Propiedades y fórmulas.- Astrofotografía

Factores iniciales

Los factores a elegir en la toma de la fotografía dependen del objetivo empleado. Los objetivos, a grandes rasgos, se clasifican, en función de su distancia focal y el angulo de visión que abarcan, en tres grandes grupos¹:

Gran angular: tienen una distancia focal pequeña, entre 12mm y 24mm (según autores), y con angulos de visión que van de los 180° a los 63°. Producen distorsión en los márgenes, pero según su calidad esta distorsión puede ser más o menos acentuada. Ofrecen mucho realismo ya que aportna mucha nitidez, ofreciendo mucha profundidad de campo.
Objetivo normal: su distancia focal es intermedia, alrededor de 50mm. Dan un ángulo de visión muy parecido al del ojo humano, esto es, unos 45°. No produce distorsión alguna en las líneas. Son los más luminosos, con aperturas de hasta 1.4f.
Teleobjetivos: abarca distancias focales que pueden ir de los 70mm en adelante, con un angulo de visión es bastante reducido, de 30° para abajo. Los teleobjetivos comprimen los planos, reduciendo las distancias entre los objetos. El uso de telescopio como objetivo de la cámara se podría considera teleobjetivo, con distancias focales mucho mayorres, obviamente.

Por tanto, si usamos un objetivo angular tendremos opción de reducir la velocidad de obturación. Al tener más tiempo abierto el obturador entra más luz y no se precisa una ISO tan elevada. Sin embargo, si usamos teleobjetivos, o incluso fotografía a foco primario con telescopio, el tiempo deberá reducirse sustancialmente y será necesario subir el ISO, con los problemas que ello puede generar en la caidad de la fotografía.

Una vez hemos elegido el objetivo que vamos a usar, y teniendo en cuenta lo indicado, pasamos a regular los parámetros que deberemos elegir para obtener el mejor resultado. Estos parámetros son los que conforman el llamado triángulo de exposición:

