Галактика Андромеды до и после обработки

Так выглядит галактика Андромеды, если сложить 223 пятиминутных кадра и ничего не убирать: поверх спиральных рукавов лежит сетка прямых линий. Ее нарисовали самолеты, спутники и заряженные частицы, пролетевшие сквозь матрицу камеры.

Kees Scherer снимал M31 в 2019 году из своей обсерватории в Португалии, суммарная выдержка – больше 18 часов. А потом показал, что с этим материалом делает обработка астрофото и почему результат нельзя назвать подделкой.

Что попало в кадр, кроме галактики

Сама Андромеда – ближайшая к нам крупная спиральная галактика, до нее около 2,5 миллиона световых лет. На снимке видно яркое ядро, темные пылевые прожилки в диске и двух ее спутников: компактную M32 рядом с ядром и вытянутую M110 правее и ниже. Все это – настоящие объекты, и после обработки они остаются на своих местах.

Остальное к галактике отношения не имеет. Яркие параллельные двойные линии с разрывами оставили самолеты: разрывы – это мигающие бортовые огни. Длинные тонкие непрерывные линии через весь кадр – спутники, отражающие солнечный свет. Короткие черточки и точки – следы частиц космических лучей, которые попадают прямо в матрицу, минуя оптику. Еще один тип дефектов – горячие пиксели, светящиеся точки, которые сама камера рисует на каждом кадре.

Почему линий так много? Потому что эта версия уже объединяет все 223 кадра. Каждый пролетевший за 18 с лишним часов самолет и спутник оставил свой след, и все они сохранились на итоговом изображении.

Стекинг астрофото: как 223 кадра складываются в один

Главный инструмент очистки – стекинг, сложение серии кадров. Программа сначала выравнивает все снимки по звездам, и тогда для каждой точки изображения получается 223 значения яркости. Галактика находится в одном и том же месте на всех кадрах, а спутник пересекает конкретную точку только на одном-двух. Такие значения резко выбиваются из ряда, и программа отбрасывает их как выбросы, а остальные усредняет. Так же исчезают следы самолетов и космических частиц.

Побочный эффект сложения – падение шума. Случайные флуктуации яркости усредняются, и при 223 кадрах отношение сигнала к шуму вырастает примерно в 15 раз. Именно поэтому в чистой версии проступают слабые внешние части диска и тонкая структура пылевых полос.

Кроме рабочих кадров, в обработку идут калибровочные. Темновые кадры, снятые с закрытым объективом, фиксируют горячие пиксели и тепловой шум матрицы, и их вычитают. Плоские поля убирают затемнение по краям кадра и тени от пылинок на оптике.

Обработка астрофото – это фотошоп?

Вопреки названию оригинала, Photoshop здесь почти ни при чем. Автор работал в специализированных программах – Astro Pixel Processor, DeepSkyStacker и PixInsight. Все они решают одну задачу: отделить свет галактики от того, что добавили Земля, небо над ней и сама камера.

Последний шаг – растягивание яркости. Сырые данные выглядят почти черными, потому что слабые области галактики отличаются от фона неба на доли процента. Нелинейное растягивание делает эти различия видимыми, не меняя порядка: то, что было ярче, остается ярче. Ничего нового на снимке не появляется, просто глаз получает доступ к тому, что камера накопила за 18 часов.

Граница между обработкой и подделкой проходит там, где на снимок начинают добавлять детали, которых не было в данных. Здесь все наоборот: из кадра убрали лишнее. А с 2019 года спутников на низкой орбите стало в разы больше, поэтому для астрофотографа отбраковка следов сегодня – не дополнительная опция, а обязательный шаг.

Источники

1. Страница снимка M31 до обработки – Kees Scherer, Flickr
2. CCD artifacts: дефекты изображений на ПЗС-матрицах – Olivier Hainaut, ESO