Matti Helin
Tähtikuvaus poikkeaa monesta muusta valokuvauksesta niin, että yksittäinen kuva ei aina riitä. Varsinkin syvän taivaan kohteita kuvaava törmää ongelmaan, jossa yötaivaalla olevien hyvin himmeiden kohteiden kuvaaminen on perinteisillä menetelmillä hyvinkin haastavaa. Kuvaa joudutaan valottamaan minuuttitolkulla ja käyttämään korkeita herkkyyksiä. Näistä syistä kuvaan syntyy väistämättä kohinaa ja optiikan sekä kennon aiheuttamia virheitä. Näitä ongelmia voidaan välttää ottamalla kohteesta useita kuvia ja pinoamalla ne yhdeksi.
Pinoamisen idea perustuu siihen, että useista kuvista voidaan erottaa varsinainen signaali satunnaisesta kohinasta. Kun sama kohde kuvataan useita kertoja ja kuvat yhdistetään, kohina vähenee ja heikot yksityiskohdat vastaavasti vahvistuvat.
Käyttämällä pinoamisen lisäksi kalibrointikuvia (dark, flat ja bias) voidaan poistaa tai ainakin vähentää esimerkiksi kennon lämpökohinaa tai vaikkapa optiikan aiheuttamaa vinjetointia. Lopputuloksena saadaan kuva, joka on huomattavasti puhtaampi ja sisältää enemmän yksityiskohtia kuin yksittäinen valotus.
Käytännössä pinoaminen mahdollistaa sen, että syvän taivaan kohteet, kuten vaikkapa galaksit ja kaasusumut, tulevat näkyviin huomattavasti paremmin kuin mitä yhdellä valotuksella.
Mitä ovat light-, dark-, flat- ja bias-kuvat?
Hyvälaatuinen valokuva syvän taivaan kohteista ei yksistään synny pelkästään varsinaisista tähtikuvista, vaan niiden tueksi tarvitaan niin sanottuja kalibrointikuvia. Näiden avulla poistetaan kuvasta erilaisia virheitä, jolloin lopputulos on puhtaampi, tasaisempi ja tarkempi.
Light-kuvat ovat varsinaisia kuvia, joita otetaan yötaivaan kohteista, esimerkiksi galaksista tai Linnunradasta. Näissä kuvissa on mukana kaikki haluttu informaatio, mutta myös kaikki ei-toivottu tavara, kuten kohina ja kennon virheet.
Dark-kuvilla päästään edellämainituista ongelmista eroon, tai ainakin voidaan vähentää niitä Darkit ovat nimensä mukaisesti pimeitä kuvia. Ne otetaan linssinsuojus paikallaan, mutta muuten samoilla asetuksilla kuin light-kuvat. Näin ne tallentavat kameran kennon tuottaman lämpökohinan ja mahdollioset kuumat pikselit (hot pixel). Kun pinoamisohjelmassa dark-kuva vähennetään light-kuvista, suuri osa kohinasta saadaan poistettua.
Flat-kuvat puolestaan korjaavat optiikasta johtuvia virheitä. Vinjetointi on yksi tällainen vika, eli reunojen tummentuminen. Myös kennolla mahdollisesti olevat pölyläiskät häviävät flat -kuvia käytettäessä. Flat-kuva otetaan tasaisesti valaistusta pinnasta, jolloin ohjelma pystyy tunnistamaan ja korjaamaan nämä epätasaisuudet.
Bias-kuvat mittaavat kameran kennon niin sanotun lukukohinan, eli sen pienen kohinan, joka syntyy aina kun kuva luetaan kennolta, vaikka valoa ei olisi lainkaan. Bias-kuvat otetaan hyvin lyhyellä valotusajalla ja niitä käytetään erityisesti tukemaan flat-kuvien kalibrointia.
Kun nämä kaikki yhdistetään, tapahtuu varsinainen kalibrointi. Light-kuvasta poistetaan dark-kuvan kohina, flat-kuva tasaa kirkkauserot ja bias varmistaa, että laskenta tehdään oikein. Lopputuloksena saadaan kuva, jossa kohina ja optiikan aiheuttamat virheet ovat vähäisempiä tai jopa täysin poissa.
