DeepSkyStacker Tutorial

Deze tutorial is bedoeld voor mensen die zich graag laten introduceren op het gebied van het fotograferen van sterren en andere "deep sky" fenomenen. In het bijzonder wordt de werking van het gratis verkrijgbare programma DeepSkyStacker beschreven, homepage:

DeepSkyStacker Homepage

Voor succesvol vastleggen van sterren is het belangrijk om enkele zaken goed in acht te nemen. Uiteraard begin alles met de foto zelf, maar al snel zal men tot de ontdekking komen dat foto's gebaseerd op een enkele belichting op een vast statief niet voldoende zijn om alles zichtbaar te kunnen maken. Een voor de hand liggende oplossing is het gebruik van volgsystemen die meedraaien met de beweging van de sterren. Echter dit is niet voor iedereen weggelegd. Via het gebruik van slimme software is het toch mogelijk om meer zichtbaar te maken dan steeds met enkelvoudige belichtingen. Overigens kan deze software ook in combinatie met een volgsysteem gebruikt worden.

Het principe van DeepSkyStacker is het op elkaar stapelen (stacken) van meerdere foto's van hetzelfde deel van de sterrenhemel. Normaal kunnen we maar een beperkte tijd belichten omdat anders de sterren geen puntjes zijn maar streepjes. Door nu meerdere van deze kortere opnamen op elkaar te stapelen kunnen we de signaal-ruisverhouding zeer sterk verhogen en daardoor meer zichtbaar maken dan in de losse opnamen. Dit is zeer belangrijk voor de weergave van nevels, melkweg etc. Dit proces van stapelen van foto's klinkt eenvoudig, maar omdat de sterren natuurlijk bewegen zal de software alle foto's ten opzichte van elkaar moeten analyseren en bijdraaien zodat ze precies over elkaar plaatsen. Meer wordt duidelijk in de verdere beschrijving.

Foto's maken

Zoals duidelijk mag zijn, begint alles met het maken van de foto. Nodig zijn naast de camera zelf: statief en een afstandsbediening. Verder is een digitale spiegelreflex (DSLR) eigenlijk noodzakelijk omdat compact-camera's ofwel geen manuele belichtingsinstelling heeft en anders is de ruis te hoog. Verder is men vaak beperkt tot 8-bit JPG opnamen. Voor het normale fotografiewerk best bruikbaar, maar voor astro-fotografie zoeken we nu eenmaal de grenzen op. Ik raad aan om de onderstaande onderwerpen goed door te lezen, omdat iets wat soms zo vanzelfsprekend lijkt niet goed uitpakt.

Belichtingstijd

Zoals bekend draait de sterrenhemel hier op het noordelijk halfrond rondom de poolster (tegen de wijzers van de klok). Binnen 24 uur wordt een hele omwenteling gemaakt (uiteraard dankzij de draaiing van de aarde). Bij het fotograferen van sterren en nevels willen we eigenlijk alleen maar zoveel mogelijk licht binnenhalen. Dit kan alleen door:
- De gevoeligheid van de sensor hoog te kiezen (ISO)
- Een zo groot mogelijke diafragma-instelling te kiezen (de lens is hier beperkend dus)
- Zo lang mogelijk te belichten

Dat laatste is niet zonder grenzen omdat op een gegeven moment de beweging van de sterren streepjes geven op de foto. Dat ziet er zo uit (de ster in het midden is de poolster):


Bron: http://theapblog.wordpress.com/2007/04/16/tutorial-star-trails/

Dit is natuurlijk een ongewenst effect als we gedetailleerd sterrenformaties, nevels en andere fijne structuren willen vastleggen. We moeten dus de belichting van de foto beperken. En de maximale duur natuurlijk ook afhankelijk hoeveel zoom je gebruikt. Als je veel zoom hebt gebruikt, dan bewegen de sterren relatief sneller en kun je dus relatief korter belichten. De hoeveelheid zoom wordt aangegeven in mm's, en staat aangegeven op elke lens. Kortweg is er een vuistregel voor 35 mm formaat sensoren:

Tmax = 600 / f

Waarbij Tmax de maximale belichtingstijd is in seconden, en f de brandpuntsinstelling van de lens in mm's.

Dus wanneer we een foto zouden maken op 60 mm, dan kunnen we 600/60 = 10 seconden belichten. Gezien de meeste digitale spiegelreflexen geen 35 mm zijn, maar een factor 1.6 kleiner zijn moeten we hiermee rekening houden in de formule. Gezien de meeste mensen hier een digitale spiegelreflex zullen hebben houden we beter aan:

Tmax = 400 / f

Onthoud dit altijd bij het maken van de foto's.

