NOTA: ESTE ARTÍCULO ES UNA RECOPILACIÓN DE DOS ARTÍCULOS QUE ESCRIBÍ PARA MI WEB PERSONAL
Hace tiempo que quería escribir un artículo explicando cuál es el proceso de realizar una astrofotografía desde el principio hasta el final.
Mucha gente ve las fotografías que hacemos los aficionados a la astrofotografía directamente como el producto final de todo el proceso que realiza el astrofotógrafo.
Es así puesto que normalmente, al que mira la foto por el mero hecho de disfrutar de su estética, poco le suelen interesar los detalles técnicos de la imagen.
Sin embargo, creo que viene bien explicar el proceso que requiere la toma de una astrofotografía desde el principio hasta el final. Además, como "cada maestrillo tiene su librillo", creo que puede usarse este artículo como punto de partida para discutir sobre los distintos pasos y mejorar los procesos.
Debido a la longitud del artículo he dividido este tema en dos partes. El proceso de captura de datos y el procesado posterior de los mismos.
Preparación
El primer paso para hacer una astrofotografía (y casi cualquier proyecto en general) es la preparación.
En el caso de la astrofotografía hay que preparar la sesión de captura, y esto implica varios pasos.
Elección del objeto
Lo primero es elegir el objeto que queremos capturar. Para ello debemos buscar los objetos disponibles en el cielo para la época del año en la que estamos además, de calcular el número de horas que podremos estar capturándolo. Cada objeto pasa por el cielo durante un tiempo determinado, y hay objetos que están disponibles más horas que otros. A menos tiempo, menos capturas podremos hacer.
Otra cosa a tener en cuenta a la hora de seleccionar el objeto es el tipo de equipo que tenemos. No todos los equipos sirven para capturar todos los objetos. Algunos son demasiado tenues para determinados equipos, o simplemente no tenemos potencia de ampliación suficiente, como suele pasar con muchas galaxias.
Planificación del encuadre
Una vez elegido el objeto, pasamos a revisar el encuadre que queremos hacer del mismo. Sabiendo la distancia focal de nuestro equipo y el tamaño del sensor de nuestra cámara se puede calcular el encuadre que obtendremos de un objeto determinado.
Comprobación del equipo
El equipo que vamos a necesitar tendremos que probarlo siempre antes de salir. Y digo siempre porque darse un paseo de noche unas cuantas horas hasta un paraje alejado de la civilización es interesante y reconfortante, pero cuando has perdido el viaje para lo que estabas planeando puedo asegurar que duele, y mucho.
Una vez seleccionado el equipo y probado que todo funciona correctamente, cargamos las baterías para poder alimentar los equipos (en el campo no hay enchufes y normalmente se utilizan baterías de automóvil para alimentar los equipos).
Lo ideal es contar con una caja personalizada para la batería. Como esta que me ha hecho mi hermano (acepta encargos. codazo, codazo, guiño guiño).
Finalmente, si tenemos que desplazarnos, guardaremos todo el equipo en nuestro coche. Esto implica una buena sesión de ejercicio cargando la montura, las baterías, los contrapesos, el telescopio, las cámaras, una silla y mesa plegables, el portátil, y demás cosas que puedan hacernos falta.
Si tienes la suerte de tener un observatorio "fijo" o un patio trasero con la suficiente oscuridad para capturar las tomas necesarias con una calidad decente, te envidio mucho, mucho, muchísimo. Además te puedes saltar también el paso del montaje pues muy probablemente ya tendrás todo montado, alineado y configurado.
Montaje del equipo y captura
El siguiente paso es el montaje del equipo. Este paso implica montar la montura, nivelarla con el suelo, colocarle encima el telescopio, con sus cámaras y tubo de guiado, alinear la montura a la polar, enfocar el telescopio y el tubo de guiado, alinear el sistema de apuntado GOTO etc. Este es un proceso que puede llevar desde 20 minutos a una hora dependiendo de la complejidad de tu equipo y de que todo funcione sin problemas a la primera.
Una vez está todo el equipo montado y puesto en estación, pasamos al apuntado y encuadre del objeto. Normalmente usaremos el sistema GOTO de la montura para apuntar, y a posteriori usaremos los controles de la montura y la rotación de la cámara para reproducir el encuadre que planificamos anteriormente.
En este punto, comenzaremos el proceso de guiado, para que la cámara secundaria pueda capturar y corregir la posición de la montura para mantener el encuadre lo más estable posible mientras se capturan las imágenes.
Haremos entonces una serie de capturas de prueba para comprobar que las capturas salen bien, comprobando que el tiempo de exposición elegido es óptimo y que la imagen no se mueva por fallos en el seguimiento o el guiado.
