Google+ Los Colores de la Noche: La astrofotografía (III). Fotografia planetaria

sábado, 1 de diciembre de 2018

La astrofotografía (III). Fotografia planetaria


El verano de 2018 ha sido especial para la observación de los planetas. Marte ha pasado por una de sus mejores oposiciones y ha coincidido en el cielo nocturno con Júpiter y Saturno, los planetas más interesantes por los detalles que se pueden apreciar en su disco. También Mercurio y Venus estaban justo después de anochecer sobre el horizonte, y aguantando hasta el amanecer se podía observar Urano y Neptuno. Así que a lo largo de las noches de julio y agosto han desfilado todos los planetas del Sistema Solar por la bóveda celeste. Era un buen momento para iniciarme con la fotografía planetaria.

Para los que estamos habituados a la astrofotografía de cielo profundo con objetos débiles (y por tanto exposiciones largas), trabajar con la Luna o los planetas es un mundo aparte. Aquí tenemos objetos muy brillantes, y además -como en el caso de los planetas- con un tamaño aparente muy pequeño. Por tanto el enemigo de la observación y fotografía de planetas es la turbulencia atmosférica y no tanto el que haya o no luminosidad de fondo. Es algo que se aprecia perfectamente en la observación visual, pues para detectar detalles no nos queda otra que insertar oculares que proporcionen todo el aumento posible, y entonces nos encontramos con una imagen que parece estar en el fondo de una piscina, vibrando continuamente y que sólo por momentos parece detenerse. La única forma de apreciar detalles es tener paciencia y esperar un buen rato observando para aprovechar esos breves momentos de estabilidad en los que de repente aparecen las bandas de Júpiter o la división de Cassini en los anillos de Saturno. Si queremos dar el salto a la fotografía e insertamos la cámara reflex -o asomamos al ocular una compacta- para tomar una instantánea lo más probable es que nos llevemos una decepción al ver una imagen borrosa y con pocos detalles, por mucho que subamos la velocidad de obturación. Eso es porque con una única toma es muy difícil captar ese momento en el que la atmósfera en dirección al planeta se queda lo suficientemente quieta. ¿Cuál es la solución entonces? Como estamos ante objetos muy brillantes es factible realizar muchas tomas y lo más rápido posible. O lo que es lo mismo: grabar un vídeo, obteniendo varias decenas de fotogramas por segundo.

Así, las diferencias fundamentales que se dan entre la fotografía planetaria y la de cielo profundo son:

  • En planetaria los objetos a fotografiar son pequeños y brillantes, mientras que en cielo profundo son muy débiles y a veces extensos. En consecuencia, en el primer caso el factor limitante será la turbulencia atmosférica y en el segundo la luminosidad (natural o artificial) del fondo del cielo. 
  • Por tanto en planetaria tendremos que realizar tomas a gran velocidad (un vídeo) para aprovechar los pocos momentos de estabilidad de la imagen, mientras que en cielo profundo el objetivo es captar toda la señal posible, para lo que se realizan múltiples tomas de larga exposición. 
  • En cielo profundo se han de utilizar telescopios luminosos, con una relación entre la distancia focal y la abertura lo más baja posible, mientras que en planetaria necesitaremos tubos ópticos de gran distancia focal y también de gran abertura, para así poder llevar los aumentos al límite y a la vez tener una buena resolución y detalle en la imagen. 
  • Captar muchas imágenes por segundo puede originar un problema si éstas son muy grandes y la capacidad de transferencia de datos de la cámara o el ordenador es limitada. Por eso trabajar en planetaria con sensores de muchos megapíxeles puede ser contraproducente, más si tenemos en cuenta que lo más probable es que el planeta sólo ocupe una pequeña parte. Por eso las cámaras ideales no son precisamente las réflex comerciales que se utilizan para cielo profundo. 
  • Una gran ventaja de la fotografía planetaria respecto a la de cielo profundo es que la toma de datos es más sencilla, pues al no requerir de largas exposiciones no es necesario un seguimiento perfecto con sistema de autoguiado, ni mucho menos una cámara con sensor refrigerado. No obstante sí es imprescindible un seguimiento mínimamente preciso para que el planeta no salga del campo de visión cada dos por tres, ni se mueva mucho durante el tiempo que dure la grabación del vídeo. 
  • En las dos modalidades es necesario el procesado de las imágenes, aunque el trabajo con ellas es diferente. En planetaria el proceso consiste en seleccionar los mejores fotogramas entre los miles que podemos tener en una sesión, apilarlos y realzar los detalles y estructuras. Por suerte los dos primeros pasos se pueden hacer de modo casi automático gracias a diversos programas. En la modalidad de cielo profundo la batalla es contra el ruido y el procesado busca la "destilación" de la señal de la nebulosa, galaxia u objeto en cuestión, siendo más complejo que en la modalidad planetaria. 
De este modo el equipo ideal para la práctica de la fotografía planetaria es:
  1. Un tubo óptico tipo Smith-Cassegrain de buen diámetro y gran distancia focal. Esto no quiere decir que no podamos practicar con un Newton o un refractor, pero no obtendremos los mismos resultados. Evidentemente ha de ir sobre una montura que permita el seguimiento motorizado. En mi caso he comenzado con un reflector Newton de 200 mm de diámetro y 1 metro de distancia focal sobre montura Celestron CGEM.
  2. Una lente barlow para duplicar o triplicar la distancia focal y así reducir el campo de visión sobre el objeto, permitiendo apreciar más detalles. El límite lo pondrán las características y calidad del tubo óptico, así como las condiciones de seeing. Para mi tubo óptico he utilizado una barlow x3, lo que me ha proporcionado una distancia focal de 3 metros.
  3. Una cámara astronómica para fotografía planetaria, con sensor monocromático (son los más sensibles), rueda portafiltros y filtros de color rojo, verde y azul. Estos filtros son necesarios para obtener luego una imagen en color por combinación de los correspondientes canales. Las imágenes que acompañan este artículo las he obtenido con una cámara QHY miniCAM 5F monocromo con rueda y filtros incorporados. El tamaño de su sensor es de 1280 x 960 píxeles.
  4. Un ordenador portátil medianamente decente, con puertos USB rápidos y buena capacidad de transferencia y almacenamiento de datos. A mayor número de fotogramas por segundo más imágenes de calidad obtendremos, pero esta cifra estará limitada por la velocidad de transferencia entre la cámara y el ordenador, por muy buen sensor que tengamos. La captura se realiza con el software que proporciona el fabricante de la cámara o con otro que la reconozca. Seguramente será necesario instalar previamente controladores u otros programas para que el ordenador pueda comunicarse con la cámara. 