Focus.

Dit lijkt zo eenvoudig. De sterren zijn oneindig ver. Het mag duidelijk zijn dat de automatische focus niet werkt. Maar in handmatige focus (M stand) de ring geheel tot de aanslag bij oneindig draaien is evenmin een gegarandeerde oplossing. Heel veel lenzen (de meesten, vooral de zooms) draaien dan "voorbij" oneindig, waardoor het beeld niet optimaal scherp is. Dit is om toleranties op te vangen, maar ook het zoommechanisme zorgt ervoor dat het focusinstelling niet precies op dezelfde plaats is altijd. Mijn tip: zet de focus op automatisch, zoek een lantaarnpaal of andere lichtbron in de verte op, en focus daar eenmaal op. Dan voorzichtig op handmatige focus zetten zonder de instelling te veranderen en niet meer aankomen.

Geschikte lens

.

Zoals eerder eengegeven willen we zoveel mogelijk licht vastleggen. De belichtingstijd is al beperkt, dus met de maximale diafragma opening kunnen we winst boeken. Echter helaas presteren objectieven het slechts bij maximale opening. De scherpte neemt af (sterren worden bolletjes), maar ook ontstaan er vaak blauwe randjes rond de sterren (Chromatische Aberaties). Een goede lens heeft hier minder last van. Ondanks dit gegeven loont het toch om een lens te gebruiken met een zo hoog mogelijke lichtsterkte, je kunt desnoods nog een iets kleiner diafragma instellen (om betere prestaties te krijgen) zonder ineens heel veel licht te verliezen. Een F1.8 lens is extreem lichtsterk en is ideaal. De Canon EF 50 F1.8 is zo'n lens. Helaas niet superscherp in de randen op F1.8, maar op F2.8 is hij wel scherp en F2.8 is nog steeds heel lichtsterk. Houd er rekening mee dat een F4 lens 2x zoveel licht binnenlaat als een F5.6 lens! De factor is steeds 1.4 in plaats van 2 omdat het over oppervlaktematen gaat als men over hoeveelheid licht spreekt, welke zich nou eenmaal via wortel(2), dus 1.4, verhouden met de diameter (F-getal is brandpunt/diameter).

Hoe hoger het brandpunt, hoe belangrijker de lichtsterkte wordt. Stel voor een 400 mm lens. Je kunt maximaal 1 seconde belichten volgens de vuistregel. Het mag duidelijk zijn dat dan alleen de felste sterren zichtbaar zijn nog. Er zijn daardoor erg veel foto's nodig om een belichting te verkrijgen die vergelijkbaar is met bijvoorbeeld een opname op 20 mm.

Instelling

.

ISO
Nu de focus juist is ingesteld en we weten hoe lang we kunnen belichten en we nu tevens weten dat we een zo groot mogelijk diafragma gaan gebruiken (mits scherpe beelden), is er nog een aspect niet besproken. Dit is de ISO-waarde. De ISO waarde geeft in principe de versterking van de beeldsensor aan. Een ISO-waarde van 800 geeft bij hetzelfde diafragma en dezelfde belichtijdstijd 8x meer licht op de foto dan dezelfde foto bij een ISO-waarde van 100. Echter hoe hoger de ISO-waarde, hoe meer de beeldruis opspeelt. Er moet dus een balans worden gevonden tussen beeldruis en hoeveelheid licht. Nu is dit ook afhankelijk van het merk en type camera. Algemeen kan worden aangenomen dat ISO 800 een minimum is. Uit ervaring blijkt dat het beter is om l0 opnamen met ISO 1600 te combineren dan 20 opnamen met ISO 800. Vanaf een vast statief vanaf 100 mm is geadviseerd om te concentreren op zoveel mogelijk licht binnen te krijgen, dus een zo hoog mogelijke ISO-waarde.

Programma-mode
Gebruik altijd de M-stand van de camera. En stel de sluitertijd in zoals bepaald met de vuistregel. Tevens een zo klein mogelijk F getal. Eventueel kan een stapje hoger worden gebruikt mits de lens lichtsterk genoeg is. Bij grotere brandpunten vanaf 100 mm kan maar beter geconcetreerd worden op zoveel mogelijk licht verzamelen en eventuele onscherpte op de koop toe te nemen.

