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Venerdì, 13 Marzo 2020 15:27

L'uso dei filtri LRGB in astrofotografia

Published in Astrofototografia

 

Il termine LRGB nella fotografia astronomica sta a indicare un set composto da quattro filtri, rispettivamente: luminanza, rosso, verde (green) e blu. Pochi decenni fa, prima dell'avvento dei sensori digitali, questi filtri non avevano grande uso nell'astrofotografia ma erano molto diffusi nell'osservazione visuale, in particolar Filtri colorati Wrattenmodo quella planetaria i filtri colorati chiamati Wratten erano e sono prodotti da diverse case costruttrici e si allineavano su un codice colori introdotto dalla Kodak che appunto assegna a ogni codice numerico una particolare caratteristica di banda passante. Così, ad esempio il W25 era un filtro con una specifica tonalità di rosso o il il W58 un filtro verde..

Questi filtri aiutavano a dare contrasto nell'osservazione visuale dei pianeti permettendo di percepire con maggiore facilità ad esempio le calotte polari di marte, le bande o le white oval spots di Giove o le tenui bande di Saturno. Ancora oggi tali filtri sono consigliati per gli astrofili visualisti e su questa pagina è possibile trovare indicazioni sui filtri consigliati per i vari pianeti.

Con la diffusione dei sensori digitali ccd e cmos la situazione cambia notevolmente. Mentre le fotocamere reflex producono esclusivamente immagini a colori, non è così per i sensori astronomici. Tutte le principali casi produttrici offrono in vendita i loro sensori sia nella versione a colori che nella versione monocromatica. Ci si potrebbe domandare perchè mai acquistare una camera astrofotografica in bianco e nero, oltretutto spesso più costosa dell'equivalente a colori, quando la volta stellata pullula di colorate e suggestive nebulose. La risposta sta nel fatto che le camere monocromatiche hanno maggiore sensibilità e risoluzione rispetto alle loro sorelle a colori.

Come viene generato il colore

Ci basti sapere che in realtà tutti i sensori fotografici digitali (siano essi contenuti in reflex, compatte, mirrorless, camere ccd o cmos) registrano in realtà immagini monocromatiche. Il colore viene generato grazie ad un automatismo presente nel dispositivo. Si tratta di un filtro che registra l'immagine nei tre colori di base, rosso, verde e blu. Tale particolare filtro è chiamato "matrice di Bayer" e se, da un lato ci semplifica tantissimo la vita, evitandoci complesse procedure manuali, dall'altro riduce la qualità del segnale finale. I sensori monocromatici sul mercato sono gli stessi sensori presenti nelle camere a colori ma senza la presenza della matrice di Bayer. Il motivo per cui sono più costosi pur avendo un "componente" in meno pare essere semplicemente legato ai costi dell'automatismo industriale: i sensori a colori sono più richiesti e vengono assemblati automaticamente mentre quelli monocromatici devono essere manualmente indirizzati nella catena di produzione.

Ok, ma esiste allora un modo per avere "la botte piena e la moglie ubriaca" ovvero la maggior risoluzione di un filtro monocromatico ma un'immagine finale a colori? La risposta è sì anche se la tecnica è più laboriosa. E' qui che entrano in gioco i nostri filtri RGB. Possiamo infatti riprendere lo stesso soggetto astronomico diverse volte alternando l'utilizzo di questi filtri e poi tramite appositi software come Maxim DL, Pixinsight o anche Photoshop, generare un'immagine finale a colori. Questo è possibile sia per le riprese deep sky che per quelle planetarie sebbene.