El campo de visión dependerá de la distancia focal total con la que trabajemos y el tamaño del sensor de la cámara. Una forma de tener una idea es con el programa Stellarium, que permite introducir los datos de nuestro equipo y representar el área del cielo que abarcaremos. En las siguientes imágenes está dibujado el campo que podemos captar en la Luna con mi equipo, primero con la cámara a foco primario y a continuación con una lente barlow x3.



El proceso de toma de imágenes ha de comenzar con la puesta en estación y alineación del telescopio como en cualquier observación. Cuanto más precisos seamos menos correcciones habrá que realizar para volver a centrar el objeto en el campo, aunque al no requerir autoguiado el tiempo de preparación se reduce bastante respecto a la fotografía de cielo profundo. Otra ventaja es que la astrofotografía planetaria se puede practicar con Luna o incluso en los nucleos de población, aunque las zonas urbanizadas contribuyen notablemente a la turbulencia y pueden dar lugar a un seeing pésimo, especialmente en verano. Otro punto importante para obtener buenas imágenes es dejar pasar un tiempo para que la temperatura del tubo óptico y la ambiental se igualen, sobre todo en tubos cerrados. Aunque cueste creerlo los movientos del aire en el interior del telescopio también influyen mucho en la estabilidad de la imagen.

El centrado del planeta será más o menos preciso en función de nuestra pericia para estacionar y alinear la montura del telescopio. Lo mejor es hacerlo primero de modo visual, con un ocular que proporcione ciertos aumentos; luego insertamos la cámara a foco primario, la conectamos al ordenador (se encenderá) e iniciamos el programa de captura de vídeo. Seguro que la vista en tiempo real aparecerá muy desenfocada, así que enfocamos hasta obtener una imagen lo más nítida posible. Esto puede ser una tarea difícil si hay mucha turbulencia, y podemos ayudarnos de un satélite (en el caso de Júpiter), una estrella o fijarnos en el borde del disco lunar en su caso. El correcto enfoque hay que asegurarlo con cada filtro que utilicemos. Si necesitamos una focal mayor sacamos con cuidado la cámara del portaoculares e insertamos la lente barlow. Será necesario enfocar nuevamente y aquí se notará mucho cualquier vibración, así que lo mejor es controlarlo todo desde el ordenador: movimientos del telescopio, enfoque y rueda de filtros. Una vez situado el filtro que corresponda y enfocado habrá que ajustar los parámetros de la cámara para obtener una imagen equilibrada en exposición, nitidez y contraste, sobre todo evitando que haya zonas saturadas completamente blancas. El tiempo de grabación será el suficiente para obtener al menos un millar de fotogramas. Si el objeto es un planeta este proceso hay que repetirlo con cada filtro (R, G y B) para obtener una imagen en color. Si se trata de una imagen lunar podemos limitarnos a una imagen monocromática con el filtro G. Es importante organizar muy bien los diferentes archivos que vamos generando con cada filtro para saber a qué corresponden en el procesado.

