Het maken van Flat frames

Het maken van flats is voor velen een mysterie. Flats zijn van alle calibratie subs (denk aan dark en bias subs) vaak het moeilijkste om te maken. In dit artikel wordt beschreven hoe flat frames kunnen worden gemaakt voor en met een DSLR of CCD camera.

Flat frames worden gebruikt voor het corrigeren van vignettering (lichtafval naar de hoeken van het beeld) en stofdeeltjes op (voornamelijk) de sensor. Er komt veel kijken bij het maken van goede flatframes en van de meest gebruikte calibratie frames (Bias frames , Dark frames, flat frames) zijn flat frames het moeilijkst te maken. Maar met het volgen van een paar simpele uitgangspunten is het maken van goede flat frames voor iedereen goed te doen.

Flatframes moeten worden gemaakt met dezelfde optische trein als waarmee de lightframes (de eigenlijke opnamen) zijn gemaakt. Dus met dezelfde lens met hetzelfde diafragma of dezelfde telescoop, met hetzelfde filter en in dezelfde orientatie van de camera t.o.v. de telescoop. Ook de scherpstel positie moet gelijk zijn aan die gebruikt tijdens het maken van de opnamen.

Er moet een gelijkmatig verlicht beeldveld worden gebruikt. Een goed gelijkmatig verlicht beeldveld is afkomstig van een z.g. Flatpanel of Flat Field Generator zoals te zien in de onderstaande afbeelding. Minder goede methoden zijn het gebruik van een LCD (Laptop/tablet) scherm of het gebruiken van de schemering om z.g. Sky Flats te maken.

Flatfield generatoren

Het volgende onderdeel in het stappenplan voor het maken van flats is het bepalen van de juiste belichting.

Die juiste belichtingswaarde is ongeveer de helft van de maximale belichtingswaarde.

En omdat het sensor beeldveld van een Flat frame vrijwel nooit egaal verlicht zal zijn bedoelen we hier dat de piek in het lineaire histogram:

op ongeveer de helft van de horizontale as moet liggen…

zoals te zien is in onderstaand voorbeeld.

Het lineaire histogram is NIET het histogram zoals we dat zien op het schermpje achterop een DSLR camera, dat is een niet-lineair histogram!

De ideale belichting van een Flat frame is anders gezegd de helft van de maximale ADU* waarde.

*ADU= Analog to Digital Units.

In dit artikel zal ik voor alle ADU waarden uitgaan van een 16 bit bestand met theoretisch maximaal 65535 als hoogste waarde. In een programma als Pixinsight kies je dan b.v. in HistogramTransformation en Statistics voor een 16 bit weergave. Hoezo “theoretisch” maximaal 65535? Dit is omdat zowel een DSLR als een CCD camera beperkingen hebben in de maximale verzadiging van elke pixel.

de piek van het lineaire histogram ligt ongeveer op de helft van de horizontale as.

De piek van het lineaire histogram ligt ongeveer op de helft van de horizontale as.

Maar we kunnen de werkelijk maximale waarde eenvoudig bepalen. Dit doen we bij een DSLR door een compleet overbelichte opname te maken waarbij we zeker weten dat alle pixelwaarden de maximale verzadiging hebben bereikt. Bijvoorbeeld door midden op de dag met een vol open lens 30 seconden of zelfs langer te belichten. Wanneer we zo’n “witte” opname openen in Pixinsight (zie onder), dan valt op dat voor respectievelijk Rood, Groen en Blauw de volgende gemiddelde waarden worden gemeten op de 16 bit schaal: 58141, 58008 en 57883.

Dat is dus helemaal geen 65535. Voor deze camera willen we daarom mikken op:

 58000/2= 29000 als piekwaarde voor flat frames. 

In onderstaande scherm afbeelding is links te zien hoe de Raw file in dit geval is ingelezen in Pixinsight, met VNG debayering.

