 群山之南，有一群追逐星空的小伙伴，关注小海豚，和我们一起看星空吧 当我们聊起拍摄深空摄影时，新入门的同学可能经常听到要拍摄暗场这类前所未闻的概念。其实除了暗场之外，在深空摄影中，我们还需要拍摄平场、偏置场等等，用于“校准拍摄到的天体图像”，我们将这些“场”叫做校准帧。 文中图片如无特殊说明，均源于作者@雅痞张。 为什么要校准？ 在说明校准帧是什么、怎么拍之前，我们首先要明确这样一个观念，深空摄影与常见的日常摄影有一个重要的区别点，在于日常摄影通常在明亮的环境下拍摄，而深空天体普遍非常暗弱，即便我们利用大口径、快焦比的望远镜聚光，也依然需要动辄几小时的累计曝光，才能获得清晰、干净的图像。 同样，因为拍摄目标暗弱，我们拍摄的每一张图像，都是在和“噪点”较劲，这就像站在闹市区听街对面的人窃窃私语一样，我们需要从噪声中提取极为微弱的信号。 此外，天文摄影又是一个力求科学严谨的科目，我们不希望用简单暴力涂抹降噪等手段处理，而是尽可能多的保留细节，还原目标天体的真实面目。 以上这些就决定了，我们需要用一些科学的手段，在所拍摄的原始图像上还原目标天体的样貌，这就是所谓的校准。如果要使用更为科学的方式校准，那么首先需要做的就是采集这些“噪声”的信息，然后从原始图像中将他们排除在外。拍摄的原始图像我们称之为亮场。 接下来，我们将尽可能用简单通俗易懂的语言解释各类校准帧，以及他们如何拍摄。 这些噪音怎么产生的？由什么决定？  读出噪声（Read Out Noise）： 相机每次“读出”一张图片，就会伴有一次读出噪声，相机的增益（ISO）越高，读出噪声越低。此外，相机芯片每次通断电后，偏置图像都会改变。   ASI 6200MM PRO相机读出噪声和增益的关系图 图源ZWO ASI官网 暗电流（Dark Current）： CCD、CMOS感光器在曝光时产生的噪声。暗电流和温度、曝光时间相关，一般来说，曝光时间越长、温度越高，暗电流噪声越大（这也是我们为什么需要使用制冷相机拍摄深空天体）。  ASI 620MM PRO相机芯片温度与暗电流的关系图 图源ZWO ASI官网 光路缺陷： 望远镜、平场镜、滤镜、相机玻璃封窗等一系列光路系统中存在的缺陷，诸如暗角、灰尘等等。  光路系统中存在大量的瑕疵，画面中的黑白斑是因为不同部位中的灰尘引起的。图源：@小俊 另外，暗电流随曝光时间而积累增加，拍摄视频时，实际上是高速拍摄了多张超短曝光的静态图像，也就会存在多次读出噪声，而暗电流的影响则非常低，这就是为什么拍行星时，我们非常看重读出噪声，而不一定采用制冷相机。 校准帧有哪些？ 我们通常使用的校准帧包括以下4种： 偏置场： Bias 用于校准相机每一张拍摄时出现的“读出噪声（Read Out Noise）”  偏置场图像，可以看到明显的条纹状。 暗场： Dark 用于校准亮场中，长曝光积累的暗电流（Dark Current），也就是通常所说的热噪声。对于有辉光的相机，暗场也被用于校准相机的辉光。  图：暗场图像，曝光过程中积累的暗电流噪声，画面左上、右上、右下可以看到明显的辉光。  图：原始亮场图像，画面右侧可以看到明显辉光，可以看到明显的暗电流噪音（死白的细小白点）。  经过校准后的亮场，白点数量大量减少，右侧辉光被移除。 平场： Flat用于校准光学系统的缺陷，也就是镜片上的灰尘、暗角等等。  平场图像，画面中黑圈为光学系统中存在的灰尘，边缘可以看到存在暗角。  未校准状态的原始亮场图像，画面中天体为M33，使用L通道，曝光300s。  经过校准之后的单张图像，边缘暗角和右侧灰尘已经被移除了 暗平场： Dark Flat 也就是平场对应的暗场。