[攝影] M31仙女座星系(+簡易疊圖教學)

[evanzxcv (摺一摺塞進去)]

http://www.flickr.com/photos/evanzxcv/8097857472/

仙女座星系,即M31,是相當明亮也是肉眼可見最遠的深空天體之一.

由於亮度高達3等星,而且視直徑有月亮的六~七倍大,

即使天文觀測沒有玩得很專業、沒有長焦望遠鏡或鏡頭的人而言,

也可以輕易用一般的相機與鏡頭拍攝得到.

上面這張是我昨晚用Canon 40D單眼相機與Sigma 17-70mm鏡頭的望遠端(70mm F/4),

趁著晴朗無雲的天氣,在離波士頓市區不遠的學校宿舍中庭拍攝.

從晚上12點多拍到一點整,疊合514張、每張曝光5秒,

加上dark、flat、dark flat、bias各16張疊合而成.

這是我目前為止拍攝過疊合張數最多、品質最高的深空照片了.


首先談談要如何找到M31呢?雖然M31有三等星,但不像一般星體是點狀而是圓盤狀,

在光害嚴重的地方用肉眼不易找到,有時候看到了一團糊糊的東西也不確定是不是.

這時候小學學過用來找北極星的「仙后座」就很管用了,

再藉由秋季大四邊形以及附近星座(仙女座、英仙座)的幫助就可找到,如以下示意圖:

                                                       .

                                               .                      →南
                                                  飛馬座
                                               (秋季四邊形)
                                                           .
                                                  .


                                 .          = M31
                                   .
                          仙后座 -              '奎宿九
               .                 ﹒
            北極星             ﹒               仙女座
           (勾陳一)                         ．天大將軍一

                                                        ↘
                                     `       大陵五       東
                                      '     '
                                       -    英仙座

                                           '      .

從仙后座最西邊(3字的上方,M字的左方,ε字的下方)的兩顆星「王良一」、「王良四」,

還有秋季四邊形最靠近仙后座的「壁宿二」,以及仙女座的「奎宿九」圍成的一塊區域,

裡面靠仙女座(南方)約三分之二處就可以找到M31.

另若觀測條件較佳,奎宿九往仙后座方向可看到兩顆較暗的星,與奎宿九形成三連星,

離奎宿九最遠那顆(奎宿七)旁邊就是M31了.


如果認不出仙女座,可以想像秋季四邊形往東延伸出一個把手,

好像一個很大的北斗七星一樣,斗柄三顆星分別是仙女座的奎宿九、天大將軍一,

以及英仙座的大陵五,這樣就可以輕鬆找到奎宿九.

(英仙座形狀很像甲骨文的「人」字左右顛倒,相當好認)

用相機上腳架拍攝的話,應該可以看到一團橢圓形的光,那就是了.


通常拍攝深空天體,若沒有光害稀少的地方與赤道儀或電腦自動導星的幫助,

只拍一張當然不能看,而且無法長時間曝光,

所以要拍出好看的深空天體照片,就要用上面推文中提到的「疊圖」了!

有許多電腦軟體可以疊圖,基本原理都相同,是偵測各張照片中的星點,

然後以星點的相對位置計算每張要平移多少,以抵銷星體周日運動造成的移動.

疊圖的好處是二重的:首先,就算沒有赤道儀,也可以達到長曝的效果;

再者,星點(訊號)每張是相同的、雜訊則張張不同,所以疊合起來就可以提高訊噪比.

理論上如果拍攝X張,訊噪比會提高為一張的√X倍,也就是拍四張就有兩倍的訊噪比.

拍攝時相機用穩固的腳架固定,鏡頭先用自動對焦對著遠處景物對焦後,

切換到手動對焦,然後用M模式固定光圈快門,開啟連拍模式,

按住快門(或用快門線固定快門)即可進行連拍.

由於星體周日運動,每拍一段時間要檢查欲拍攝的星體有沒有跑掉,

若星體偏離畫面中央過多,以致接近畫面邊緣,

就要調整腳架繼續追蹤星體(所謂「人肉赤道儀」).


