artikelen || bruiloftfotografie || concertfotografie || natuurfotografie || flickr || contact

Sterrensporen (star trails)

Wat zijn sterrensporen?

Gedurende de nacht beweegt de sterrenhemel langzaam over het spant. Een oplettend kijker zal ook zien de plaats van de sterren(beelden) over de hemel schuift. Deze beweging wordt veroorzaakt door de rotatie van de Aarde.
Op het noordelijk halfrond lijken de sterren rond de Poolster te draaien. Deze ster, het uiteinde van de steel van het sterrenbeeld Kleine Beer (Ursa minor) staat vrijwel bewegingsloos aan de hemel, en dient tevens als oriëntatie voor het Noorden.

De rotatie van de sterren is mooi op de foto vast te leggen met behulp van lange sluitertijden. De bewegende ster (een lichtpunt) trekt tijdens de lange sluitertijd langs de hemel en zal zodoende een lichtspoor op de film of digitale sensor achterlaten. Deze sporen worden sterrensporen genoemd, ofwel star trails. Hoe langer de belichtingstijd is, hoe langer het spoor dat de ster over hemel trekt.
Met de komst van digitale fotografie is het maken van sterrensporen een stuk een voudiger gemaakt. Kort gezegd maak ik gebruik van een groot aantal opnamen achter elkaar van 15 tot 20 seconden belichtingstijd die ik digitaal samenvoeg tot een enkele foto.

In deze tutorial probeer ik mijn manier van het fotograferen van sterrensporen uit te leggen, en waarom ik deze methode gebruik.

Apparatuur

De methode die ik gebruik stelt een aantal eisen aan de camera. Omdat de methode uitgaat van het samenvoegen van een groot aantal foto's, is het belangrijk dat de camera de foto's snel genoeg kan wegschrijven zodat er tussen de opnamen zo min mogelijk tijd zit. Bedenk hierbij dat het wegschrijven van een tijdopname langer duurt dan een opname met een korte sluitertijd. Indien de camera ruisonderdrukking heeft, moet deze uitgeschakeld worden omdat ook deze optie het ononderbroken maken van opnamen onmogelijk maakt. Hier kom ik later nog op terug.
Uiteraard verreist dit soort foto's het gebruik van een stevig statief en draadontspanner.

De meeste digitale spiegelreflexcamera's (dSLR) zijn geschikt voor dit soort opnamens. Bij de meeste compactcamera's en bridgecamera's zal men tegen de beperkingen van de camera oplopen.

Voor mijn sterrenfoto's gebruik ik de volgende setup (figuur 2):

• Canon EOS 1DmkIII
• Canon EF 15mm f/2,8 fish-eye
• Canon RS-80N3 remote control
• Really Right Stuff L-bracket
• Markins M10 balhoofd
• Gitzo G2220 statief

Hierbij gebruik ik de volgende instellingen:

• Witbalans: 2500K tot 3500K
• Sluitertijd: 10 tot 20 seconden
• Diafragma: f/4,5 tot f/5,6
• Gevoeligheid: ISO1000 tot ISO1600
• Autofocus: uit – handmatig op oneindig
• Transportmodus: continu opnamen
• Mirror lockup: actief tot omlaag met <SET>
• Ruisonderdrukking bij lange sluitertijden uit

Objectief

Sterrensporen komen het beste uit als een groot deel van de hemel op de foto staat. Brandpunten van 24mm en minder (omgerekend naar 35mm beeldformaat) zijn daarom uitermate geschikt. De opnamen die in deze tutorial te zien zijn, zijn allemaal met een EF 15mm fish-eye objectief gemaakt (op een 1,3 crop camera).
Dit is natuurlijk geen regel. Ook langere brandpunten zijn bruikbaar, waarbij slechts een klein deel van de hemel vastgelegd wordt. De keuze van het brandpunt is afhankelijk van het effect dat men wil bereiken.