Apertura del diafragma: se representa con el número f. Es el área de diafragma que abrimos. A mayor apertura de diafragma más luz entra. Este número f depende de la calidad del objetivo (cada uno tiene una apertura máxima establecida) y de la distancia focal (por ejempl, los objetivos de distancia focal variable reducen, normalmente, su apertura mínima según aumentamos dicha distamcia focal (a mayor zoom menor apertura máxima nos permite).
En todo caso, hay que valorar si conviene reducir un poco la amplitud máxima, ya que normalmente los objetivos dan mejor calidad de imagen si no los llevamos al extremo. Por ello algunos profesionales recomiendan subir un paso (por ejemplo, en un objetivo con apertura máxima f/1.8 y punto dulce² en f/8, sería interesante aumentar a f/2.5). De esta forma reducimos algo las aberraciones cromáticas de las grandes aperturas. Sin embargo otros apuestan por que abramos la apertura al máximo del objetivo.
Tampoco debemos olvidar que, la apertura del diafragma afecta a la la profundidad de campo (a mayor apertura del diafragma, número f menor, menor profundidad).
Tiempo (o velocidad) de exposición: como hemos visto, es el máximo tiempo que podemos tener abierto el obturador sin que aparezcan las estrellas movidas y dependerá de la distancia focal de la lente usada (objetivo o telescopio). A mayor distancia focal más rápida deberá ser la velocidad de obturación.
Para calcularlo se suele emplear la regla de los 500³, por la que dividimos 500 entre la distancia focal. El resultado nos da el tiempo, en segundos, que podemos mantener abierto el obturador sin que las estrellas aparezcan como trazos.
Tiempo máximo de exposición = 500 / distancia focal
Es muy importante tener en cuenta que si la camara usada no tiene sensor full frame (de 35mm reales) deberemos multiplicar el cociente por el factor de recorte. Este factor de recorte depende del modelo:
- Full frame:1;
- APS-C Nikon: 1,5;
- APS-C Canon: 1,6;
- Sensor 4/3: 2.
Por tanto, la fórmula a aplicar en la regla de los 500 debe ser:
Tiempo máximo de exposición = 500 / (distancia focal × factor de recorte)
Así, por ejemplo, con un objetivo de 35mm y una Canon con sensor APS-C (factor de recorte 1,6), la fórmula nos dará el siguiente resultado:
Tiempo máximo de exposición = 500 / (35 × 1,5) = 9,5 segundos
En todo caso, estas fórmulas nos deben servir para hacer el cálculo de partida pero luego debemos probarlas in situ para ver si las estrellas salen puntuales con ese tiempo de exposición y aumentar o, normalmente, reducir hasta obtener el resultado correcto.
Con el uso de un star tracker⁴ podemos aumentar mucho el tiempo de exposición, con lo que vamos a tener mucho menos ruido y nos va apermitir fijar ajustes óptimos en la cámara. Además con el tracker podremos cerrar la apertura (aumento de la profundidad de campo y reduccción de las aberraciones) y bajar el ISO (aumento del rango dinámico, más color y mejor calida de foto).
ISO: en función del tiempo de exposición y de la apertura precisaremos una mayor o menor ISO. Si tenemos poca luz (por escaso tiempo de esposión y/o apertura pequeña), deberemos aumentarla. ISO y velocidad de exposición son directamente proporcionales.
De igual modo, en cielos con mucha contaminación lumínica deberemos aumentar esta ISO para poder captar las estrellas o los elementos celestes que queramos fotografiar. Sin embargo si en la foto van a aparecer luces artificiales (de farolas, casas, etc.) debera reducirse el ISO para no sobreexponerlas.
En resumen, a más ISO, más luz pero más ruido.
Una ISO elevada, además de generar ruido (aunque no necesariamente), va a originar fotos con menor rango dinámico (estrellas con pocos detalles y colores).
Para fotos de la Vía láctea, sin seguimiento, muchos recomiendan ISO de 3.200 o 6.400, si bien dependiendo de la calidad de la cámara podremnos aumentar este número o deberemos reducirlo. En todo caso, en las cámaras con sensor recortado (ej. APS-C), se recomeienda fijar un ISO de 3.200 o menos.

El enfoque que llevaremos a cabo para astrofotografía debe ser manual. Lo ideal es usar el modo Live View⁵ de la cámara. Hay que buscar una estrella, hacer zoom en la pantalla y girar el anillo de enfoque hasta encontrar el punto más nítido. Es muy conveniente tomar una foto de prueba y ampliarla para ver que el resultado es el esperado. algunos fotógrafos recomiendan enfocar a la distancia hiperfocal para fotografiar la Vía Láctea, pero si quieres capturar las estrellas con la mayor nitidez posible, no parece la opción más recomendable.

Otros valores a tener en cuenta son:

El brillo de la pantalla: debemos bajar el brillo de la LCD para obtener una visión más ajustada a la realidad. Así evitaremos subexponer las imágenes.
Formato de imagen: debemos seleccionar siempre el formato RAW. Así capturaremos más información en las luces y sombras y permitiremos un mucho mejor procesado.
Opción de reducción de ruido: hay que desactivar la reducción de brillo automática por larga exposición. Si no, se relentizará el proceso de disparo y la cantidad de imágenes que puedes tomar. Además podremos reducir el ruido más tarde en la edición utilizando el software que elijamos.
Retardo de obturador: se debe evitar tocar la camara, y menos para disparar las fotos, ya que provocaremos vibraciones. Lo normal es usar el intervalómetro de la propia cámara y aplicarle un retardo entre disparos de 2 segundos.
Balance de blancos: aunque se puede cambiar fácilmente el balance de blancos posterormente en imágenes RAW, algunos profesionales recomiendan seleccionar un valor para mantener una uniformidad de color en las imágenes, lo que facilitará mucho la edición de las fotos. En tomas de la Vía láctea se suele recomendar un balance entre 3.900k y 4.200k para capturar mejor los colores más naturales de nuestra galaxia.
Histagrama: una vez que hemos determinado los parámetros y mirado , con el zoom de pantalla, el correcto efoque de las estrellas en las fotos de prueba, es aconsejable comprobar el histograma, ya que el brillo de la cámara y las condiciones de luz pueden engañar al ojo cuando ves tus imágenes en la pantalla de la cámara. Así nos aseguramos que la exposición es la correcta. Como referencia, el histograma debe inclinarse hacia la izquierda, pero asegurándonos de no subexponer las sombras. También hay que revisar la posible sobreexposición de las luces, cmo puede suceder en algunas zonas más brillantes del Centro Galáctico de la Vía Láctea.

