Fitswork: Tratamiento digital de Astrofotografía

Este artículo tiene 3 partes. Los autores son:
* Parte 1 - Introducción - Juan Ignacio - http://computerphysicslab.wordpress.com/
* Parte 2 - Nebulosas - Alberto Berdejo - http://albertoberdejo.blogspot.com/
* Parte 3 - Planetaria - Óscar Canales - http://personal.auna.com/oscar/

Conforme nos introducimos en el mundillo de la astrofotografía digital, vamos dando tumbos entre diversos programas que nos permiten retocar nuestras propias fotos. Lo normal es empezar por manejar programas de retoque digital general, como Photoshop o Paint Shop Pro. Sin embargo, a medida que vamos trabajando las fotos nos surgen nuevas necesidades que son difíciles de satisfacer con estos programas genéricos. Por ejemplo, no nos resultará fácil eliminar un gradiente de fondo en una fotografía astronómica producida por contaminación lumínica o la Luna. Es entonces el momento de buscar alternativas más especializadas en el ámbito de la astrofotografía, y posiblemente Fitswork es una de las mejores.

Ejemplo de filtro en Fitswork

Afortunadamente, Internet puede ofrecernos gratuitamente ciertos recursos valiosos, como Fitswork. Lo ha desarrollado J. Dierks, un alemán en cuya página web (http://freenet-homepage.de/JDierks/) encontramos el programa para descargar y más detalles sobre éste. La primera cualidad sorprendente de Fitswork es que está específicamente diseñado para trabajar con 32 bits de profundidad por canal. ¿Qué quiere esto decir? Normalmente, en fotografía convencional, nos bastamos con 8 bits de profundidad por canal, o sea, 256 tonos diferentes de cada color básico (rojo, verde y azul). Sin embargo, en astrofotografía, 256 tonos suelen resultar insuficientes para captar todo el detalle de una zona del cielo. Por ejemplo, si fotografiamos la Nebulosa de Orión, observaremos que la zona del trapecio es muy brillante, pero la zona de la nebulosa en la periferia es extremadamente tenue. Si a la toma le damos poco tiempo de exposición (10 segundos), captaremos bien los detalles del trapecio, pero la zona periférica nos saldrá completamente negra. Si por contra, hacemos una toma con mucho tiempo de exposición (5 minutos) veremos muchos detalles de la periferia, pero el trapecio nos habrá quedado velado. Este problema es conocido con el nombre de escaso "rango dinámico". Rango dinámico es por tanto la posibilidad de captar detalles luminosos y oscuros al mismo tiempo.

Si trabajamos nuestras fotografías con imágenes de 32 bits por canal (o sea 2^32 tonos por cada color básico) tendremos la posibilidad de captar detalles muy brillantes y detalles muy oscuros al mismo tiempo, es decir, un amplio rango dinámico. Más tonos por color implica más rango dinámico. Fitswork está pensado para procesar fotos de este tipo. Las cámaras digitales reflex, así como las CCDs ofrecen la posibilidad de generar imágenes de 8, 16, 24 y 32 bits de profundidad, según modelos. Estas imágenes suelen venir en formato RAW, que es un fichero con una cabecera y una matriz de pixels, sin compresión y máxima fidelidad. Son ficheros muy grandes, pues tienen que almacenar hasta 32 bits por color y por pixel. Suelen ocupar unos tamaños de entre 10 y 100 Mb por imagen.

Si nuestra cámara digital sólo ofrece imágenes en formatos convencionales, como JPG (8 bits por color) Fitswork también puede resultarnos muy útil, pues ofrece un conjunto de herramientas de retoque de imagen astronómica que difícilmente encontraremos en ningún otro programa. De modo que trabajemos o no con imágenes de 32 bits, Fitswork es altamente recomendable para todo aficionado a la astrofotografía.

La instalación del programa es muy sencilla, pues sólo hay que descomprimir el fichero que bajamos de Internet. Al ser el autor un alemán, el programa viene por defecto en este idioma. Existe una versión en inglés, que resultará quizá más sencilla de comprender, por lo que tendremos que fijarnos bien en el nombre del fichero a descargar. El fichero con la versión en inglés se llama "Fitswork440en.zip" y ocupa 1,28 MB. Si vamos a trabajar con imágenes RAW de cámaras reflex, es necesario descargar también este otro fichero "dcrawfw1432.zip" que ocupa sólo 108 kB.

Al descomprimir "Fitswork440en.zip", veremos que nos viene un fichero con extensión ".exe" y es un ejecutable que funciona en el sistema operativo Windows, incluso en las versiones más modernas como Windows 7 de 64 bits. Su manejo es muy cómodo, pues admite la posibilidad de arrastrar y soltar para abrir una imagen sobre la que trabajar.

