Valo ja värit

Varoitus: Luvassa on kuivakkaa (mutta ihan hyödyllistä) teoriatietoa!

Valokuvaajille värien ymmärtäminen on keskeinen asia, mutta silti väreistä on liikkeellä paljon väärinymmärryksiä. Erityisesti tähtivalokuvauksen kannalta asia on tärkeä ymmärtää hyvin, sillä kuvien käsittely hoidetaan alusta asti itse, eikä sitä voi ulkoistaa kameralle tai Adobe Lightroomille. Värit ovat monille niin itsestäänselvä asia, että niitä ei tule mietittyä sen tarkemmin. Mitä väri tarkkaanottaen on? Onko väri aineen ominaisuus? Tai valon ominaisuus? Ei varsinaisesti kumpaakaan!

Väri on valon aiheuttama aistimus ihmisen näköjärjestelmässä. Valo puolestaan on sähkömagneettista säteilyä, aivan kuten radioaallot, mikroaallot, röntgensäteet ynnä muut. Nämä eri säteilytyypit erottaa toisistaan ainoastaan säteilyn aallonpituus. Valo käyttäytyy kummallisesti yhtä aikaa niin hiukkasina kuin sähkömagneettisina aaltoina. Näiden aalton aallonpituus määrää miten silmä reagoi niihin, vai reagoiko laisinkaan. Tässä tapauksessa helpointa lienee ajatella valo pieninä hiukkasina, eli fotoneina, joihin jokaiseen on kiinnitetty numero, sille ominainen aallonpituus.

Ihmissilmä reagoi fotoneihin, joiden aallonpituus on karkeasti 400 ja 700 nanometrin välillä. Pitkät aallonpituudet havaitaan punertavina ja lyhyet sinertävinä. Näiden välissä olevat aallonpituudet havaitaan vihertävinä. Arkielämässä kohdataan kuitenkin harvoin valonlähteitä, jotka säteilevät vain yhdellä aallonpituudella (tällaista valoa kutsutaan monokromaattiseksi). Sen sijaan yleisimmät valonlähteet säteilevät valoa monilla valon aallonpituuksilla. Kun fotoneja on suuri joukko, voidaan tarkastella fotonijoukon aallonpituuksien jakaumaa. Tätä jakaumaa kutsutaan valon spektriksi. Spektri kuvaa käytännössä miten kirkas valo on kullakin aallonpituudella.

Miten väriaistimus muodostuu?

Ihmissilmässä on tappisoluiksi kutsuttuja soluja, joiden avulla ihminen aistii valoa ja sen värejä. Tappisoluja on kolmenlaisia, ja erilaiset tappisolut ovat herkkiä valon eri aallonpituuksille. Tappisolujen ansiosta ihmisen näköjärjestelmä kykenee erottelemaan eri spektrejä toisistaan, eli eri spektrit tuottavat eri väriaistimuksen. Tappisolut eivät kuitenkaan toimi hämärässä valaistuksessa. Tällöin apuun tulevat sauvasolut, joita on vain yhdenlaisia. Koska sauvasoluja on vain yhdenlaisia, ne eivät kykene erottelemaan erilaisia spektrejä toisistaan, vaan ne havaitsevat eri spektrit vain kirkkauseroina. Tämän takia ihminen ei kykene havaitsemaan värejä hämärässä.

Eri tappisolutyypit on nimetty S-, M- ja L-tappisoluiksi. Kirjaimet viittaavat sanoihin Short (lyhyt), Medium (keskipitkä) ja Long (pitkä), joilla tarkoitetaan aallonpituuksia, joille tappisolut ovat kaikkein herkimpiä. S-tappisolut ovat herkkiä lyhyille aallonpituuksille (siniselle valolle), M-tappisolut keskipitkille aallonpituuksille (vihreälle valolle) ja L-tappisolut pitkille aallonpituuksille (punaiselle valolle). Oheisesta kuvasta voi nähdä eri tappisolutyyppien suhteelliset herkkyydet valon eri aallonpituuksille.

1016px-cones_smj2_e-svg

Tappisolujen herkkyyskäyrät. © User:Vanessaezekowitz / Wikimedia Commons / CC-BY-3.0

Kunkin tappisolutyypin vaste tiettyyn spektriin voidaan laskea suoraan painottamalla spektri tappisolun herkkyydellä ja laskemalla käyrän alle jäävä pinta-ala (ts. integroimalla). Kaikki spektrit, jotka tuottavat keskenään samat tappisoluvasteet, näyttävät ihmissilmällä samalta. Näin mikä tahansa väriaistimus voidaan ilmoittaa yksinkertaisesti kolmella numerolla. Asiaa mutkistaa hieman se, että ihmisen näköjärjestelmä mukautuu ympäröivään valaistukseen, mikä muuttaa väriaistimuksia, mutta siihen emme perehdy tässä sen syvemmin.

Tätä tappisolujen vasteiden määrittämää esitystapaa kutsutaan LMS-väriavaruudeksi. Erinäisistä syistä LMS-väriavaruutta ei juurikaan käytetä, vaan värejä pyöritellään sellaisissa väriavaruuksissa kuten sRGB, CIEXYZ ja CIELAB. Kaikki väriavaruudet nojaavat kuitenkin pohjimmiltaan siihen, että kolme numeroa ja tieto käytetystä väriavaruudesta määrittävät yksikäsitteisesti väriaistimuksen.

