讲讲天文摄影那些事儿 之 一张窄带照片的诞生

不知不觉距离上篇文章都一年了，过去的一年算是个阶段性的转折点，手里的器材从单反跨越到CCD，又从野战进阶到远程台，我也有能力继续给大家分享天文摄影那些事儿~

这一次我们聊聊一张深空天体的窄带照片到底是怎么拍出来的。先直接上照片：

IC 1795 鱼头星云 SHO窄带

拍摄器材：

望远镜：信达大黑 相机：QHY695a 赤道仪：艾顿CEM60ec 导星：QHY5L-II-M + OAG内导 调焦：羽毛2015+羽毛电调 滤镜：Astrodon 5nm Ha、5nm SII、3nm OIII

器材照

拍摄参数：

Ha：600s*54，SII：600s*24，OIII：600s*24 累计曝光17小时

暗/平/偏：54/30/100

拍摄地点：.

北京郊区

这货被叫鱼头星云我其实是有点纳闷的，怎么看都是一整条鱼嘛~ 总之这个看起来容易让人想歪的发射星云由炽热的发光气体和尘埃构成，紧挨着著名的心脏星云，位于仙后座，距我们大约6000光年。

紧挨着心脏星云的鱼头星云

鱼头的SHO窄带我前前后后大概拍了4天，积攒了17个小时的曝光时间，信噪比自然比我原来那些一两个小时曝光时间的照片高出几个档次。

关于窄带摄影我们上一篇那些事儿里讲到过，【窄带】与【宽带】相对，顾名思义就是通过滤镜只让特定的小范围频率的光线穿过。一般常用的三片滤镜为：氢alpha （Ha）、硫II（SII）、氧III（OIII）。三片滤镜分三次曝光，获得三个通道的数据，然后再分别对应三原色，依照 硫=红、氢=绿、氧=蓝 合成彩色照片。所以窄带照片的颜色与自然色彩有差别是很正常的，但不是无意义的，它代表着该深空天体的物理构成。这种拍摄方式也被哈勃望远镜采用，所以这个风格的颜色还有一个别名，叫“哈勃色”。

（扩展阅读 哈勃以窄带摄影方式拍摄鹰状星云： http://bolide.lamost.org/articles/article184.htm）

那么这样一张照片到底是怎么拍摄出来的呢？下面我就给大家梳理一遍我全部的拍摄和处理过程。

拍摄：

目前我的设备安置在北京郊区某商业天文台中：

顶关

这个天文台坐落在北京郊区一个农家院的二楼平台，整个大台子有一个可电动开合的平移顶，天气好时工作人员开顶，早上日出关顶。

顶开

所以只要你有一套可以实现远程控制拍摄的设备，就可以把设备放在这里然后再家躺在温暖的被窝里动动手指就能拍星，彻底跟长途跋涉开开车、请假、拆装设备、挨冻、向老婆解释拍星重要还是她重要 说拜拜~

1、拍摄前准备：

打开晚上的天气预报看一眼：

天气不错整晚都是晴天，那么我们就可以开机了。用电设备如下：

各个用电设备通过不同的小米智能插头来实现远程开启。其实如果接个插线板的话一个智能插头就够用，但是有的时候个别设备需要单独重启，所以采用多个插头分开控制。

镜载小电脑通电自动开机，通过无线接入网络，就可以通过teamviewer远程控制了。

开机之后我们首先打开MDL，连接相机，开启制冷

待温度稳定后开始拍摄偏置序列，我这里设置的是在-35度的温度下拍摄100张偏置。

偏置需要拍一会儿，这个时间我们正好来制定今天晚上的拍摄计划，先看看我们的拍摄目标鱼头星云今晚是如何运行的，打开skyx并加载深空目标选择工具

这个软件并没有单独列出鱼头星云，但是我们可以从它的邻居心脏星云的走势看出个大概。

首先可以看到今晚的暮光从19点17分结束，也就是说我们需要从这个时间起拍不然天空还有太阳没带走的暮光干扰。那么相应的，晨光是从第二天的6点05开始，也就是说这个时间之后就不能拍了，不然的话拍的片子会一张比一张亮。

然后在看看鱼头是怎么运行的，暮光结束时鱼头正好在70度左右的位置，刚过中天，高度非常理想。我设置的限制是30度以下目标不拍（30度以下的话视宁很烂）所以软件告诉我这个目标大约不到2点就要运行到30度以下了，所以今天这个目标可以从19点17分一直拍摄到午夜没什么问题。

鱼头拍完之后距晨光还有将近5个小时呢，我们可不能浪费，可以继续拍下一个目标。

M106这个星系的大小非常适合我的视场，我们可以看到它的比较合适的拍摄区间刚好是午夜开始可以一直拍摄到晨光结束。所以第二个拍摄目标就选这家伙吧。

决定考拍摄目标和拍摄时间，我们下一步打开全自动拍摄软件SGP，开始建立拍摄计划。

先设定第一个拍摄目标鱼头星云的位置参数和拍摄区间，鱼头的Ha我前几天已经拍完了，所以今天晚上要拍的是OIII跟SII两个通道，单张的参数都是600s一张，拍摄若干张。时间的话是从19点17分一直拍摄到0点。