我最常用的疊圖軟體是DeepSkyStacker,免費而且有中文介面.

大家比較疑惑的大概是除了影像檔以外還有一堆有的沒的檔是幹麼的,

我就大概解釋一下:

light frame(影像檔)就是星體照片本身;

dark frame(暗場/暗電流)是用來拍攝過程中感光元件產生的雜訊,

可將鏡頭蓋上後用拍攝星體照片相同的設定(焦距、對焦、光圈、快門、ISO)拍攝之.

flat frame(平場)是用來消除鏡頭或望遠鏡週邊失光用的,

要找均勻的光源拍攝下來,讓軟體得知鏡頭週邊失光要做多少補償,

才會讓整個畫面的亮度均勻.

拍平場方法很多,例如用白T-shirt平整包住鏡頭前方然後拍攝天空,

或拍白天戶外照度均勻的純色牆壁,或把鏡頭貼住看底片用的燈箱來拍.

平場拍攝時快門和ISO不必與星體照片相同,甚至不一定要是白色或灰色,

只要確保焦距與光圈與拍攝星體時的設定相同,而且不要過曝即可.

dark flat frame(平場暗電流)是消除拍攝平場時感光元件產生的雜訊用的,

把鏡頭蓋起,然後用拍攝平場完全相同的設定拍攝即可.

bias frame(偏壓檔)則是用來消除每張照片曝光後,

讀取感光元件感光資訊時的微弱直流電流產生的雜訊,

要拍攝偏壓最簡單的辦法,就是保持與拍攝星體時相同的設定,

把鏡頭蓋上,然後把快門速度調到最高(如1/8000秒)來拍攝,

這樣可以確保拍攝到的資訊大多來自讀取時的電流而非外來的光源.


通常以上這幾種圖檔都可拍攝多張來做平均,以使精確度提高;

當然以上這些如果缺了一種或全部也是可以疊圖的,只是疊出的效果會較差.

另外若要拍攝品質優良的暗場跟偏壓,最好讓相機保持在與拍攝星體照片相同的溫度,

因為溫度會影響感光元件雜訊的數量(溫度越高雜訊越重).

--我昨晚拍完五百多張M31準備拍暗場時,才發現忘了帶鏡頭蓋出門,

又懶得再跑一趟,由於外面氣溫約攝氏5度,回到房間拿了鏡頭蓋之後,

就索性把相機冰進冰箱冷藏庫裡拍暗場...


讀取全部圖檔後要先勾選全部,偵測星點讓電腦知道怎麼疊,

點選「偵測勾選影像中的星點」後有幾個地方要設定的,

首先是「自動偵測熱像元」,熱像元是感光元件上特別亮的雜訊,

勾選此選項可避免軟體把這些雜訊誤判為星點而造成計算上的困難.

我不習慣偵測完星點後馬上疊合,而通常會一步步來,

如此若有地方出問題可以做相應的調整.

再來第二個tab上有「星點偵測臨界值」,數值越低偵測到的星點越多,

可更準確計算偏移量,但也有偵測到更多雜點的風險.

還有一個選項「用中位數濾波降低雜訊」是在偵測前先降噪處理,

以降低把雜訊誤判為星點的機會.

確認後軟體就會先把暗電流平場偏壓什麼的處理好,之後才開始偵測星點.


偵測完之後按「計算位移量」,然後就可按「疊合勾選之影像」疊合了,

這時會跳出對話框秀出各種設定的摘要,

一般而言可以按「推薦設定」照軟體推薦的設定就行了,

或者按「疊合參數」做進一步設定,通常這邊我只會注意兩件事,

一是「結果」tab中的標準模式、馬賽克模式、交疊模式、自訂方形區域,

這要看你最終想要疊合出的影像範圍做不同的選擇.

電腦記憶體或硬碟空間有限的人可以選擇自訂方形區域,

在這之前點選其中一張星點照片,等待讀出後按右邊的自訂方形區塊模式,

把想要的地方框出來,這樣疊圖處理時就可只處理那一塊.

再來就是「暫存檔檔案夾」,記得選一個有足夠硬碟空間的地方.