En cuanto a cuestiones externas al equipo es importante considerar:

La contaminación lumínica: por descontado, hay que buscar una zona con la menor contaminación lumínica posible. En esto nos ayudan mucho mapas de contaminación lumínica como lightpollutionmap. También es básico conocer en que fase está la luna y a que horas sale y se pone para que su luz no nos perjudique, al igual que los crepúsculos solares.
Planificación: una vez elegido el objeto del cielo a fotografiar hay que comprobar que estará en una posición adecuada en la fecha, hora y lugar en el que vayamos a tomar la imagen. Para eso Stellarium es un programa, gratuito, que, en mi opinión, es fundamental no solo para la astrofotografía sino para aprender y disfrutar de esta aficción astronómica. Cuanto más alto esté menos distorsiones atmosféricas sufrirá. También es crucial la planificación en las fotos de Vía láctea, para saber cómo se mostrará el arco y el Centro Galáctico (que es la parte más fotogénica de la galaxia) y poder organizar el encuadre con los elementos que vayamos a incorporar (puentes, árboles, formaciones geológicas, etc. Para esto es de gran ayuda el programa PhotoPills y su «planificador».
Condiciones atmosféricas: hay que confirmar, no solo que no vaya a estar nublado, sino que haya un buen nbivel de seeing⁶, transparencia, viento, humedad, temperatura, etc. Para esto tenemos programas de pronóstico como la aplicación de la Agencia Española de Meteorología (AEMET), AstroPanel, Meteoblue, etc.

¹ En esta clasificación no se han tenido en cuenta los objetivos ojo de pez ni los macro, ya que no tienen interés, en principio, en astrofotografía.

² Punto dulce: es la apertura a la que el objetivo ofrce la mejor calidad de magen. Cada objetivo tiene su propio punto dulce.

³ La regla de los 500: es una de las fórmulas usadas rutinariamente. También se habla de la regla de los seiscientos (en este caso el numerador es 600), o de la regla NPF, que es mucho más precisa (normalmente da un tiempo menor que la regla de los 500), si bien requiere datos más concretos (distancia focal , apertura, declinación mínima de las estrellas, tipo de precisión, etc.), sin embargo si solo introducimos en el formulario el modelo de cámara y la distancia focal será suficiente. Hay programas, como PhotoPills (en su apartado «estrellas como puntos»), que calcula la exposión según estas fórmulas (da a elegir eentre la regla NPF y la regla de los 500).

⁴ Star tracker: es un dispositivo que se pone bajo la cámara para compensar el movimiento de la Tierra y así poder tomar fotografías con mucho mayor tiempo de exposición, evitando tener que aumentar el ISO, con los problemas que esto supone (ruido, rango dinámico, etc.).

⁵ El modo Live View: es la previsualización en la pantalla en vivo de la foto que se va tomar, de modo que permite disparar mientras estás viendo en pantalla la imagen en directo y comprobar tal y cómo quedará con los parámetros elegidos.

⁶ Seeing: es un término utilizado en astronomía para referirse al efecto distorsionador de la atmósfera sobre las imágenes de los objetos astronómicos. Lo causan turbulencias atmosféricas, las cuales generan variaciones de densidad que deforman el camino óptico recorrido por los rayos de luz de objetos exteriores a la atmósfera. El seeing hace que las imágenes sean menos nítidas y cueste enfocarlas. el seeing afecta especialmente a la astrofotografía planetaria, ya que las imágenes resultantes no serán nítidas y perderán detalle. Afecta más a la observación/fotografía planetaria y en menor medida a la observación de cielo profundo (porque los detalles en objetos lejanos, como nebulosas y galaxias, son más difusos y de mayor tamaño.

