El trabajo tras una astrofotografía: El procesado

Calibración de color

En la parte anterior de este artículo hablamos del proceso de captura de las imágenes astronómicas y las capturas de calibración necesarias para obtener los datos que necesitamos para una astrofotografía.

En esta parte vamos a hablar del procesado de estos datos para obtener la imagen final. Un proceso que pasa por varias fases, desde la calibración hasta el procesado específico de la imagen.

Calibrado de las imágenes

El primer paso del procesado es la calibración de las imágenes astronómicas. Para ello hay que pasar por varios procesos más o menos complicados y que tienen su teoría detrás, pero a grandes rasgos, a cada toma astronómica se le resta la toma oscura maestra y se divide por la toma plana maestra, obteniendo así una nueva imagen con menos ruido térmico y con todos los píxeles calibrados y compensados con los "fallos" de nuestro tren óptico.

Diagrama de calibración

Si nuestra cámara es a color, el proceso también incluirá la recomposición de los colores, o lo que comunmente se llama "Debayer" (las cámaras a color tienen una matriz de filtros sobre sus sensores llamada matriz de Bayer. El "Debayer" no es más que la interpretación de los colores por interpolación de los colores de esa matriz. Más información en este otro artículo sobre filtros en astrofotografía).

Sin embargo, si la cámara que usamos es monocroma, este proceso deberemos repetirlo por cada filtro que hayamos usado en las capturas. Esto implica normalmente hacerlo para la toma de luminancia, la del filtro rojo, el verde y el azul.

Alineación (registro)

Cuando nuestras capturas ya están calibradas debemos alinearlas ya que, debido a fallos en el seguimiento, movimiento del telescopio o el uso de técnicas como el "dithering", las imágenes normalmente no están alineadas.

Usando un software específico se calculan las posiciones de las estrellas en la imagen y se alinean una por una con respecto a una imagen de referencia, ajustando tanto la posición de la imagen, su rotación e incluso su escala en algunos casos.

Apilado

Una vez están todas las imágenes alineadas, pasamos al apilado. El apilado de imágenes es lo que consigue que toda la información que tenemos en nuestras capturas se "sume" de manera que obtenemos una toma equivalente a la suma de todas las exposiciones de las imágenes que usamos en el apilado.

Esto mejora muchísimo la proporción señal/ruido de la imagen y obtendremos los detalles que en una sola toma es imposible de obtener.

En la imagen siguiente se puede ver la comparación entre una toma única de 60s de exposición (a la izquierda) en la que casi no se ven los detalles y que tiene mucho ruido, y una imagen apilada equivalente a 4 horas de exposición (a la derecha), en la que el ruido se ha promediado entre todas las capturas y se nota muchísimo mejor los detalles de la nebulosa.

Toma única vs apilado

Procesado de la imagen

Una vez tenemos la toma apilada pasamos al procesado. Mucha gente cree que las imágenes del espacio están "retocadas", pero hay una diferencia entre retocar y procesar.

En el retoque, se alteran los datos de la imagen. Se cambian las texturas, la posición de los píxeles y se añaden o quitan datos para formar la imagen final.

En el caso del procesado, lo que se hace es resaltar las distintas partes de los datos que tenemos, haciendo que la información que nos interesa sobresalga sobre el ruido y otros datos que no aportan valor a la imagen.

En definitiva, el procesado no destruye ni crea información. Simplemente permite resaltar la información ya existente en los datos capturados.

Estirado virtual de la imagen

Normalmente las fotos astronómicas se capturan en formatos en crudo o RAW para obtener toda la información disponible de las capturas. Este tipo de imágenes se caracterizan por ser muy "oscuras" debido a que la representación de los datos de la imagen es lineal.

Para hacer visible esa información hace falta representar esos datos de otra forma, haciendo que la representación sea logarítmica en vez de lineal.

En la imagen que sigue podemos ver a la izquierda una imagen en modo lineal, en la que sólo se distinguen las estrellas más brillantes de la imagen, y a la derecha podemos ver la imagen con un estirado virtual para poder ver sus detalles sin modificar la representación real de los datos.

Lineal vs estirado virtual

El problema es que hacer ese cambio implica que ciertos procesos no se apliquen de forma correcta durante el procesado, ya que hay ciertos procesos que se deben hacer antes de realizar este cambio de representación.

Para ello, los distintos programas de procesado cuentan con herramientas de estirado virtual, que simplemente procesan los datos lineales y nos los muestran como si ya hubieran sido convertidos al modo logarítmico. Así podemos trabajar con la imagen y ver los cambios que vamos haciendo antes de hacer la conversión real.

