ถ่ายภาพ Deep Sky ในสไตล์นักดาราศาสตร์สมัครเล่น

สำหรับคอลัมน์นี้ขอเสนอในหัวข้อ “ถ่ายภาพ Deep Sky ในสไตล์นักดาราศาสตร์สมัครเล่น” สืบเนื่องจากในช่วงสัปดาห์ก่อนผมได้จัดกิจกรรมโครงการอบรมนักดาราศาสตร์สมัครเล่น ซึ่งปีนี้ได้นำเสนอรูปแบบการถ่ายภาพวัตถุในห้วงอวกาศลึก หรือเรียกง่ายๆว่า Deep Sky Objects โดยกิจกรรมครั้งนี้ก็อาจมีหลายท่านที่สนใจแต่อาจสมัครเข้าร่วมกิจกรรมไม่ทันหรือ ติดภารกิจในช่วงเวลาดังกล่าว ในคอลัมน์นี้จึงขออนุญาตนำเอาความรู้ต่างในกิจกรรมในเล่าให้ฟัง หรือเป็นการทบทวนความรู้จากการที่หลายคนไปร่วมกิจกรรม
          
          ในการถ่ายภาพ Deep Sky Objects นั้นหลักการก็คือการถ่ายภาพแสงจากวัตถุท้องฟ้า ซึ่งในการถ่ายภาพนั้น เราต้องการเพียงแสงที่มาจากท้องฟ้า หรือ Photon แต่ในขณะเดียวกันการถ่ายภาพมานั้น ก็จะมีสัญญาณรบกวนติดมาด้วย เราถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้าได้ RAW File แต่เราต้องการภาพวัตถุท้องฟ้าที่แท้จริง ซึ่งในขณะเดียวกันภาพที่ได้ก็จะมีสิ่งต่างๆ เช่น ฝุ่น สัญญาณรบกวน(Noise) ความไม่สม่ำเสมอของแสงในภาพถ่ายที่ไม่ต้องการ จึงต้องทำการ Calibration เพื่อกำจัดสิ่งที่ไม่ต้องการออกไปเหล่านี้สามารถแก้ไขด้วยกระบวนทางดาราศาสตร์ ดังนี้

Bias Frames : สัญญาณรบกวน(Noise) ที่เกิดจากระบบอิเลคทรอนิกส์ของอุปกรณ์ที่ใช้ในการถ่ายภาพ วิธีการจำกัดสัญญาณรบกวนทำได้โดยการถ่ายภาพในขณะซีซีดีทำงานแต่ไม่ได้รับแสง โดยถ่ายภาพ Bias Frames จะใช้เวลาในการถ่ายภาพ 0 วินาที และควรถ่ายภาพหลาย ๆ ครั้ง แล้วนำค่าที่ได้มารวมเพื่อจะได้ค่าถูกต้องมากขึ้น 
          
          Thermal : อุณหภูมิความร้อนจากอุปกรณ์ และอุณหภูมิไม่เท่ากัน ก็จะเกิด Thermal Noise ไม่เท่ากันด้วย ดังนั้นเราจึงต้องควบคุมอุณหภูมิขณะถ่ายภาพให้คงที่ โดยการ Cooling CCD ให้ต่ำที่สุดเท่าที่อุปกรณ์จะทำได้ ซึ่งใช้พลังงานโดยประมาณ 70-80 %
          
          Dark Frames : เกิดจากการที่อุณหภูมิของ ซีซีดี มีผลต่ออิเล็กตรอนใน ซีซีดีชิพ เช่น เมื่อ CCD มีอุณหภูมิสูงอิเล็กตรอนจะวิ่งด้วยความเร็วสูง ทำให้มีสัญญาณออกมาจากอิเล็กตรอนเองไม่ใช่สัญญาณที่เกิดจากแสงดาว การถ่าย dark frames เป็นวิธีการที่สำคัญในการปรับปรุงภาพถ่ายซึ่งจะต้องถ่ายในที่มืดจริงๆ และจะต้องถ่ายภาพที่อุณหภูมิเดียวกับที่เก็บข้อมูล โดยใช้เวลาในการถ่ายเท่ากับเวลาที่ใช้ในการถ่ายภาพดาวที่ต้องการ
          
          Flat Fields : การลดสัญญาณที่ไม่ต้องการ ซึ่งเกิดจากการระบบ Optic ของเลนส์หรือกระจกของกล้องโทรทรรศน์ หรือฝุ่นที่เกาะอยู่บนเลนส์ หรือบน Filter การแก้ไข Flat fields ทำได้โดยการถ่ายภาพที่ความเข้มแสงสม่ำเสมอ เช่น แสงของท้องฟ้าตอนเย็น แสงจากฉากที่มีค่าความเข้มแสงสม่ำเสมอ เนื่องจากการถ่ายภาพ Flat Fields ต้องถ่ายในบริเวณที่มีความเข้มแสงค่อนข้างมาก ดังนั้น ควรใช้เวลาในการถ่ายที่ให้แสงประมาณ 40% - 60% ของประสิทธิภาพของ CCD เพื่อป้องกันการอิ่มตัวของซีซีดี (16 บิต = 0 – 64000)

ในทางปฏิบัติการถ่าย Dark สามารถนำมาใช้แก้ไขสัญญาณรบกวนจาก Bias และ Thermal ได้ ดังนั้นในการถ่ายภาพในรูปแบบของนักดาราศาสตร์สมัครเล่น เราจะถ่ายภาพอยู่ 3 อย่างด้วยกัน คือ
          
          1. ภาพดาว Light Frame
          
          2. ภาพ Dark Frame
          
          3. ภาพ Flat Frame
          
          
          
