviglie
dell’Universo sono
necessari strumenti
aggiuntivi al telescopio che
consentano di realizzare
immagini di ciò che stiamo
osservando.
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
Anche con un discreto
telescopio è possibile
realizzare ottimi scatti con
risultati anche molto
soddisfacenti.
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
Grazie a semplici webcam è
possibile effettuare riprese
ai pianeti del Sistema
Solare, con risultati talvolta
anche sorprendenti.
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
Si rimuovono le diottriche della webcam, perché è
necessario lasciare scoperto il sensore della camera
che si trova dietro la lente anteriore del dispositivo.
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
Per poter inserire la webcam nel nostro telescopio, è
necessario agganciare un «raccordo per webcam» che si
avvita al posto delle diottriche tolte.
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
Per effettuare riprese con webcam di ottima qualità è
necessario utilizzare in aggiunta un filtro IR-CUT, cioè un filtro
che tagli le componenti infrarosse nello spettro del visibile.
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
Aberrazione cromatica
L’aberrazione cromatica è un difetto nella composizione
dell’immagine all’interno di uno strumento ottico, dovuto alle
diverse lunghezze d’onda della luce in entrata.
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
Anche con una semplice
fotocamera compatta si può
fare fotografia astronomica.
Con appositi supporti si può
posizionare la fotocamera
perfettamente davanti l’oculare, utilizzando quello
che viene detto «fuoco diretto».
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
La Luna
CAMERE DIGITALI IN ASTRONOMIA
Con una fotocamera compatta si
possono
effettuare
foto
astronomiche anche da un
semplice treppiedi, infatti le stelle
e il cielo sopra le nostre teste
possono
essere
fotografate
utilizzando tecniche fotografiche
accurate.
ISO ED ESPOSIZIONE
Per effettuare fotografie di panorami astronomici è
necessario conoscere e utilizzare due parametri
fondamentali:
• ISO: Sensibilità alla luce;
• Esposizione: Durata della ripresa.
Esiste poi un terzo parametro che è strettamente
legato a ISO ed Esposizione che rappresenta il
rapporto focale, cioè il rapporto tra la distanza focale e
il diametro pupillare di ripresa.
ISO ED ESPOSIZIONE: ISO
L’ISO è la sensibilità alla luce del sensore della
macchina fotografica. Più il suo valore è alto e più la
fotocamera è sensibile a riprese in scarsa luminosità.
Vi sono valori standard e valori di bassa e alta
sensibilità come rappresentato in questo schema:
ISO ED ESPOSIZIONE: ISO
ISO ED ESPOSIZIONE: ESPOSIZIONE
L’esposizione è la durata (in genere in secondi) della
ripresa stessa. Per definizione si ha:
=
x
Dunque l’esposizione è la combinazione di luminosità
e tempo.
Il tempo è espresso in secondi ed è la durata dello
scatto, la luminosità è regolata dall’apertura del
diaframma. Se allunghiamo il tempo di posa, la
luminosità è bassa e viceversa, quindi i due termini
sono inversamente proporzionali.
ISO ED ESPOSIZIONE: ESPOSIZIONE
Se ci soffermiamo su questo scorcio si vede
chiaramente che al variare del tempo di posa varia
l’esposizione…
CAMERE CCD
Il CCD è un dispositivo di accoppiamento di carica,
cioè un circuito integrato composto da una griglia di
semiconduttori che accumulano cariche elettriche utili
per illuminare determinate regioni di questa griglia.
Le cariche elettriche sono
vincolate alla luce che
arriva dallo spazio quando
si inquadra un oggetto del
cielo profondo e, laddove
non arrivi la luce, il
sensore non conduce
cariche elettriche.
CAMERE CCD
Pensiamo la nostra immagine come un mosaico
formato da tanti quadratini:
CAMERE CCD
Pensiamo la nostra immagine come un mosaico
formato da tanti quadratini:
CAMERE CCD
CONCETTO DI COLORE E FILTRI RGB
Il colore in realtà non esiste!!!
Esso è ciò che l’occhio umano riesce a vedere di un
oggetto, un paesaggio, un pianeta, una galassia.
Per oggetti terrestri il colore è dato dall’incisione dei
raggi del sole (o della luce artificiale) sulle varie
superfici e materiali. Il colore dunque dipende
dall’oggetto stesso e non è oggettivo, bensì
soggettivo. Il colore è ciò che ciascuno di noi vede.
CONCETTO DI COLORE E FILTRI RGB
Vi sono chiaramente standard su cui l’essere umano
nei secoli si è basato per rappresentare il mondo che
ci circonda, definendo così prototipi perfettamente
applicabili in natura.
Nascono così i
«colori fondamentali»
CONCETTO DI COLORE E FILTRI RGB
I colori
fondamentali
consentono di
ottenere infiniti
colori se miscelati
opportunamente
tra loro, ottenendo
così una gamma di
sfumature che oggi
rappresentano il
mondo reale…
CONCETTO DI COLORE E FILTRI RGB
CONCETTO DI COLORE E FILTRI RGB
Proprio grazie alle diverse lunghezze d’onda definite
per i colori standard, sono stati creati filtri appositi che
rispettivamente fanno passare soltanto la radiazione
Rossa, Verde, Blu
RED (R) – GREEN (G) – BLUE (B)
CONCETTO DI COLORE E FILTRI RGB
TECNICHE FOTOGRAFICHE
Le camere CCD possono essere di due tipi:
• A sensore monocromatico: Sensore molto sensibile
a fonti luminose molto deboli;
• A sensore tricromico: Sensore detto anche «ceco»
sensibile soltanto a fonti luminosi forti.
Per una buona fotografia astronomica è
consigliato il sensore monocromatico che è
anche quello più costoso!