RAW / JPG / TIFF?
Het meest geschikt is het fotograferen in RAW formaat. Op deze manier worden de gegevens zonder bewerking vastgelegd in het bestand. DeepSkyStacker ondersteunt de RAW-bestanden van bijna alle camera's. Tweede keuze is TIFF.

Tips...
- Stel de witbalans op een vaste waarde in, bijvoorbeeld "daylight" of "sunny". Kies dan in DeepSkyStacker voor het gebruik van de camera-witbalans. Het automatisch bepalen van de witbalans is ook mogelijk, echter er is geen goede referentie in dit soort foto's om een goede witbalans te bepalen. Bedankt dat in RAW foto's geen witbalans zit, die komt pas naar voren bij het maken van een JPG of TIFF bijvoorbeeld. Echter door het aangeven dat de camera-witbalans moet worden gebruikt, wordt deze waarde gebruikt in de RAW conversie naar TIFF

- Vocht op de lens. Het helpt niet om de camera vast een half uur in de kou te laten wennen... Condens ontstaat doordat het lensoppervlak sneller afkoelt dan de omgeving. Denk maar aan de bevroren autoruit terwijl het nog niet vriest. Het enige wat helpt is dus eigenlijk verwarmen of isoleren.

- De oriŽntatie van een foto. Een RAW is altijd in landschap-mode. DeepSkyStacker ziet geen onderscheid en zal op de juiste manier stacken. Echter mocht ervoor gekozen worden om bijvoorbeeld eerst foto's naar TIFF te converteren met een andere RAW converter, denk er dan aan dat sommige programma's ongevraagd de stand van de camera meenemen. Indien bijvoorbeeld de dark frames in portret zijn genomen en de light frames in landscape, dan is het nogal onhandig dat alle afbeeldingen terug moeten geroteerd. Dus in zo'n geval zou het uitschakelen van de rotatiesensor tijdens het fotograferen dit euvel kunnen voorkomen.

Light, Dark en Bias frames maken

We komen nu wat dichter bij de essentie van het "stacken" met DeepSkyStacker. Er worden dus meerdere samengevoegd. Echter er zijn niet alleen foto's van de sterren nodig (light frames). Ook dark en bias frames zijn nodig, welke hieronder beschreven worden.

Light frames
Dit zijn de "normale" foto's. De camera wordt dus met de besproken instelling gericht op de sterren waarvan via DeepSkyStacker een lange opnamen moet worden gemaakt. Vervolgens worden zoveel mogelijk foto's gemaakt met behulp van de afstandsbediening. Hoe meer hoe beter. Om een goed beeld van de Orionnevel te krijgen is enkele minuten nodig. De melkweg is ook pas goed gedefinieerd vanaf enkele minuten. Bij groothoek opnamen (goed om mee te beginnen) zijn dus een tiental opnamen vaak voldoende. Echter als de mm's toenemen dan zijn uiteraard meer opnamen nodig om aan de benodigde totaalbelichting te komen.

Dark frames
Nadat de benodigde opnamen zijn gemaakt, zijn de dark frames aan de beurt. Dark frames zijn opnamen met DEZELFDE instellingen als de normale foto's, maar dan met de lensdop erop. Er ontstaat zo een zwarte foto. Deze wordt gebruikt om de normale foto's te corrigeren. In de donkere foto zitten bijvoorbeeld dezelfde altijd-oplichtende pixels als de normale foto's. Als de donkere foto door DeepSkyStacker van de normale foto's wordt afgetrokken, verdwijnen deze gemeenschappelijke verstoringen. Een donkere opname is NIET voldoende omdat de substractie van een ruizige dark frame al het goede van het stacking proces van de normale opnamen teniet doet. Algemeen zijn 20 van deze dark frames nodig. Het kan dus zo zijn dat men even lang dark frames staat te schieten als normale light frames. Het moet buiten omdat de ruis in de dark frames temperatuurafhankelijk is en dus in dezelfde omstandigheden als de light frames moet gebeueren.

Bias frames
Deze opnamen zijn anders. De sluitertijd wordt nu op de snelste stand gezet (meestal 1/4000e) en de lensdop wordt ook gemonteerd. Deze opnamen zijn bedoeld om later uitlees-interferenties te compenseren. Deze opnamen mogen ook op een ander tijdstip achteraf worden gemaakt omdat ze niet temperatuur-afhankelijk zijn. Maak er bijvoorbeeld 20.

Flat frames
Deze frames zijn bedoeld om bijvoorbeeld donkere hoeken te corrigeren in lenzen. Flat frames zijn minder noodzakelijk dan de andere frame-typen en worden daarom hier verder niet behandeld.