Las opciones del programa están muy bien ordenadas, de forma que si vamos a retocar una imagen individual, bastará con que usemos el segundo menú desplegable llamado "Processing". Si, en cambio, queremos procesar un conjunto de imágenes simultáneamente, entonces todas las herramientas necesarias las encontraremos en el tercer menú desplegable llamado "Image Combining". Tiene sentido procesar varias imágenes a la vez cuando por ejemplo hemos realizado 2 tomas de 10 segundos a la M42 y queremos obtener el equivalente a una sóla toma de 20 segundos. Fitswork nos permite alinear y sumar ambas imágenes para obtener este interesante resultado. La ventaja de que Fitswork trabaja a 32 bits será patente en este caso, puesto que la imagen resultante de la suma, ya no tendrá 256 tonos por color de profundidad, sino justamente el doble. Si esta imagen resultante la guardamos en un formato convencional (JPG ó BMP) perderiamos información, pues volvería a reducirse a 256 tonos por color. Fitswork nos ofrece la posibilidad de grabar la imagen resultante en formatos de 16 o más bits de profundidad, como por ejemplo el formato FITS (que es el que se usa a nivel profesional en los observatorios astronómicos) ó en los formatos TIFF ó PNG (que son más compatibles con programas de retoque convencional como Photoshop o Paint Shop Pro). El nombre del propio programa, Fitswork, viene precisamente de la intención del autor de que este software esté específicamente pensado para trabajar con ficheros de formato FITS.

La barra de botones puede llegar a resultar imprescindible, puesto que en ella encontramos opciones que no están disponibles en ningún otro menú del programa. Por ejemplo, las funciones de rotación de imágenes, o el muy útil y necesario histograma, que nos permitirá realzar las zonas oscuras de las nebulosas y extraer del fondo de una fotografía detalles que la cámara ha sido capaz de registrar aunque a nuestro ojo no se lo parezca al primer vistazo.

Otro conjunto de opciones interesantes que también resultan difíciles de descubrir al principio, son las que están disponibles con el botón derecho del ratón. Sobre una imagen, el boón derecho del ratón nos da acceso al portapapeles, cosa muy útil para pasar información entre dos programas en ejecución simultánea en nuestro ordenador. Sobre el histograma, el botón derecho también ofrece funciones importantes, como la reducción de profundidad de bits de una imagen (o sea, cambiar el número de tonalidades posibles por color).

 


 

Tratamiento de imágenes de nebulosas con Fitswork

Para explorar las posibilidades de este programa, he elegido una toma de M42, hecha con un pequeño refractor de 70mm con óptica ED y una cámara digital Olympus E-330. Este telescopio tiene menos aberración cromática que un acromático normal, pero, en las fotos aún se puede apreciar un pequeño residuo en forma de un halo azulado alrededor de las estrellas más brillantes. En visual no se aprecia nada de esto y la corrección es mucho mejor, no hay que asustarse.

Foto original sin retocar

Para empezar, se abre la imagen en Fitsworks. Si la foto no cabe en la pantalla, es posible reducir o ampliar su tamaño, usando la rueda central del ratón. Se puede ver que tiene un color de fondo bastante "sucio". Esto es debido, por una parte a la contaminación lumínica (está hecha desde el balcón de casa) y por otra, al mismo ruido de fondo generado por la cámara.

Esto se puede corregir muy fácilmente. Se abre el Histograma, que es el icono señalado en verde. Aquí se puede ver que, de los tres canales de color, el rojo está situado más a la derecha. Hay que hacer que coincidan todos. Para esto vamos a Processing, y en el menú desplegable se elige Color Corrections, como se puede ver en la figura nº 1.

Ahora se puede ver que los valores de cada color son igual a 100. Lo que hay que hacer es rebajar el valor del color rojo hasta que el pico de éste en el Histograma coincida con los otros dos. Esto habrá que hacerlo tanteando y viendo como queda en cada paso que se va haciendo.

En la figura nº3, se puede ver que el fondo del cielo ha quedado menos rojizo, y que los picos de cada color son coincidentes en el Histograma. Como se puede apreciar, el fondo ha mejorado bastante gracias a estos sencillos pasos. Habrá otras fotos que requerirán de más trabajo, pero, el sistema es, más o menos, este que he descrito.

En el siguiente paso voy a describir como se puede reducir el halo que tienen las estrellas más brillantes, y que es consecuencia del residuo de aberración cromática que tiene el telescopio. Obviamente, si hemos hecho la toma con un telescopio reflector o un refractor apocromático, no hace falta hacer nada más. Para realizar esta corrección, en el menú desplegable de Processing, se elige la opción Color Functions, y en éste, Reduce colored halos around stars. En la figura nº4, se puede ver más gráficamente.

A continuación se abre un cuadro de diálogo. En la parte inferior vemos unas casillas con una serie de colores, allí se elige el color que se va a suprimir o minimizar. En la parte superior hay dos opciones: Gain y Offset. Con los mandos deslizantes se puede controlar la cantidad de color. Hay que ir probando para ver como queda mejor. He visto que no es conveniente hacer desaparecer todo al halo porque suele quedar un anillo negro alrededor de la estrella.