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Monocromatico
Per l’utilizzo del sensore monocromatico, chiaramente
c’è da aspettarsi che ciò che riprendiamo sia appunto
monocolore, cioè in luce bianca (bianco e nero in
gergo popolare).
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Monocromatico
Se vogliamo passare da un’immagine monocromatica
(come quella di sinistra) ad un’immagine a colori
(come quella di destra) è necessario affiancare la
CCD ai filtri RGB.
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Monocromatico
Una camera CCD deve essere corredata di «ruota
portafiltri» per poter utilizzare i filtri alternativamente
ad ogni ripresa.
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Monocromatico
La ruota portafiltri tiene in alloggiamento i 3 (o più) filtri
relativi ai colori fondamentali che, ruotando, pone il
filtro scelto davanti al sensore di ripresa, mostrando
così l’immagine filtrata.
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Monocromatico
Per ottenere (in post-produzione) un’immagine a
colori, è necessario effettuare 3 scatti della stessa
immagine filtrata rispettivamente con i filtri R, G e B:
R
G
B
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Monocromatico
In Astronomia non si possono riprendere oggetti
deboli come le galassie come siamo abituati a fare
sulla Terra con le macchine fotografiche, ma è
necessaria la «lunga esposizione»
R
G
B
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Monocromatico
Ad esempio le tre immagini rappresentate della
Galassia di Andromeda sono ottenute effettuando
scatti da circa 60 secondi ciascuno, altrimenti il
sensore CCD non avrebbe potuto rilevare l’oggetto.
R
G
B
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Tricromico
Il sensore CCD a colori è un oggetto che va
interpretato correttamente, in quanto non restituisce
com’è l’oggetto a colori in realtà, ma restituisce una
reazione della luce che arriva in base alla quantità di
pixel illuminati nella ripresa…
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Tricromico
I pixel sono illuminati in base a 3 soglie che sono
dettate dalle lunghezze d’onda dello spettro di luce
visibile, dunque i pixel si illuminano, in base alla
lunghezza d’onda ricevuta in rosso, verde o blu.
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Tricromico
Pensiamo a 3 strati
sovrapposti e che sono
rispettivamente colorati in
rosso, verde e blu come
in figura.
Consideriamo le frecce
disegnate in basso come
qualcosa che penetra
all’interno di questi strati.
TECNICHE FOTOGRAFICHE: Tricromico
Dunque, in base alla
lunghezza d’onda
ricevuta, si stimola uno
strato di pixel.
Viene mostrato lungo
tutta l’immagine l’insieme
dei pixel in R, G e B in
base all’incidenza della
radiazione luminosa.
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI
Per
l’elaborazione
si
considera
l’approccio
monocromatico per le riprese fotografiche, quindi
consideriamo anche il procedimento più lungo e
difficile, ma con risultati più soddisfacenti.
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI: Software
Vi sono tantissimi
software per
l’elaborazione fotografica
che possono soddisfare
svariati requisiti sia
gratuiti che a pagamento.
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI: Software
I software di elaborazione
astronomica sono
programmi basati sul
concetto di unione dei
canali RGB e sul concetto
di filtraggio di post
produzione.
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI: Tecniche
Per ottenere immagini a colori è necessario seguire i
seguenti passi:
Allineamento: Le immagini astronomiche, per effetto
del movimento terrestre, non saranno mai allineate,
quindi si devono rendere perfettamente
sovrapponibili;
Composizione: Unione dei canali RGB che abbiamo
ottenuto durante la fotografia;
Calibrazione: Rettificazione dei colori ottenuti che
spesso non rispecchiano la realtà.
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI: Tecniche
L’allineamento consiste nel porre identici i 3 scatti
ottenuti nei 3 canali RGB.
Immaginiamo di dover sovrapporre le tre immagini
una sopra all’altra, cercando di ottenere un’unica
immagine nitida.
Immagine non allineata
Immagine allineata
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI: Tecniche
Successivamente all’allineamento si passa alla
composizione dei 3 canali RGB tramite l’operazione di
somma.
La composizione consiste di due passi:
Somma: sovrapposizione dei 3 canali ed
enfatizzazione del segnale in base ai contributi delle 3
immagini di partenza;
Unione dei canali: A somma ottenuta è necessario
aggiungere il colore al risultato ottenuto, come se
volessimo riempire 3 contenitori del colore
necessario.
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI: Tecniche
L’assegnazione
dei tre canali
avviene tramite il
software,
indicando a
ciascun canale
quale delle 3
immagini
assegnare.
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI: Tecniche
Infine si calibra il colore ottenuto, perché spesso non
è ciò che ci si aspetta dall’immagine che vogliamo
ricavare.
ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI: Tecniche
Per effettuare una calibrazione corretta è necessario conoscere
gli oggetti dell’Universo e ciò che emettono, quindi è
necessaria una conoscenza spinta in materia.
STARTRAILS
Startrails è una tecnica
fotografica che mette in
risalto la rotazione della
volta celeste sopra i
nostri occhi, perché
mostra il percorso
luminoso di ciascuna
stella nell’inquadratura.
Gli startrails più
suggestivi sono quelli in
cui si vede il paesaggio
sottostante.
STARTRAILS
Per ottenere uno startrail
bisogna armarsi prima di
tutto di santa pazienza,
perché esso richiede a
volte anche ore di
fotografia…
STARTRAILS
Per fotografare le stelle
può essere necessario
lavorare ad ISO medioelevati (800, 1600) e ad
esposizioni che variano
da 1 secondo a 30
secondi.
STARTRAILS
Una volta ottenute le
tantissime immagini
singole che ritraggono le
stelle, è necessario
adottare una «somma
cumulativa» delle stesse.
FINE
7° Corso di Astronomia – 14 maggio 2016
