Å behandle astronomiske data er dessverre ikke så enkelt som å justere noen verdier i Photoshop for å få et bilde jeg syns ser pent ut …
Det er ufattelig mange ting å tenke på når jeg skal behandle astronomiske bildedata. Det finnes noen standardting som alltid skal gjøres, men det er i tillegg visse ting som må vies en ekstra tanke utifra hvilket teleskop og instrument som er brukt til å gjøre observasjonene. Jeg har derfor lest håndbøker på mange hundrevis av sider som beskriver instrumentet som de astronomiske bildene jeg skal bruke er tatt med. Jeg har tidligere skrevet et innlegg om hvilke observasjonsdata jeg skal bruke.
I dette innlegget går jeg gjennom noen av de viktigste tingene som må gjøres for å få et bilde som det går an å gjøre vitenskap med.
Bildebehandlingen – steg for steg
Galaksebildene jeg skal bruke, vil være fulle av grums, hvor mye av det rett og slett skyldes utstyret som ble brukt for å ta bildene. Mye av dette kan jeg heldigvis rense opp i 😀
Alle stegene jeg skal igjennom fra jeg starter med det opprinnelige bildet frem til jeg ender opp med en modell av galaksen.
Skjevhetsnivå
Selv om detektoren i teleskopet ikke mottar noe lys i det hele tatt og eksponeringstiden settes til null sekunder, kan det likevel ha blitt produsert positive pikselverdier når detektoren leses av. Dette positive utslaget kalles skjevhetsnivået eller nullnivået («bias level» eller «zero level» på engelsk), og for mitt datasett ser det slik ut:
Skjevhetsnivået i detektoren.
Dette bidraget kan jeg fjerne fra galaksebildet ved å subtrahere disse pikselverdiene fra pikslene i galaksebildet. For bilder er ikke annet enn en haug med punkter (piksler) med ulike verdier, og jeg kan derfor gjøre aritmetikk med dem 🙂
Mørk respons
Dersom detektoren ikke mottar noe lys, men sitter i mørket over en viss eksponeringstid, vil detektoren likevel generere et signal, kalt mørk respons («dark response»). Dette er identisk med effekten i avsnittet om skjevhetsnivå, bortsett fra at graden av mørk respons vil være avhengig av eksponeringstiden.
For å korrigere for slik mørk respons, tar man mørk respons-bilder med samme eksponeringstid som observasjonene man gjør av galaksen. Da er det ingen sak å fjerne effekten! Igjen kan bidraget subtraheres fra galaksebildet.
Den mørke responsen i detektoren.
Flathetskorreksjon
Detektoren vil dessverre ikke være perfekt: Alle pikslene vil ikke reagere helt identisk på innfallende stråling, men ha ulik sensitivitet til lys.
Måten å rette opp i dette på, er å ta et bilde av en helt uniform, lys flate med detektoren. Dette bildet vil da vise hvordan sensitiviteten varierer i detektoren. For min galakse ser dette bildet (et såkalt «flat-field image») slik ut:
Sensitivitetsvariasjonen i detektoren.
Dette bildet kan brukes til å korrigere galaksebildet slik at det blir «flatt«, dvs. alle pikselverdiene i bildet blir skalert slik at de viser samme sensitivitet. Det gjøres ved å ta galaksebildet dividert med bildet ovenfor, etter å ha trukket fra de andre effektene.
Kosmiske stråler
Mens man lykkelig gjør sine observasjoner av galaksen man ønsker å studere, kan det i blant komme kosmiske stråler som «fotobomber» bildet. De vil danne lyse streker eller prikker foran eller rundt motivet i bildet, og ødelegger for vitenskapen man har lyst til å gjøre. Disse ønsker jeg å rense vekk. Her ses et eksempel på dette:
Eksempel på rensing av kosmiske stråler gjort med programvaren L.A. Cosmic. Animasjon: Pieter van Dokkum
For å fjerne kosmiske stråler, bruker jeg programvaren L.A. Cosmic, som er en algoritme for å bestemme hvilke punkter i et bilde som kan sies å være kosmiske stråler. Les den vitenskapelige artikkelen bak programvaren dersom du er nysgjerrig på hvordan dette fungerer (det baserer seg på «Laplacian edge detection») 🙂
Drizzle
«Drizzle» er kallenavnet på algoritmen kjent som «Variable-Pixel Linear Reconstruction», en algoritme som er utviklet av og for Hubbleteleskopet. Det er en metode for å kombinere bilder av samme objekt på en smart måte, og fjerne geometriske forvrengninger i bildet som skyldes optikken i teleskopet. Metoden forsøker seg også på å fjerne kosmiske stråler, dersom det skulle være noen igjen etter å ha kjørt L.A. Cosmic. Metoden fører i tillegg til bedre oppløsning og mindre støy i bildet!
Resultatet
Så hvordan har det endelige resultatet blitt? Her er et bilde av galaksen før bildebehandling:
FØR bildebehandling. Eksponeringstid: 300 s.
Men hvis vi gjør stegene jeg har beskrevet ovenfor, ender vi opp med dette resultatet:
ETTER bildebehandling. Her er to bilder blitt kombinert.
Her ser vi at mye av grumset har forsvunnet, og spiralstrukturen til galaksen har kommet tydeligere frem 😀
Den rare, svarte streken i bildet (som jeg ikke er helt sikker på hva er for noe, men den er i alle bildene) må jeg maskere vekk før jeg begynner med modelleringen, som er neste og siste steg i prosjektet.
* * *
Les mer om sommerprosjektet:
- Jeg har fått meg sommerjobb! (27. mai 2016)
- Observasjonsdata (24. juni 2016)
- Dagstur til København (5. juli 2016)
- Programvare (13. juli 2016)
Hovedbilde: Bakgrunnsbildet viser NGC 5548 fotografert av Hubbleteleskopet, hovedfonten er Ali, sekundærfonten er Myriad Pro, designet av meg