DeepSkyStacker

Nu de foto's gemaakt zijn is het moment aangebroken om DeepSkyStacker zijn werk te laten doen. Het eenvoudigst is om alvast een projectmap aan te maken in Windows, en hieronder drie mappen te maken, genaamd "light", "dark" en "bias". Hierin worden de betreffende RAW-files geplaatst. Op deze manier wordt het werk overzichtelijker.


Aanwijzen frames

Wanneer DeepSkyStacker is opgestart, is het volgende scherm zichtbaar:



De opzet is om in het linker menu van boven naar beneden te werken. Via "open picture files" selecteren wij alle bestanden in de gemaakte map "light". Ook is het mogelijk om in verkenner alle bestanden te selecteren en deze in DeepSkyStacker te slepen. DeepSkyStacker vraagt dan of het light, dark, flat of bias frames zijn. Herhaal dit proces tot alle light, dark en bias frames zijn geselecteerd, en kies dan voor "check all", te vinden als eerste item in het tweede blok.


Instellingen DeepSkyStacker en starten

Vervolgens gaan we de foto's registreren. Tijdens dit proces worden de posities van de sterren zeer nauwkeurig bepaald. Klik op "register checked pictures...". Het volgende menu komt in beeld:



Zonder tot in de diepe details te gaan (indien u zover bent, dan is het beter de handleiding van DeepSkyStacker zelf raadplegen), biedt dit scherm de sleutel tot het resultaat. Het is mogelijk om eerst alleen de sterren te registreren en later het proces van stacken te starten. Maar door de optie "stack after registering" aan te vinken zal na het registreren automatisch het stacking-proces beginnen. Dit is aan te raden omdat beide processen tijd kosten, en dit via deze optie geen gebruiker-interactie vereist!

Vervolgens is het een goed idee om in de tab "Advanced" de detectie-drempel te bepalen. Algemeen zal deze tussen 2 en 10% staan. Klik op "detect" om een idee te krijgen van het aantal gedetecteerde sterren:



Wanneer ze waarde ver onder de 100 komt, is het goed om de drempel te verlagen. Komt de waarde onder de 20, dan is de kans groot dat het stacking-proces gedeeltelijk zal mislukken. In dat geval moeten de foto's opnieuw gemaakt worden met bijvoorbeeld een hogere ISO-waarde. Of een lager brandpunt, waardoor meer sterren in beeld zijn. Bekend is dat de Andromeda-nevel problemen geeft boven 300 mm vanwege de afwezigheid van andere sterren in de buurt.

Terug in het volgende scherm onder "Actions":



Kiezen wij voor de instellingen zoals aangegeven. Mocht het statief niet al te stabiel zijn, of men verwacht andere verstoringen, dan is er de mogelijkheid om slechts een percentage van de beste foto's te gebruiken. Bijvoorbeeld 80%. Bij dit voorbeeld is gekozen voor alle foto's. Tevens is gekozen voor automatische detectie van hot-pixels.

Via "RAW DDP Settings" wordt het volgende scherm getoond:



De hier weergegeven settings zijn goed bruikbaar. Indien de witbalans van de camera niet bekend is of geen goede waarde kan worden gevonden (resultaat te rood/blauw), kies dan alleen voor "Auto White Balance".

Via "Stacking Parameters" worden de eigenlijke instellingen van het stacking proces bepaald:



Bij volledige beelden kiest men altijd voor de standard mode. Later wordt nog teruggekomen op drizzle. Verder zal de optie "reduce worker threads priority" ervoor zorgen dat de pc niet vertraagd tijdens het stacking proces. Het proces zal dan meer op de achtergrond plaats vinden.

Vervolgens kennen light, dark en bias frames elk een eigen stacking-instelling. Hieronder worden de meest gangbare instellingen weergegeven:



De auto adaptive weighted average is een wat meer complexe methode en voldoet voor een laag aantal opnamen (<10), in andere gevallen is Kappa-Sigma Clippig aan te raden (kappa = 2, iterations = 5).



De dark en bias frames volstaan met een meer standaardmethode.



Vervolgens kiezen wij OK en starten wij voor het starten van het stacking proces. Voordat deze begint wordt een samenvatting weergegeven:



Het stacken kan afhankelijk van het aantal foto's en de snelheid van de pc tot enkele uren in beslag nemen.


