Anche la fotografia, come il resto delle cose di questo mondo, è governato dalla matematica. Ciò che rende una foto “bella” qualitativamente e un alto rapporto tra il segnale raccolto e il rumore nella foto stessa. Più il rapporto segnale/rumore (in inglese Signal/Noise Ratio - SNR) si abbassa e meno la foto sarà appagante.
Con la fotografia tradizionale il problema si presenta solo in quelle condizioni di scarsa illuminazione, in ambienti chiusi e bui, altrimenti il Sole o le luci artificiali forniscono ridde di segnale che riempiono l’immagine e rischiano anche di “bruciarla”, rendendo trascurabile qualsiasi ammontare di rumore e facendo salire il SNR verso infinito.
In fotografia notturna e, soprattutto, in astrofotografia la quantità di segnale che viene raccolta dall’obiettivo è esigua e, di conseguenza, si manifesta nelle immagini un livello di rumorosità disgustosa.
Essendo un rapporto (ovvero una frazione), ci sono solo 2 modi per aumentare il SNR delle nostre foto:
- Aumentare il valore del numeratore, quindi aumentare il segnale raccolto, essenzialmente allungando il tempo di esposizione
- Ridurre il valore del denominatore, quindi ridurre il rumore, principalmente “integrando” serie di scatti invece di usare un singolo scatto. Avere molti scatti dello stesso soggetto permette al software di considerare un pixel alla volta, fare una media dei valori riscontrati per quel pixel nei vari scatti e scartare le versioni che si discostano troppo dalla media.
Essendo il rumore un fenomeno casuale, questo verrà abbattuto in modo tanto più efficace quanto più è alto il numero degli scatti da confrontare: come per le ricerche mediche o sociologiche, tanto più è numeroso il campione di una statistica e tanto più quella statistica sarà significativa e rappresentativa.
Tutto ciò serve per farvi capire come gli astrofotografi passano le notti: integrando.
1) Preparazione dell'attrezzatura.
Per una buona e proficua notte di integrazione, è necessario organizzarsi in modo da arrivare sul posto con l’attrezzatura qualche minuto prima del tramonto, in modo da poter fare tutto l’assemblaggio dei componenti alla luce del giorno.
Un trucco che si impara con l’esperienza è quello di smontare il meno possibile, in modo da trovarsi poche parti effettivamente da assemblare; per esempio, se non diventa troppo pesante, potete lasciare montata la fotocamera al telescopio, così come il cannocchiale guida alla fotocamera guida, tutto il sistema guida al telescopio, i contrappesi alla montatura e così via. Meno parti avete da rimontare e meno tempo perderete.
Dovendo allineare l’asse della montatura all’asse di rotazione terrestre, la montatura dovrà essere orientata a Nord (essendo ancora chiaro, la bussola del cellulare può aiutarvi a fare un posizionamento di massima, lo raffinerete poi mirando alla Stella Polare). Mettere tutto a livello, aggiustando la lunghezza delle zampe del treppiedi, non è fondamentale per l’allineamento alla Polare, ma è molto utile per bilanciare correttamente tutta la strumentazione sopra la montatura.
Per sapere il momento esatto in cui si può iniziare a far foto, è necessario conoscere l'orario dell'inizio della notte. Non è scontato come sembra, infatti dopo il tramonto iniziano le 3 fasi del "crepuscolo": civile, nautico e astronomico.
Già durante il crepuscolo la Stella Polare diventerà visibile a Nord, a un'altezza sull'orizzonte pari alla latitudine a cui vi trovate (in Italia si va dai 35° ai 47° circa) ed è piuttosto semplice da riconoscere perché le stelle che la circondano sono molto deboli: se vi trovate in una zona non troppo buia (o effettivamente durante il crepuscolo) la vedrete stagliarsi da sola in cielo, circondata da un anello di cielo vuoto. Non appena la Polare sarà visibile, si potrà procedere con i preparativi.
Da qui in poi, dopo aver illustrato le operazioni, farò anche l'esempio di una sessione realmente svolta, di cui ho gli screenshot.
2) Operazioni durante il crepuscolo
Se si possiede una fotocamera raffreddata, questo è il momento di cominciare a surgelare il sensore. La discesa di temperatura deve essere lenta per evitare un sovraccarico della cella di Peltier (che non dovrebbe mai lavorare per più di qualche secondo alla massima potenza) e per evitare formazione di condensa e ghiaccio sul sensore e sul vetro protettivo antistante. Normalmente è possibile impostare via software la velocità di raffreddamento e considero "dignitosamente prudente" una velocità di almeno 20 secondi per ogni °C. Potendo, preferisco iniziare prima e scendere di 1°C ogni 1-2 minuti.
Nel mio caso la serata era piuttosto calda (ancora oltre i 30° alle 22.00) e il sistema di raffreddamento permette una discesa di 35° rispetto la temperatura ambente, quindi vedete impostati 0°C come temperatura da raggiungere, 20 secondi per ogni °C, temperatura attuale 1,73°C e potenza al 100% (gli ultimi gradi sono più faticosi da abbattere).
In base alla montatura che avete ci sarà un sistema ottico (cannocchiale polare) o digitale (iPolar, PoleMaster...) per trovare la giusta posizione. Io sono rimasto alla versione analogica: il cannocchiale polare iOptron è da utilizzarsi insieme alla app proprietaria che, rilevando data, ora e posizione GPS, mostrerà la posizione che deve avere la Stella Polare sul crocicchio interno al cannocchiale. Basterà aggiustare la posizione della montatura fino a replicare la sovrapposizione per essere abbastanza tranquilli di aver fatto un buon lavoro.