Gevoeligheid (ISO)

De juiste instelling van de gevoeligheid is belangrijk voor het uiteindelijke effect. De meeste sterren zijn niet erg fel, en uitgezonderd de helderste sterren zullen de meeste snel overstraald worden door de omgevingslichten en het strooilicht. Het is dus belangrijk om een hoge gevoeligheid te gebruiken om zoveel mogelijk sterren op de foto te krijgen.
De keerzijde van de medaille is, dat een hoge gevoeligheid veel ruis met zich mee brengt, dat nog eens versterkt wordt door de langere sluitertijden die gebruik worden. Lage gevoeligheid zal veel ruis voorkomen, maar met minder sterren als resultaat. In figuur 3 en 4 is het verschil te zien tussen 20 seconden bij ISO1000 en 30 seconden bij ISO100. De foto is een 100% crop van het sterrenbeeld Grote Beer (Ursa major).

Witbalans

Witbalans is altijd een moeilijk punt. Normaal stel ik handmatig 3500 Kelvin als witbalans in. Deze waarde lijkt zich uitstekend te lenen voor foto's van sterrenhemels. Echter, bij composities met veel kunstlicht in de voorgrond, straatlantaarns, gevelverlichting etc., lijkt dit niet helemaal de juiste kleurtemperatuur te zijn. Wanneer in RAW gefotografeerd wordt, kan de kleurtemperatuur altijd nadien gecorrigeerd worden (wat pleit in het voordeel van RAW gebruik) en ik merk dat de witbalans over het algemeen ergens in de buurt van de 2900K schommelt.
Hoe de witbalans ook ingesteld wordt, zorg ervoor dat het een handmatige instelling is, en gebruik in geen geval auto-witbalans om afwijkingen hiervan tussen de opnamen door te voorkomen.

Mirror lockup

Om trillingen van de opstelling te minimaliseren, is het prettig als de spiegel van de camera vergrendeld kan worden. Dit heet mirror-lockup. Het voorkomt eventueele trillingen van het omhoog en omlaag klappen van de spiegel als de foto gemaakt wordt. Deze trilling zal bij een goed statief deels gedempt worden. Bovendien is de trilling van het klappen van de spiegel het beste zichtbaar bij sluitertijden tussen de 1/8 en 1 seconde. De belichtingstijd die gebruikt wordt bij de foto's voor sterrensporen zullen in de praktijk nauwelijks of geen last hebben van de spiegel.
De mirror-lockup functie van de camera moet alleen gebruikt worden als de spiegel daadwerkelijk vastgezet kan worden. Als de spiegel bij elke opname opnieuw omhoog gezet moet worden, is deze functie niet bruikbaar.

Lange sluitertijden en ruisonderdrukking

Bij lange sluitertijden produceert een digitale sensor meer ruis. Dit is eenvoudig te controleren door een opname te maken bij een hoge gevoeligheid en een lange sluitertijd. In figuur 5 is een opname gemaakt van 5 minuten belichtingstijd bij ISO1600, zonder ruisonderdrukking. In figuur 6 is ter vergelijking een opname met ruisonderdrukking aan. In beide gevallen zijn alle andere instellingen van de camera hetzelfde gehouden. Het voorbeeld laat zien dat ruisonderdrukking gewenst is bij lange sluitertijden.

De ruisonderdrukking op een camera houdt in, dat er na de feitelijke opname een extra opname wordt gemaakt met het sluitergordijn gesloten. De ruis die op die opname verschijnt wordt in de camera van de feitelijk foto afgetrokken. Deze tweede virtuele foto heeft dezelfde belichtingstijd. In het voorbeeld van figuur 6 is er 5 minuten belicht, en is daarna nog 5 minuten nodig geweest voor de ruisonderdrukking.

Nog langere sluitertijden

Als ik een foto van sterrensporen met een belichtingstijd van een uur wil maken, zal dat met ruisonderdrukking aan twee uur tijd kosten. Bij twee uur zal er vier uur tijd nodig zijn. Als de batterij van de camera dat al toelaat, is dit nauwelijk werkbaar.
Maar er is nog een extra punt van aandacht. Bij lange sluitertijden zal de sensor continu licht verzamelen. Strooilicht en omgevingslicht zal uiteindelijk voor een overbelichte opname zorgen, zelfs op extreem donkere plaatsen: de hemel is immers nooit helemaal donker. Diafragmeren en een lage ISO zal dit tot op zekere hoogte kunnen voorkomen, maar na een uur belichten zal ook dit niet meer uithalen.