Come funziona in pratica

Ripresa di Giove effettuata con filtro RRipresa di Giove effettuata con filtro BOttenere un'immagine a colori da una serie di riprese effettuate alternando i filtri LRGB è una tecnica alla quale spero di dedicare un apposito e dettagliato post. E' un'operazione che può essere effettuata direttamente dai più celebri (e costosi) software per astrofotografia ma che per buona parte può essere effettuata anche con il gratuito Deep Sky Stacker che consente di allineare le riprese nei diversi canali ed effettuarne lo stacking, ottenendo 4 file, uno per ogni colore. In seguito è possibile ultimare l'operazione con software di fotoritocco come Photoshop, andando a sostituire ognuno di questi file con uno dei canali colore. Per dare un'idea delle differenze, a destra è possibile vedere due riprese di Giove effettuate a pochi secondi di distanza con filtro R e B, entrambe utilizzando una camera planetaria Zwo Asi 120 MM. Quando si usa la tecnica LRGB sui pianeti occorre ancora qualche accorgimento in più. La veloce rotazione di alcuni pianeti rischia infatti di far spostare i dettagli sul disco del pianeta. Per tale motivo le riprese devono essere effettuate in un tempo abbasanza contenuto e in alcuni casi con alcuni software quali Winjupos è possibile effettuare un'operazione di derotazione. L'operazione di sostituzione dei filtri ovviamente richiede di volta in volta di rimuovere il nostro sensore e sostituire il filtro, con una probabile piccola rotazione del campo e magari la necessità di rimettere perfettamente a fuoco. Per tale motivo, per velocizzare e ottimizzare tale operazione, molti astrofotografi utilizzano il supporto di accessori come le slitte o le ruote portafiltri. Molto utili, sebbene in alcuni casi ingombranti o pesanti. Occorre poi sempre tenere in conto le caratteristiche del proprio telescopio in quanto strumenti con il fuoco molto interno potrebbero non riuscire a fuocheggiare.

Il filtro L di luminanza

A questo punto, almeno in maniera intuitiva abbiamo compreso come viene generato il colore ma sicuramente ci staremo domandando qual è la funzione del filtro L, chiamato anche di luminanza. In un certo senso la ripresa effettuata in luminanza è quella più importante. Si tratta della ripresa dell'oggetto senza l'ausilio dei filtri colorati. E' qui che vediamo la maggior parte dei dettagli che verranno poi "colorati" dagli altri filtri. Allo stesso tempo però il filtro di luminanza non è solo un vetro trasparente. Si tratta di un filtro che fa passare solo alcune determinate bande luminose, tutte le frequenze dei filtri RGB ma che taglia le frequenze IR dell'infrarosso e UV dell'ultravioletto (è anche chiamato UV/IR cut e lascia aperta una finestra da poco meno di 400 nm a poco più di 700 nm) che renderebbero più "impastata" l'immagine finale. Il filtro L ha generalmente una banda passante che comprende anche l'H-alfa, l'idrogeno alfa, tipicamente presente in molte nebulose a emissione.

Il passaggio della banda infrarossa crea problemi maggiormente nei telescopi a lenti come i rifrattori mentre quelli a specchi, per le caratteristiche della luce, non hanno questi problemi. Sono però ben pochi i casi in cui si utilizzano solamente specchi nella ripresa in quanto anche i veloci telescopi Newton astrofotografici utilizzano dei correttori di coma a lenti per azzerare le distorsioni delle stelle. Per calibrare al meglio la risposta dei filtro di luminanza alle diverse tipologie di telescopi esistono anche ditte come l'Astronomik che hanno realizzato varie tipologie di filtri di luminanza.

Di seguito si può vedere la differente banda passante dei vari filtri di luminanza Astronomik, rispettivamente chiamati L1,L2 e L3. In particolar modo la versione L3 è pensata per l'uso in abbinamento a rifrattori con scarsa correzione cromatica

Banda passante dei filtri di luminanza Astronomik

Il taglio della banda UV dell'ultravioletto è meno importante per la resa qualitativa dell'immagine ma riveste anche un ruolo estetico. L'occhio umano infatti non è sensibile all'ultravioletto e solo tagliando tale banda l'aspetto dell'immagine è più naturale.

