Introducción

El primer instrumento que se empezó a utilizar, allá por 1610, para captar la luz recogida de un telescopio fue el ojo humano. De hecho, todos nosotros lo empleamos aún cada vez que observamos el cielo estrellado a través de un ocular. Pero el ojo humano no fue diseñado para ver de noche, y ahí es donde muestra sus mayores limitaciones. Nuestra pupila por ejemplo se dilata menos que la de un perro o la de un gato. ¿Por qué?. Simplemente, la raza humana no es una especie destinada a cazar de noche, y por tanto no ha tenido que desarrollar la visión nocturna. Además de la pupila, hay otro inconveniente: la retina, que hace las funciones de película fotosensible, se mantiene expuesta a la luz una décima de segundo por imagen, es decir, procesa diez imágenes por segundo y con ellas el cerebro simula el movimiento. ¿Podemos tomar imágenes con un mayor tiempo de exposición?. No. El máximo es esa décima de segundo. Eso nos impide distinguir estrellas u otros objetos celestes de magnitud mayor que cinco.

La primera alternativa real de la que pudimos disponer los astrónomos aficionados fue la cámara CCD. Ésta traduce la cantidad de luz a un número que simboliza un nivel de gris, entre un mínimo (el negro absoluto) y un máximo (el blanco absoluto). Para cada punto o pixel la CCD calcula un nivel de gris, y todos los pixeles juntos aparecen en la pantalla del ordenador, formando la imagen. ¡Qué bien!. El tiempo de exposición es completamente regulable, y la imagen se previsualiza de forma instantánea. Para permitir exposiciones muy prolongadas, la cámara dispone de un sistema de refrigeración que mantiene el chip fotoeléctrico a temperaturas bajo cero. Así se reduce en lo posible el 'ruido' luminoso, producido por la energía calorífica. ¿Qué más se puede pedir?. Poco. La cámara CCD es el primer instrumento diseñado expresamente y en exclusiva para hacer astrofotografía. Sin embargo, sus altas prestaciones tienen importantes contraindicaciones: la complejidad de manejo, de puesta a punto, y los altos precios que suelen tener estas cámaras (sobre todo las cámaras en color) provocan cierto rechazo entre los aficionados menos experimentados. Por su tecnología, es un instrumento sólo al alcance de una selecta élite. O mejor dicho, lo era. Porque hemos entrado en el siglo XXI, y con él, la tecnología digital ha pasado de ser un fenómeno lejano a estar presente en la mayoría de nuestros hogares. El Compact Disc, el DVD, el ordenador, la cámara digital, … La cámara CCD está ya al alcance de cualquier astrónomo aficionado adaptado a los tiempos.

Una forma muy sencilla de adquirir los primeros conocimientos en astrofotografía digital es iniciándose con una webcam. Una webcam no es otra cosa que una cámara de videoconferencia, diseñada para la comunicación a través de Internet. Consiste en un pequeño chip fotosensible, similar al de una CCD (no en tamaño y calidad, que es peor, pero sí en el concepto) y un controlador que instalado en tu ordenador personal permite manejar fácilmente los distintos parámetros: tiempo de exposición de cada fotograma (o lo que es lo mismo, el número de imágenes por segundo), la ganancia, saturación, brillo, contraste, etc. Gracias a un interfaz gráfico muy agradable, es un juego de niños hacerse con el control de tu cámara webcam, y buscar la imagen óptima. Sin embargo, su menor sensibilidad, limitaciones en el tiempo de exposición y ausencia de un sistema que refrigere el chip, hacen que la webcam esté limitada a objetos celestes muy luminosos: la Luna, el Sol, Venus, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, cometas, … y poco más (hasta magnitud 6.5). Es decir, sobre todo el Sol, la Luna y planetaria.

Adaptación de la Webcam para uso astronómico

El primer paso será extraer la lente gran angular, lo que en algunos modelos es muy fácil porque esta va enroscada, mientras que en otros la lente se encuentra dentro de la carcasa. En este último caso deberemos desmontar cuidadosamente la cámara y extraer la lente. El segundo paso consiste en ajustar un adaptador que permita acoplar la cámara en el portaoculares del telescopio. Actualmente las tiendas especializadas ya disponen en sus catálogos de adaptadores para acoplar la webcam al telescopio. Pero si no queremos gastarnos los 20 Euros que suele costar uno de estos adaptadores, podemos emplear perfectamente un envase negro de carrete fotográfico. Lo cortamos para que no sea excesivamente largo y lo pegamos a la webcam, centrado y perpendicular al objetivo.

Cada vez que coloquemos la cámara en el portaoculares del telescopio prestaremos especial atención a la orientación de esta. La horizontal coincidirá con el plano de la horizontal del tubo.

Captura de vídeos e imágenes

3- Jugaremos con el contraste, brillo, ganancia, y velocidad del obturador, hasta obtener un color y textura óptimos.

4- Si nuestra intención es tratar las imágenes y obtener una imagen promedio, grabaremos varios videos, de 20 ó 25 segundos cada uno.

