Fotografia planet z filtrami RGB - dobór filtrów i optymalizacja metod fotografii

13 May 2012 Comments

By uzyskiwać kolorowe zdjęcia za pomocą monochromatycznych kamer potrzebujemy filtrów RGB. Każdy filtr przepuszcza określone długości fal przypadające na jedną barwę - niebieską (B), zieloną (G) lub czerwoną (R). Fotografujemy obiekt po kolei z każdym filtrem i składamy z takich zdjęć wersję kolorową. Dokładność odwzorowania kolorów zależy od tego jak dobrze filtry RGB je rozdzielają. Jeżeli np. zielony filtr przepuszcza czerwone długości fal to kolory nie będą poprawnie odwzorowane.

Filtry RGB są powszechnie dostępne. Zazwyczaj sprzedawane są w zestawach LRGB, gdzie filtr L to filtr IR/UV cut - bezbarwny filtr, który odcina ultrafiolet i podczerwień (przepuszcza całe pasmo widzialne). Profesjonalne filtry LRGB o rozmiarze 1,25" kosztują kilkaset złotych. Są to zazwyczaj filtry interferencyjne o wysokiej transmisji światła i ostro określonych pasmach przepuszczanego światła. Za zestaw Baadera zapłacimy ponad 800 PLN.

Znacznie tańsze filtry uzyskiwane poprzez barwienie masy szklanej mają zazwyczaj niższą transmisję i płynne przejścia od blokowania do przepuszczania światła (co może negatywnie odbijać się na odwzorowaniu barw i jakości zdjęcia). Zestaw "amatorski" Baadera złożony z różnych filtrów barwnych kosztuje niecałe 300 PLN - 560 złotych mniej.

Pojawia się pytanie czy różnice pomiędzy tymi zestawami są tak duże jak różnica w cenie? Jak sprawdzą się np. w fotografii planet, oraz jak można efektywnie fotografować planety, Księżyc i inne obiekty za pomocą takich filtrów LRGB? W tym artykule porównam oba zestawy filtrów LRGB Baadera oraz pokażę jak podnieść efektywność fotografii planetarnej.

Zestawy filtrów LRGB Baadera

Kiedyś używałem "amatorskiego" zestawu LRGB Baadera i sprawował się całkiem dobrze jak na tamte czasy, ale nie miałem bezpośredniego porównania z filtrami interferencyjnymi. Postanowiłem porównać zestaw amatorski z zestawem profesjonalnym, którego obecnie używam w astrofotografii.

Obecny zestaw "amatorski" nieco się zmienił w porównaniu do tego, którego kiedyś miałem. Oprawy filtrów są niższe, tak by nie blokowały kół filtrowych. Dodatkowo zmieniono najprawdopodobniej typ niebieskiego szkła (i możliwe że także zielonego). Obecny niebieski filtr jest jaśniejszy, bardziej turkusowy. Załączona ulotka informacyjna odnosi się (raczej) do starszej wersji zestawu.

Barwne szkła nie blokują podczerwieni i dlatego "amatorski" zestaw został przewidziany do pracy z dodanym do zestawu filtrem L wycinającym podczerwień i ultrafiolet (np. do nosa kamery przykręcamy filtr L, a w kole filtrowym ustawiamy filtry RGB). W przypadku zestawu profesjonalnego wszystkie filtry RGB mają blokadę podczerwieni i ultrafioletu i nie trzeba łączyć ich z filtrem L.

Przygotowania do testów

Testując zestaw filtrów trzeba sprawdzić jak odwzorowuje kolory, jak dobrą posiada transmisję światła (czy filtry po prostu nie są "ciemne"). Dodatkowo w przypadku amatorskiego zestawu Baadera można sprawdzić jak filtry te pracują z i bez filtra L blokującego podczerwień.

By porównać oba zestawy wykonałem szereg zdjęć Saturna - za pomocą zestawu profesjonalnego oraz amatorskiego z i bez filtra L. Do tego nagrałem widma dawane przez filtry z zestawu amatorskiego - używając siatki dyfrakcyjnej (Star Analyser) i jasnej gwiazdy. Takie widma pokażą jakie długości fal filtr przepuszcza.