暗平场图像与暗场的图像形态非常类似（实际上它就是暗场），因此我们不再展示图片。 需要注意的是，从拍摄的校准帧来看，他们有着这样的关系： 暗场包含偏置场。因为暗场同样是让相机完成一次曝光得来的，因此也存在一次读出。 平场包含暗平场和偏置场。因为平场实际上和亮场一样，也接收到了光信息，在平场中，我们需要的只有光信息，所以需要在平场中扣除暗电流和读出噪声，这个在后面再展开。 因此，校准帧同样也需要校准。 校准帧要怎么拍？ 首先让我们明确一些基本前提： ★ 所有的校准帧，都尽可能现场拍（和拍摄亮场同一次通电、不拆装或移动设备的情况下）；且保持与亮场相同的增益（ISO）、偏置（OFFSET）和制冷温度。虽然在更高级的玩法中，增益和偏置与亮场不一样，也有一些方法补救，但对于技术欠缺的新手，还是老老实实拍吧。 ★ 所有的校准帧都是需要将单张校准帧叠加后，得到一个主校准帧才可以用于校准图像的，我们在后期教程中，讲解预处理时会再讲解。 ★ 一些校准帧是可以建库重复使用的，特别对于远程台用户，因为设备长期不动，甚至相机也不断电，校准帧是不会发生变化的。这部分我们放在最后整理。 偏置场： 盖上相机，最短时间曝光。这部分噪声来自于相机本体，同时读出噪声是每次读出图像就会出现的，而为了不让暗电流、光信息造成干扰，我们需要完全盖住相机，用最短时间曝光（因为没有任何一个相机可以实现0秒曝光，再短的快门，也是有持续时间的）。 单反相机使用1/4000、1/8000，制冷相机在N.I.N.A.中设置为0s，软件可以自动调整为最短快门。 暗场： 盖上相机，使用和亮场相同的曝光时间。这部分噪声同样来自于相机本体，而暗电流和辉光这类噪声的积累，与曝光时间、温度相关，所以采用和亮场相同的曝光时间和温度。 平场： 保持和亮场同样的设备物理连接、对焦位置，试曝光，让直方图达到大约1/2的位置，即1/2的ADU。 这部分拍摄方法，我们在之前N.I.N.A.的教程中已经详细写明。在这里做一个小补充，为了保证平场能更好的被暗平场校准，所以我们之前推荐所有通道都采用相同的时间曝光。 如果要保证相同时间曝光，不同滤镜下都要达到1/2直方图的亮度，那么就需要调整光源的亮度了，人造光源（如NYX镜头盖、平场板）可以调整拍光源亮度，天光平场则等待天光达到适宜亮度。 暗平场： 使用和平场相同的曝光时间和增益（ISO），盖上相机拍摄。 如前文所说，暗平场实际上是平场对应的暗场，那么我们就采用和平场相同时间的曝光拍摄即可，但尽可能在平场拍摄结束后立刻拍摄暗平场。如果拍摄了暗平场的话，那么平场就不需要再额外拍摄偏置场了——暗平场本身就包含了本次通断电的读出噪声。 关于建库，根据每种噪声的成因和拍摄方法，我们简单整理了一些原则： ★ 暗场可以建库，根据增益、温度、曝光时间建库即可。比如笔者，打野时常用300s、中等增益拍摄，冬天制冷-20°C，夏天制冷-10°C，根据以上条件制作两套暗场库即可。 ★ 平场可以建库，如果设备长期不动，灰尘、暗角位置都没有变化，那么平场校准帧可以长期使用，区分每个通道即可。打野因为设备要频繁拆装，一般不建议建库。 ★ 偏置场可以建库，如果相机没有断电，那么偏置场可以一直使用，区分制冷温度、增益即可。需要注意的是，根据大佬的实测，现代CMOS读出噪声很低，而且分布无规律，是否使用偏置场校准，不会对亮场图像带来明显影响。因此使用CMOS相机是否需要偏置场校准，可以根据自己喜好来选择。 最后，我们将亮场和四大类校准帧的拍摄，整理成这张表格，供各位参考。  —END— 作者 / 雅痞张 编辑 / 冬夏恒久 关注小海豚，和我们一起看星空吧！  |