Kameran tallentamat värit

Normaali värikamera toimii hyvin samalla periaatteella kuin silmän tappisolut. Kameran sensori koostuu yksittäisistä valoherkistä pikseleistä, joista jokaisen päällä on punainen, vihreä tai sininen värisuodatin, kuten oheisessa kuvassa. Koska jokaisen pikselin päällä on vain yksi värisuodatin, täytyy puuttuvien suodattimien informaatio laskea naapuripikselien perusteella. Näin saadaan aikaiseksi kuva, jonka jokaisessa pikselissä on kolme numeroa kuvaamassa pikseliin osuneen valon väriä.

1024px-Bayer_pattern_on_sensor.svg

Värikameran kennolla olevat värisuodattimet. © User:Cburnett / Wikimedia Commons / CC-BY-SA 3.0

Tähtivalokuvaajat käyttävät usein värikameroiden sijasta harmaasävykameroita, jotka kykenevät tallentamaan vain kirkkauseroja. Tällaisilla kameroilla voidaan kuitenkin tehdä värikuvia vaihtamalla kameran eteen vuorotellen erilaisia värisuodattimia. Näin lopputulema on sama kuin värikameran kanssa, eli jokaista pikseliä kohden tallessa on kolme numeroa. Usein näistä numeroista puhutaan pikselien RGB-arvoina.

Tässä kohtaa tähtikuvaajat ovat yleensä tyytyväisiä, ja kuvia lähdetään valkotasapainottamaan, venyttämään ja käsittelemään eteenpäin. Tämä ei tarkkaanottaen ole kuitenkaan ihan oikein. Kameran raakakuvasta luetut RGB-arvot eivät vielä suoraan kerro minkälaisen värihavainnon ihmisen näköjärjestelmä olisi saanut samasta näkymästä. Tietyn spektrin tuottamat RGB-arvot riippuvat täysin kameran sensorin herkkyydestä valon eri aallonpituuksille ja käytettyjen värisuodattimien päästökaistoista. Oheiseen kuvaajaan on piirretty järjestelmäkameran punaisten, vihreiden ja sinisten pikselien tyypilliset herkkyydet.

Picture1

Canon EOS 60D -järjestelmäkameran herkkyyskäyrät.

Kameran tuottamia RGB-arvoja voidaan muuttaa mielivaltaisesti vaihtamalla sensoria tai värisuodattimia, vaikka pikseliin tullut spektri todellisuudessa tuottaisi ihmissilmässä aivan tietynlaisen väriaistimuksen. Alla olevaan kuvaajaan on piirretty käyttämäni Atik 460EX -kameran herkkyys Astrodonin värisuodattimien kanssa. Kuten kuvasta näkyy, suodattimien päästökäyrät ovat vallan erilaiset kuin esimerkiksi järjestelmäkameralla, eli samanlainen valon spektri tuottaa aivan erilaiset RGB-arvot järjestelmäkameralla kuin tähtikuvauskameralla.

astrodon_icx694

Atik 460EX -tähtikuvauskameran herkkyys valon eri aallonpituuksille Astrodonin värisuodattimien kanssa.

Ongelmaa voi havainnollistaa miettimällä mitä tapahtuu, jos esimerkin kameralla ja suodattimilla kuvaisi planetaarista sumua, jossa ionisoitunut happi säteilee monokromaattista valoa 500 nanometrin aallonpituudella (tämä on siis sama asia kuin tähtikuvaajille tuttu OIII-emissio). Ihmissilmällä 500 nanometrin säteily näkyy sinertävän vihreänä.

Astrodonin vihreän ja sinisen suodattimen päästökaistat menevät päällekäin 500 nanometrin kohdalla, joten valo aiheuttaa suunnilleen yhtä voimakkaan vasteen molempien suodattimien kanssa, eikä lainkaan vastetta punaisen kanssa. Sumu näyttäisi siis jotakuinkin oikean väriseltä, jos RGB-kuvaa käytettäisiin sellaisenaan. Päästökaistat menevät tässä kohtaa päällekäin juuri tämän vuoksi. Astrodon on suunnitellut suodattimet tähtikuvaajia varten. Sen sijaan jos vihreän suodattimen päästökaistaa siirrettäisiin hieman pitkiä aallonpituuksia kohti, lakkaisi 500 nanometrin säteily aiheuttamasta kamerassa minkäänlaista vastetta vihreän suodattimen kanssa, ja sumu näyttäisi sellaisenaan käytetyssä RGB-kuvassa täysin siniseltä.

Miten korjata tilanne?

Jos tavoitteena on valokuva, jonka värit vastaavat ihmisen näköjärjestelmän tuottamia väriaistimuksia samasta näkymästä, täytyy luoda jonkinlainen linkki kameran RGB-arvojen ja todellisten värien välille. Voidaan ajatella, että kameran kuvasta mitatut RGB-arvot ovat laitteen omassa laiteriippuvaisessa väriavaruudessa, jonka suhde johonkin laiteriippumattomaan väriavaruuteen täytyy selvittää. Tavoitteena on siis luoda muunnos, joka muuntaa laiteriippuvaiset RGB-arvot johonkin tunnettuun väriavaruuteen. Normaalitilanteessa kameravalmistaja on vastuussa tästä, ja kamera tekee muunnoksen (ja kaiken muunkin käsittelyn) valmiiksi. Tähtivalokuvien tapauksessa kaikki käsittely täytyy tehdä itse.

