다들 한 번쯤은 멋지게 찍힌 천체 사진을 보신 적이 있으실 것입니다. 인터넷에서나 과학 관련 도서에서 보는 하늘 위의 천체들은 아주 멋집니다. 반짝이는 별들, 웅장한 은하, 화려한 성운들은 우리의 눈을 즐겁게 하고, 지구 너머 저 우주에 대한 멋진 환상을 가지게 해줍니다. 하지만 이러한 환상을 가지고 야외로 나가 밤하늘을 쳐다본다면 이 환상은 깨지기 마련입니다. 밤하늘에는 어둠과 작게나마 반짝이는 점들 밖에 보이지 않기 때문입니다. 우리가 보는 밤하늘은 이와 같이 텅텅 비어 있는데, 우리가 보는 사진들은 어떻게 찍어지는 것일까요?
먼저, 우리가 보는 하늘은 여러 요소에 의해 제한되어 있습니다. 눈의 성능은 많이 뛰어나지 않으며, 우리가 살고 있는 도시에는 빛 공해와 공기 공해 등의 문제가 많이 존재합니다. 그렇기에 우주에서 오는 빛이 많이 방해를 받게 되고, 우리 눈으로 들어오는 빛은 한정적 입니다.
사진은 이러한 문제점들을 없애줍니다. 우리는 카메라로 사진을 얼마나 오래 찍을지를 통해 충분한 빛을 받을 수 있고, 이를 통해 망원경으로도 보이지 않는 천체들을 찍어낼 수 있습니다. 하지만 카메라를 들고 하늘의 천체를 찍어 보셨다면 아시겠지만, 이것이 다가 아닙니다. 카메라가 찍은 사진에도 사실은 많은 오차가 숨겨져 있으며, 이를 보정하는 작업을 마쳐야 감탄을 자아내는 멋진 천체사진을 찍어낼 수 있습니다. 이 글에서는 간단하게 이 사진들의 후 처리가 이루어지는 방법에 대해 다루려 합니다. 추가적으로, 이 글에서는 DSLR 카메라를 망원경에 설치하여 사용하였을 때의 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1. 사진 합치기
한 장의 멋진 은하 사진이 탄생하기 위해서는 수십 장의 재료 사진이 사용됩니다. 이러한 재료 사진들을 합치게 되면 좋은 점이 많습니다! 먼저 여러 사진을 통해 빛을 더 모을 수 있습니다! 카메라 센서 상 노출시간을 너무 오래 하는 것은 문제가 있을 수 있는데, 이를 대신해서 수십 장의 사진을 합치면 아주 오랫동안 찍는 듯한 효과를 내어 선명한 천체를 볼 수 있게 해줍니다.
또한, 사진에는 랜덤한 오차가 많이 생기는데, 여러 사진을 합치면 이러한 오차들을 없애줍니다. 주사위를 던지면 처음에는 다양한 숫자가 나오지만, 많이 던진 후 이들의 평균을 취하면 약 3.5가 되는 것과 비슷한 원리입니다. 각각의 사진에 있던 노이즈 (Noise) 가 서로를 상쇄시켜 더 깔끔한 사진을 만들어줍니다!
2. 다크 (Dark) 보정
다크 (Dark) 는 주변의 온도 등으로 카메라 센서 내에서 생기는 오차입니다. 온도 등으로 센서 내부에 오차가 생기는 것이죠. 그렇기 때문에 다크 오차는 찍는 사진과는 관계가 없이 기본적으로 존재하는 내부적 오차입니다. 그렇기 때문에 이 오차를 빼주어야 오직 천체의 빛에 대한 정보를 담고 있는 사진을 만들 수 있습니다.
다크 오차를 보정하기 위해서는 다크 사진을 찍어야 하는데, 이는 카메라의 덮개 또는 연결된 망원경의 덮개를 덮어 빛이 통하지 않는 상태로 카메라 센서 내부의 상태에서 생기는 오차를 보는 것입니다.
그렇기 때문에 다크의 경우에는 원본 사진과 노출 시간, ISO (감도)를 같게 맞추어 초기 조건을 맞추어 주어야 합니다. 심지어는 찍었던 공간의 온도까지 계산해야 하기 때문에 원본을 찍은 후 또는 전에 찍어두는 것을 추천합니다!
다크 사진 역시 여러 개를 찍은 후 이를 합쳐서 마스터 다크 (master dark)를 만들게 됩니다. 이 이유는 위에서 여러 사진을 찍는 이유와 비슷하게, 오차를 줄이기 위함입니다.
만들어진 마스터 다크는 1번에서 생성된 원본 사진에서 빼주어 오차를 없애줍니다.
3. 플랫 (Flat) 보정
플랫 (Flat) 은 카메라 픽셀 각각의 감도의 차이를 보정해 주는 작업입니다. 픽셀 각각이 같은 량의 빛을 받더라도 저장하는 만큼이 다르기 때문에, 이를 같게 해주어 깔끔한 사진이 나오도록 해주는 것입니다. 예를 들어 픽셀 1은 100만큼의 빛을 90만큼 받고, 픽셀 2는 120만큼 받는다면 같은 흰 배경의 사진을 찍어도 원하지 않는 밝기 차이가 생길 수 있습니다! 이를 보정하는 것이 플랫 보정입니다.
플랫 보정을 위한 사진은 해질녘에 해 반대쪽의 동쪽 하늘을 주로 보고 찍습니다. 이때의 하늘이 너무 밝지도 않지만, 별도 보이지 않아 플랫을 위해 아주 고른 사진을 찍을 수 있기 때문입니다. 플랫에서는 고른 (homogeneous) 한 이미지를 찍는 것이 중요합니다. 같은 조건에서 픽셀을 비교해야 하기 때문이죠.
이도 마찬가지로 여러 장을 찍은 후, 합쳐서 마스터 플랫 (master flat)을 만드는 과정을 거칩니다. 이를 통해 오차를 줄이는 것이죠.
하나 유의할 점은 플랫 보정에서는 오차를 “나누어야” 합니다. 픽셀 예시를 다시 들자면, 감도가90% 였던 픽셀에 대해서는 90%로 나누어100이 되기 때문이죠. 이건 다른 오차들과 다른 플랫의 특징입니다.
보면 할 일이 너무 많은 듯하지만 사실 이 모든 일은 프로그램으로 처리가 가능합니다! Deepsky stacker 라는 프로그램을 사용하면 원본, 플랫, 다크 사진 (프레임)만 넣으면 스스로 보정을 해주게 됩니다.
이렇게 천체 사진을 찍고 보정을 하는데 필요한 기본적인 지식에 대해 알아보았습니다! 여러분들도 나중에 기회가 된다면 스스로 사진을 찍고 보정하여 자신만의 천체 사진을 만들어보세요!
마지막으로, 이렇게 보정 처리된 사진들을 보여드리며 기사를 마치도록 하겠습니다.
필요한 피직스 2019 봄호
작성자: 18-061 송준서
분야: 천문학
이미지: (-> Bold 꼭꼭!)
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