Spectaculaire kleurenfoto’s in een F(L)ITS

Iedereen met een pc of Mac waarop een recente versie van Adobe Photoshop (Elements) staat, kan sinds kort gebruik maken van een gratis plugin die door NASA, ESA en ESO is ontwikkeld. Met behulp van deze plugin, Photoshop FITS Liberator, kunnen beelden van het zogeheten FITS-formaat bewerkt worden. FITS staat voor File Image Transfer Software: het is de standaard waarmee grote sterrenkundige instituten al meer dan twintig jaar werken. Ook veel ccd-camera’s in amateur-kringen, zoals de bekende Cookbook camera, leveren beelden in FITS-formaat af. Maar ook voor niet-astrofotografen is de plugin interessant: men kan (na registratie) zelf in de archieven van NASA en ESO duiken om beeldgegevens op te halen.

Voor wie het nog niet wist: een digitale ‘foto’ is opgebouwd uit vierkante blokjes, die pixels worden genoemd. Elke pixel heeft zijn eigen grijswaarde of kleur, en hoe meer pixels er in een vierkante centimeter zitten, des te meer details zo’n foto kan vertonen. De pixels van een digitale zwartwitfoto hebben gewoonlijk een grijswaarde die tussen 0 (wit) en 255 (zwart) ligt, maar het is ook mogelijk om het bereik tussen wit en zwart in veel meer stapjes onder te verdelen (65536 bijvoorbeeld). Hoe meer stapjes, des te vloeiender zijn de overgangen tussen de verschillende grijstinten.
Maar wie maakt er nou nog zwartwitfoto’s? Het antwoord op deze vraag is heel eenvoudig: sterrenkundigen! Bijna alle professionele astronomische instituten schieten vrijwel uitsluitend zwartwitplaatjes. Dat dit toch zeer kleurrijke resultaten kan opleveren, is te danken aan het gebruik van kleurfilters. Door zwartwitopnamen achtereenvolgens door (bijvoorbeeld) een rood-, een groen- en een blauwfilter te maken, en deze later met elkaar te combineren, kan een kleurenbeeld worden gereconstrueerd.
Het principe is heel eenvoudig: geef de ‘rode opname’ in Photoshop een rode tint, de ‘groene opname’ een groene tint en de ‘blauwe opname’ een blauwe tint. Plak de drie resultaten als drie laagjes in een leeg RGB-veld en klaar is de kleurenfoto. Het is eigenlijk net of je drie verschillend gekleurde dia’s over elkaar heen projecteert.
In de praktijk ligt dat natuurlijk wat genuanceerder. Zo zijn er heel veel verschillende soorten kleurfilters – het ene rood is dus het andere niet, sterker nog: er hoeft zelfs geen roodfilter aan te pas te komen. Sommige filters zijn breedbandig en laten een groot scala van kleuren door, terwijl andere smalbandig zijn en bijvoorbeeld alleen het licht van één specifieke spectraallijn (kleur) doorlaten. De laatste worden bijvoorbeeld gebruikt als men geïnteresseerd is in een bepaald atomair proces dat zich in een object afspeelt.
Veel van de spectaculaire kleurenplaatjes die we op de websites van NASA, ESA en ESO zien, zijn gemaakt met breedbandige kleurfilters. Het gebeurt overigens maar zelden dat er doelbewust een mooi kleurenplaatje uit komt: meestal zijn de kleurenbeelden een nevenproduct van onderzoek waarbij (zwartwit)opnamen in verschillende golflengtegebieden werden gemaakt. Voor onderzoeksdoeleinden worden zulke opnamen vrijwel nooit tot kleurenfoto’s samengevoegd.
Uit het voorgaande blijkt eigenlijk al dat het samenstellen van zo’n kleurenfoto een beetje nattevingerwerk is. Vaak omvatten de gebruikte filters slechts een deel van het spectrum dat we met het blote oog kunnen zien of betreft het opnamen die geheel buiten het zichtbare bereik vallen. Je kunt dan best nog een ‘natuurlijk ogende’ kleurenfoto opbouwen, maar van ‘echte kleuren’ is dan geen sprake. Soms wil men zelfs bewust een bepaalde kleur overdreven weergeven om bepaalde details in een opname te benadrukken. En vaak is het eindresultaat gewoon een kwestie van smaak.
Bij het samenstellen van een kleurenfoto kan men zich dus de nodige vrijheden permitteren. Een belangrijk aspect daarbij is de rek- of stretchfunctie die men kiest. Deze bewerking heeft invloed op het contrast van de verschillende delen van de opname. Zo kan men bijvoorbeeld een logaritmische rekfunctie gebruiken om de heldere delen van een opname (meestal sterren) te onderdrukken en de zwakkere delen (nevels) op te peppen. Er zijn echter vele variaties mogelijk, die alle van invloed zijn op het eindresultaat.

De weerbarstige praktijk

Genoeg theorie: de praktijk is veel leuker. Op onderstaande website zijn complete beeldsetjes van een aantal verschillende objecten op te halen. Maar het leek me veel aardiger om zelf een kleurenfoto samen te stellen. Om de proef op de som te nemen, heb ik mezelf geregistreerd (http://archive.eso.org/register/new) en drie WFPC2-opnamen van (een stukje van) de Ringnevel opgevraagd. (Hoe dat moet staat beschreven op http://www.spacetelescope.org/ projects/fits_liberator/archives .html. De instructies zijn ietwat summier, maar met wat gepuzzel kom je er wel uit.)
Het kan wel enkele uren (!) duren voordat de opgevraagde gegevens opgehaald kunnen worden. En soms gaat het gewoon mis: mijn gegevens waren na twee dagen nog niet binnen wegens problemen met het HST-archief. En toen ze uiteindelijk toch boven water kwamen, bleken ze niet of nauwelijks geschikt voor verdere (beeld)verwerking. Blijkbaar moet je de omvangrijke archieven toch eerst beter leren ‘lezen’, voordat je er zinvolle informatie uit kunt halen.

