校准

载入序列后，就可以对图像进行校准、配准和堆叠。校准是重要但可选的步骤，其中需要使用偏置场、暗场、平场。在Siril中只能使用主偏置场、主暗场、主平场进行校准，这些主校准场需要先由各自的序列生成。

校准场

校准标签页中的校准场选项

偏置场

援引 A Glossary of CCD terminology ：

The bias level of a CCD frame is an artificially induced electronic offset which ensures that the Analogue-to-Digital Converter (ADC) always receives a positive signal. All CCD data has such an offset which must be removed if the data values are to be truly representative of the counts recorded per pixel.

在 Siril 中使用主偏置场时，点击文本框右侧的按钮，然后浏览文件以选择相应的主偏置场。您也可以使用在 偏好设置 中定义的库中的主偏置场。

小技巧

偏置场需要把镜头盖盖上，并使用最短的曝光时间。一般的，对于现代单反相机来说，曝光时间是1/4000秒。

这是Canon EOS 1100D拍摄的偏置场示例。请勿依赖图中勉强可见的偏置信号————信号幅度在自动拉伸后被极大的夸大了。

合成偏置

由于现代传感器的偏置信号比较均匀，我们推荐将主偏置场视作一个常量图像来处理。这样做的好处是可以节省磁盘空间，并在最终图像中尽量减少噪声。为此，Siril 提供了一个便捷的功能来实现该操作。

在预处理图像时，除了指定一个主偏置场，您也可以直接在文本框中输入表达式，例如：

=2048

如果 FITS 文件头中包含 OFFSET ，您也可以输入：

=64*$OFFSET

其中 = 和 $ 是必要的。偏置值必须以数模单位（ADU）输入，而不是浮点数。

在命令行中使用合成偏置的方式如下：

preprocess flat -bias="=64*$OFFSET"

这个示例中的值，2048，适用于主偏置场的中位数是2048的相机。一般的，对于单反相机来说，这个值应该是2的正整数次方。在这个例子中， \(2048 = 2^{11}\) 。

请参考 Synthetic biases 以获取更多信息。

暗场

暗场包含传感器中正比于温度和曝光时间的热噪声，所以，暗场的曝光时间和温度需要和亮场基本保持一致。这也是为什么暗场都在拍摄过程中或拍摄结束后拍摄。

在 Siril 中使用主暗场时，点击文本框右侧的按钮，然后浏览文件以选择相应的主暗场。您也可以使用在 偏好设置 中定义的库中的主暗场。

小技巧

暗场的曝光时间和增益与亮场相同，但拍摄时需要盖上镜头盖。

Canon EOS 1100D 在300秒曝光时间，ISO 800下的暗场示例。

一段演示了如何使用暗场来移除热噪声的动画。

暗场优化

当暗场图像不是在理想条件下拍摄时，可以使用暗场优化。Siril提供了两种不同的方法，可通过下拉列表选择。

1. 自动评估 模式会通过调整暗场的系数来最小化处理后的图片（移除暗场后的亮场）中的噪声。

2. 使用曝光 模式则是基于FITS文件头中的曝光时间（如果有）。

以下是一个必须使用暗场优化的例子。图片由 FLI ProLine 4240 相机 拍摄。主暗场从600s曝光时间的暗场库中获得，但每张亮场的曝光时间则是60s。主暗场中包含了由相机中四个前置放大器造成的，很独特也很恼人的信号特征。这个缺陷在银河图像中也存在，所以必须仔细进行暗场校准以获得没有缺陷的图像。

这是一张由 FLI ProLine 4240 相机 拍摄的亮场和暗场。两张图上均可以看到由前置放大器导致的4条带状痕迹。图像以直方图均衡模式显示，以放大可能的缺陷。

因为暗场没有在相同的曝光条件下拍摄，这种情况下使用平常的工作流会使得结果很差。

使用传统的工作流后，校准效果很差，并且没能修正缺陷。图像以直方图均衡模式显示，以放大可能的缺陷。

因此，解决方案是先从暗场中去除偏置场，然后同时使用偏置场和暗场进行校准，并且勾选暗场优化。Siril会自动计算应用于暗场的系数。在这个例子下，Siril计算出的系数是 0.110。这个数字比较合理，对应暗场和亮场之间10倍的曝光时间差（ \(60 / 600 = 0.1\) ）。