之後的事情交給電腦去做,可以去泡杯咖啡,

疊完之後就會自動秀出最終結果的32位元TIFF檔.

首先RGB/K水準線是調整紅綠藍三色的色階用的,右邊有直方圖可以看,

通常把三個色彩調到一樣就可以了,

在這裡調會比之後進Photoshop等軟體調白平衡要方便.

之後明度是比較不直觀的地方,我就簡單介紹一下:

要瞭解這個的用法就要看直方圖,除了紅綠藍三色的範圍之外,

上面還有一條曲線,其中x軸是輸入的明度、y軸是輸出的明度.

暗部、中間調、亮部各有兩個數字,

暗部跟亮部的兩個數值基本上都是調整曲線斜度,

第一個數字越大就越斜、第二個數字越大則越平,

但第一個數字比較是調較暗的暗部和較亮的亮部,

第二個主要是調暗部或亮部跟中間調過渡的區域.

斜度較斜反映出的效果,是輸出圖片的暗部和亮部會比較多細節跟層次,不會太多死黑死白.

但暗部第一個數字太高也會造成天空背景比較「不黑」.

中間調第一個數字越小才是越斜(陡),

反映出效果就是中間調的對比會隨著第一個數字減少而提高,

也就是數字越小,星點看起來比較清晰但太暗的星可能會變得幾乎看不見.

而中間調第二個數字就等於是在調整體色階的明暗程度.

通常我會調到曲線在直方圖區域(也就是天空背景的主要亮度)附近開始緩升,

過了直方圖之後就陡升(但也不要太接近90度,否則輸出圖會很不自然)

然後很平順地慢慢趨向最高點,

這樣的好處是可以使背景雜訊看來不明顯、顯現最多的星點、較亮的星點又不會過曝.

調整完畢後儲存影像,建議存為16bit的tiff檔,可保留較多資訊以供後製使用.


...說要簡單介紹結果講太多了,大家自己玩玩看吧,深空攝影很好玩的~

(若想瞭解DeepSkyStacker更多的技術性資訊,可以看以下說明:

 http://deepskystacker.free.fr/english/technical.htm )

--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 18.189.60.197
推 Rodenbarr:疊成這樣真是讓我啞口無言，這篇文章也太值得收藏了。
推 sqr:推啊 不推對不起自己
推 felaray:好威...推推
推 fenghoho:推推!!不過沒實做過還是看不太懂>"<
推 jskblack:太強大了!
推 huber0914:
※ 編輯: evanzxcv        來自: 18.189.60.197        (10/18 20:26)
推 wedgewu:拍得太棒了 加詳盡的解說 讚!!!
推 wedgewu:請問E大這張有截圖嗎?
→ evanzxcv:截圖中央三分之一並數位放大兩倍
推 mtdas:這一篇文章值 1000 Ptt幣!
推 carl3104:不推不行 看起來是一項非常具有挑戰性的拍攝方向
推 wedgewu:謝謝E大的專業分享 尤其是文章後段的影像調整部份
推 evaof31734:超級專業的分享！
→ evanzxcv:下個目標是本週日要用200mm F5挑戰三角座星系~
推 rockman73:Pro
推 snowgod:推!!
推 gain:推阿，好棒
推 geminick:剛好這兩天天氣超好~雖然我疊出來的東西依然悲劇QQ
推 jskblack:我也是悲劇 QQ 雖然好歸好 但是其實天空有點濛濛的霾
推 neo718:好文推
→ evanzxcv:昨晚疊M33也是悲劇,這星系太暗了肉眼找不到,附近又沒什麼
→ evanzxcv:東西定位,拍一張又看不到,只好亂槍打鳥,最後只疊到一百多
→ evanzxcv:然後我架腳架處又太泥濘,所以相機不帶穩很多張都晃到了
→ evanzxcv:幸好預報說還有兩天好天氣(只是要越來越晚睡以避月光...)
推 mimiyushiu:推！
推 cting:好強的疊圖!
推 RRfan: 剛開始學習觀星，謝謝原po！