下一个目标M106 也是同样的设置方式，拍摄时间从0点到晨光开始前。

这个时候MDL那边的偏置也拍的差不多了，我们关闭MDL，在SGP当中连接好所有设备，执行我们的刚才设定的拍摄计划，拍摄前的准备工作就做完了。你可以去吃饭睡觉打豆豆，什么都不用管，软件会自动等待至19点17分后开始执行拍摄序列。

2、拍摄：

开始拍摄了。这个时候SGP在做什么呢？我们来看一哈

时间一到，拍摄软件就自动启动拍摄序列，第一步就是操纵赤道仪goto到拍摄目标：

软件控制赤道仪自动指向拍摄目标位置

解析指向星空区域后调整位置

之后拍摄一张曝光时间很短的照片（我这里设置的是6s），然后解析这个照片上的星点，匹配星图确认位置。

位置确认后软件会再操纵赤道仪调整方位，直至到达我们设定的目标位置，再拍摄一张照片解析确定。指向工作就做完了。

下一步，SGP调用导星软件PHD，开启连续曝光，做被导星校准（被导星的选取也都是自动完成的）。

校准完毕后SGP暂停PHD的曝光，准备开始自动对焦。

SGP根据我们的拍摄计划，自动旋转滤镜轮设定当前滤镜为SII，然后开始自动对焦。自动对焦的方式是拍一张照片然后分析照片中星点的大小，然后操纵电调旋转一小段后再拍一张照片分析星点的大小，由虚焦到合焦再到虚焦，所以如果把这些照片每张的平均星点大小做成折线图的话会程V状。最后由V曲线的最底部确认合焦位置。这种对焦方式就是V曲线对焦。

对焦结果，软件根据对焦照片的分析结果计算合焦位置约在电机步数33781的位置，然后操纵电调焦走到该位置，完成对焦。接下来SGP恢复PHD导星，待导星稳定后开始拍摄。

第一张SII拍完了~

从这个10分钟的单张上我们已经能看出整个鱼头星云的形状，和一些丝状的云气细节。星点上来看，也没有拉线，没什么问题。而软件已经开始拍摄下一张。待计划当中SII通道拍摄数量全部完成后，SGP就会依照计划操纵滤镜轮旋转至OIII滤镜，然后开始OIII通道的拍摄工作。

整个的拍摄流程就是这样，我那张鱼头最后的合计曝光时间是17个小时，1020分钟，10分钟单张的话一共就是102张，其中Ha 54张，SII 24张，OIII 24张，每一张都是这样拍摄出来的。要是知道上述所有操作都是由软件自动完成的，我们所做的仅仅是在拍摄准备时设置了拍摄计划而已。

后期处理：

1、预处理：

预处理的原理和流程我在上一篇那些事儿当中有过较为详细的介绍，这里就不再赘述了。大致梳理一下流程。

1）偏置的叠加

将100张偏置全部导入ImageIntegration，然后叠加出一张总偏置（上图左），反映感光元件的通电噪声（所以要和实际天体曝光在同一通电状态下拍摄，关机再开机或者断过电再拍摄偏置是不行的），这也就是为什么我们需要在拍摄当天先拍好偏置的原因，万一你拍着拍着忽然断电了，那你之前拍摄的照片就没有准确的偏置可以校准了。

2）用ImageCalibration将暗场、平场、亮场（我们拍摄的照片）全部扣减其相对应的主偏置，就不放图了。

3）用ImageIntegration将校准过偏置的暗场单帧叠加为主暗场：

4）用ImageIntegration将校准过偏置的平场单帧叠加为主平场：

因为我们拍摄的时候使用了三块滤镜，所以校准也需要三张不同的平场分别对应三块滤镜。上图从左到右分别是Ha、SII、OIII的平场。可以看到不同滤镜下拍摄系统的感光不均匀也是不同的。（左上的圆形斑就是灰尘）

5）用ImageCalibration将亮场（我们拍摄的照片）与主暗场和主偏置做校准，也不放图了。

6）用StarAlignment工具将亮场全部对其，然后再用ImageIntegration分别叠加成Ha、OIII、SII三张主亮场。

到此我们预处理的工作就做完了，最后得到了三张主亮场：

为啥是黑乎乎的一片？因为照片还处于线性未拉伸状态，经软件预览工具自动拉伸后：

终于现出原型了，从左到右分别是Ha、OIII、SII。可以看到Ha的信息最为丰富，SII次之，其次是OIII，这代表着拍摄目标在不同波段的信号强度。

2、哈勃色合成：

首先我们将三张照片按硫=红、氢=绿、氧=蓝 的方式，做RGB合成。这里我采用PixelMath工具。

拉伸预览一下：

艾玛~一片原谅绿啊，不过这也是正常的，因为三通道当中Ha（作为绿色）的信号最强。下面我们用HistogramTransformation工具把这张图片做非线性拉伸（就不放图了，拉完就是预览图的样子），然后转存tif文件到PS中调色。