Tällaisia värimuunnoksia on monenlaisia, ja niiden kehittäminen ei ole aivan suoraviivaista. Yleisin ja yksinkertaisin tapa on kuvata jotakin tunnettua värikarttaa tunnetussa valaistuksessa. Kun tiedetään minkä värisiä värikartan värinäytteet ovat todellisuudessa ja kuvasta mitataan niiden tuottamat RGB-arvot, voidaan tällainen muunnos luoda. Alla on kuva yleisesti käytössä olevasta värikartasta.

gretag-macbeth_colorchecker

GretagMacbeth ColorChecker -värikartta.

Valaistuksen spektrin mittaaminen ja värikartan kuvaaminen kaukoputkella ovat kuitenkin vähintään haastavia toimenpiteitä, eikä maanpäällisille kohteille normaaleissa valaistusolosuhteissa optimoitu muunnos välttämättä toimi kovin hyvin tähtikuvissa, sillä avaruuden kohteiden säteilemät spektrit poikkeavat merkittävästi spektreistä, joita tavataan arkielämässä Maapallolla.

Sopiva muunnos voidaan tehdä myös laskennallisesti, jos suodattimien päästökaistat ja kameran herkkyys valon eri aallonpituuksille tunnetaan, sillä näillä esitiedoilla voidaan laskea millaisen RGB-arvon minkäkinlainen spektri tuottaa kamerassa. Asiaa mutkistaa se, että tähtivalokuvauksessa käytettyjen värisuodattimien päästökaistoissa tapahtuu yleensä jyrkkiä vaihteluita, ja eri suodattimien päästökaistat eivät mene juurikaan päällekkäin. Erinäisistä syistä tämä vaikeuttaa sopivan muunnoksen tekemistä. On helppo tehdä muunnos, joka korjaa muutaman värin hyvin lähelle oikeaa, mutta loput muuttuvat entistäkin huonommiksi. Aiemmin kuvatuille järjestelmäkameran päästökaistoille on huomattavasti helpompi tehdä toimiva värimuunnos.

Tähtikuvaamisen tapauksessa värien korjaaminen lähemmäs totuutta on sen verran haastavaa, että useimmissa tapauksissa on helpointa jättää korjaus tekemättä. Käytännössä kaikki avaruuden kohteet ovat niin himmeitä, että ihmissilmä ei kykene näkemään niissä värejä, joten ihmisellä ei ole mitään suoraa kokemusta siitä minkä väriseltä minkäkin kohteen pitäisi näyttää. Maanpäällisiä kohteita kuvatessa tilanne on aivan erilainen, sillä ihminen huomaa heti jos esimerkiksi Fiskarsin sakset tai Coca-Cola-tölkit ovat väärän värisiä, iho vihertävää tai puiden lehdet sinertäviä. Tällaisia hyvin tuttuja värejä kutsutaankin muistiväreiksi.

Muistivärien takia on tärkeää, että värit korjataan mahdollisimman lähelle todellista näköaistimusta. Avaruudessa muistivärejä ei juuri ole, joten tarkalla värientoistolla ei ole läheskään niin suurta merkitystä. Yleensä riittää, että kuvat ovat miellyttävän värisiä.

Näyttölaitteet ja värienhallinta

Kauniit tähtikuvat tietokoneen kovalevyllä eivät juuri lämmitä, jos niitä ei pääse näkemään. Kuvia yleensä katsellaankin erilaisilla näyttölaitteilla, ja näyttölaitteella on keskeinen merkitys sille miltä kuvat lopulta näyttävät.

Siinä missä kamera vastaanottaa valoa ja tallentaa havaitsemansa spektrin kolmeksi numeroksi, näyttölaite tekee päinvastoin. Näyttölaite vastaanottaa tietokoneelta kolme numeroa, ja tuottaa niiden perusteella valoa, jonka spektri toivottavasti tuottaa oikeanlaisen väriaistimuksen ihmisen näköjärjestelmässä.

Jotta näyttö näyttäisi halutut värit oikein, näytöille tehdään samankaltainen värimuunnosoperaatio kuin kameroille, paitsi käänteisesti. Näytölle annetaan käskyjä näyttää erilaisia värejä, ja tarkoitukseen valmistetulla mittarilla (esim. X-Rite i1 Display Pro) mitataan millaista valoa näytöstä todellisuudessa säteilee. Näin voidaan näytölle annettuja värejä korjata siten, että lopputulos on haluttu. Tätä mittausoperaatiota kutsutaan näyttölaitteen profiloinniksi.

Värienhallinnassa on siis pohjimmiltaan kyse vain siitä, että tutkitaan miten erilaiset laiteriippuvaiset väriavaruudet suhtautuvat laiteriippumattomiin väriavaruuksiin, jotta värit pystytään säilyttämään oikein siirryttäessä avaruudesta toiseen. Koko ketju kamerasta tietokoneen kautta näyttölaitteelle saattaa mennä karkeasti seuraavanlaisesti. Kameran kennolle lankeaa ulkomaailmasta valoa, jonka kamera muuttaa RGB-arvoiksi. Muunnos laitteen omista laiteriippuvaisista RGB-arvoista johonkin laiteriippumattomaan väriavaruuteen kuten CIEXYZ-avaruuteen saadaan laitevalmistajalta tai se voidaan määrittää itse. Kun muunnos on tiedossa, RGB-arvot voidaan muuntaa tähän väriavaruuteen. Kun näyttölaite on profiloitu, eli tunnetaan muunnos esimerkiksi CIEXYZ-avaruudesta näyttölaitteen omaan väriavaruuteen, voidaan kuvan muuntaa taas tähän laiteriippuvaiseen väriavaruuteen ja lähettää näytölle, joka puolestaan tuottaa valoa, joka toivon mukaan aiheuttaa samanlaisen väriaistimuksen kuin alkuperäinen näkymä, jonka kamera näki.