Y ya, con todo el sistema funcionando y en marcha, procederemos a hacer todas las capturas astronómicas, o también llamadas "Lights".
Activaremos el software de captura para que empiece a tomar capturas con la cámara principal y almacenarlas en el portátil, o en el sistema de almacenamiento que estemos usando.
Monitorización
Durante el proceso de captura la labor del astrofotógrafo es vigilar que las capturas se están haciendo correctamente. Nunca está de más llevarse algún tentempie, y si vas con amigos mejor que mejor pues las noches solitarias, aparte de aburridas pueden ser peligrosas.
Si, no lo digo en broma. Puedes caerte en medio del campo y que nadie se de cuenta hasta el dia siguiente, o que venga algún desalmado con una motosierra, aunque normalmente eso solo pasa en las películas (¿verdad?)
Captura de tomas planas
Este paso es mejor realizarlo antes o después de cada sesión. Yo prefiero hacerlo después, ya que es algo que se puede hacer muy rápido antes de desmontar el equipo, mientras que si lo hago antes, estoy perdiendo ese tiempo para empezar a capturar.
Las tomas planas son las tomas de calibración que permiten "compensar" los fallos de nuestro tren óptico. Desde motas de polvo hasta el viñetado de nuestro telescopio.
Para realizarlas hace falta que el telescopio esté en el mismo estado que estaba cuando capturó las tomas astronómicas, y poner una fuente de luz uniforme en frente del mismo. Normalmente se utilizan paneles especiales o una tablet con una imagen en blanco. Normalmente se capturan unas 20-30 tomas. En la imagen se puede ver una toma plana con una mota de polvo y viñetado.
Captura durante varias noches
En algunos casos, no es suficiente con capturar un objeto una sola noche, sino que puede ser necesario capturar tomas durante varios días seguidos para obtener la información necesaria para realizar la astrofotografía que deseamos. Ya puede ser porque estamos haciendo un mosaico o porque queremos acumular muchas horas de exposición. Depende del objetivo que queramos lograr.
En esos casos, seguiremos capturando tomas cada día repitiendo los pasos anteriores hasta que tengamos las que necesitemos.
Revisión de las tomas
Después de descansar un poco tras pasar toda la noche en vela, podemos revisar las tomas que hemos realizado para comprobar su calidad y correción. Teóricamente si las hemos estado monitorizando, deberían estar todas perfectas, pero pueden ocurrir fallos en el equipo o problemas inesperados como nubes que hayan pasado sin darnos cuenta, empeoramiento de las condiciones atmosféricas, starlinks que pasaron justo por donde estabas capturando y otros eventos que pueden arruinar varias o incluso todas las tomas.
Si el material que tenemos tiene una calidad aceptable entonces continuamos con el siguiente paso.
Captura de otras tomas de calibración
Normalmente, el resto de tomas de calibración las habremos hecho con anterioridad, pero en algunos casos, ya sea por falta de tiempo, o por cambios en la configuración de las tomas, puede ser necesario realizar la captura de las tomas de calibración acorde a esos cambios en los parámetros de captura.
Tomas Bias
Las tomas Bias o también llamadas "offset" son tomas que registran el ruido de lectura del sensor. Cuando capturamos una imagen, la cámara lee un ruido electrónico al leer los datos del sensor. Ese ruido se puede eliminar de nuestas tomas haciendo unas tomas de calibración que registren sólo este ruido y posteriormente, "restarlo" de las imágenes.
En la imagen se puede ver una toma Bias exagerando los detalles del ruido electrónico para hacerlos visibles.
Para ello, la forma de obtener sólo este ruido es disparar una serie de tomas al tiempo más corto posible. Estas tomas varían según el ISO o ganancia, así que deben ser tomadas para el valor de ISO o ganancia de nuestras tomas astronómicas.
Después de apilalas para obtener los valores medios, la imagen resultante se puede substraer posteriormente tanto de las tomas astronómicas como de otras tomas de calibración.
Tomas oscuras (Darks)
Las tomas oscuras son unas tomas de calibración con las que podemos eliminar gran parte del ruido térmico generado por el sensor al estar capturando las imágenes. El sensor se calienta con el uso, y ese calor genera señales de ruido que se transfieren a la imagen al guardarla.
También permiten eliminar los píxeles calientes (píxeles que registran valores muy superiores a los reales por fallos en el sensor) y otros desperfectos.
En la imagen podemos ver una toma oscura de la cámara ASI294MC-Pro. En ella se puede ver el ruido térmico, algunos píxeles muy brillantes y sobretodo los patrones de brillo de amplificación (algunos componentes de los sensores generan brillos en zonas del sensor que gracias a las tomas oscuras pueden compensarse).
