4. Filmy vhodné pro astrofotografii

Astronomická fotografie využívá filmy často za podmínek, pro které nebyly navrženy. Asi největší problémy způsobuje Schwarzchieldův jev, což je ztráta citlivosti filmu u dlouhých expozic. U barevných filmů, které se skládají z více vrstev, se tento jev může projevovat u každé vrstvy jinak, takže pak dochází ke změnám v barevném podání snímku. Proto je nutné při výběru filmu zjistit nejen citlivost a zrnitost, ale také jeho vlastnosti při dlouhých expozicích. Důležité je také vědět, jaká je spektrální citlivost filmu, zejména když chceme fotografovat emisní mlhoviny, které září na vlnové délce 656nm (H-alfa čára). Většina filmů má totiž na tuto barvu již malou citlivost.

Černobílé filmy
Výhodou černobílých filmů je, že si je můžeme snadno vyvolat sami. Nejsme tedy odkázáni na služby fotolaboratoře a nemusíme ani film celý dofotit. To je ideální pro různé experimenty, když si potřebujeme vyzkoušet novou optiku, pointaci nebo přesné zaostření. Pro tento účel se mi osvědčil film FOMAPAN 400ASA.

Barevné negativní filmy
Na barevné negativy nefotografuji, takže s nimi nemám zkušenosti. Velmi oblíbený je film Kodak Supra 400ASA, bohužel však výrobce u tohoto filmu změnil emulzi a nový film již není citlivý na H-alfa čáru, takže se nedá použít na fotografování emisních mlhovin. Dobré vlastnosti by měl mít film Konica Centuria 800 ASA, ale nemám to ověřeno.

Inverzní filmy (diapozitivy)
Hvězdnou oblohu fotografuji téměř výhradně na diapozitivy, protože mají věrnější barevné podání a větší denzitu. Navíc se dají případně promítat a také se lépe skenují. Nevýhodou je větší cena a složitější zpracování těchto filmů. Univerzální film, který je velmi vhodný i pro fotografie emisních mlhovin, je Kodak E200. Velmi jemné zrno (ale menší citlivost) má Fuji Provia 100F. Tento film má však malou citlivost na čáru H-alfa. Oba filmy lze převyvolat až na čtyřnásobnou citlivost (proces PUSH2), ověřený mám ovšem pouze PUSH1 (s dobrými výsledky).
Pro porovnáni zde uvádím dva snímky galaxie M51 pořízené stejným přístrojem (Maksutovova fotokomora 190/260/550mm), ale na různé filmy. Vlevo je 13 min expozice na Kodak E200, vpravo pak 22 min expozice na Fuji Provia 100F. Oba filmy byly převyvolány (PUSH1).

Rozdíl v zrnitosti obou filmů je vidět na první pohled, musíme ovšem počítat s menší citlivostí jemnozrného filmu. Fuji Provia 100F je také kontrastnější než Kodak E200, takže hvězdy více vyniknou, je ale větší nebezpečí saturace jasných částí snímku.

5. Zpracování filmů

Černobílé filmy snadno vyvoláme sami, což je velká výhoda, barevné filmy musíme poslat (nebo odnést) do fotolaboratoře. Nezapomeňte upozornit obsluhu laboratoře na poněkud neobvyklé snímky, protože jinak může snadno film pokládat za zkažený. Také je lepší, když ho ponechají ve svitku, protože často není zřetelně vidět mezera mezi jednotlivými políčky a při stříhání filmu snadno některé políčko přestřihnou.

Skenování filmů
Astronomické fotografie jsou náročné na kvalitu, proto nejsou vhodné ploché skenery s nástavci pro film, ale pouze kvalitní filmové skenery. Důležitý je velký dynamický rozsah (denzita), měl by mít 12 - 16 bitový převodník a rozlišení alespoň 2200dpi. Se skenerem Nikon LS2000 jsem dosáhl nejlepších výsledků při skenování diapozitivů, s barevnými negativy už to bylo horší a největší problémy byly s černobílými filmy.