哈勃色的调色方式网上是有教程的，这里放一个五木大神的视频教程：http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-301842-1-1.html

我们按教程一步一步做，准备好刷屏了啊：

可选颜色1调整绿色

可选颜色1调整黄色

可选颜色1调整青色

可选颜色2调整青色

可选颜色2调整黄色

可选颜色3调整青色

是不是看着越来越靠谱了？暂时保存作为颜色通道待用。

3、以Ha为明度做LRGB合成：

由于Ha的细节最强，我们这里把Ha作为这张照片的明度，现在对Ha处理。

首先是做一个轻微的线性阶段的降噪

左图降噪前，右图降噪后

然后转非线性，用LHE和DSE工具对明度做一个结构强化和暗部强化

左图强化前，右图强化后

最后再压缩一下色阶，明度就处理完了。

然后将刚刚处理好的颜色通道，于Ha明度做LRGB合成，再对颜色和细节做一些微小的调整，就可以收工出图啦

后记：关于窄带颜色的讨论

看到这里你可能会恍然大悟，原来漂亮的窄带照片颜色都是假的！虽然这么说在某种程度上也没什么错，但我其实不太喜欢【假】这个说法，因为你要说它【假】首先你得先定义【真】。

有一段别人关于星云颜色的讨论，我觉得说的很有道理，先贴出来：

wallellaw：“ 这么说吧，准确来讲任何东西都不存在颜色这一说。 颜色是不同波长的光进入人眼后大脑产生的一种感觉。 也就是说大脑用颜色来标记不同波长的光。 所以客观上颜色并不是物体的一种固有属性。其反射或发射某一波段的光的能力才是其固有属性。 因此，星云本来就有这个颜色的说法就不准确了。 但是呢，每个人的大脑，对不同波长反应出来的颜色基本都是固定的，比如550nm是绿色。 而每个星云发射或反射固定波长的光线。因此只要不是色盲色弱的人类看到同一个物体的颜色应该是差不多的。 可惜，星云这种东西，往往太过暗弱，一般口径的望远镜目视时，无法激发视细胞产生色彩认知，所以目视星云很多都是灰白色的，极好的环境和大口径望远镜才能勉强看到颜色，而且往往是绿色，这并不是说这个星云主要发射绿色波段的光，而只是因为，人眼对绿色更敏感(这更说明颜色是个很主观的东西了。) 那相机拍摄的时候是如何产生色彩的呢。相机的感光原件其实并不能直接感受到颜色，只能通过三原色滤镜，即RGB ，每种滤镜只能通过某个颜色波段的光线，分别数通过某种滤镜有几个光子，然后合成出色彩。(一般彩色相机都有一个拜耳涂层就负责干这个事情，具体就不介绍了，黑白相机需要三次曝光合成色彩)，合成后通过显示器上显示出色彩。 那么这算不算后期处理上去的呢，我觉得不完全算，因为显示器是在模拟人眼的色彩认知，如果你眼睛能长曝光，那看见的星云，应该就和拍出来并且做好白平衡的星云的颜色是差不多的。 说了这么多只是想说，颜色是个主观上的东西，而物体反射吸收某种固定光波段的能力才是其本来就有的。 ”

原贴地址：http://tieba.baidu.com/p/4921903721

其中有一句我觉得说的特别对，“颜色并不是物体的一种固有属性。其反射或发射某一波段的光的能力才是其固有属性”。

颜色只是我们大脑创造出来的一种媒介，便于我们认识世界。那我们大脑和肉眼的辨色结果在客观上就算是【真】的了吗？并不，说到底它只是人类这个物种一个主观的感受罢了。如果说物质的客观属性才是【真】的的话，那么颜色的意义就不在于颜色本身，而在于它反映了物质发射或反射光的特质（作为该物质的固有属性）被我们所认知。

如此，窄带照片颜色所谓的【假】，无非就是它对于不同波长光的颜色设定与我们大脑不同罢了，它有没有反映深空天体的“固有属性”呢？答案是肯定的。你可以让天体的Ha信号为绿色，也可以让它为红色、蓝色... 只要告诉我它对应了什么颜色，那个颜色就代表了这个深空天体发射Ha波长光的特质，这种认知方式跟人类感知物质的方法在本质上没有任何不同（本来这种拍摄处理方式就是为了帮助人类更好的认识事物而被创造出来的）。所以，虽然窄带照片是伪彩色，可一点都不【假】~

【一颗彩蛋】

前文提到后半夜拍摄的星系 “M106” 的最终成片

与窄带摄影不同，该照片采用正常的LRGB拍摄方式，所得结果更贴近人眼理论所见