Una imagen en color de un planeta como Saturno se obtiene combinando tres imágenes monocromáticas obtenidas con los filtros rojo, verde y azul (R, G y B). Como luminancia podemos elegir la que presente más nitidez y detalle. Imágenes de Máximo Bustamante.
Para el procesado de los datos y conseguir una imagen con cierto grado de detalle necesitaremos uno o varios programas que permitan:
  • Analizar la calidad de los fotogramas y seleccionar los mejores. 
  • Alinear los fotogramas tomando como referencia los detalles de la superficie de los planetas o la Luna. 
  • Apilar los mejores fotogramas ya alineados. 
  • Realzar los detalles trabajando con los "wavelets" u ondículas de la imagen resultante. 
  • Crear una imagen en color asignando a cada canal (rojo, verde y azul) la imagen monocromática obtenida con su correspondiente filtro (previamente alineadas).
  • En el caso de Júpiter, corregir el efecto de su rápida rotación, que puede ocasionar un ligero desacoplamiento entre las imágenes R, G y B. 
Como siempre cada uno puede tener su método y programa preferido para realizar todos los pasos, y al igual que en la fotografía de cielo profundo no hay una receta universal para obtener una imagen planetaria, aunque sí un proceso lógico. Yo contaré cómo he trabajado con mis primeras capturas en esta modalidad de fotografía, asesorado en buena medida por Jesús Navas, de la agrupación astronómica malagueña "Sirio".

El primer programa que he utilizado es PIPP (Planetary Imaging PreProcessor), que se puede descargar aquí: https://sites.google.com/site/astropipp/.

Captura de pantalla con la interfaz de PIPP
Con PIPP podemos abrir uno o varios archivos de vídeo, y nos dará como resultado un archivo AVI con los fotogramas ordenados según su calidad y centrados en un área de interés que le definimos previamente. En la misma página del programa hay un manual para introducirnos en su manejo, que es fácil e intuitivo.

Una vez que tenemos todos nuestros archivos de vídeo unidos en uno (correspondientes a un filtro), y con los fotogramas analizados y ordenados por calidad, el siguiente paso es seleccionar los mejores, alinearlos y apilarlos en una imagen. Esto se puede hacer por ejemplo con el programa AutoStakkert (https://www.autostakkert.com/).

Captura de pantalla del programa AutoStakkert
Con este programa abrimos el archivo de vídeo generado por PIPP, y una vez analizado cada fotograma establecerá una retícula de puntos para alinear y apilar los mejores. El resultado será una imagen sobre la que trabajaremos para realzar los detalles.

Por último utilizaremos el programa RegiStax (https://www.astronomie.be/registax/), uno de los más famosos en astrofotografía planetaria. Realmente todos los pasos anteriores también se pueden hacer con este software, pero yo al menos he obtenido mejores resultados haciéndolo tal y como lo he expuesto. RegiStax es una herramienta muy buena para mejorar la nitidez de los detalles trabajando con "wavelets". En las capturas de pantalla siguientes se puede comprobar el cambio que opera en la imagen apilada tras ajustar un poco las tres primeras capas, que corresponden a las estructuras más pequeñas. Hay que tener en cuenta que un exceso de enfoque puede generar ruido y artefactos, por lo que se debe hacer con cuidado. Si los datos de partida no son buenos (porque apenas tengamos fotogramas de calidad en los vídeos que hemos capturado) no podemos esperar milagros; ahora, si se han producido momentos de estabilidad en la imagen es posible llegar a una nitidez y detalle sorprendentes. En este enlace hay un tutorial en español.

Captura de pantalla de RegiStax con la imagen antes de tocar los ajustes de wavelets
La misma imagen una vez ajustadas las capas
Este proceso hay que hacerlo con cada imagen monocromática obtenida con los diferentes filtros. En el caso de querer como resultado una imagen en color de un planeta habría además que alinear las imágenes y definirlas como canales de color. Yo lo he realizado con PixInsight, un software especial para astrofotografía (sobre todo de cielo profundo), pero también se puede hacer este paso con Photoshop o Gimp. No bastará con combinar los canales tal cual, sino que será necesario asignarles diferentes pesos para que la imagen resultante tenga un color lo más fiel posible a la realidad.

Para el caso de Júpiter tenemos un problema añadido: su rápida rotación (completa una vuelta en menos de 10 horas). Si entre las capturas con el filtro rojo y las del filtro azul pasan por ejemplo unos minutos, cuando digamos de combinar las imágenes nos daremos cuenta de que el acoplamiento no es perfecto. Para corregir el desplazamiento de los detalles por la rotación se utiliza el programa WinJUPOS: http://jupos.privat.t-online.de/index.htm

Una muestra de las imágenes planetarias que he obtenido están en mi galería:

http://astrogaleria.blogspot.com/search/label/Sistema%20Solar


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