Zpracování fotografií na počítači
Digitální zpracování na počítači nám poskytuje velmi rozsáhlé možnosti úpravy fotografií. Kromě běžných úprav, které se využívají u každé fotografie (úroveň pozadí, jas, kontrast, barevné korekce), najdou v astronomické fotografii uplatnění i některé zvláštní postupy. Na tomto příkladu fotografie galaxie M33 v Trojúhelníku si můžete všimnout, jak lze úpravou jasu a kontrastu zvýraznit i slabě naexponované části galaxie.

Můžete si však také všimnout, že se zvýrazněním slabých částí se současně silně zvýraznila zrnitost filmu. Účinná metoda, jak snížit zrnitost fotografie je skládání více snímků na sebe. Máme-li určitý objekt vyfotografovaný alespoň dvakrát, je možné snímky přesně sesadit na sebe (registrovat) a pak je zprůměrovat. Zrnitost jednotlivých snímků, která je náhodná, se tímto postupem výrazně sníží. Stejná metoda se běžně používá i pro snížení šumu u snímků získaných CCD kamerami, jako například u této dvojice snímků Saturna.

Obrázek vlevo je jeden ze 16 snímků získaných videokamerou. Je značně pokažený šumem, který vznikl v CCD čipu kamery a také při přehrávání z S-VHS kazety. Obrázek vpravo vznikl složením všech 16 snímků.

Často se stává, že pozadí astronomického snímku není rovnoměrně osvětlené. Může to být způsobeno např. vinětací objektivu (úbytek světla v rozích) nebo přesvícením části oblohy městským osvětlením. Příklad obou těchto vlivů je na následující fotografii (levá část). Je to snímek souvězdí Orion objektivem 1,8/80 za špatných podmínek.

Všimněte si výrazné vinětace v rozích snímku. Navíc je celá spodní část fotografie přesvícena světlem vzdálené vesnice, které rušilo zejména v malé výšce nad obzorem. I takto zkaženou fotografii lze opravit, jak je vidět na upraveném snímku vpravo, ovšem je to pouze nouzové řešení - určitě je lepší použít kvalitní optiku a fotografovat mimo světelné znečištění. Princip odstranění vinětace je poměrně jednoduchý. Snímek nejprve rozostříme natolik, aby již nebyly viditelné hvězdy ani případné větší objekty. Takto rozostřený obrázek (tzv. neostrou masku) pak odečteme od původního obrázku. Jasnost pozadí se tak vyrovná na stejnou úroveň. Optimální hodnotu rozostření je nutné vyzkoušet a samozřejmě je dále nutné upravit úroveň pozadí, jas a kontrast fotografie.

6. Digitální přístroje

Pro astronomickou fotografii jsou samozřejmě nejlepší speciální chlazené CCD kamery, které se již dlouho používají v profesionální praxi. Jejich použití u amatérů již není tak běžné, hlavně kvůli vysoké ceně a složitější obsluze těchto kamer. Proto se u amatérů značně rozšířily digitální fotoaparáty. Zejména novější digitální zrcadlovky (DSLR) jsou vhodné i pro delší expozice a lze s nimi dosáhnout lepších výsledků než s klasickým filmem. Určitým problémem u těchto běžně dostupných fotoaparátů je malá citlivost na vlnovou délku 656nm (H-alfa čára), kde září emisní mlhoviny. Tento problém lze vyřešit výměnou originálního filtru za UV/IR filtr, který je pro tuto vlnovou délku propustný. Je ovšem nutno celý fotoaparát rozebrat a po výměně filtru zase složit.
Pro snímání planet a detailů na Měsíci nebo Slunci lze s výhodou použít i videokamery, WEB kamery nebo CCTV kamerky. Tyto přístroje mají sice malé rozlišení, ale lze s nimi snadno pořídit velké série snímků, případně videosekvence, a z nich pak vybrat pro další zpracování nejostřejší záběry.

7. Zpracování digitálních fotografií

Na rozdíl od filmu nám u digitálních fotografií odpadá skenování, avšak přesto je jejich zpracování náročnější. Velmi důležitá je zejména správná kalibrace snímků (preprocessing). Samozřejmostí by mělo být fotografování do RAW formátu (pokud to fotoaparát umožňuje), protože JPEG je už zpracovaný fotoaparátem (obvykle jinak než vyžaduje astronomická fotografie) a navíc pokažený ztrátovou kompresí dat.