Andromedanevel

Ten slotte heb ik alsnog een van de standaardsetjes opgehaald: de Andromedanevel uit de Digital Sky Survey. Zonder breedbandverbinding kun je daar trouwens maar beter niet aan beginnen, want de drie (gezipte) FITS-bestanden zijn samen maar liefst 190 MB groot. ‘Uitgepakt’ geeft de teller bij elk van de plaatjes ruim 90 MB te zien: op zo’n moment ben je erg blij met een werkgeheugen van 1,5 GB!
Na dubbelklikken openen de bestanden in de Photoshop FITS Liberator plugin (fig. 1). Vanaf dat moment kan het experimenteren beginnen. Er kunnen verschillende parameters gevarieerd worden, maar ik heb me beperkt tot de keuze van het soort rekfunctie en de schuifjes waarmee je de zwart- en witniveaus bijstelt. Het is de bedoeling dat het resultaat zo veel mogelijk informatie laat zien, dat wil bijvoorbeeld zeggen dat niet grote delen van de opname volledig verzadigd wit of zwart vertonen (zoals het kerngebied van M31). Uiteindelijk heb ik gekozen voor de rekfunctie sqrt (worteltrekking; fig. 2) en de zwart- en witniveaus zo aangepast, dat het resultaat ‘aangenaam’ oogde (fig. 3). Weinig wetenschappelijk misschien, maar je moet toch ergens beginnen.
Na het klikken op ‘OK’ komt het plaatje alsnog in de normale Photoshop-omgeving terecht (16-bits grijs; fig. 4). De opname van M31 meet dan ruim 7000 bij 7000 pixels – groot genoeg om er een scherpe afdruk van 60 bij 60 centimeter van te maken. Dat leek me voor dit doel een beetje overdreven: ik heb het drietal daarom verkleind tot dertig procent.
Vervolgens moeten de drie opnamen (in afzonderlijke lagen) in één RGB-bestand worden geplakt, en wel zodanig dat de opname met de kortste golflengte (in dit geval die door het B(lauw)-filter) onderop komt, en die met de langste golflengte (in dit geval die door het I(nfrarood)-filter) bovenop. Dit is een eenvoudige knip- en plakprocedure, maar er is ook een ‘actiescriptje’ beschikbaar dat de boel automatiseert: http://www.spacetelescope.org/projects/fits_liberator/stepbystep.html.
De werkwijze die men bij spacetelescope.org suggereert maakt gebruik van de ‘aanpassingslagen’ (adjustment layers) in Photoshop. In hoeverre men deze werkwijze wil volgen, is vooral een kwestie van gewoonte. Zelf vind ik het makkelijker om met ‘kanalen’ te werken: ik heb de drie plaatjes dus niet in drie afzonderlijke lagen geplakt (en deze later doorzichtig gemaakt en de juiste kleuren gegeven), maar direct in het juiste kleurenkanaal van een RGB-bestand. Ook deze kanalen laten zich afzonderlijk nabewerken.
Als we het resultaat van deze samenvoeging bekijken, zien we gelijk dat er iets vreemds aan de hand is (fig. 5). Bij nadere bestudering blijken de drie kleuren niet goed over elkaar te liggen! Sterker nog, een van de bestanden heeft een iets afwijkende afbeeldingsschaal (waarvoor overigens ook was gewaarschuwd). Dat moet dus eerst worden rechtgezet – een secuur werkje, dat echter lang niet altijd nodig zal zijn.
De pixels en kleuren staan nu keurig op hun plek, en er is een redelijke RGB-afbeelding van de Andromedanevel op het scherm verschenen. De makers van de plugin moedigen de gebruiker nu aan om te gaan experimenteren met kleurtinten en contrasten om er een ‘esthetisch aangename afbeelding’ van te maken. Wie een beetje thuis is in Photoshop weet wel wat daarmee bedoeld wordt. Mijn resultaat staat hierbij afgebeeld, en een uitsnede is ook te vinden in de rubriek ‘User’s images’ van de website van het project: http://www.spacetelescope.org/bin/fitsimages.pl.

(Zenit, september 2004)

Systeemeisen: Photoshop FITS Liberator werkt op Windows pc’s en Macs (OS X 10.2 en hoger) en is geoptimaliseerd voor Photoshop CS. De plugin werkt echter ook in Photoshop 7 (maximaal 15 bit kleurendiepte) en Photoshop Elements 2 (maximaal 8 bit kleurendiepte). De in het artikel beschreven bewerkingen zijn gedaan in Photoshop CS op een PowerMac G5 met Mac OS X 10.3.4. Een breedbandverbinding is geen vereiste, maar wordt – wegens de grote omvang van de bestanden – sterk aanbevolen. Om dezelfde reden moet de pc of Mac zijn uitgerust met een flinke portie RAM-geheugen.

Alle informatie die nodig is om de FITS Liberator aan de praat te krijgen is te vinden op: http://www.spacetelescope.org/projects/fits_liberator/index.html

In augustus 2005 is een nieuwe (snellere) versie van de software verschenen: http://www.spacetelescope.org/news/html/heic0510.html

Figuur 1

Figuur 2

Figuur 3

Figuur 4

Figuur 5

Eindresultaat