Wyniki

Na początek zestawienie zdjęć Saturna (C11, f/20, DMK21AU618, bez korektora dyspersji):

Na powyższym zestawieniu widzimy szereg zdjęć. Standardowa wersja RGB a także RRGB (gdzie zdjęcie z filtra czerwonego wykorzystałem także jako luminancję) oraz LRGB (gdzie kanałem luminancji była fotografia wykonana z filtrem L zestawu profesjonalnego). Po złożeniu fotografii barwnych wszystkie zdjęcia poddałem automatycznego balansowania kolorów i ostrzeniu za pomocą dekonwolucji. Fotografie z niebieskich i zielonych kanałów były także lekko rozmyte ze względu na spore ziarniste szumy widoczne po ostrzeniu.

Jak widać balans kolorów zestawu amatorskiego jest zbliżony do dawanego przez zestaw profesjonalny. Widać jednak że fotografie z zestawu amatorskiego są bardziej czerwone, szczególnie te bez filtra blokującego IR/UV. Ostrość zdjęć można (częściowo) pominąć, gdyż ona zależała głównie od jakości seeingu.

Jasność - transmisja filtrów

Wszystkie klipy były nagrywane z ekspozycją 30,7 ms. Poza filtrami czerwonymi gain ustawiony był na maksymalny ("1023"). Porównując wypełnienie histogramu i użytego gainu można wyliczyć dla jakiej teoretycznej wartości gainu osiągnie się 100% wypełnienie histogramu (nasycenie obrazu). Im mniejszy gain tym jaśniejszy jest rejestrowany obraz (filtr). Oto wyniki uzyskane dla powyższych fotografii Saturna:

Jak widać na powyższym wykresie np. filtr niebieski z profesjonalnego zestawu jest znacznie ciemniejszy od amatorskiego (wymaga wyższego gainu). Zestaw amatorski bez filtra blokującego będzie jaśniejszy niż z filtrem blokującym, który odrzuci podczerwień - widać to dla filtra czerwonego, który ma wysoką transmisję w czerwieni i podczerwieni. Zadziwiająca jest znikoma zmiana dla zielonego i niebieskiego filtra - tak jakby praktycznie nie przepuszczały podczerwieni (a wg. widm producenta powinny).

Jasność Saturna jest dość wysoka w czerwieni i spada gdy zbliżamy się do barw niebieskich, tak więc czerwony filtr powinien być jaśniejszy od zielonego, a zielony od niebieskiego.

Widma zestawu amatorskiego

Stosując siatkę dyfrakcyjną Star Analysera i jasną gwiazdę mogłem zarejestrować widma filtrów - obrazują one jakie długości fal filtry te przepuszczają. Filtr L przepuszcza pasmo widzialne. Amatorski czerwony przepuszcza także sporo podczerwieni (co jest zgodne bo to filtr RG610). Filtr zielony i niebieski przepuszczają podobny zakres fal (i może dlatego obraz jest bardziej czerwony). Według charakterystyk producenta powinny przepuszczać także podczerwień - jednak tego praktycznie nie robią. Są to więc inne typy szkieł niż te podane na stronie Baadera.

Łączenie amatorskich filtrów RGB z filtrem blokującym L ma więc głównie ograniczać jasność filtra czerwonego i poprawiać balans kolorów. Z drugiej strony czerwony filtr RG610 bez blokady podczerwieni jest bardzo jasny i daje jasne ostre obrazy (dzięki podczerwieni, która jest bardziej odporna na zły seeing i dyspersję atmosferyczną). Dla trudnych i ciemnych planet takich jak Saturn można zrezygnować z filtra blokującego tak by uzyskać jak najlepszą fotografię z filtra czerwonego. Mając taką fotografię można uzyskać znakomitą fotografię RRGB.

Zmienność jakości w czasie

Przy okazji testowania filtrów i nagrywania wielu klipów można przyjrzeć się stabilności zdjęć w czasie.

Jeżeli nagramy wiele klipów jeden po drugim to może okazać się że niektóre dadzą ostrą fotografię końcową, a pozostałe nie. Zależy to od chwilowego seeingu, ostrości, czy też umiejętności aplikacji stackującej do poprawnego oceniania jakości klatek. W przypadku np. Słońca fotografowanego na dużej rozdzielczości klip AVI może mieć wystarczającą ilość dobrych klatek, lecz aplikacja stackująca nie będzie w stanie ich efektywnie wyciągnąć. Wszystkie te czynniki składają się na stabilność obrazu w czasie całej sesji.