Estas tomas tienen que ser capturadas con el mismo ISO o ganancia, duración de exposición y temperatura que las tomas astronómicas para que sean efectivas al 100%, y una vez capturadas unas 20-30 (incluso más) se apilan para obtener los valores medios de ruido y poder restar la imagen resultante de las tomas astronómicas, reduciendo el ruido y los píxeles calientes de esas imágenes.
Debido a que deben ser tomadas a la misma temperatura, las cámaras astronómicas dedicadas suelen venir con sistemas de refrigeración para bajar la temperatura por debajo de los cero grados y mantenerla estable durante toda la sesión. Así, reducimos al mínimo el ruido térmico y de paso, las tomas oscuras se pueden tomar a una temperatura concreta.
Calibrado de las imágenes
El primer paso del procesado es la calibración de las imágenes astronómicas. Para ello hay que pasar por varios procesos más o menos complicados y que tienen su teoría detrás, pero a grandes rasgos, a cada toma astronómica se le resta la toma oscura maestra y se divide por la toma plana maestra, obteniendo así una nueva imagen con menos ruido térmico y con todos los píxeles calibrados y compensados con los "fallos" de nuestro tren óptico.
Si nuestra cámara es a color, el proceso también incluirá la recomposición de los colores, o lo que comunmente se llama "Debayer" (las cámaras a color tienen una matriz de filtros sobre sus sensores llamada matriz de Bayer. El "Debayer" no es más que la interpretación de los colores por interpolación de los colores de esa matriz. Más información en este otro artículo sobre filtros en astrofotografía).
Sin embargo, si la cámara que usamos es monocroma, este proceso deberemos repetirlo por cada filtro que hayamos usado en las capturas. Esto implica normalmente hacerlo para la toma de luminancia, la del filtro rojo, el verde y el azul.
Alineación (registro)
Cuando nuestras capturas ya están calibradas debemos alinearlas ya que, debido a fallos en el seguimiento, movimiento del telescopio o el uso de técnicas como el "dithering", las imágenes normalmente no están alineadas.
Usando un software específico se calculan las posiciones de las estrellas en la imagen y se alinean una por una con respecto a una imagen de referencia, ajustando tanto la posición de la imagen, su rotación e incluso su escala en algunos casos.
Apilado
Una vez están todas las imágenes alineadas, pasamos al apilado. El apilado de imágenes es lo que consigue que toda la información que tenemos en nuestras capturas se "sume" de manera que obtenemos una toma equivalente a la suma de todas las exposiciones de las imágenes que usamos en el apilado.
Esto mejora muchísimo la proporción señal/ruido de la imagen y obtendremos los detalles que en una sola toma es imposible de obtener.
En la imagen siguiente se puede ver la comparación entre una toma única de 60s de exposición (a la izquierda) en la que casi no se ven los detalles y que tiene mucho ruido, y una imagen apilada equivalente a 4 horas de exposición (a la derecha), en la que el ruido se ha promediado entre todas las capturas y se nota muchísimo mejor los detalles de la nebulosa.
Procesado de la imagen
Una vez tenemos la toma apilada pasamos al procesado. Mucha gente cree que las imágenes del espacio están "retocadas", pero hay una diferencia entre retocar y procesar.
En el retoque, se alteran los datos de la imagen. Se cambian las texturas, la posición de los píxeles y se añaden o quitan datos para formar la imagen final.
En el caso del procesado, lo que se hace es resaltar las distintas partes de los datos que tenemos, haciendo que la información que nos interesa sobresalga sobre el ruido y otros datos que no aportan valor a la imagen.
En definitiva, el procesado no destruye ni crea información. Simplemente permite resaltar la información ya existente en los datos capturados.
Estirado virtual de la imagen
Normalmente las fotos astronómicas se capturan en formatos en crudo o RAW para obtener toda la información disponible de las capturas. Este tipo de imágenes se caracterizan por ser muy "oscuras" debido a que la representación de los datos de la imagen es lineal.
Para hacer visible esa información hace falta representar esos datos de otra forma, haciendo que la representación sea logarítmica en vez de lineal.
En la imagen que sigue podemos ver a la izquierda una imagen en modo lineal, en la que sólo se distinguen las estrellas más brillantes de la imagen, y a la derecha podemos ver la imagen con un estirado virtual para poder ver sus detalles sin modificar la representación real de los datos.
El problema es que hacer ese cambio implica que ciertos procesos no se apliquen de forma correcta durante el procesado, ya que hay ciertos procesos que se deben hacer antes de realizar este cambio de representación.