Yksinkertaistettuna voisi sanoa, että light-kuva kertoo miltä kohde näyttää, kun taas muut kuvat kertovat, miltä osin kamera ja optiikka vääristävät sitä. Kun nämä virheett poistetaan, jäljelle jää mahdollisimman puhdas versio itse kuvattavasta kohteesta.
Pinoaminen vai seuranta?
Käyttämällä seurantajalustaa, voidaan kuvaa valottaa minuuttien ajan. Toisaalta, ilman seurantaa voidaan ottaa kohteesta useita kuvia, jotka sitten pinotaan ja saadaan pitkälti samanlainen kuva kuin seurantaa käyttämällä.
Seurantaa ja pinoamista ei kuitenkaan tule ajatella joko tai -vaihtoehtoina, vaan ne ovat usein toisiaan täydentävinä apukeinoja paremman kuvan saamisessa. Seurantajalustan käyttö mahdollistaa pidemmät valotukset, jolloin himmeistä yötaivaan kohteista saapuu riittävästi valoa, kun taas kuvien pinoaminen vähentää kohinaa ja parantaa lopullisen kuvan laatua. Ilman seurantaa syvän taivaan kohteiden tai vaikkapa komeettojen kuvaamisessa pinoaminen on usein välttämätöntä, mutta seurannan kanssa kuvanlaatu paranee entisestään.
Pinoaminen ja seuranta eivät kuitenkaan yksistään sovi kaikkeen, etenkin jos kuvataan maisematähtikuvia. Maisema kun on kuvissa blurraantunut. Pinoamista kannattaa kyllä käyttää, mutta maisema yhdistetään tähtitaivaskuvaan esimerkiksi Photoshopilla tai muulla vastaavalla kuvaeditointiohjelmalla. Tai käyttämällä Sequatoria, mutta tästä myöhemmin lisää.
Yleisimmät pinoamisohjelmat
DeepSkyStacker
DeepSkyStacker on yksi tunnetuimmista ja käytetyimmistä ilmaisista pinoamisohjelmista, erityisesti aloittelijoiden keskuudessa. Sen suurin vahvuus on helppokäyttöisyys: kuvat voidaan ladata ohjelmaan, ja se hoitaa tähtien tunnistamisen, kohdistamisen ja pinoamisen pitkälti automaattisesti.
Ohjelma tukee yleisiä tiedostomuotoja, kuten RAW- ja FITS-kuvia, ja mahdollistaa myös kalibrointikuvien käytön. Vaikka käyttöliittymä on melko yksinkertainen, sen tarjoamat pinoamisalgoritmit ovat riittävän tehokkaita tuottamaan laadukkaita lopputuloksia.
Työ alkaa kuvien lisäämisellä ohjelmaan. Käyttäjä lataa erikseen light-, dark-, flat- ja bias-kuvat. Tämän jälkeen ohjelma tunnistaa tähdet ja kohdistaa kuvat automaattisesti. Lopuksi valitaan pinoamismenetelmä, kuten keskiarvo tai sigma-clipping, ja ohjelma luo yhdistetyn kuvan
Käytännössä DeepSkyStacker toimii hyvin, kun kuvissa on riittävästi tähtiä kohdistusta varten. Harrastajien kokemusten mukaan ongelmia voi syntyä, jos tähdet ovat liian himmeitä tai niitä on vähän, jolloin kohdistus epäonnistuu.
Pinoamisen jälkeen kuva näyttää usein hyvin tummalta, mikä on normaalia. Lopullinen kontrasti ja värit tehdään yleensä erillisessä ohjelmassa, kuten Sirilissä tai PixInsightissa.
DeepSkyStacker toimii parhaiten perinteisessä deep sky -kuvauksessa, mutta ei ole paras vaihtoehto maisemakuvaukseen.
Keskeiset ominaisuudet:
- Automaattinen tähtien kohdistus
- Useita pinoamisalgoritmeja
- Kalibrointikuvien tuki
- Helppo käyttöönotto
- Hinta: ilmainen
DeepSkyStackerin suurin etu on sen matala aloituskynnys. Toisaalta, ohjelma on saatavilla vain Windowsille, ja sen jatkokäsittelyominaisuudet ovat rajalliset. Usein lopullinen viimeistely tehdäänkin toisessa ohjelmassa.