Poniżej szereg zdjęć z filtra czerwonego (amatorskiego) oraz filtra L i czerwonego z zestawu profesjonalnego. Jak widać różnice mogą być spore mimo krótkich odstępów czasu dzielących klipy.

Na chwilowy seeing wiele nie poradzimy. Ostrość można ustawić. W przypadku efektywności stackowania spore znaczenie ma jakość klatki. Im wyższe wypełnienie histogramu tym lepiej. Także niższy gain przy wysokim wypełnieniu histogramu poprawi jakość klatki (stosunek sygnału do szumu). Dlatego jasne podczerwone filtry jak np. RG610, które pozwalają nawet na Saturnie na stosowanie niższych wartości gainu znacznie łatwiej dadzą ostre i wolne od ziarnistego szumu zdjęcia. Nagrywając kilka klipów zyskujemy dodatkową szansę że wśród nich będzie jakiś, który da wysokiej jakości zdjęcie.

Wpływ długości fali na jakość obrazu

Wraz ze wzrostem długości fali spada poziom dyspersji atmosferycznej i ogólnie podatność na zły seeing. Także zdolność rozdzielcza teleskopu ulega pewnemu ograniczeniu, choć dość często w niebieskich i zielonych długościach fali maksymalną zdolność rozdzielczą będzie ciężko wykorzystać. Z tego powodu popularne jest fotografowanie Księżyca, czy także planet w podczerwieni za pomocą filtrów podczerwonych lub jaśniejszych przepuszczających czerwień i podczerwień.

Jak widać na powyższym zestawieniu czerwony kanał (dłuższe długości fal) wygląda najlepiej - czy to w czasie gorszego, czy tym bardziej lepszego seeingu. Niestety nie można stosować ciemnych filtrów podczerwonych operujących na bardzo długich długościach fal - będą one po prostu za ciemne i szum będzie po prostu za duży.

W przypadku kolorowych kamer nagrywamy wszystkie kolory jednocześnie. Znacznie trudniej stworzyć z nich fotografie typu RRGB - o podwyższonej jakości dzięki ostrości obrazu z czerwonego kanału.

Podsumowanie

Filtr LRGB Baadera zarówno te profesjonalne i te "amatorskie" sprawują się bardzo dobrze. Tani zestaw może dawać nieco inne odwzorowanie kolorów, ale za nieduże pieniądze dostajemy zestaw filtrów umożliwiający kolorową fotografię za pomocą monochromatycznych kamer. Dodatkowo czerwony filtr bez blokady podczerwieni sprawdzi się jako kanał luminancji. Można go także wykorzystać do fotografii Księżyca.

Warto mieć dodatkowe filtry do planetarnego kanału luminancji. Może to być jeden z jasnych filtrów: czerwony (obecny w amatorskim zestawie Baadera) lub pomarańczowy filtr wizualny, jak i ciemniejsze filtry - Baader IR-pass, czy Astronomik ProPlanet 742. Bez korektora dyspersji atmosferycznej szerokie filtry takie jak L, czy np. żółte filtry nie dadzą ostrego obrazu. Pomarańczowe powinny sprawdzić się na obiektach położonych wyżej na niebie.

Stosowanie jako luminancji ostrych obrazów uzyskach z filtrów podczerwonych pozwala uzyskać ostrzejsze kolorowe zdjęcie, lecz zmienia to też nieco kolorystykę planety. Widać to wyraźnie na np. Jowiszu, gdzie im bardziej podczerwona luminancja tym bardziej rozjaśnione zostaną "brązowe" elementy atmosfery.

Warto też nagrać więcej klipów, by później skorzystać tylko z najlepszych serii. Największe znaczenie ma to w fotografii Słońca za pomocą dużych teleskopów wyposażonych w folię Baadera. Zmienny seeing i ograniczona sprawność aplikacji może uniemożliwić uzyskanie dobrych fotografii z wielu klipów.

RkBlog

Astrofotografia planetarna, 13 May 2012