Tratamiento y obtención de imágenes promedio

En fotografía planetaria con webcam es imprescindible ir más allá, es decir, debemos tratar el video obtenido y extraer de él una imagen promedio. Esa imagen tendrá una luminosidad similar a la de una imagen de larga exposición, pero su calidad será mucho mayor. ¿Y eso a qué es debido?. En una toma de larga exposición (por ejemplo de 30 segundos) el objeto celeste fotografiado se mueve a causa de la perturbación atmosférica y también de imperfecciones en el seguimiento del telescopio. Eso produce una imagen borrosa. A mayor tiempo de exposición obtendremos más luminosidad, pero menos nitidez. Sin embargo, durante el tratamiento de un video, antes de promediar, alinearemos todos los fotogramas, es decir, desplazaremos las imágenes de forma que encajen una debajo de otra. Con eso se evita la sensación de 'imagen movida'.

Otro paso previo fundamental consiste en ordenar los fotogramas en calidad o nitidez. De esa forma podemos excluir de la suma final los peores fotogramas, los que a la larga perjudicarían el resultado y bajan la media.

Una vez llegados a este punto, se promedian las tomas seleccionadas y ya casi tendremos la imagen definitiva. Faltará aplicarle filtros de resalte.

Aplicación de filtros

La imagen promedio es muy rica en detalles, y esos detalles se pueden resaltar sin temor a perder definición. Hay que tener en cuenta que cada pixel contiene la suma promediada de información de varios cientos de pixeles, y eso multiplica el número de bits por punto.

El filtro más adecuado para resalte se denomina 'Unsharp Mask'. Muchos programas de tratamiento de imágenes lo incluyen en sus opciones. Su efecto es parecido al creado cuando subimos el contraste, pero tiene poco que ver. El contraste actúa en todo el recuadro de la imagen con la misma intensidad, mientras que el efecto Unsharp crea una máscara con una réplica desenfocada de la imagen original, y las resta. Eso produce un enfoque muy logrado de la imagen.

La máscara Unsharp es parametrizable, de forma que la aplicaremos con mayor o menor intensidad, a nuestro gusto. Podemos jugar con tres variables, el radius, el strength, y el thershold. El radius es la anchura gaussiana con la que se va a desenfocar la réplica de la imagen. Cuanto mayor es el ratio más desenfocada quedará la máscara, y por tanto mayor resalte en la imagen. El threshold indica el umbral de brillo por encima del cual se va aplicar el efecto. Si un pixel no supera ese umbral se quedará como está. Conviene dejar este coeficiente a cero para que se aplique el efecto en toda la imagen. Y el strength es el número de veces que se va a efectuar la resta de la máscara sobre la imagen original. Esa resta, como hemos dicho, dará lugar a la imagen enfocada. Cuantas más restas mayor enfoque. Sin embargo, un uso excesivo de la máscara Unsharp (con radius y strength altos) produce efectos no deseados: la imagen pierde realismo y se asemeja más a un dibujo hecho al fresco. Desde aquí aconsejamos elegir los parámetros de una forma adecuada. La virtud está en el término medio.

Fotografía lunar con Webcam

La Luna, junto con el Sol, es el único objeto celeste luminoso que no cabe en su totalidad en el campo de la webcam, por pequeño que sea nuestro telescopio. En el caso particular de la Luna, el juego de luces y sombras de los cráteres y otros accidentes puede proporcionar muchas horas de contemplación, e imágenes espectaculares. Los videos obtenidos por el procedimiento comentado también se pueden tratar para obtener una imagen promedio, aunque debido a la buena luminosidad que ofrece ya un fotograma, y por experiencia propia, aconsejamos seleccionar sólo unas poquitas tomas. Las mejores. Incluso nos podemos quedar con la mejor de todas sin promediar.

Una actividad muy interesante (sobre todo para los astrónomos aficionados amantes de los puzzles) consiste en recorrer de forma ordenada toda la superficie de la Luna, tomando imágenes de forma que no quede ningún rincón por fotografiar. Durante ese proceso, la ganancia, el contraste, brillo, velocidad del obturador, etc. han de permanecer fijos. Una vez hayamos terminado, vamos encajando una a una todas las fotos con un programa especializado de tratamiento de imágenes. Nosotros utilizamos el Paint Shop Pro, menos conocido que el Photoshop pero que en este caso concreto cubre perfectamente nuestras necesidades. Los resultados son imágenes de gran tamaño de toda la Luna, que se pueden hacer en las distintas fases lunares.

Fotografía de las manchas solares

La captura de imágenes solares presenta numerosas similitudes con la captura de imágenes lunares. La fotosfera es sumamente luminosa y prácticamente carente de color, por lo que es imprescindible el uso de filtros, cuya tonalidad no es excesivamente importante.

Manteniendo la webcam siempre orientada en la misma posición (con la horizontal sobre la línea Este-Oeste), podremos efectuar un seguimiento diario de las diferentes manchas solares. Las imágenes posteriormente se deberán rotar en función del ángulo P (ángulo de posición del extremo norte del disco solar). La webcam es una alternativa idónea al dibujo a mano alzada de las manchas.

Otra actividad suplementaria supondría calcular una estimación del número de Wolf y compararlo con el número de Wolf oficial, y también podemos comparar nuestras imágenes con las obtenidas ese día por los grandes telescopios profesionales y a disposición nuestra en Internet.