Siril
Siril on avoimen lähdekoodin ohjelma, joka yhdistää pinoamisen ja kuvankäsittelyn samaan ympäristöön. Se tarjoaa huomattavasti enemmän säätömahdollisuuksia kuin DeepSkyStacker ja soveltuu hyvin harrastajille, jotka haluavat täyden kontrollin prosessiin.
Sirilin työnkulku on teknisempi, mutta monipuolinen. Ensimmäinen vaihe on kuvien järjestäminen skriptien vaatimaan kansiorakenteeseen: “lights”, “darks”, “flats” ja “biases”. Kun työskentelykansio on asetettu, Siril automatisoi esikäsittelyn skriptillä. Se luo master-tiedostot, kalibroi valotuskuvat ja korjaa optiset virheet (kuten vinjetoinnin ja kennon epäpuhtaudet) flat-kuvien avulla.
Tämän jälkeen kuvat kohdistetaan (registration) ja pinotaan (stacking). Siril antaa käyttäjälle mahdollisuuden analysoida kuvien laatua (esim. tähden pyöreys tai FWHM-arvo) ja karsia huonot ruudut pois ennen lopullista pinoamista.
Siril on tehokas työkalu, mutta se vaatii käyttäjältä ymmärrystä. Esimerkiksi väärin otetut tai huonosti kalibroidut flat-kuvat voivat jopa huonontaa lopputulosta, mikä on yleinen haaste harrastajien keskuudessa.
Keskeiset ominaisuudet:
-
Täysi työnkulku: Esikäsittelystä lopulliseen histogrammin venytykseen.
-
Skriptit ja automaatio: Nopea prosessointi valmiilla komennoilla.
-
Kehittyneet työkalut: Kuten taustan tasoitus (Background Extraction) ja fotometrinen värikalibrointi.
-
Monialustatuki: Windows, macOS ja Linux.
-
Hinta: Ilmainen (Open Source).
Sirilin etuna on sen monipuolisuus, mutta se vaatii hieman jyrkemmän oppimiskäyrän kuin DeepSkyStacker. Ohjelma hyödyntää tietokoneen resursseja tehokkaasti, mutta suurten tietomäärien käsittely vaatii riittävästi tallennustilaa väliaikaistiedostoille, eli tietokoneessa tulee olla käytössä paljon vapaata levytilaa prosessoinnin aikana.
PixInsight
PixInsight on tähtikuvaajien keskuudessa laajasti arvostettu ammattitason ohjelmisto. Se on suunniteltu alusta alkaen nimenomaan tähtitieteellisen datan käsittelyyn, ja se tarjoaa markkinoiden kehittyneimmät työkalut niin pinoamiseen kuin post-prosessointiin.
PixInsightin työnkulku on tunnettu monimutkaisuudestaan, mutta tehokkuudestaan. Nykyään useimmat käyttäjät hyödyntävät WBPP-työkalua (Weighted Batch PreProcessing), joka automatisoi esikäsittelyn. Ohjelma ryhmittelee kuvat (light, dark, flat, bias/flat-dark) automaattisesti esimerkiksi valotusajan, suodattimen ja lämpötilan perusteella. WBPP ei ainoastaan kalibroi ja pinoa, vaan se myös analysoi kunkin osavalotuksen laadun ja painottaa niitä lopputuloksessa parhaan mahdollisen signaali-kohinasuhteen saavuttamiseksi.
PixInsightin vahvuus on se, että käyttäjä voi hienosäätää lähestulkoon jokaista algoritmia tahansa.
Ohjelman ekosysteemi on laaja: siihen on saatavilla tehokkaita kolmannen osapuolen tekoälypohjaisia lisäosia (kuten BlurXTerminator tai NoiseXTerminator), jotka ovat mullistaneet kuvankäsittelyn viime vuosina.
Keskeiset ominaisuudet:
-
Ammattitason algoritmit: Matemaattisesti tarkka kuvankäsittel
-
WBPP-automaatio: Hallitsee suuriakin datamääriä ja monimutkaisia kalibrointeja vaivatta.
-
Laajennettavuus: Aktiivinen yhteisö kehittää jatkuvasti uusia skriptejä ja työkaluja.
-
Monialustatuki: Windows, macOS ja Linux.