- La stellina verde a ore 9 indica la posizione della Polare rispetto al crocicchio
Se la montatura non ha un sistema GPS, sarà necessario impostare data, ora, latitudine e longitudine, altrimenti si occuperà da sé di recuperare le informazioni.
Nel frattempo il cielo scurisce e possiamo cominciare a muovere il telescopio verso il bersaglio predefinito (mi raccomando, arrivate con le idee chiare: imbarazzo della scelta è un eufemismo!). La prima mossa da fare è l'allineamento a 1, 2 o 3 stelle (si parla di stelle molto luminose e facilmente riconoscibili a occhio nudo, alcune montature permettono di utilizzare anche i pianeti) per permettere al sistema di navigazione di sapere dove sta realmente puntando e aggiustare il tiro. Mi sono sempre trovato bene con una sola stella, scelta vicino al soggetto bersaglio.
Per la sessione in corso, puntando la Crescent Nebula, avrei dovuto scegliere Sadr (stella centrale della costellazione del Cigno) che però era ancora nascosta dietro il balcone di casa, quindi mi sono affidato a Vega, non vicinissima, ma valida. La montatura si muove in direzione della stella fin quasi a centrarla.
Visto che andò a fare riprese con un filtro a banda stretta (OIII da 3nm che rigetta il 99% della luce) conviene sfruttare la presenza di una stella così luminosa per controllare la messa a fuoco. Era già stata fatta nelle serate precedenti, ma oltre a tocchi accidentali sulla ghiera di messa a fuoco, anche la temperatura influisce dilatando lenti e corpo dell'obiettivo.
Aprendo l'apposito pannello "Focus" abbiamo una misurazione della dimensione della stella in pixel. L'uso di una stella luminosa come Vega fa molto comodo con filtri così stringenti perché ci permette di usare un tempo di refresh del live view di 5 decimi di secondo, vedendo le regolazioni quasi in tempo reale. Una stella più piccola richiederebbe tempi più lunghi rendendo noiosa e imprecisa la regolazione. Partiamo con una pessima messa a fuoco da 10 pixel (segno che ho inavvertitamente toccato la ghiera di messa a fuoco durante il trasporto dentro e fuori dal garage)
L'apposito software sfrutterà l'inquadratura della seconda fotocamera per scegliere una stella, farla muovere di qualche pixel inviando impulsi alla montatura per capire con che angolo si muovo gli assi (calibrazione)
- Il sensore della Camera Guida è ruotato di 284° rispetto agli assi della montatura
- Nel frattempo il sensore è arrivato a 0°C
3) Operazioni durante la notte: il "Salto del Meridiano"
Iniziando a fotografare a Est, la lente del telescopio si sposterà sempre più in alto per inseguire il soggetto bersaglio. Arrivati al Meridiano (la linea che divide il cielo nei due emisferi Est e Ovest) sarà necessario, per motivi di costruzione, far ruotare la montatura in modo che la lente del telescopio possa scendere verso Ovest. È un passaggio inevitabile che spezza le notti: nel caso della Crescent, il salto del meridiano andava fatto circa alla una di notte e in giorni feriali...
Quando arriva il momento, si attende che finisca lo scatto in corso (la montatura offre sempre un po' di tolleranza, non deve essere fiscale), dopodiché si ricomincia da capo:
- tornando in posizione di partenza, si controlla l'allineamento al PNC,
- si allinea la montatura a 1 stella, possibilmente la stessa scelta in precedenza,
- si controlla la messa a fuoco sulla stella grande,
- si punta l'oggetto bersaglio,
- si fa partire l'autoguida,
- si riprende con la sequenza di scatti fino alla fine della notte.
4) Gli scatti di calibrazione
La parte più noiosa del gioco prevede che si facciano scatti con il solo scopo di migliorare quelli fatti al cielo.
I Bias e i Dark devono essere fatti con la lente tappata in modo che non entri luce, mantenendo la stessa temperatura del sensore che è stata usata per le riprese. I Bias devono avere un tempo di scatto praticamente nullo, il più breve che si possa impostare, e servono a evidenziare rumore elettronico e difetti di base del sensore (pixel bruciati...); i Dark devono avere lo stesso tempo di esposizione degli scatti fatti sul cielo e servono a mappare il rumore che inevitabilmente si sviluppa durante i minuti di scatto.
Se si ha un controllo effettivo sulla temperatura, sarà sufficiente riprendere una sola volta Bias e Dark e magari aggiornarli una volta l'anno.
I Flat si riprendono utilizzando una tavoletta luminosa per creare un campo piatto, uno sfondo uniformemente illuminato. In questo modo verranno alla luce tutti i difetti del treno ottico, in primis la vignettatura, la polvere sulle varie parti, ecc. per poterle rimuovere dalle foto (è un trucco che si può usare anche in fotografia tradizionale se vi rendete conto di avere sporco sul sensore che ha segnato tutte le foto di una vacanza). I Flat andrebbero ripresi a ogni sessione fotografica, ma è tollerabile non aggiornarli finché non si smonta il treno ottico rischiando di far entrare polvere o spostando quella che già c'era.
Ciascuno dei 3 file di calibrazione richiede un minimo di integrazione per risultare pulito e non aggiungere rumore alle immagini. Per un lavoro fatto bene si parla di integrare 36 scatti per tipo (che nel caso dei Bias e dei Flat sono pochi secondi, ma nel caso di Dark da 30 minuti fanno 18 ore!).
Chiamando "Light" le immagini riprese durante la notte, la calibrazione consisterà nella seguente operazione matematica: (Light-Bias-Dark)/Flat.