这种情况下校准标签页应当如上图配置。主平场和主暗场都去除了偏置场。

10:34:58: Preprocessing...
10:34:58: Normalisation value auto evaluated: 0.313
10:34:58: 13230 corrected pixels (0 + 13230)
10:34:59: Dark optimization of image 0: k0=0.110
10:34:59: Saving FITS: file pp_M51SDSSr_00002.fit, 1 layer(s), 2048x2048 pixels, 32 bits

由于进行了暗场优化，校准已经正确完成。现在仅能看到近红外范围内的 CCD 条纹残留，而这种残留无法靠校准消除。图像以直方图均衡模式显示，以放大可能的缺陷。

平场

通常来说，望远镜无法均匀的照射传感器，而且传感器和光学仪器表面的灰尘也会在图像上形成暗纹。传感器的不同像元对光的响应也有不同。为校正这些效应，每张亮场图像都需除以主平场；主平场应由均匀、不过曝区域的多张单次曝光图像取中位数生成。

在 Siril 中使用主平场时，点击文本框右侧的按钮，然后浏览文件以选择相应的主平场。您也可以使用在 偏好设置 中定义的库中的主平场。

这是Canon EOS 1100D的平场示例。光学路径上，特别是传感器上的灰尘，以及暗角，都清晰可见。另外，这些缺陷被显示模式放大了，并且使用了 grey_flat 命令来移除图片上的拜尔阵列。

CFA均衡

均衡CFA 选项会将CFA平场中的平均亮度均衡化，这等价于使用 grey_flat 命令。

Siril command line

grey_flat

将载入的CFA图像中RGB图层的平均亮度均衡化。这和校准时应用在平场图上的均衡CFA操作相同

自动估算归一化参数

如果启用了 自动估算归一化参数 ，Siril会自动估算归一化参数。这个值是去除主暗场的主平场的均值，否则Siril会使用文本框中的数值。

亮场校准

亮场校准指使用主偏置场、主平场、主暗场来校准天文图像，以移除不需要的信号。

警告

在任何情况下校准操作不会降低图像中的噪声，相反，它会增加图像中的噪声。所以，为了尽可能降低图像中的噪声，应该拍摄尽可能多的校准场。

修正X-Trans AF伪影

修正X-Trans AF伪影 选项用于修正富士相机用于X-Trans自动对焦的像素。由于采用了相位检测自动对焦系统，用于自动对焦的感光元件接收到的光会略低于周围。为了补偿这些损失，相机会自动提高这些感光元件的灵敏度，使得暗场正中间会存在一个可见的方形区域。这个选项不会影响拜尔阵列。这个选项仅在使用主暗场或主偏置场时启用。

X-Trans artifact fixed by the algorithm of Siril

坏点修正

坏点修正是一种用于处理图像中异常像素的技术。在任何相机的图像传感器中，都不可避免地存在一些感光元件在接收光子时无法正常响应。在图像上，这些像素会呈现出与其周围像素数值明显不一致的亮点或暗点。若其亮度显著偏高，称为热坏点；若其亮度显著偏低，则称为冷坏点。在Siril中，当勾选 Enable Cosmetic Correction 选项后，可使用两种算法来修正这些坏点。

使用主暗场图

您需要主暗场才能启用此选项。Siril 会寻找那些相对于中位数偏差超过x倍标准差 \(\sigma\) 的像素。这个倍率可以分别针对热坏点和冷坏点进行调整。

您可以点击 估算 按钮来估算需要修正的像素数量。如果需要修正的像素数量以红色显示，这意味着需要修正的像素数量已经超过了1%。此时你需要调高系数，或者不启用坏点修正。如果图片是彩色相机拍摄的，您必须勾选 CFA数据 。

使用坏像素图

另一个方法是提供一个包含失效的像素坐标的文本文件。您可以先使用 find_hot 来创建这个文件，随后再进行手动修正。例如下方示例的最后一行，是手动添加以修正在 \(x = 1527\) 处损坏的一列。

P 325 2855 H
P 825 2855 C
P 838 2855 H
P 2110 2855 H
P 2702 2855 H
P 424 2854 H
C 1527 0 H

Siril command line

find_hot filename cold_sigma hot_sigma

Saves a list file filename (text format) in the working directory which contains the coordinates of the pixels which have an intensity hot_sigma times higher and cold_sigma lower than standard deviation, extracted from the loaded image. We generally use this command on a master-dark file. The COSME command can apply this list of bad pixels to a loaded image, see also SEQCOSME to apply it to a sequence

Links: cosme, seqcosme

Lines P x y type will fix the pixel at coordinates (x, y) type is an optional character (C or H) specifying to Siril if the current pixel is cold or hot. This line is created by the command FIND_HOT but you also can add some lines manually:

Lines C x 0 type will fix the bad column at coordinates x.