Yleensä kuvatiedostojen metatietoihin tallennetaankin tieto siitä, että missä väriavaruudessa kuvatiedostoon tallennetut numeroarvot on ilmoitettu. Tämä tieto väriavaruudesta erottaa mielivaltaiset kolmen numeron yhdistelmät varsinaisista väreistä. Normaali kuluttajakamera tuottaa värikuvan, johon tallennetut RGB-arvot ovat tyypillisesti sRGB-väriavaruuden koordinaatteja. sRGB on hyvin yleisessä käytössä oleva väriavaruus, ja esimerkiksi internet-selaimet olettavat yleensä avaamansa kuvat sRGB-kuviksi, jos kuvaan ei ole upotettu tietoa jostakin muusta väriavaruudesta. Myös kuluttajille suunnatut näytöt säädetään yleensä noudattelemaan sRGB-väriavaruutta.

Maalia pintaan

Komakallion uusi havaintosuoja kesti läpi viime talven pelkällä pohjamaalilla. Heinäkuun lopulla maalasimme kopin seiniin toisen kerroksen pohjamaalia, ja sen jälkeen Komakallion muiden rakennusten väriä noudattelevan julkisivumaalin.

etelaseina

Kopin eteläpuoli

pohjoisseina

Kopin pohjoispuoli

Seuraavana suunnitelmissa on liukukaton motorisointi, siitä lisää myöhemmin!

Uusi havaintosuoja Komakalliolle

Kuvauskauden aloitus viivästyi muutamalla kuukaudella tällä kertaa, sillä ryhdyimme kolmeen pekkaan Jari Saukkosen ja Lauri Kankaan kanssa rakentamaan uutta havaintosuojaa Kirkkonummen Komakalliolle, ja koppi alkaa vasta nyt olla valmis ja käyttökunnossa.

Koppia lähdettiin suunnittelemaan sellaisin aikein, että sinne saadaan kolmen hengen kuvauskamppeet saman katon alle. Havaintosuoja on perusperiaatteiltaan samanlainen kuin Komakallion aiemmatkin havaintosuojat. Rakennuksen katto liukuu kiskoja pitkin pois tieltä, muu rakennus pysyy kiinteästi paikallaan. Ensi kesän jatkoprojektina on vielä katon moottorointi ja kytkeminen tietokoneohjattavaksi. Toistaiseksi katto liikkuu käsivoimin.

Tästä se kaikki alkoi. Kallioon piirrettiin tulevan rakennuksen pohjapiirros, jotta saatiin itsekin vähän kuvaa siitä minkä kokoinen mörskä on tulossa.

cjvhg1i

Uuden kopin pohjapiirros

Jari ja Lauri hoitivat itse kopin suunnittelun, meikäläinen oli enemmän apuna käytännön työssä. Suunnittelutyöhön käytettiin aikaa ja se tehtiin huolella, jotta saataisiin mahdollisimman hyvä koppi, eikä vahingossakaan vaikeutettaisi tulevia automaatiohaaveita. Kopista tehtiin jopa 3D-malleja suunnittelun tueksi.

Aivan ensimmäiseksi lähdettiin kasaamaan kaukoputkien jalustatolppia, koska niiden sijainnit ja korkeudet määräsivät koko muun kopin lopulliset mitat. Itäisestä tolpasta tehtiin hieman muita korkeampi silmälläpitäen Jarin hankkimia uusia kuvauslaitteita. Tolppien runko kasattiin ensin pyöreistä pilariharkoista, jonka jälkeen ne täytettiin betonilla. Lopuksi harkkojen ympärille sujautettiin vielä valumuotti, joka sekin täytettiin betonilla. Tämä jouduttiin tekemään siksi, että saisimme tolpan yläpintaan upotetut kolme kierretankoa riittävän etäälle toisistaan, jotta jalustakiinnitys mahtuu vielä niiden väliin.

Jalustatolppien jälkeen teimme rakennuksen alasiteen sekä asemoimme perustukset. Muotoilimme perustusharkot jotakuinkin allaolevan kallion muotoihin sopiviksi siten, että perustusten yläreunat tulivat lähestulkoon samaan tasoon. Koska kellään meistä ei ollut moisesta hommasta kokemusta ennestään, ostimme kaupasta betonisahan ja yritimme käsipelillä sahata ja muotoilla harkkoja. Yhden harkon katkaisuun meni melkein tunti, ja sitten ryhdyimmekin käyttämään rälläkkää. Sillä homma sujui huomattavasti mukavammin. Alaside valettiin kiinni perustuksiin pilarikengillä.