Procesado.- Apilado

En astrofotografía sin seguimiento debemos proceder, sin duda, a llevar a cabo un procesado, ya que al poder usar un tiempo reducido de exposición (para evitar el «alargado» de las estrellas por el movimiento rotatorio de la Tierra) hemos de subir el ISO, lo cual generará ruido.

El primer paso del procesado es el apilado de las imágenes recopiladas. En astrofotografía trabajamos siempre con con cuatro tipos de secuencias de imágenes:

Lights: son las llamadas «imágenes de luz», esto es, las imágenes del objeto que estamos fotografiando.
Darks: tienen exáctamente las mismas características que los lights pero con la tapa del objetivo puesta. Con ellos reducimos sensiblemente el ruido de nuestras fotografías. En casos normales se recomienda tomar 10 o 20.
Bias: también se llaman Offset. Son similares a los darks pero con ellos eliminamos el ruido de lectura del sensor de la cámara.
Flats: con ellos eliminamos viñeteos o posibles manchas (polvo, etc.) del sensor de la cámara o de las lentes empleadas.

Todos los lights deben tener exactamente los mismos parámetros.

De igual modo, todos los dark deben tener tambíen los mismos parámetros que, además, deben ser los que se hayan empleado para los lights (enfoque, velocidad, ISO, abertura, ...). Además los darks deben hacerse justo después de acabar los lights, ya que el ruido depende mucho de la temperatura ambiente a la que estemos fotografiando. Así la temperatura será igual, aproximadamente, en las tomas light y en las dark.

Los bias se obtienen también tapando el objetivo de la cámara y con los mismos ajustes de exposición pero en este caso, a diferencia de con los darks, variaremos uno: la velocidad de exposición. Debemos seleccionar la velocidad más rápida que nos permita nuestra cámara. Al igual que los darks deben hacerse al acabar la sesión para que la temperatura siga siendo la misma que la existente al tomar los lights y los darks. También es conveniente tomar unos 10 o 20 frames.

Por último tomamos los flats, que deben tener los mismos valores de ISO, abertura, enfoque, orientación, ...), pero en este caso hay que cambiar la exposición a modo de «prioridad a la apertura» (Av en Canon o A para Nikon) con el fin de que sea la propia cámara la que determine el tiempo de exposición.

En los flats no influye (algunas fuentes no indican lo mismo) la temperatura ambiente, por lo que se pueden hacer ya en casa. A diferencia de darks y bias, los flats se llevan a cabo también tapando el objetivo, pero en vez de usar la tapa de este lo cubrimos con una superficie blanca, como una tela (sin dibujos ni estampados, claro) o un folio en blanco, y apuntamos a una zona clara (una pared, el cielo diurno, una pantalla iluminada en blanco, etc.)..

Tras obtener todas estas secuencias de imágenes procedemos a su apilado, que consiste en reducir todas las imágenes una única que englobará la información de todas ellas. Un buen programa para lleva a cabo este proceso es DeepSkyStacker (un software gratuito), aunque se pueden usar otros, incluido Photoshop

DeepSkyStacker promediará todas nuestras imágenes dark creando un único dark frame maestro que «restará» de cada light. Hara lo propio con los bias, promediandolos en una sola imagen que sustraerá de las imágenes de luz, y con los flats. Si bien este programa no requiere obligatoriamente que tengamos darks, bias ni flats, es conveniente incorporar todos ellos para un resultado óptimo.

Procesado.- ¿Procesado?

Las imágenes obtenidas tras aplicar el DeepSkyStacker las importamos a Lightroom

Procesado.- Revelado

DeepLas imágenes obtenidas tras aplicar el DeepSkyStacker las importamos a Photoshop (por ejemplo).