Bewust overbelichte opname

Voorbeeld van de gegevens van een bewust totaal overbelichte opname met DSLR

Voor de volledigheid laat ik hieronder dezelfde overbelichte opname zien, maar nu geopend in Pixinsight met een “pure Raw” weergave. Dan zien we een waarde van 14000 als piek en met deze instelling moeten we dan 7000 gebruiken als richtwaarde. (Ik laat dit voor de volledigheid zien, zelf gebruik ik de bovenstaande DSLR RAW instelling)

Pure Raw weergave van bewust overbelichte opname.

Weten we nu alles wat we nodig hebben voor het maken van een Flat frame? Voor een CCD camera bijna, voor een DSLR camera moeten we nog een paar zaken meer afvinken.

Bij een CCD camera moeten we de flats maken met dezelfde binning, offset en Gain als dat we gebruiken voor de Light frames.

Ook moet de belichtingstijd lang genoeg zijn om te voorkomen dat we last hebben van “sluiter schaduw”, alles langer dan 0.5 seconde voldoet meestal. In het geval van een DSLR camera is het ook van belang om tenminste 0.5 seconde te belichten, en beter is enkele seconden. Daarnaast is het zo dat de meeste moderne DSLR’s gebruikt worden bij ISO800- ISO1600, maar dat de Flat frames het best gemaakt kunnen worden bij lagere ISO waarden. Dit omdat een Flat frame een weergave moet zijn van niet alleen de on-even lichtverdeling en stofdeeltjes, maar ook van niet uniforme pixel reactie op licht.

Dit laatste bereiken we het beste met een hoge signaal-ruisverhouding en daarom is het maken van flats bij b.v. ISO 100 of ISO 200 aan te bevelen. (van belang voor met name Canon DSLR’s) Denk er wel aan om deze flats te calibreren met Bias frames van dezelfde ISO waarde.

Nu zijn we in staat om een serie goede flats te maken!

Na controle van de flats om te zien of de belichting correct was is het nu ook mogelijk om te zien of er te veel stofdeeltjes op de sensor zitten en we kunnen onze “Optische trein” beoordelen. Er zijn namelijk praktische grenzen aan de correctie mogelijkheden voor lichtafval met flats. Als vuistregel kunnen we zeggen dat we een lichtafval van 35% naar de hoeken nog kunnen corrigeren met flat frames. Onderstaand voorbeeld laat te veel lichtafval naar de hoeken zien van een 24 mm lens. Wanneer we gebruikmaken van het “FlatcontourPlot” script in Pixinsight en de waarden rechts in de plot vergelijken dan zien we zo’n 85% lichtafval naar de hoeken!

Vergelijk dat eens (zie onder) met de slechts 8% lichtafval naar de hoeken in onderstaande plot van de QHY16200 CCD camera aan een Esprit 100 APO triplet refractor….

QHY16200- Esprit 100 Flat contourplot

Met behulp van de bovenstaande stappen zal het maken van flats makkelijker worden en vooral meer consistente resultaten opleveren.

Voor een diepe verhandeling inzake Flats en de invloed van de kleur van een flat op de calibratie verwijs ik je graag naar onderstaande starry-night.nl forum topic:

Heeft de kleur van een flat invloed op de flat-calibratie?

Copyright © Kees Scherer (auteur & image data) & © starry-night.nl 2017

2 comments on “Het maken van Flat frames

  1. Defesche

    Kees welke box kun je aanbevelen, gezien je ervaring met deze zaken. Vroeg of laat zal er wel een stofje op mijn sensor verschijnen (buiten de altijd aanwezige vignettering). Ik wilde een wit laptopscherm gaan gebruiken maar gezien de aufwand is zo’n box denk ik toch handiger. Nadeel is natuurlijk dat je voor telelens en een of meerde telescopen meerdere van die dingen nodig hebt?

  2. KeesScherer Post author

    De Geoptik versie bevalt mij het beste, omdat deze een dimmer heeft. Ik heb maar 1 Flatfieldgenerator nodig, want je kan een “te grote” versie gewoon gebruiken voor een kleine lens. Camera op de kop leggen en het ding er bovenop. Ik heb de beste stand van de dimmer uitgezocht en deze gemerkt en ik verstel dat nooit meer.

Leave a Reply