Alasiteen ja lattiapalkkien valmistuttua teimme jämäpuusta mallin, josta näki suunnilleen kuinka korkea kopista tulee. Jari testasi myös jo uutta jalustatolppaa tässä kohtaa. Kuten kuvasta näkyy, kaukoputki tulisi mahtumaan parkkiasennossa katon alle. Tolppien yläpinnassa oleviin kierretankoihin pujotettiin alumiinilevyt, joihin oli helppo tehdä kullekin jalustalle sopivat kiinnitysmekanismit.

Heti kun rakennusmateriaali oli hankittu, ryhdyimme rakentamaan seiniä. Teimme kaikki mahdolliset runkorakenteet painekyllästetystä puusta, jotta kopista tulisi mahdollisimman pitkäikäinen. Kyllästämätön puu kestää Komakallion oloissa maksimissaan 10 vuotta, jos se pääsee kastumaan. Havaintopaikan päätornin kyllästämättömät kiskot jouduttiin puun mätänemisen takia purkamaan ja rakentamaan uudestaan juuri tänä kesänä. Loppukesästä ja alkusyksystä illat alkoivat jo pimentyä, ja jouduimme yhä enemmän tekemään hommia pimeällä. Onneksi työmaavalot on keksitty!

Seuraavana työlistalla olivat kiskot, joiden päälle katto tulisi rullaamaan. Oikeastaan vasta tässä vaiheessa konkretisoitui rakennelman lopullinen koko. Tästähän tulee valtava! Pohjoispuolen kiskoihin hädintuskin yltää maasta. Kiskoista saatiin lopulta aika suorat, mutta inhimillisen erheen vuoksi ne jäivät vähän kuopalle yhdestä kohtaa.

Seuraavana vuorossa olivat kiskojen metalliosat sekä katon pyörästöt. Ylempi kisko tehtiin alumiinisesta kulmaprofiilista ja alempi lattaprofiilista. Ylemmässä pyörästössä on siten urapyörä ja alemmassa rullalaakeri. Urapyörät yhdistettynä kulmaprofiiliin ohjaavat katon kiskoja pitkin, eikä katto pääse luiskahtamaan pois. Koska katto on tehty puusta ja sen koko elää hieman, molempia kiskoja ei voitu tehdä tällä tavalla ohjaaviksi. Pyöriä varten piti käydä sorvaamassa holkkeja, joiden avulla pyörät saatiin puristettua pyörästöjen sisään tukevasti.

Pyörästöistä tuli vähän turhankin järeitä, ja onnistuimme pudottamaan toisen pyörästöistä alemman kiskon päältä pari kertaa. Onneksi pahemmilta vaurioilta säästyttiin. Kun pyörästöt oli nostettu paikoilleen, ryhdyimme tekemään kattotuoleja. Kattorakenteet tehtiin kyllästämättömästä puusta, koska ne jäisivät käytännössä kokonaan suojaan, ja ulospäin näkyvät osat maalattaisiin. Kun kattotuolit ja niiden vinotuet olivat paikoillaan, alettiin katolle naulata WISA-kattovaneria.

Muutamien hintalaskelmien jälkeen päätimme tehdä seinät OSB-levystä eli niin kutsutusta ”jenkkivanerista” normaalin vanerin sijaan. OSB-levy oli paljon halvempaa, ja hieman kevyempääkin. Aika näyttää miten se kestää sääoloja. Kaikki leikkauspinnat on ainakin huolellisesti käsitelty öljyllä, ja levy on aika liimapitoista.

Kun seinälevyt oli leikattu sopivan kokoisiksi ja ruuvattu paikoilleen, alettiin kattovanerin päälle asentaa kattohuopaa. Ensin katon reunat peitettiin huopakaistaleilla, jonka jälkeen palahuopa ladottiin rivi riviltä paikoilleen ja naulattiin huopanauloilla. Aivan lopuksi katonharjalle vedettiin kaistale rullahuopaa. Harjakaistale piti kiinnittää bitumiliimalla, joka oli ainakin näissä noin 10 asteen lämpötiloissa hirveän jäykkää tököttiä. Sen käsittely oli tosi tuskaista ja sotkuista. Lopputulos kuitenkin hivelee silmää. Aivan varmasti Komakallion hienoin katto!

Rakennuksen sisätilatkin alkoivat pikkuhiljaa hahmottua. Lattia vain puuttui edelleen. Teimme vanerista oven ja laudasta koristelistat, jotka suojaavat OSB-levyn saumoja vedeltä.

Saimme pohjamaalit seiniin aivan viime tingassa ennen pahoja sateita ja kylmempiä kelejä. Pohjamaalia on sen verran, että seinien pitäisi säilyä hyvin ensi kesään, jolloin maalaamme kopin uusiksi.

Alunperin lattia aiottiin tehdä raakaponttilaudasta, mutta rakennusmateriaaliksi lopulta valikoitui mökkilattialauta. Se oli vain hieman kalliimpaa, mutta paljon paremman näköistä ja mukavampaa työstää. Ponttilautojen paukuttamiseen meni aika monta iltaa ja saimme yhden parkettiraudankin hajalle siinä ajassa liiasta paukuttamisesta. Vaan tulipahan siisti lattia.