Lines L y 0 type will fix the bad line at coordinates y.

这个可以自行编辑的文件即是坏像素图。

另外，如果图片是彩色相机拍摄的，您必须勾选 CFA数据 。

输出序列

这一部分允许您对输出进行配置。

• 输出前缀 文本框中的内容会作为前缀添加到输出文件名。默认前缀为 pp_ ，意为前处理（pre-processed）。

• 下拉列表中定义了输出序列的目标格式。

  • FITS图像：每张图片对应一个FITS文件。

  • SER序列：整个序列对应一个SER文件（最高支持到每通道16bits）。

  • FITS序列：整个序列对应一个FITS文件。

• 如果你需要在校准后立刻进行去马赛克，勾选 保存前执行解拜尔 。如果您使用了该选项，您将会跳过一步需要一定时间的手动操作的步骤。

命令行

Siril command line

calibrate sequencename [-bias=filename] [-dark=filename] [-flat=filename] [-cc=dark [siglo sighi] || -cc=bpm bpmfile] [-cfa] [-debayer] [-fix_xtrans] [-equalize_cfa] [-opt[=exp]] [-all] [-prefix=] [-fitseq]

Calibrates the sequence sequencename using bias, dark and flat given in argument.

For bias, a uniform level can be specified instead of an image, by entering a quoted expression starting with an = sign, such as -bias="=256" or -bias="=64*$OFFSET".

By default, cosmetic correction is not activated. If you wish to apply some, you will need to specify it with -cc= option.

You can use -cc=dark to detect hot and cold pixels from the masterdark (a masterdark must be given with the -dark= option), optionally followed by siglo and sighi for cold and hot pixels respectively. A value of 0 deactivates the correction. If sigmas are not provided, only hot pixels detection with a sigma of 3 will be applied.

Alternatively, you can use -cc=bpm followed by the path to your Bad Pixel Map to specify which pixels must be corrected. An example file can be obtained with a find_hot command on a masterdark.

Three options apply to color images (in CFA format): -cfa for cosmetic correction purposes, -debayer to demosaic images before saving them, and -equalize_cfa to equalize the mean intensity of RGB layers of the master flat, to avoid tinting the calibrated image.

The -fix_xtrans option is dedicated to X-Trans images by applying a correction on darks and biases to remove a rectangle pattern caused by autofocus.

It's also possible to optimize dark subtraction with -opt, which requires the supply of bias and dark masters, and automatically calculates the coefficient to be applied to dark, or calculates the coefficient thanks to the exposure keyword with -opt=exp.

By default, frames marked as excluded will not be processed. The argument -all can be used to force processing of all frames even if marked as excluded.

The output sequence name starts with the prefix "pp_" unless otherwise specified with option -prefix=.

If -fitseq is provided, the output sequence will be a FITS sequence (single file)

Siril command line

calibrate_single imagename [-bias=filename] [-dark=filename] [-flat=filename] [-cc=dark [siglo sighi] || -cc=bpm bpmfile] [-cfa] [-debayer] [-fix_xtrans] [-equalize_cfa] [-opt[=exp]] [-prefix=]

Calibrates the image imagename using bias, dark and flat given in argument.

For bias, a uniform level can be specified instead of an image, by entering a quoted expression starting with an = sign, such as -bias="=256" or -bias="=64*$OFFSET".

By default, cosmetic correction is not activated. If you wish to apply some, you will need to specify it with -cc= option.

You can use -cc=dark to detect hot and cold pixels from the masterdark (a masterdark must be given with the -dark= option), optionally followed by siglo and sighi for cold and hot pixels respectively. A value of 0 deactivates the correction. If sigmas are not provided, only hot pixels detection with a sigma of 3 will be applied.

Alternatively, you can use -cc=bpm followed by the path to your Bad Pixel Map to specify which pixels must be corrected. An example file can be obtained with a find_hot command on a masterdark.

Three options apply to color images (in CFA format): -cfa for cosmetic correction purposes, -debayer to demosaic images before saving them, and -equalize_cfa to equalize the mean intensity of RGB layers of the master flat, to avoid tinting the calibrated image.

