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18/7/10 - DJ:

El proyecto openFITS

T.E.L: 4 min. 47 seg.


¿Los objetos del cosmos son como aparecen en las imágenes? El proyecto openFITS representa un paso hacia la eliminación del misterio alrededor del procesamiento de imágenes, realizado por el Observatorio Chandra.
openFITS


Los objetos del cosmos no son como se nos presenta en las imágenes. Es que los instrumentos son sensibles a longitudes de onda que nuestros ojos no, gracias a lo cual es posible que los astrónomos hagan extraordinarios descubrimientos, como los realizados por el Observatorio de rayos-X Chandra.

El procesamiento de imágenes es todo un tema en astronomía. Ya sea con datos ópticos o en otras longitudes de onda. La clave está en el color, gracias a que nuestros ojos distinguen entre rojos, azules y verdes. Así es posible crear imágenes estéticamente bellas. Pero que también contienen muchos datos reales, que los colores permiten intensificar para destacar algunas características físicas de los objetos.

Joe DePascuale, de Chandra, nos presenta el proyecto openFITS, con una serie de tutoriales para aprender cómo se manipulan las imágenes.

Con un conocimiento básico de datos astronómicos y software de procesamiento de imágenes, podemos crear nuestras propias imágenes astronómicas usando archivos FITS. Estos archivos reciben su nombre de la sigla Flexible Image Transport System, es decir, Sistema Flexible de Transporte de Imagen. Es un archivo digital usado por los astrónomos. En el tutorial es posible descargar algunas de las mejores imágenes de Chandra y aprender a componer nuestras propias versiones.

Aquí ya hablamos en algunas ocasiones sobre el tema, en:
Observando con NASA, nota en la cual hablamos de un observatorio remoto a través del cual podemos obtener imágenes FITS del objeto que seleccionemos. Se dispone en el mismo sitio de un software que permite trabajar con esos archivos, como comentamos en la nota.

Y también hicimos alguna mención al asunto en Un repaso por la astronomía virtual.

El tutorial comienza con una introducción:
Los colores que vemos son el resultado de cómo el ojo humano y el cerebro perciben las diferentes longitudes de onda de luz en la parte visible del espectro electromagnético. La habilidad del ojo humano de distinguir colores está basada en la variación de sensibilidad de las diferentes células en la retina a luz de diferentes longitudes de onda.

La retina contiene tres tipos de receptores o conos. La luz, sin importar cuán compleja sea su composición, se reduce a tres componentes de color por el ojo.
Una imagen en falso color es una imagen que muestra un objeto en colores distintos de aquellos que una fotografía a color mostraría. Se usa el término para describir imágenes cuyos colores representan intensidades medidas fuera de la porción visible del espectro. Las imágenes astronómicas suelen ser de este tipo, lo que no significa que sean incorrectas, es una selección arbitraria elegida para representar algunas características de la imagen, como la intensidad, energía o composición química. La idea es representar tantos datos como sea posible en una sola imagen. Los datos son transportados a un software de análisis de imagen donde los ajustes son hechos para enfatizar las características individuales o los procesos que los científicos les interesan, o para hacer las imágenes más atractivas para el público.

Imágenes FITS
Este tipo de archivo fue diseñado específicamente con los datos científicos en mente, e incluye un encabezado de metadatos ASCII capaz de proveer detallada información acerca del contenido de un archivo, como la fuente de datos, el tiempo de creación, etc. En el tutorial openFITS usaremos imágenes crudas o mínimamente procesadas de Chandra. El Índice FITS será un repositorio para todos los archivos usados en el proyecto.

Una palabra sobre software y código abierto
El programa estándar de la industria para procesar imágenes de esta clase es Adobe Photoshop, disponible para Mac y Windows. Mientras para este proyecto se intenta mantener un flujo de trabajo de código abierto, hay ciertas ventajas en usar Photoshop y el plugin FITSLiberator que harían ese objetivo difícil. Por lo que se usará GIMP, que aunque es capaz de leer archivos FITS es muy limitado en su control de escalado de imagen. Al incrementar el nivel de las imágenes, la limitación forzará el uso de Photoshop con el plugin desarrollado por ESA/ESO y NASA. Ese agregado le permite al usuario un control completo sobre la apariencia de los datos antes de ser proyectada a la pantalla y la mayoría de la información de escala se pierda.

Escalado de imagen: una rápida lección en profundidad de bit
Cualquier imagen que vemos en la pantalla del computador tiene una profundidad de bit asociada con ella. Esa profundidad refiere al número de colores que pueden ser desplegados en cualquier píxel en la imagen. Cuanto más alta sea la profundidad, más colores son usados en la imagen y, consecuentemente, más grande será el archivo. En una imagen de 8 bit en escala de grises, por ejemplo, cada píxel en la imagen puede aparecer como uno de los 256 gradientes de gris. El número 256 viene del hecho de que la profundidad de bit se incrementa en potencias de 2, y 28=256. Una imagen de 16 bit contiene 216 o 65.536 potenciales valores de color para cada píxel. La mayoría de las imágenes astronómicas viene en la forma de 16 bits que con más de 65 mil valores por píxel hay más información o rango dinámico en una imagen que la que puede ser desplegada en un monitor.

Escalado de imagen

Una función de escala manipula el valor de los píxeles antes de proyectarlos a la pantalla. El ejemplo de la izquierda muestra un escalado lineal de la remanente de supernova E0102 arriba de una imagen de muestra escalada logarítmicamente. La habilidad de escalar apropiadamente los datos antes de trabajar con ellos es crucial para crear imágenes interesantes. Esto es por qué se usará Photoshop para las imágenes más desafiantes.

Para usar GIMP lo debemos descargar de http://www.gimp.org/downloads.
G'MIC es un plugin para GIMP que define una serie de varios filtros así como algoritmos de eliminación de ruido y realce. Incluye una linda implementación del algoritmo GREYCstoration que es particularmente usado para suavizar datos de rayos-X. Para instalar el plugin G'MIC para GIMP debemos ir a http://registry.gimp.org/node/13469 y descargar la instalación apropiada para nuestro sistema operativo. El archivo descargado será un ejecutable que instalará apropiadamente el plugin.

Aclaración: El tutorial original de Chandra está desarrollado usando una versión anterior de G'MIC, por lo que hay una diferencia entre las capturas de pantalla de aquel tutorial y las imágenes que mostraré en el siguiente post al respecto.
Como se indica en la página del plugin G'MIC se trata de una secuela lógica del plugin anterior GREYCstoration. Este nuevo plugin contiene todas las características del anterior (a través de Enhancement/Anisotropic smoothing y Patch-based smoothing), pero también mucho más!

Para encontrar este filto en GIMP, luego de instalado el plugin: Menú Filtros->GMIC->Enhancement->Anisotropic Smoothing.

Antes de instalar cualquier software se sugiere que el usuario lea las licencias de cada programa.

En la próxima parte descargaremos archivos FITS para crear una imagen de tres colores de la remanente de supernova Cassiopeia A.
En la tercera parte haremos otro tutorial para crear una imagen de la Nebulosa del Cangrejo.

Fuentes y links relacionados




Sobre las imágenes

  • SNR E0102. Crédito: Chandra.


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