Immagine in Hubble PaletteNessuno ci impedisce però di volere un'immagine che catturi anche le emissioni ultraviolette e pertanto si può anche utilizzare un semplice filtro IR-cut che taglia solamente la banda infrarossa ma non quella ultravioletta. Allo stesso modo astrofili evoluti decidono di cambiare le carte in tavola e riprendere utilizzando filtri molto specifici in grado di abbattere il distrurbo dell'inquinamento luminoso e restituire una spettacolare immagine in falsi colori. Si tratta della famosa Hubble palette, utilizzata appunto anche dal mitico telescopio spaziale e in cui i canali rosso, verde e blu sono sostituiti dai più stretti H-alfa, O-III ed S-II. Le riprese realizzate con tali filtri sono senza dubbio molto spettacolari ma al contempo poco realistiche se raffrontate con lo spettro visivo dell'occhio umano. A titolo d'esempio a destra è possibile vedere una ripresa della nebulosa NGC 7380 effettuata in Hubble palette (photo credits: Hewholooks / Wikicommons)

Qualità dei filtri e trasparenza

Basta collegarsi ad uno qualsiasi dei tanti negozi online e si noterà che la scelta in fatto di set LRGB è veramente vastissima e anche i prezzi molto altalenanti andando da un centinaio di euro fino a diverse centinaia per la stessa tipologia di filtri. La prima differenza tra i vari filtri consiste nel diametro. Ne esistono in versione con diametro 1,25" (31,8 mm) o 2" (50 mm) ma anche altre versioni di formato diverso e senza cella. Il diametro del filtro da prendere dipende dalle dimensioni del nostro sensore. Dovrebbe avere un certo margine di grandezza in più in maniera tale che non si crei una distorsione nota come vignettatura, che scurisce i bordi dell'immagine.

La second differenza sta nella trasparenza, ovvero nella luce passante. E' consigliabile prima dell'acquisto studiare con attenzione i grafici relativi ai filtri. Oltre a mostrarci la banda passante, questi ci mostrano infatti la percentuale di luce che trasmettono. Più sono trasparenti e meglio è ma come si può ben immaginare più sono costosi. Visionando i grafici della banda passante noteremo inoltre che nei filtri RGB di molte case produttrici è inoltre presente un piccolo gap tra il filtro G e R per non far passare la luce emessa dai lampioni al sodio, principali agenti dell'inquinamento luminoso.

Di seguito il grafico delle bande passanti dei set di filtri Baader CCD. La trasmissione raggiunge quasi il 100% e si può notare il piccolo gap in corrispondenza delle frequenze gialle dell'inquinamento luminoso

Banda passante fitri LRGB Baader CCD

Questo è anche uno dei motivi per cui è poco consigliato utilizzare dei filtri colorati visuali Wratten per astrofotografia. Risultano infatti molto più opachi e pertanto restituiranno un'immagine di qualità inferiore. Il secondo motivo per cui i filtri colorati visuali sono sconsigliati è legato - come già citato precedentemente - al fatto che l'occhio umano non è sensibile all'infrarosso e pertanto i filtri visuali non tagliano tale banda che però impasterà la nostra immagine ripresa col un sensibile sensore. I filtri ad uso fotografico o CCD invece integrano già l'IR Cut. Per completezza si può aggiungere che nei tempi pionieristici delle prime webcam modificate per l'uso astronomico, per ovviare a tale problema e in assenza di specifici filtri RGB fotografici, si usava anche avvitare in sequenza due filtri, quello colorato visuale e un filtro IR Cut, per ottenere lo stesso effetto.

Messa a fuoco, slitte e portafiltri

Ho già citato precedentemente anche l'utilità delle slitte o delle ruote portafiltri. E' anche bene utilizzare fitri della stessa marca e con le stesse caratteristiche e che siano parafocali, ovvero che abbiano tutti la stessa distanza di messa a fuoco per non dover sempre rifocheggiare. 

Utilizzando una slitta portafiltro, salvo rari modelli, avremo bisogno di diversi cassetti per i filtri o provvedere di volta in volta a svitare e avvitare il filtro successivamente in uso. Le ruote portafiltri consentono in genere di inserire fino a 5 filtri e alternarli con un semplice movimento (in quelle più costose anche elettrico e automatizzato e collegabile ai nostri software).

 

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