Om dit te visualiseren heb ik twee opnamen gemaakt van dezelfde omgeving bij verschillende instellingen: figuur 7 is 114 seconden belicht bij ISO1000, en figuur 8 heeft een belichtingstijd van 331 seconden bij ISO100.

Ondanks dat de opname met ISO1000 drie maal korter is dan die met ISO100, is duidelijk te zien dan de opname overbelicht is. zowel de voorgrond als de lucht. Er zijn nog sterren zichtbaar, maar bij een belichting die langer wordt zal ook de lucht onacceptabel helder worden.

De conclusie hieruit is simpel; het gebruik van lange sluitertijden voor acceptabele foto's van sterrensporen zijn praktisch niet of nauwelijk haalbaar.

Extreem lange sluitertijden

De opname van ISO100 is bruikbaar bij 5 minuten belichting, zoals te zien is in figuur 8. Wordt de belichting (vele malen) langer, zal hetzelfde effect verkregen worden als bij figuur 7: een overbelichte opname. Bovendien zijn er bij ISO100 niet erg veel sterren te zien zijn.

De oplossing voor dit probleem is het maken van grote aantallen opnamen met een relatief korte belichtingstijd, en die later digitaal samen te voegen tot een geheel (stacken). Hierdoor wordt een lange sluitertijd gesimuleerd, zonder dat de voorgrond overbelicht wordt. Zelfs het strooilicht levert op deze manier geen probleem op, waardoor zelfs midden in een stad opnamen van sterrensporen mogelijk wordt.
Om de mogelijkheden van stacken zichtbaar te maken heb ik twee opnamen van elk 5 minuten gemaakt: een met ISO100 (dezelfde als in figuur 8), en een van 5 minuten bij ISO1000 door 22 foto's samen te voegen tot een geheel.

De foto's laten duidelijk de meerwaarde van gestackte foto's zien. De omgeving en lucht is niet overbelicht (ondanks de lange belichtingstijd, zie figuur 7) en bovendien is er een groot aantal sterren in de lucht zichtbaar. Zelfs bij meer dan honderd of tweehonderd samengevoegde foto's zal de lucht en omgeving niet overbelicht raken.
Dit maakt virtuele belichtingen mogelijk van meerdere uren.

Layers en blending in Adobe Photoshop CS2

Hoewel het gebruik van layers en het blenden of samenvoegen van deze lagen in meerdere fotobewerkings software mogelijk kan of zal zijn, beperk ik me hier tot het programma Adobe Photoshop CS2. Voor andere softwarepaketten verwijs ik door naar de diverse fora op internet, of de handleiding die bij de software geleverd is.

Bij het werken met lagen in Photoshop, zijn er verschillende mogelijkheden in te stellen, is de invloed die de lagen op elkaar hebben in te stellen. Standaard zal de bovenste laag zichtbaar zijn en de onderste geheel maskeren. Maar er zijn een aantal mogelijkheden in te stellen hoe de pixels in de verschillende kleurkanalen elkaar beinvloeden (blending opties). Ik ga al deze verschillende blending opties niet allemaal beschrijven.
Wat we willen is, dat de sterren van verschillende lagen in de lucht zichtbaar worden, zonder dat dit de rest van de foto beïnvloed. Dus, met andere woorden: de lichte pixels van de onderste laag moeten door de bovenste laag heen komen, en de rest niet. Pixels van de twee lagen mogen elkaar ook niet beïnvloeden. De meest geschikte blending optie daarvoor is “lighten”.

De blending optie “lighten” kiest uit twee lagen de pixels, die lichter zijn dan 50% van het toonbereik. Hierdoor is de blending optie selectief waardoor donkere delen donker zullen blijven, tenzij er lichte pixels zullen verschijnen (in een andere laag). De lucht blijft dus donker waar die donker is, en zal nooit lichter worden dan de lichtste tonen van een foto in de serie je samengevoegd zal worden.
Sterren zijn altijd lichter dan 50% van het toonbereik, en zullen dus altijd zichtbaar zijn. De voorgrond zal ook nooit lichter worden dan de foto met de meest felle lichten.