El fondo de la foto no ha quedado demasiado bien. Para oscurecerlo un poco, se abre el Histograma y se mueven las dos barras rojas hacia el centro del gráfico hasta que el resultado nos parezca bien. (Figura nº6)

Después de los pasos anteriores aún se puede mejorar la imagen un poco más. Ahora se trata de dejar el fondo del cielo lo más negro posible, manteniendo, a la vez, la luminosidad de la nebulosa. Para eso abriremos la ventana de Histograma. Esa ventana tiene varias opciones, de entre ellas se elige Points. Moviendo los cuadraditos iremos modificando la gráfica recta original hasta transformarla en una curva del estilo de la figura nº 8. Así, tanteando el resultado, se puede oscurecer el fondo sin perder demasiado el brillo de la nebulosa. También es conveniente ir jugando con las barras rojas situadas a derecha e izquierda.

La imagen final suele quedar algo "granulosa". Algo se puede hacer al respecto con la herramienta Wavelet Noise filter. En la figura nº 9 se puede ver como llegar a ella.

Y en esta otra se ve el cuadro de diálogo que se abre. Hay varias opciones, marcando el cuadradito de abajo a la izquierda, hará una estimación automática. Si hay suerte, nos puede servir. Sino, hay que hacerlo manualmente. Con los mandos deslizantes del lado izquierdo se controla la cantidad de supresión de ruido y con los del lado derecho el grado de amplificación de los detalles. Se trata de ir probando con los dos hasta encontrar la imagen que más satisfactoria nos parezca.

Aunque este programa es gratuito, no por eso carece de potencia para realzar y corregir las fotos astronómicas. Todo es cuestión de ir probando y, a puro de experimentar llegaremos a conocer todo el potencial que tiene.

 


 

Tratamiento de imágenes planetarias con Fitswork

En cuanto al retoque de imágenes planetarias, en Fitsworks disponemos de todo tipo de funciones avanzadas y mejores que las que vienen de serie con Registax. Lo recomendable es guardar la imagen generada en Registax en formato TIFF o FIT y abrirla en Fitsworks para proceder a su procesado.

Una primera utilidad consiste en alinear los canales de color de la toma. Es muy útil para los casos en los que se utilice una cámara de color para la captura y tengamos el planeta a baja altura (como Júpiter estos últimos años). En estas condiciones se produce el efecto de la dispersión atmosférica de los colores viéndose el planeta rodeado de una aureola roja por abajo y azul por arriba que es lo que vamos a corregir. Con el ratón trazamos un cuadrado que englobe al planeta en la imagen y le damos a la función "Processing\Adjust Colorlayers". Esto como hace Fitswork nos abrirá otra imagen donde los canales están alineados que es con la que seguiremos el procesado. En la Figura 1 se ve exagerado el efecto del filtro. Lo siguiente es utilizar una herramienta de realzado o enfoque, de las que Fitswork está surtido. Como primera herramienta potente está la deconvolución, que permite rescatar muchos más detalles que los Wavelets de Registax. Lo encontraremos en "Processing\Sharpen fiter\Deconvolution". Este filtro tiene muchos parámetros para variar, pero los principales son el Radius1 que define la amplitud en píxeles del filtro y el Imagenoise que permite controlar el ruido que se genera siempre que se realza una foto en bruto. Cada toma es única, y realmente deberemos probar con distintos valores para dar con los adecuados que realcen pero que no introduzcan artificios o ruido a la toma. Unas noches no harén falta darle valores altos, pero en otras sí. La Figura2 sirve de ejemplo. Ahora podemos seguir aplicando por ejemplo un enfoque gaussiano suave con "Processing\Sharpen fiter\Gaussian Sharpening" que enfoque más aún el planeta.

Por supuesto encontraremos todo tipo de funciones referidas al color. Para corregir la saturación de los colores "Processing\Color functions\ Saturation" o para variar el balance de color para dejarlo a gusto de cada uno "Processing\Color functions\ Color corrections" . Asímismo tenemos una ventanita llamada Histogram desde donde podemos variar el brillo y el contraste de la fotografía de forma sencilla.

Para concluir, comentar una cosa que considero de utilidad porque nos hace prescindir de terceros programas, y es la posibilidad de editar la imagen para su publicación introduciendo su título y los datos técnicos de la misma. Esta función se encuentra en "Processing\ More Functions\ Insert Text+Frame". De hecho si estamos trabajando con el formato de imagen astronómica estándar, el archivo FIT, permite extraer los datos de la foto directamente de la cabecera de datos de la imagen sin tener que copiarlos de ningún lado (Fecha y hora de la toma, exposición de la foto, coordenadas de la misma, etc...). Sirva como final de los distintos procesados la Figura 3.


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Zaragoza, Agrupación Astronómica Aragonesa