-
Hinta: Maksullinen (nykyisin pääasiassa vuosimaksullinen lisenssi).
PixInsight on tehokkain saatavilla oleva työkalu, mutta sen jyrkkä oppimiskäyrä vaatii harrastajalta kärsivällisyyttä ja halua perehtyä ohjeistukseen.
Sequator
Sequator on erityisesti maisematähtikuvaukseen suunnattu ilmainen ohjelmisto. Sen keskeinen vahvuus on kyky erottaa taivas ja maa toisistaan, mikä mahdollistaa tähtien kohdistamisen ilman, että etualan maisema sumentuu.
Ohjelman työnkulku on suoraviivainen. Käyttäjä lataa ohjelmaan valotuskuvat (lights) ja mahdolliset kohinanpoistokuvat (darks). Sequator on suunniteltu toimimaan tehokkaasti jopa ilman bias- tai flat-kuvia: siinä on sisäänrakennettuja työkaluja valosaasteen vähentämiseen ja objektiivin vinjetoinnin korjaamiseen.
Käyttäjä “maalaa” ohjelmassa maskin etualalle, jolloin ohjelma tietää pitää maiseman paikallaan samalla kun se pinoaa taivaan tähtien mukaan.
Tämä tekee Sequatorista parhaan valinnan Linnunrata-kuvaukseen kiinteältä jalustalta. Se pystyy pinoamaan kuvat siten, että tähdet pysyvät terävinä ja kohina vähenee huomattavasti, mutta metsä tai muu maisema pysyy kuvassa terävänä.
Keskeiset ominaisuudet:
-
Automaattinen taivaan ja etualan erottelu: Helppo maskaus-toiminto.
-
Kiinteän jalustan tuki: Erinomainen algoritmi tähtien liikehdinnän korjaamiseen.
-
Valosaasteen ja vinjetoinnin poisto: Algoritmiset korjaukset suoraan ohjelmassa.
-
Nopeus: Pinoaminen tapahtuu tyypillisesti sekunneissa tai muutamassa minuutissa.
-
Hinta: Ilmainen.
Sequator on suoiteltava työkalu maisematähtikuvaukseen. Sen rajoituksena on kuitenkin se, että se on saatavilla vain Windowsille, eikä se tarjoa tarvittavia työkaluja kaukoputkella otettujen syvän taivaan kohteiden (kuten galaksien tai sumujen) hienovaraiseen käsittelyyn.
Minkä ohjelman valitsen?
Sopivan ohjelmiston valinta riippuu ennen kaikkea siitä, kuvataanko laajakulmaista maisemaa vai kaukoputkella syvän taivaan kohteita.
Sequator on hyvä valinta Linnunrata- ja maisemakuvaukseen, sillä se osaa kohdistaa tähdet pitäen samalla etualan maiseman terävänä. Ohjelma on kevyt, nopea ja ilmainen, mutta rajattu vain Windowsille.
Jos tavoitteena on kaukaisempien kohteiden, kuten vaikkapa emissiosumujen tai galaksien kuvaus, Siril on suositeltava ohjelma. Se on huomattavasti monipuolisempi kuin perinteinen DeepSkyStacker.
Vaativimmalle harrastajalle PixInsight on paras valinta. Ohjelman miinuspuolina ovat vaikeakäyttöisyys, ainakin aluksi, ja maksullisuus.
Lähteet
http://deepskystacker.free.fr/english/index.html
https://siril.org/
https://pixinsight.com/
https://sites.google.com/view/sequator/
https://pixinsight.com/faq/index.html
https://stephenbayphotography.com/blog/image-stacking-vs-tracking-for-landscape-astrophotography/
https://www.rwphotos.com.au/blog/star-stacking-with-sequator
https://www.ianmorison.com/sequator-a-stacking-program-to-rival-deep-sky-stacker/
https://www.avaruus.fi/foorumi/index.php?topic=17523.0
https://www.avaruus.fi/foorumi/index.php?topic=5607.0
https://www.avaruus.fi/foorumi/index.php?topic=75.0
https://astro.kuvat.fi/tahtikuvaus/kasittely.htm
astrobackyard.com/astrophotography-image-stacking-software/
https://stargazerslounge.com/topic/427044-which-stacking-software-to-start-with/