          
          
          ภาพดาว Light Frame

Light Frame คือการถ่ายภาพดาวหรือวัตถุท้องฟ้าที่เราต้องการถ่าย ซึ่งในการถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้า เราควรถ่ายภาพด้วยค่าความไวแสงที่ไม่สูงมากนัก และถ่ายหลายๆ ภาพ ด้วยเวลาการเปิดหน้ากล้องนานๆ เท่าที่จะสามารถทำได้ที่ภาพดาวยังไม่ยืดเป็นเส้น ทั้งการตั้งค่า WB ที่ค่าเท่ากันทุกๆ ภาพ 
          
          
          
          
          
          
          ภาพ Dark Frame

Dark Frame คือการถ่ายภาพมืดๆ ด้วยการปิดหน้ากล้องถ่ายภาพ ด้วยการตั้งค่าและเวลา รวมทั้งอุณหภูมิเดียวกันกับการถ่าย Light Frame ทุกประการ ซึ่งโดยปกติสมมุติเราถ่ายภาพ Light Frame มา 30 ภาพ Dark Frame เราก็ถ่ายไว้สัก 5 – 10 ภาพก็เพียงพอแล้วในทางปฏิบัติ
         
          โดยภาพมืดๆ ที่เราถ่ายได้มานั้น จะสังเกตเห็นว่ามีสัญญาณรบกวนเกิดขึ้น ในตำแหน่งเดียวกันกับที่เกิดขึ้นบนภาพ Light Frame ซึ่งจุดสัญญาณรบกวนดังกล่าวก็คือ จุดตำแหน่งที่โปรแกรมในการโปนเซสภาพจะนำไปใช้ในการอ้างอิงลบจุดสัญญาณรบกวนออกจากภาพ Light Frame นั่นเอง
          
          
          
          
          
          
          
          
          
          
          
          
          
          
          ตัวอย่างการถ่ายภาพ Dark Frame


 ภาพ Flat Fields

Flat Fields คือการถ่ายภาพพื้นที่มีความเข้มแสงที่มีความสม่ำเสมอ เช่น แสงของท้องฟ้าตอนเย็น แสงจากฉากที่มีค่าความเข้มแสงสม่ำเสมอ ด้วยการถ่ายภาพที่การตั้งค่า WB และ ISO เท่ากับที่ถ่าย Light Frame แต่เวลาที่ใช้ถ่ายนั้นไม่มีค่าตายตัว ควรใช้เวลาในการถ่ายที่ให้แสงประมาณ 40% - 60% ของประสิทธิภาพของ CCD เพื่อป้องกันการอิ่มตัวของซีซีดี
          
          จากภาพตัวอย่างการถ่าย Flat Fields จะเห็นว่าภาพที่ถ่ายได้ส่วนมากจะมีแสงที่ไม่สม่ำเสมอ ภาพมีขอบมืดกว่ากลางภาพ หรือบางครั้งอาจมีภาพเม็ดฝุ่นติดมาในภาพ ซึ่งความไม่สม่ำเสมอของภพาเหล่านี้ คือจุดที่โปรแกรมจะนำไปใช้ในการอ้างอิงเพื่อปรับปรุงแก้ไขในภาพ Light Frame นั่นเอง
          
          โดยปกติในกล้องถ่ายภาพ D-SLR สามารถใช้การดูค่า Histogram จากหลังกล้องได้เช่นกัน โดยดูว่ากราฟ Histogram ควรมีลักษณะเป็นรูประฆังคว่ำดังภาพตัวอย่างด้านล่าง


หลังจากการนำภาพ Dark Frame และ Flat Fields ทั้งหมดมาทำการ Calibrate กับภาพ Light Frame เสร็จแล้วเราก็สามารถนำเอาภาพ Light Frame ทั้งหมดมารวมกันหรือ Stack ภาพทั้งหมดเข้าด้วยกันก็จะทำให้ได้ภาพถ่ายวัตถุท้องฟ้าที่มีข้อมูลรายละเอียดของภาพได้มีคุณภาพสูงขึ้น ดีขึ้น นั้นเองครับ


เกี่ยวกับผู้เขียน
ศุภฤกษ์ คฤหานนท์

สำเร็จการศึกษาครุศาสตรบัณฑิต สาขาฟิสิกส์ จากมหาวิทยาลัยราชภัฏเชียงใหม่ และครุศาสตรมหาบัณฑิต สาขาเทคโนโลยีและการสื่อสาร จากมหาวิทยาลัยราชภัฏเชียงใหม่

ปัจจุบันเป็นหัวหน้างานบริการวิชาการทางดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ สดร., เคยทำวิจัยเรื่อง การทดสอบค่าทัศนวิสัยท้องฟ้าบริเวณสถานที่ก่อสร้างหอดูดาวแห่งชาติ มีประสบการณ์ในฐานะวิทยากรอบรมการดูดาวเบื้องต้น และเป็นวิทยากรสอนการถ่ายภาพดาราศาสตร์ในโครงการประกวดภาพถ่ายดาราศาสตร์ ประจำปี 2554 ของ สดร.ในหัวข้อ “มหัศจรรย์ภาพถ่ายดาราศาสตร์ในเมืองไทย”

“คุณค่าของภาพถ่ายนั้นไม่เพียงแต่ให้ความงามด้านศิลปะ แต่ทุกภาพยังสามารถอธิบายด้วยหลักการทางวิทยาศาสตร์ได้อีกด้วย”

อ่านบทความ "มหัศจรรย์ภาพถ่ายดาราศาสตร์" โดย ศุภฤกษ์ คฤหานนท์ ทุกวันจันทร์ที่ 1 และ 3 ของเดือน