Para ello, los distintos programas de procesado cuentan con herramientas de estirado virtual, que simplemente procesan los datos lineales y nos los muestran como si ya hubieran sido convertidos al modo logarítmico. Así podemos trabajar con la imagen y ver los cambios que vamos haciendo antes de hacer la conversión real.
Eliminación de gradientes de fondo
Normalmente las imágenes ya apiladas tienen el fondo muy brillante. En general por culpa de la contaminación lumínica y otras veces por cambios en la luminosidad del cielo o las condiciones meteorológicas.
Estos gradientes de fondo de pueden corregir de manera que la imagen resultante sean los datos que quedan de la substracción de ese gradiente de la imagen original. Normalmente se utiliza una herramienta que modeliza el fondo en base a la información de la imagen y posteriormente sustrae de la imagen ese gradiente.
Calibración de colores
Con la imagen ya sin gradientes hay que proceder a la calibración del color de la imagen.
Cuando tomamos una foto, podemos elegir cambiar su balance de blancos, que no es más que definir cuál es la referencia del color blanco que se toma para representar el resto de los colores de la imagen.
En fotografía normal, el blanco se toma normalmente en referencia a la luz solar, pero en el espacio esto no tiene mucho sentido. Hay que calibrar el color de las imágenes de otra forma.
Hace un tiempo, mi amigo Víctor me regaló un libro de Vicent Peris llamado Fotografiar lo Invisible. Pues bien. Resumiendo muy por encima, en el libro explica que la mejor referencia que se puede tomar de blanco en el universo es un objeto que tiene todos los posibles objetos y colores representativos de los objetos del cielo. Estos tipos de objetos son las galaxias, pues contienen millones de estrellas de todos los tipos posibles, con todos los colores en los que pueden emitir luz, y no puedo estar más de acuerdo con él en ese aspecto.
Normalmente se calibra el color de la imagen usando herramientas que calibran en base a muestras de la propia imagen, pero usando la técnica de calibrado fotométrico, el software se encarga de buscar en bases de datos los colores reales de las estrellas que están en nuestra imagen y las calibra con respecto a la referencia de blancos que elijamos. Normalmente, esa galaxia de la que hablábamos antes. Más información sobre el calibrado fotométrico.
Otras operaciones
Aquí dependiendo de la imagen y del criterio de cada uno, se aplican o no distintos procesos de eliminación de ruido, calibrado de color, análisis estadístico de imagen, etc. No voy a entrar en estos casos ya que dependen de muchos factores y no terminaríamos nunca ya que se pueden hacer miles de cosas distintas.
Paso del modo lineal al no lineal
Ya calibrado el color, falta hacer visible nuestra imagen de forma permanente. Esto implica pasar del modo de representación lineal de los datos al modo logarítmico haciendo lo que se llama un estirado del histograma.
Un histograma es la representación de todos los distintos niveles de brillo de los píxeles de una imagen. El histograma en modo lineal normalmente tiene sus datos concentrados en la parte izquierda del histograma, que es la que agrupa a los píxeles más oscuros.
Al estirar el histograma, lo que hacemos es repartir esos píxeles que están en la parte izquierda en el resto de niveles de brillo aplicando una curva logarítmica a los datos de la imagen, y por tanto, haciendo visibles los datos que antes quedaban ocultos para nuestra vista.
Reducción de ruido y procesado específico
Ya con la imagen en modo no lineal empieza la parte más "artística" del proceso, ya que es en esta parte del procesado en la que el astrofotógrafo utiliza las herramientas del programa de procesado para resaltar los detalles que le interesa que sean más prominentes en su imagen.
Principalmente, se utilizan distintos algoritmos de reducción de ruido, máscaras para procesar solo las estrellas, las nebulosas, resaltado de estructuras claras y oscuras y otros miles de detalles que además dependen del objeto que hayamos capturado, del equipo utilizado y de mil factores.
Obtención de la imagen final
Después del procesado de la imagen es cuando podemos decir que hemos obtenido esa imagen final que la gente puede ver en las redes sociales.
Cómo reflexión personal, a veces me paro a pensar en todo el proceso y me entra vértigo de solo pensar la cantidad de tiempo y esfuerzo que hay que dedicar para cada una de esas imágenes, y la cantidad de veces que sacas imágenes y están mal capturadas, o el tiempo no era el adecuado, o algún parámetro estaba mal especificado, y todo ese tiempo es tiempo perdido.
Sin embargo, los que hacemos esto, sentimos en general que después de todo el trabajo realizado, obtener esas imágenes son recompensa suficiente.