Eliminación de gradientes de fondo

Normalmente las imágenes ya apiladas tienen el fondo muy brillante. En general por culpa de la contaminación lumínica y otras veces por cambios en la luminosidad del cielo o las condiciones meteorológicas.

Estos gradientes de fondo de pueden corregir de manera que la imagen resultante sean los datos que quedan de la substracción de ese gradiente de la imagen original. Normalmente se utiliza una herramienta que modeliza el fondo en base a la información de la imagen y posteriormente sustrae de la imagen ese gradiente.

Extracción de fondo

Calibración de colores

Con la imagen ya sin gradientes hay que proceder a la calibración del color de la imagen.

Cuando tomamos una foto, podemos elegir cambiar su balance de blancos, que no es más que definir cuál es la referencia del color blanco que se toma para representar el resto de los colores de la imagen.

En fotografía normal, el blanco se toma normalmente en referencia a la luz solar, pero en el espacio esto no tiene mucho sentido. Hay que calibrar el color de las imágenes de otra forma.

Hace un tiempo, mi amigo Víctor me regaló un libro de Vicent Peris llamado Fotografiar lo Invisible. Pues bien. Resumiendo muy por encima, en el libro explica que la mejor referencia que se puede tomar de blanco en el universo es un objeto que tiene todos los posibles objetos y colores representativos de los objetos del cielo. Estos tipos de objetos son las galaxias, pues contienen millones de estrellas de todos los tipos posibles, con todos los colores en los que pueden emitir luz, y no puedo estar más de acuerdo con él en ese aspecto.

Normalmente se calibra el color de la imagen usando herramientas que calibran en base a muestras de la propia imagen, pero usando la técnica de calibrado fotométrico, el software se encarga de buscar en bases de datos los colores reales de las estrellas que están en nuestra imagen y las calibra con respecto a la referencia de blancos que elijamos. Normalmente, esa galaxia de la que hablábamos antes. Más información sobre el calibrado fotométrico.

Calibración de color

Otras operaciones

Aquí dependiendo de la imagen y del criterio de cada uno, se aplican o no distintos procesos de eliminación de ruido, calibrado de color, análisis estadístico de imagen, etc. No voy a entrar en estos casos ya que dependen de muchos factores y no terminaríamos nunca ya que se pueden hacer miles de cosas distintas.

Paso del modo lineal al no lineal

Ya calibrado el color, falta hacer visible nuestra imagen de forma permanente. Esto implica pasar del modo de representación lineal de los datos al modo logarítmico haciendo lo que se llama un estirado del histograma.

Un histograma es la representación de todos los distintos niveles de brillo de los píxeles de una imagen. El histograma en modo lineal normalmente tiene sus datos concentrados en la parte izquierda del histograma, que es la que agrupa a los píxeles más oscuros.

Al estirar el histograma, lo que hacemos es repartir esos píxeles que están en la parte izquierda en el resto de niveles de brillo aplicando una curva logarítmica a los datos de la imagen, y por tanto, haciendo visibles los datos que antes quedaban ocultos para nuestra vista.

Estirado de histograma

Reducción de ruido y procesado específico

Ya con la imagen en modo no lineal empieza la parte más "artística" del proceso, ya que es en esta parte del procesado en la que el astrofotógrafo utiliza las herramientas del programa de procesado para resaltar los detalles que le interesa que sean más prominentes en su imagen.

Principalmente, se utilizan distintos algoritmos de reducción de ruido, máscaras para procesar solo las estrellas, las nebulosas, resaltado de estructuras claras y oscuras y otros miles de detalles que además dependen del objeto que hayamos capturado, del equipo utilizado y de mil factores.

Obtención de la imagen final

Después del procesado de la imagen es cuando podemos decir que hemos obtenido esa imagen final que la gente puede ver en las redes sociales.

Cómo reflexión personal, a veces me paro a pensar en todo el proceso y me entra vértigo de solo pensar la cantidad de tiempo y esfuerzo que hay que dedicar para cada una de esas imágenes, y la cantidad de veces que sacas imágenes y están mal capturadas, o el tiempo no era el adecuado, o algún parámetro estaba mal especificado, y todo ese tiempo es tiempo perdido.

Sin embargo, los que hacemos esto, sentimos en general que después de todo el trabajo realizado, obtener esas imágenes son recompensa suficiente.