ja_mageia

Nas últimas semanas, minha atenção não tem sido direcionada aos assuntos do Saturno V, mas sim à Astronomia, especialmente fotografias de Júpiter. Creio que essas férias foram duplamente produtivas, em parte por aliviar o estresse e em parte porque diversas das técnicas de processamento de imagem em astrofotos são aplicáveis ao tratamento de séries históricas. Como sou novato em astrofotografia, com menos de 30 horas de experiência em 3 dias de sessões de fotos, sendo cerca de metade desse tempo dedicado ao tratamento, acabei aprendendo alguma coisa sobre o assunto, já que nas fases iniciais a curva de aprendizado é mais acentuada. A foto à esquerda mostra 1637 imagens de Júpiter empilhadas (stacked). As imagens foram obtidas com um telescópio Celestron Newtoniano 203mm, f/4.93, com lente TeleVue Pomwermate 5x, com câmera SPC900NC e software QCFocus. O alinhamento e o empilhamento foram feitos com Registax 5.028. O empilhamento produz uma imagem superior a qualquer dos 1637 fotogramas individuais. Como a ampliação foi muito forte (1250x), quase 3 vezes o limite máximo teórico para ampliação de um telescópio 203mm, os frames individuais acabam registrando muito pouca luz por unidade de área, causando a sensação de descontinuidades e granulosidade em cada frame individual. Após o empilhamento, esse efeito é praticamente anulado, deixando uma imagem relativamente homogênea e praticamente sem descontinuidades, porém com pouca nitidez e sem possibilidades de se visualizar pormenores. O grande salto na qualidade se dá mediante o tratamento com uso de algumas ferramentas estatísticas, especialmente wavelets. É importante lembrar que esse tipo de tratamento não é o mesmo usado nas garotas fotografadas para revistas masculinas, em que se usa PhotoShop para remover estrias, celulites, manchas, espinhas, rugas, além de homogeneizar cor da pele, dos cabelos, dos dentes etc. Nas fotografias astronômicas o objetivo não é retocar a imagem, como se faz nas fotos dessas garotas. Nas fotos das garotas é muito fácil. O processamento de fotos astronômicas é muitíssimo mais difícil porque tem como objetivo melhorar a relação sinal/ruído de modo a tornar mais evidentes as informações visuais que estão lá, mas estão difíceis de perceber devido à abundância de ruídos espúrios que prejudicam a qualidade da imagem. Não se pode introduzir na imagem algo que não esteja lá, não se pode editar de forma arbitrária, como se faz nas fotos de modelos.

Com um processamento feito no Registax, obtivemos esta imagem (à direita). A riqueza de detalhes é muito maior, evidenciando inclusive as formas de algumas tempestades no topo das nuvens do planeta gigante, as diferentes tonalidades de marrom, ocre, bege, cinza chumbo, vermelho, marrom esverdeado etc. Um amigo de um amigo chegou a comentar que parece foto tirada por sonda espacial. Com exceção do Fábio Plocos, que além de ser o melhor astrofotógrafo do Brasil e um dos melhores do mundo, é membro da equipe do Hubble para fotos de Júpiter, não conheço outros brasileiros com fotos sensivelmente melhores. Embora o resultado final seja parcialmente devido às excelentes condições atmosféricas e à boa qualidade ótica, há muitos casos em que a ótica é muito superior, a atmosfera é comparável, o acompanhamento é automático, e mesmo assim o resultado final é inferior, como no caso desta foto (à esquerda), em que foi utilizado um Starmaster 508 mm, com espelho Zambuto, cuja qualidade ótica é muito superior, com erro de superfície menor que lambda/20 P-V, enquanto meu Celestron tem lambda/4, portanto o meu é 5 vezes inferior. Além disso, com 508 mm de abertura se capta 6 vezes mais luz, o que deveria produzir imagens bem superiores em detalhes e nitidez. Isso evidencia que a qualidade do processamento é muito importante para o resultado final.

Por analogia com séries históricas de cotações, o que estes resultados indicam é que uma série histórica degradada por diferentes fatores que impliquem a poluição, por ruídos, pode ser recuperada até um nível consideravelmente alto. Uma foto tirada acima da atmosfera, que não estivesse sujeita à turbulência, refração, difração etc., como as fotos do Hubble, não estão sujeitas a ruídos, por isso não precisam desse tipo de processamento. Porém quando se tem uma densa atmosfera obstruindo a passagem dos raios luminosos, pode-se melhorar consideravelmente a qualidade da imagem partindo de algumas hipóteses, entre elas a de que as perturbações são aproximadamente aleatórias, de modo que os ruídos (erros) devem se dispersar enquanto os sinais verdadeiros devem se intensificar quando se sobrepõe muitas imagens quase iguais, em que a maioria das diferenças entre elas seja causada pelos ruídos que atuam de maneira ligeiramente diferente em cada uma.

Embora o processamento para melhorar a qualidade de séries históricas seja bastante semelhante em alguns aspectos fundamentais, há diferenças decorrentes das particularidades de cada situação. Uma delas é que nas cotações se tem uma imagem linear pseudofractal, e o tratamento é comparativamente mais fácil, podendo ser realizado sem o auxílio de softwares dedicados, embora pudesse ser substancialmente aprimorado se houvesse softwares para essa finalidade. Outra diferença é que, se por um lado é mais fácil, por outro é menos efetivo e a maioria do ruído acaba não sendo eliminada porque é muito mais difícil distinguir o que é sinal do que é ruído numa situação em que não existem informações sobre cores, tonalidades e luminosidade nas imediações de cada pixel, que pudessem favorecer o reconhecimento de cada pixel particular em comparação com os demais nas imediações e assim estimar as probabilidades de cada pixel ser um ruído. Além disso, nas séries de cotações não há como usar sobreposição de imagens muito semelhantes com a finalidade de reconhecer sinais mais fortes. O que se consegue fazer é usar cotações de EURJPY e USDJPY para gerar USDJPY e depois sobrepor ao USDJPY original e conferir se coincidem. O mesmo para GBPJPY e GBPUSD e depois gerar outro USDJPY. Sobrepondo estes vários USDJPY se consegue um resultado final significativamente mais fidedigno do que usando apenas o USDJPY original. Lembrando que não basta sobrepor as séries, ou calcular as medias em cada momento. Isso produziria apenas o equivalente à primeira imagem de Júpiter, citada no início, que é melhor do que cada um dos frames individuais, porém ainda é bem inferior ao resultado final depois dos processamentos apropriados.

Há diversos outros meios de melhorar a qualidade das séries históricas, mas aqui nos interessa abordar apenas este.

Também é interessante comentar a importância das condições atmosféricas, que, por analogia, em conjunto com a qualidade ótica, representaria a qualidade original de uma série histórica antes de receber o tratamento. As séries da Disk Trading, por exemplo, apresentam baixa qualidade, mas podem ser substancialmente melhoradas, embora não cheguem a ficar tão boas quanto bases da Gain Capital, por exemplo.

As imagens a seguir foram obtidas com mesmo instrumento, mesmos acessórios, foram processadas com métodos similares, porém os resultados ficam um pouco abaixo, devido às limitações impostas pela atmosfera, que não estava tão favorável.

Nota: a segunda foto desta série foi obtida em parceria com o amigo Caio Lucio Pricoli, que fez o acompanhamento sideral enquanto eu fiz a captura.

Nota 2: os pequenos discos escuros sobre Júpiter em algumas fotos são sombras de satélites (Io e Calisto, nestes casos).

Boa parte do recente aprendizado com astrofotografia já deverá ser implementada nas próximas versões.