The -fix_xtrans option is dedicated to X-Trans images by applying a correction on darks and biases to remove a rectangle pattern caused by autofocus.

It's also possible to optimize dark subtraction with -opt, which requires the supply of bias and dark masters, and automatically calculates the coefficient to be applied to dark, or calculates the coefficient thanks to the exposure keyword with -opt=exp

The output filename starts with the prefix "pp_" unless otherwise specified with option -prefix=

理解校准场如何校准亮场

本节旨在更深入的探讨不同校准场在校准亮场时的作用。

本节不讨论噪声问题；噪声不会因使用校准场而消失，只能通过对同一随机过程进行多次平均来降低。此外，我们也不考虑诸如辉光或灰尘等空间结构特征。

如果尝试对不同类型帧中背景像素的亮度进行量化，我们可以写出如下表达式：

\begin{align} L &= a - b \times \left(x-\frac{W}{2}\right)^2 + d_\text{rate} \times t_{\text{lights}} +o \\ D &= d_\text{rate} \times t_{\text{lights}} + o \\ F &= K\left(a - b \times \left(x-\frac{W}{2}\right)^2\right) + o \\ O &= o \end{align}

其中 \(L\) 表示亮场，\(D\) 表示暗场，\(F\) 表示平场，\(O\) 表示偏置场。

对于亮场 \(L\) ，第一部分是一个空间光照分量， \(a - b(x-\frac{W}{2})^2\) ，即光照强度平方反比于到图像中心的横向距离。其在宽度为 \(W\) 的画面中央（即传感器中心）达到最大值 \(a\) ，且关于中心左右对称。虽然这并不是暗角的真实空间分布形状，但它是一个足够好的近似，有助于理解其工作方式。

暗场 \(D\) 不包含光照信息。给定亮场和暗场曝光时间相同，暗场仅包含和亮场一样的暗电流项和偏置项。

对于平场 \(F\) ，它们也具有一个空间项，并且与亮场中的空间项成正比。大于1的系数 \(K\) 仅表示它们的整体强度更高。为使该表达式成立，我们只需合理假设像素对所接收光子数量的响应是线性的。

最后，偏置场 \(O\) 仅包含偏置电平。

为了更直观地理解这些量，我们用下列参数在下方根据画面位置绘制了这些表达式的曲线。我们建议您也这样做，并且您也可以尝试使用不同参数。

• \(a = 200 \text{[ADU]}\)

• \(b = 0.0003 \text{[ADU/px}^2\text{]}\)

• \(d_\text{rate} = 1 \text{[ADU/s]}\)

• \(t_{\text{lights}} = 10 \text{[s]}\)

• \(o = 2048 \text{[ADU]}\)

• \(W = 1000 \text{[px]}\)

亮场 \(L\) 、暗场 \(D\) 和偏置场 \(O\) 的ADU值显示在左侧刻度上，而平场 \(F\) 的值则对应右侧刻度。

当您校准亮场时，您实际上是在做以下操作：

\[L_c = \dfrac{L -D}{F-O}.\]

\(F-O\) 项代表去除偏置信号（即主偏置场或固定电平）的主平场，您需要在堆叠平场时进行这个操作。 \(L-D\) 项代表去除暗电流和偏置信号（即主暗场）的亮场。如果您将上述表达式带入，您将会得到：

\[L_c = \dfrac{1}{K}.\]

可以看到空间项被消除了，您得到了一个均匀的亮场。当您使用在 校准 标签页勾选 自动估算归一化参数 时，Siril会尝试得到一个合理的ADU值，而不是 \(1/K\) 。