Kun lattia saatiin valmiiksi, oli aika kiikuttaa kuvauskamppeet uuteen hienoon koppiin! Havaintosuoja on aika kodikas, varsinkin kun sisätilan lämmittää lämpöpuhaltimilla.

xV6lYRoh

Havaitsimme nopeasti, että sileä lattialauta tulee tosi äkkiä likaiseksi, kun sitä tallaa kuraisilla ulkokengillä. Lattia on myös aika liukas, jos kengissä sattuu olemaan lunta tai jäätä. Ideoimme erilaisia kuramattoratkaisuja, ja mopo vähän karkasi käsistä. Lopputuloksena meillä on nyt kokolattiakuramatto. Lisäksi matto on vieläpä punainen, joten nyt pääsemme kuvaamaan tähtiä punaisella matolla!

Yhteensä projektiin meni noin puoli vuotta, ja hintaa on tähän mennessä kertynyt hieman alle 4000 euroa, mukaanlukien kaikki rakennustarvikkeet, joitakin työkaluja sekä kopin infrastruktuuri kuten UPS-varavirtalähde, lähiverkkovermeet ja Ikean kaappi. Rahaa ja aikaa meni enemmän kuin alunperin ennakoitiin, mutta kolmelle hengelle jaettuna kustannukset ovat vielä aika maltilliset.

Viime maanantaina kelit sallivat viimein havaintosuojan koekäytön, ja hyvinhän se toimi! Lähiverkkoa käytetään vielä hetki uuteen koppiin huonosti kuuluvan wifin yli, mutta pian saamme lähiverkon koppiin ihan piuhaa pitkin. Laitteet toimivat varsin malliikkaasti ja ensimmäisestä kuvausyöstä jäi käteen muun muassa tämä kuva Seulasista.

pleiades

M45 – Seulaset

Laitoin järjestelmäkameran kuvaamaan uuden kopin koekäyttöä. Kameran akku ei jaksanut aivan yön loppuun asti, mutta paljon se ei jäänyt vajaaksi. Timelapse-video löytyy alta.

Rakennustöiden takia kaikki syksyn selkeät kelit menivät ohi, mutta toivotaan, että pian taas pääsisi kuvaamaan. Nyt kun laitteet ovat kiinteästi yhteisessä kopissa, voi kuvaukset järjestää tarvittaessa niin, että vain yksi meistä kolmesta käy avaamassa havaintosuojan katon, ja muut voivat etäohjata kaukoputkia internetin ylitse. Siitä ei ole enää kauhean pitkä matka täysin etäohjattavaan koppiin…!

Pientä päivitystä

Jos joku pohtii, että onko blogi kuollut: ei ole! Olemme porukalla rakentaneet uutta tähtitornia Kirkkonummen Komakalliolle. Koska koppi ei ole vielä täysin käyttökunnossa, en ole päässyt avaamaan kuvauskautta. Kirjoittelen blogiin lisää jahka koppi valmistuu ja kausi pääsee omalta kohdaltani alkamaan!

Pilvinen talvi 2014-2015

Hei!

Pitkästä hiljaiselosta huolimatta blogi ei ole vieläkään kuollut. Elo-syyskuuta lukuunottamatta kuvauskausi 2014-2015 on ollut erittäin pilvinen. Lokakuusta helmikuuhun oli lähes yhtäjaksoisesti pilvistä. Vasta helmi-maaliskuussa oli pidempi selkeä jakso ja nyt taas näyttää pilvistyneen. Ynnäilin kuvaustunteja yhteen, ja näyttää siltä, että elo-syyskuussa ehdin valottaa enemmän kuin loka-tammikuussa yhteensä.

Kesäaikaan siirtymisen jälkeen pimeän tulo on siirtynyt jo kovin myöhäiseksi ja yöt lyhenevät kovaa vauhtia, joten kuvauskausi alkaa taas olla kohtapuoliin paketissa.

Syyskaudella sain kuvattua tällaisia kohteita, joukossa myös yksi mosaiikki!

Kevätkaudella kuvasato jäi harmillisen pieneksi:

  
Erikoismainintana koostin myös lyhyen animaation komeetta Lovejoysta ja sen liikkeistä:

Kuvaköyhää kevätkautta piristi mukavasti jokavuotinen Hauhon tähtikuvaustapaaminen. Tapahtuman yhteydessä oli tarjolla niin kiinnostavia esitelmiä, hyvää seuraa kuin maittavaa ruokaakin!

Kuvauskausi päättyi harvinaisiin herkkuihin, nimittäin kirkkaisiin revontuliin ja auringonpimennykseen.

Revontulia Helsingissä 17.3.2015.

Revontulia Helsingissä 17.3.2015.

Osittainen auringonpimennys 20.3.2015.

Osittainen auringonpimennys 20.3.2015.

Molemmista tapauksista löytyy lisää kuvia Flickr-tililtäni.

Kapeakaistakuvien käsittely ja Hubble-paletti

Hubblen kuva emissiosumusta M16. NASA, ESA, STScI, J. Hester ja P. Scowen (Arizona State University)

Hubble-avaruusteleskoopin kuva tähtisumusta M16
NASA, ESA, STScI, J. Hester ja P. Scowen (Arizona State University)

Nykyään harrastajille on tarjolla verrattain edullisia kapeakaistasuotimia, jotka päästävät lävitseen vain erittäin kapean kaistaleen valon spektriä halutulla aallonpituudella. Kapeakaistasuotimet ovat tähtikuvaajalle hyvin hyödyllisiä, sillä avaruuden emissiosumujen säteilemä spektri koostuu kapeista spektripiikeistä, jolloin emissiosumuista tuleva valo voidaan lähes täysin eristää muusta valosaasteesta. Sopivilla välineillä emissiosumuja voidaankin siis kuvata jopa valosaasteisesta kaupungista ilman suurempia ongelmia. Kuluttajahintaisten suotimien päästökaistan leveys vaihtelee jotakuinkin välillä 3-12 nanometriä. Mitä kapeampi päästökaista on, sitä vähemmän valosaastetta pääsee läpi.