Na het stacken

Wanneer het stacken voltooid is, zal er een bestand met de naam "autosave.tif" in de map met de light frames aanwezig zijn. Dit is een 32 bit kleurenbestand. Slechts weinig programma's kunnen deze file inlezen. Photoshop kan dit wel. Er zijn nu 2 opties:

- Verder werken in Photoshop vanuit autosave.tif
- Voorbewerken in DeepSkyStacker en dan opslaan in 16 bit TIFF voor nabewerking in alternatief programma

In het volgende programma wordt ingegaan op de post processing.


Post processing

Post processing is een noodzaak. Het resultaat van het stacking proces is een foto met een hoog dynamish bereik wat niet voor normale weergave geschikt is.

Photoshop post processing

Wanneer voor Photoshop gekozen wordt, wordt het bestand autosave.tif ingeladen. Direct valt op dat de foto erg donker is. Dit is juist. Dit is een foto met 32 bit kleurdiepte, waardoor relatief veel informatie in de donkere tinten zit. In 32 bit mode zijn in Photoshop slechts een paar bewerkingen mogelijk. Het beste wordt via het menu "image", "adjustments", "Exposure" gekozen. Hier kan via 3 schuiven de exposure, offset en gamma worden geregeld. Start met het omhoog schuiven van de exposure. Als het goed is worden direct meer details duidelijk. Maar ook de achtergrond wordt lichter. Via de gamma en/of offset kan de achtergrond gloed teruggedrongen worden. Dit vereist wat oefening. Wanneer de juiste balans is gevonden, drukt men op OK. Vervolgens converteert men de foto naar 16 bit formaat: "Image", "Mode", 16 bit/ch. In deze mode kunnen verdere nabewerkingen worden gedaan, zoals meer verzadiging, verscherping, verkleining etc. Ook kunnen Photoshop filters worden toegepast voor de finishing touch.

Behalve via Photoshop kan dit ook eerst via een soort pre-post processing van DeepSkyStacker gebeuren. Dit kan ook achteraf, omdat in het hoofdscherm van DeepSkyStacker ook "open picture file" onder het vak "processing" mogelijk is. In de volgende onderwerpen wordt het proces beschreven.


DeepSkyStacker post processing

Na het stacken is het resultaat beschikbaar voor bewerking. Maar ook nadien kan een willekeurige autosave.tif via "open picture file" onder het vak "processing" worden geladen. Het scherm van DeepSkyStacker ziet er dan als volgt uit:



Onderin zijn de controls voor het bewerken van de foto. Klik eerst op tab "Lumincance", en verwerk daar de instellingen tot een contrastrijk plaatje zoals hieronder is verkregen. Let erop dat het resultaat pas zichtbaar is door steeds op "apply" te klikken.

Post Processing in The Gimp:

Kies vervolgens voor "save picture to file" en kies voor 16 bit. In principe kan nu elk programma worden gebruikt voor verdere verwerking, zoals The Gimp. Echter het mooist werkt Paint Shop Pro of Photoshop. De truc zit hem ook in het sterk verhogen van het constrast via curven of levels, zodat optimaal gebruik wordt gemaakt van de behaalde dynamiek.


Voorbeeld in The Gimp


Extra: Drizzle techniek

Drizzle is een techniek om via meerdere opnamen een hoger oplossend vermogen te krijgen. Drizzle 2x laat het formaat met een factor 2 groeien, Drizzle 3x met een factor 3. Dit is interessant om sterrenstelsels beter weer te geven. Echter dit functioneert alleen indien de gebruikte foto's pixel-scherp zijn. Voor dit effect gaan we terug naar DeepSkyStacker, naar het punt toen alle bestanden zijn ingeladen, vlak voordag gekozen werd voor "register checked pictures". Klik nu op een van de light frames, en wacht tot de foto weergegeven wordt. Selecteer vervolgens een deel van de foto, waar drizzle op toegepast kan worden. Het is onmogelijk om dit op heel de foto toe te passen gezien het bestand onwerkbaar groot zou worden:



Na het selecteren van een kader, wordt de normale stack-procedure doorlopen, behalve dat de volgende instelling is veranderd:


Voorbeeld in The Gimp

Zoals te zien is er een custom rectangle geselecteerd en 3x Drizzle geselecteerd.

Meer informatie over Drizzle: http://deepskystacker.free.fr/english/technical.htm#Drizzle


Voorbeeld: voor / na


Een enkele opname van 20 seconden, 24mm, iso1600 bij F4

22 beelden gestackt van 20 seconden (tot 440 sec), 24mm, iso1600 bij F4