Werkwijze

De lokatie

Ik heb gemerkt dat sterrensporen overal gemaakt kunnen worden: in de duisternis van een omgeving ver van de vervuilende lichten van de steden, tot midden in de lichtvervuiling van die steden. In figuur 11 is een foto van een klein ven onder de rotatie van de sterren (bijna 50 minuten). Afgezien van het licht van de zaklantaarn op de voorgrond, is het ven vrijwel helemaal ontdaan van detail. Alleen de reflectie van de helderste sterren is nog in het water zichtbaar, maar voor de rest is de omgeving waarin gefotografeerd is niet bijster interessant. De sterren moeten voor alle aandacht zorgen.
Het wordt anders wanneer er verlichte objecten gefotografeerd worden. In dat geval kun je een interessant onderwerp kiezen, waarbij de sterrensporen als aanvulling kunnen zorgen. Het voorbeeld van figuur 1 is daarvan een voorbeeld, maar ook figuur 12 toont dat zelfs midden in de stad (in dit geval de lichtstad Eindhoven) sterrensporen tot de mogelijkheid behoren.

De foto in figuur 12 is door de grote hoeveelheid elementen in de foto wellicht tè druk geworden, en zijn de sterrensporen daarbij misschien teveel van het goede, maar het toont wel duidelijk dat een foto met voorgrond en licht het geheel interessanter (of in ieder geval anders) is dan de foto uit figuur 11.

Het fotograferen

Voordat begonnen wordt met fotograferen, is het verstandig om de batterij van de camera helemaal opgeladen te hebben. Dit soort fotografie vergt veel van de batterij, en zeker wanneer de temperatuur laag is. Zorg eventueel voor een warme gebreide sjaal om rond de camera en lens te wikkelen, teneinde condensvorming op de lens te voorkomen. Zorg ook voor een lege geheugenkaart met voldoende capaciteit voor de gewenste hoeveelheid foto's.

Wanneer een geschikte lokatie gevonden is, en de compositie bepaald, kan begonnen worden met het fotograferen. De instellingen voor de sterrensporen veroorzaken vaak een overbelichting van de voorgrond om in het eindresultaat bruikbaar te zijn, zoals we eerder gezien hebben. Afhankelijk van de lokatie maak ik altijd een aantal foto's met verschillende belichtingstijden om de voorgrond goed belicht te krijgen (eventueel met de camera op diafragma voorkeuze en auto-bracketing). Nadat deze opnamen gemaakt zijn worden de instellingen voor de sterrensporen ingesteld, en kunnen de foto's gemaakt worden. Zorg dat de compositie onveranderd blijft.
Omdat de camera op continu transport staat, is het vergrendelen van de draadontspanner voldoende om de camera het werk te laten doen. Er rest dan alleen nog het wachten gedurende de tijd die gewenst is. Uiteindelijk zijn de opnamen gemaakt en kan de draadontspanner van lock afgehaald worden.

De bovenstaande foto's zijn een greep uit de 151 foto's die gemaakt zijn voor de foto die in deze tutorial gebruikt worden. De eerste van deze vijf foto's wordt straks gebruikt voor de lichten, de tweede voor de voorgrond. de overige kunnen nu samengevoegd worden in Photoshop CS2.

Stacking

Na het fotograferen kunnen de foto's verwerkt worden. Als ze in RAW gefotografeerd zijn, kun je ze optimaliseren en naar JPEG omzetten. Zorg er wel voor dat alle foto's hetzelfde zijn geoptimaliseerd.De voorkeur geniet om ze gewoon om te zetten naar JPEG omgecomprimeerd (hoogste kwaliteit). Pas geen ruisonderdrukking toe.

Open Photoshop en open de eerste foto van de reeks foto's die gemaakt is.
Open vervolgens de tweede opname van deze serie en kopiëer deze als laag bovenop de eerste foto. Zet de blending optie van deze laag op "lighten" (figuur 18).
Sluit de tweede foto en open de derde foto. Voeg deze ook weer als een nieuwe laag op de eerste foto. Zet de blending optie van deze derde laag ook op "lighten", en sluit de derde foto.

Herhaal deze stappen voor alle foto's die gemaakt zijn.