Voimakkaimmat näkyvän valon alueen spektripiikit aiheutuvat ionisoituneen vedyn, hapen ja rikin emissioista. Vety säteilee aallonpituudella 656,3 nanometriä (aallonpituutta kutsutaan H-alfaksi), kahdesti ionisoitunut happi (O-III) säteilee aallonpituudella 500,7 nanometriä ja kerran ionisoitunut rikki (S-II) aallonpituudella 672,4 nanometriä. Yleisimmät harrastajien käyttämät kapeakaistasuotimet päästävät läpi juuri näitä aallonpituuksia.

On loputon määrä tapoja yhdistää nämä mustavalkoiset kapeakaistakuvat värikuviksi. Ensimmäisenä mieleen tullee ajatus tehdä värikuva spektripiikkien todellisen värin perusteella, mutta lopputulos voi tuottaa pettymyksen. Sekä H-alfa että S-II ovat näkyvän valon spektrin punaisessa päässä, ja O-III on vihreällä alueella. Tällöin lopullisessa kuvan punaisessa kanavassa olisi yhdistelmä vetyä ja rikkiä, vihreässä kanavassa happea ja sinisessä kanavassa ei mitään. Punaisen ja vihreän yhdistelmä ei todennäköisesti ole visuaalisesti kovin miellyttävä, eikä erottele vedyn ja hapen emissioita lainkaan.

Monet tähtikuvaajat käyttävät kapeakaistavärikuvien tekemiseen niin sanottua Hubble-palettia. Hubble-paletti on väritys, jolla pyritään jäljittelemään monen Hubble-avaruusteleskoopilla otetun kuvan värejä. Alla on Hubble-avaruusteleskoopilla otettu kuva Kotkan tähdistössä sijaitsevasta Messierin kohteesta 16. Hubblen tähtisumukuvat ovat usein pääväreiltään oranssi-vihertäviä tai oranssi-sinertäviä. Tätä väritystä jäljittelevä Hubble-paletti on yksinkertaistetusti sellainen, että S-II sijoitetaan kuvan punaiseen värikanavaan, H-alfa vihreään värikanavaan ja O-III siniseen värikanavaan. Alta löytyvässä ohjeessa on muutamia tarkennuksia tähän.

Hubble-paletti ei tietenkään ole ainoa käyttökelpoinen tapa muodostaa värikuvia kapeakaistadatasta. Maailmalla käytetään monia muitakin menetelmiä, mutta niiden tarkempi selostaminen jääköön toiseen blogikirjoitukseen. Tähän alle olen kirjoittanut selostuksen siitä miten itse käsittelen kapeakaistakuvat PixInsight-kuvankäsittelyohjelmalla, ja miten sovellan Hubble-palettia kuvankäsittelyssä. Käytän esimerkkinä vastikään kuvaamiani kapeakaistakuvia Kefeuksen IC 1396 -sumusta, eli tuttavallisemmin elefantin kärsästä. Kuvat on otettu Astrodonin 5 nanometrin kapeakaistasuotimilla, TS Boren-Simon Powernewt 8″ f/2.8 -peilikaukoputkella sekä Atik 460EX -kameralla.

Raakakuvien kalibrointi ja pinoaminen sujuu kapeakaistasuotimilla täysin samalla tavalla kuin vastaavat toimenpiteet LRGB-suotimillakin. Olen selostanut tämän osuuden jo aiemmassa tekstissäni PixInsightin alkeista, joten en toista sitä tässä. Teksti kannattaa muutenkin lukea ennen kapeakaistakuvien käsittelyyn perehtymistä. Moni tässä ohjeessa mainittu asia on selostettu paljon tarkemmin alkeita käsittelevässä kirjoituksessa.

Tämän ohjeen lähtökohtana on kolme pinoa, yksi S-II:lle, yksi H-alfalle ja yksi O-III:lle. Olen nimennyt aukiolevat kuvat PixInsightissa tunnuksilla siiha ja oiii. Kuvia on venytetty näyttöä varten PixInsightin näyttövenytyksellä. Itse data on edelleen lineaarista.

Alkuperäiset kapeakaistapinot

Alkuperäiset kapeakaistapinot

Heti alkuun kuvat voidaan yhdistää yhdeksi värikuvaksi. Tämä on helpointa tehdä joko LRGBCombination– tai PixelMath-prosessilla. Koska Hubble-paletissa ei yhdistellä eri suotimia samaan värikanavaan, yhdistäminen on helppo tehdä LRGBCombinationillaPixelMath on monipuolisempi, joten se soveltuu vaikeampiin tapauksiin.