Kalibrace snímků
Jak vlastní CCD čip, tak elektronika fotoaparátu přidávají do obrazu nežádoucí signály, které je nutné vhodným zpracováním odstranit. Mezi základní operace patří odečtení temného snímku. CCD čip totiž akumuluje náboj i když není osvětlen a tento nežádoucí signál je obsažen i ve výsledné fotografii. Proto je nutné pořídit kromě fotografie objektu ještě snímek stejnou expozicí, avšak se zakrytou závěrkou, a ten od fotografie odečíst. Aby se zmenšil šum, je lepší pořídit temných snímků větší množství, zprůměrovat je a odečítat až tento zprůměrovaný snímek. Temné snímky není nutno pořizovat okamžitě během noci, ale protože jsou závislé na teplotě, měly by být pořízeny za stejné teploty jako snímky objektu.
Dále je vhodné pořídit tzv. ploché snímky, opět několik a zprůměrovat. Ty se pořídí vyfotografováním pokud možno rovnoměrně osvícené plochy (obloha, papír) stejnou optickou soustavou, jakou jsme fotografovali objekt. Na tomto snímku se zachytí nerovnoměrnosti v osvětlení CCD čipu vlivem vinětace optiky, případně nečistoty na některých optických členech. Od tohoto snímku je opět nutné odečíst temný snímek (pořízený stejnou expozicí, jako plochý snímek) a pak ho normovat, tj. vydělit střední hodnotou jeho pixelů (aby byla střední hodnota pixelů normovaného snímku rovna 1). Výsledným normovaným plochým snímkem pak vydělíme snímek objektu, od kterého jsme nejprve odečetli temný snímek. Stručně lze tedy napsat:

KS = (RAW - DF)/FFn,
kde KS je kalibrovaný snímek, RAW je surový snímek z fotoaparátu, DF je temný snímek, FFn je normovaný plochý snímek.

I když to možná vypadá na první pohled složitě, existuje na toto zpracování celá řada programů (např. DeepSkyStacker, MaxIm DL, MaxDSLR, AstroArt), které provedou většinu operací automaticky a celou práci velmi usnadní.

Horké pixely
Většina CCD čipů obsahuje tzv. horké pixely, což jsou pixely, které poskytují trvale signál (i neosvětlené). Tato vadná místa v obraze je nutné retušovat, což se provádí obvykle interpolací z okolních hodnot. Opět lze s výhodou použít specializované programy pro zpracování astronomických fotografií. Ty umí detekovat horké pixely automaticky (obvykle z temného snímku) nebo lze vytvořit tzv. mapu horkých pixelů.

Barevné vyvážení snímku
Jednotlivé barevné kanály CCD snímače obvykle nemají stejnou citlivost a tak pokud chceme, aby byl snímek pokud možno věrně barevně vyvážen, je nutné je vynásobit vhodným koeficientem. Ten zjistíme např. vyfotografováním bílé plochy (papír) nasvícené denním světlem. I po správném vyvážení bílé obvykle zjistíme, že pozadí nočních snímků, pořízených v našich podmínkách, je zbarveno do oranžova. To je způsobeno přesvětlením noční oblohy sodíkovými výbojkami, které se používají v pouličním osvětlení. Pokud tohoto světla není moc, lze ho ze snímku odečíst a tím dosáhnout neutrálního zbarvení pozadí. Všechny výše zmíněné úpravy je nutné provádět s lineárním obrazem, tj. např. před obvyklou aplikací gama křivky.

Finální úpravy
Pokud jsme předchozí body zpracování provedli správně, není nutné již do snímku výrazněji zasahovat. Obvykle postačí úprava úrovní obrazu (černý a bílý bod, gama), případně úprava saturace barev. Aby se zmenšil šum výsledné fotografie, je běžné, že se pořídí několik fotografií určitého objektu a ty se pak přesně sesadí (registrují) na sebe a zprůměrují.