您可以尝试一些其他方法，但它们都无法消除空间项。

为了更直观的展示这个结论，我们绘制了以下不同组合的结果。为了使所有结果在同一尺度，所有结果均被均一化到中心光照强度为1：

• \(L-D\) : 仅拍摄暗场。

• \(L/F\) : 仅拍摄平场。

• \(L/(F-O)\) : 拍摄了平场并且校准了偏置（主偏置场或固定电平）。

• \((L-O)/(F-O)\) : 拍摄了平场，并且同时对平场和亮场校准了偏置。

• \((L-D)/F\) : 拍摄了平场和暗场但没有处理偏置。

• \((L-D)/(F-O)\) : 教科书式校准。

注意到：

• \(L-D\) 明显没有修正暗角。

• \(L/F\) 和 \(L/(F-O)\) 过度修正暗角（即暗角变亮角）。

• \((L-D)/F\) 和 \((L-O)/(F-O)\) 几乎接近完全修正，得到了接近均匀的亮场。当然，这也和您传感器的暗电流以及光路中的暗角相关。

• 教科书式校准则得到了均匀的亮场。

综上，您可以得到以下结论：

• 如果没有拍摄暗场，您最好修正亮场内的偏置信号（主偏置场或固定电平）。

• 如果没时间拍摄一个暗场序列，您最好也拍摄至少一张暗场，找到暗场的中位数，并从亮场中移除这个“合成暗场”。当然，这无法移除辉光和热坏点，但至少能让你的亮场均匀。

那么灰尘呢？

好消息：您的平场也能移除灰尘的影响；坏消息：您必须使用全部的校准场才能做到。我们降低了亮场和平场局部的ADU值来模拟灰尘的影响。

如下图所示，仅有 \((L-D)/(F-O)\) 可以移除灰尘的影响。

为了能更好的理解上述等式和曲线，我们用以下图片为例，图片均由G. Attard提供。

\(L-D\)

\(L/F\)

\(L/(F-O)\)

\((L-O)/(F-O)\)

\((L-D)/(F-O)\)

校准相关的疑难解答

理论上校准是一个很简单的步骤，只要输入的数据符合天文摄影的要求就不会失败。

但用户总会遇到校准图像不准确的问题。在本节中，我们将粗略介绍一些可能遇到的问题，以及如何避免它们。

:ref:`统计信息 <Statistics:Statistics>`可以很好的辅助您寻找问题，并且在大多数情况下可以用于解决问题。

• 首先，暗场一定要暗。暗场在摄像机被盖住的情况下拍摄，理应没有任何感光元件可以接收到光子。图像理应看上去像是单色相机拍摄的图片，其中拜尔阵列应当不可见。下图展示了一张有问题的暗场和它的色彩平衡————它并不“暗”，其拜尔阵列清晰可见。这样的暗场无法用于校准，需要重新拍摄。

  

  可以看到每个通道的中位数不同————它们应该相同，或者至少很接近。另外，拜尔阵列也清晰可见。

• 在夜晚拍摄时，请务必将每张图片的偏置设置成相同数值。亮场与校准场的曝光设置也必须匹配。如果没能满足第一个条件，可能会导致丢失有用的信号（位于直方图左侧的部分）；如果没能满足第二个条件，则很可能导致无法正确进行校准（见 上文 ）。

• 亮场一定要亮，至少亮场的中位数应该比暗场的中位数高足够多，否则可能会生成很多像素都是负值的图片。

• 如果您的暗场和偏置场使用了相同的设置，它们的中位数应该很接近（至少对于冷冻相机来说），否则您的暗场可能被漏光影响（由于曝光时间短，偏置场对漏光不是很敏感）。因此，请务必检查主暗场是否包含一定渐变或中心区域偏亮————注意这有别于辉光现象。

• 我们强烈建议您使用相同的方式拍摄图像————同一台电脑或天文盒子、同样的图片格式、同样的软件。每个程序都可能有不同的储存方式，导致图像彼此不兼容。我们经常遇到用户使用天文盒子拍摄所有图像，并在第二天用单反相机直接拍摄平场。这种情况下，图像尺寸通常会不同，使得校准无法进行。

• 运行脚本时经常遇到的一个错误是输入文件夹（暗场/偏置/平场/亮场）中存在JPG图像。这些图像通常是采集软件为了加快浏览速度而保存的快照。这种错误会导致校准失败，并提示图像尺寸不一致————JPG图像经过去马赛克处理，拥有三个通道，而RAW图像仅仅只有一个通道。您可以通过删除输入文件夹中所有的JPG图像来解决这个问题。

• 检查平场是否过曝。平场用于校准传感器像素间的感光度差异。如果某些像素过曝，它们可能无法反映真实的感光度，使得校准出错————过曝的平场必然会导致校准失败。

  您可以通过 图像处理 ‣ 拉伸 ‣ 直方图变换... 来查看平场的直方图以确定是否存在过曝。在下方示例中，一个峰值在右侧被截断,即存在过曝。谨慎起见，您需要确保最右侧峰值的右尾不超过80%，以避传感器进入非线性区域。

  

  直方图被截断的平场。此时，您需要降低增益或者缩短曝光时长。