LRGBCombination-prosessin asetukset

R-kanavaan valitaan sii-kuva, G-kanavaan ha-kuva ja B-kanavaan oiii-kuva. Tämän jälkeen klikataan pyöreää Apply Global -nappia LRGBCombination-ikkunan vasemmasta alakulmasta. Koska emissiosumu säteilee vedyn aallonpituudella paljon voimakkaammin kuin rikin tai hapen aallonpituudella, kuvasta tulee varsin vihreä.

suora_hst

Kapeakaistakuva ilman käsittelyä

Kuvan alareunassa pilkottava taustataivas paljastaa, että taustataivas ei ole täysin neutraalin värinen. Värin voi neutraloida valitsemalla palasen taustataivasta Preview-ikkunalla ja suorittamalla kuvalle BackgroundNeutralization-prosessi siten, että Reference image -laatikkoon on valittu taustataivata kuvaava Preview-ikkuna. Alla on kuva ennen ja jälkeen taustan neutraloinnin.

Taustataivaan neutralointi

Taustataivaan neutralointi

Taustataivaan neutraloinnin lisäksi kuvan valkotasapaino pitää säätää ColorCalibration-prosessilla. Olen selittänyt valkotasapainotuksesta yksityiskohtaisemmin aiemmassa ohjeessani. Tässä tapauksessa valkotasapaino on jo valmiiksi lähelle oikeaa, joten ero ennen ja jälkeen prosessin ei ole suuri.

ColorCalibration-prosessi

Valkotasapainon säätö

Toistaiseksi kuvan väritys ei juuri jäljittele Hubblen kuuluisia kuvia. Perinteisesti tässä vaiheessa vihreän kanavan voimakkuutta on vain vaimennettu, jolloin muutkin kanavat pääsevät esiin. Tässä on kuitenkin se ongelma, tähdet eivät säily harmonisen värisinä, vaan niistä tulee räikeän pinkkejä. PixInsightista löytyy kuitenkin prosessi, jolla vihreän värin dominanssia voidaan vähentää koskematta tähtiin lainkaan. Prosessin nimi on kryptisesti SCNR, joka on lyhenne sanoista Substractive Chromatic Noise Reduction. Prosessi on tarkoitettu vaimentamaan värikohinaa kuvissa, mutta prosessi yllättäen soveltuu myös vihreän värin vähentämiseen Hubble-palettikuvissa.

SCNR-prosessi voidaan ajaa suoraan sen oletusasetuksilla. Oletusasetuksilla prosessi toimii siten, että se tarkastelee kuvan jokaista pikseliä yksittäin ja korvaa vihreän kanavan arvon punaisen ja sinisen keskiarvolla, jos vihreä on alunperin tätä suurempi. Toisin sanoen prosessi hävittää kuvasta vihreää sellaisista paikoista joissa on pelkkää vihreää, eikä kovin paljon muita värejä. Eksaktimmin ilmaistuna vihreän pikselin uusi arvo G’ määräytyy tällä lausekkeella:

G’ = min(G, (R+B)/2)

Nokkelimmat ehkä huomaavatkin, että sellaisenaan tämä prosessihan heittäisi lähes kaiken H-alfa-datan pois. SCNR-ikkunasta löytyvä Preserve lightness onkin erittäin tärkeä asetus. Se saa työkalun erottelemaan kuvan luminanssi- ja värikomponentteihin, ja edellä mainittu korvaaminen tehdään vain värikomponenteille. Tällöin H-alfan merkittävä vaikutus kuvan luminanssiin säilyy, eikä H-alfaa mene hukkaan. Ilman Preserve lightness -asetusta vetydata heitettäisiin lähes kokonaan pois ja korvattaisiin huomattavasti heikompien rikki- ja happikanavien keskiarvolla.

Vihreän värin vähentäminen SCNR-prosessilla

Vihreän värin vähentäminen SCNR-prosessilla

Väritys alkaa jo muistuttaa Hubblen kuvia! Tästä eteenpäin käsittely sujuu jotakuinkin samaan malliin kuin LRGB-kuvien käsittely aiemmassa ohjeessani. Kuva venytetään epälineaariseksi HistogramTransformation-prosessilla, jolloin näyttövenytystä ei enää tarvita. Kuva on alkukäsittelyn jäljiltä aika väritön, mutta värikylläisyyttä voi lisätä säätämällä värikylläisyyskäyrää CurvesTransformation-prosessilla.

Värikylläisyyden lisääminen

Värikylläisyyden lisääminen

Loppukäsittely onkin enää kuvan kirkkauden, kontrastin ja värien hienosäätöä, sekä lievää kohinasuodatusta tarvittaessa. Käytän näihin tehtäviin eniten CurvesTransformation– sekä ACDNR-prosessia. Hienosäätöä voisi tehdä loputtomiin, mutta jossain kohtaa on täytyy lopettaa. Alla on lopputulos johon itse päädyin.

Lopullinen kuva

Säädän yleensä kapeakaistakuvien sinivihreät sävyt varsin sinisiksi, ne miellyttävät silmiäni hieman enemmän kuin alkuperäisten Hubble-kuvien vihertävämmän värit. Nämä ovat kuitenkin makuasioita, ja se oma lempisävy löytyy kokeilemalla. Hubble-paletti ei sovi täydellisesti kaikkiin emissiokohteisiin, vaan joskus kannattaa kokeilla muitakin väritystapoja. Itse pyrin jäljittelemään luonnollisia värejä tuoreessa sirppisumukuvassani, vaikka kuva on kuvattu samoilla kapeakaistasuotimilla kuin tämä elefanttikuvakin. Ehkä kirjoitan tästä luonnollisesta väripaletista lisää myöhemmin.

Onnea kokeiluihin!