Tussen het instellen van een laag en het openen van de volgende foto, kunnen de lagen samengevoegd worden tot een enkele laag. Het bestand zal bij grote aantallen lagen namelijk erg groot kunnen worden, waardoor het stacken een trage zaak kan worden.

Dit stacken is een tijdrovend werk, zeker als er honderden foto's bij betrokken zijn. Om het werk te automatiseren kan er een action van gemaakt worden, die de foto's in een te kiezen folder een voor een opent en deze met blending optie “lighten” samenvoegt met de eerste opname.

Hotpixels wegwerken

Uiteindelijk is de foto gereed en zijn de sterrensporen verschenen. Nauwkeurig bekijken (op 100%) van de foto zal een aantal hotpixels en puntjes tussen de sterrensporen zichtbaar maken. Behalve echte hotpixels zijn er een groot aantal puntjes die, naar wat mij is verteld, inslagen zijn van kosmische straling. Dit kan weggewerkt worden met een clone-brush of de stamp-tool.

Werk met het wegwerken van de hotpixels op een vergroting van 100% of liever 200%. Gebruik een kleine diameter clone-brush voor het beste resultaat.

Op deze manier is het ook mogelijk om eventuele sporen van passerende vliegtuigen weg te werken, alhoewel dit een geduldig en langdurend werk kan zijn.

Afwerking

Afgezien van het laatste bijwerken van contrast en helderheid is de foto bijna gereed. De sterrensporen zijn zichtbaar, opgeschoond van hotpixels en eventueel van de aanwezige vliegtuigsporen. De belichting van de sterrensporen is in orde, maar de voorgrond is niet correct belicht. Hier komen de extra opnamen die voor de voorgrond zijn gemaakt in actie.

Zoals in figuur 21 te zien is, zijn de gespiegelde lichten in de vijver erg overbelicht. Ook de lichten bij de huizen zijn niet correct belicht. Hierbij komen de extra opnamen in beeld, die speciaal voor de voorgrond zijn gemaakt.

De opnamen met kortere belichtingstijden worden als extra laag over de opname heen gelegd. Omdat de positie van de camera en brandpunt niet veranderd zijn, zijn deze foto’s precies uitgelijnd. Met behulp van een masker kan dan precies de delen gebruikt worden die gewenst zijn. Werk hierbij van licht naar donker, waarbij de opname voor de helderste delen van de compositie als laatste wordt toegevoegd (figuur 20).
Op het gebruik van maskers wordt hier niet verder ingegaan.

Voor de voorgrond is een foto genomen uit de serie voor de sterrensporen omdat de belichting voor de meeste delen redelijk goed was. Dit heeft hier de gelegenheid geschapen om mezelf in de foto te zetten (15 seconden stil gestaan). Dit geeft een extra dimensie aan de foto, wat laat zien dat de voorgrond een belangrijke factor is in het interessant maken van een foto. In figuur 21 en 22 staan de foto's voor en na correctie naaste elkaar voor het vergelijk.

De belichting van de foto is nu in balans. Er zijn geen extreem overbelichte delen meer zichtbaar, en zowel voorgrond als sterrenhemel zijn mooi zichtbaar. Met behulp van curves of levels kunnen contrast, witbalans en helderheid naar wens aangepast worden.

Het programma startrails

Er is een gratis programma beschikbaar dat het stacken van foto's kan verzorgen. Dit programma heet Startrails en is te vinden op de website www.startrails.de.
Het eindresultaat van dit stacken is ruwweg hetzelfde als de methode zoals ik in deze tutorial beschreven heb. Ik heb echter het gevoel dat de methode via Photoshop mij meer controle over het eindresultaat geeft. Voor het gebruik van het programma Startrails verwijs ik naar de website.

Het eindresultaat

In het geval van dit voorbeeld is een fish-eye lens gebruikt, met de karakteristieke vervorming. Eventueel kan dit gecorrigeerd worden waarbij ik in dit geval gekozen heb voor het corrigeren van de voorgrond alleen.

Meer voorbeelden van foto's van sterrensporen, zijn te vinden bij nandoonline op flickr:
http://www.flickr.com/photos/nandoonline

Geen startrails

Tot slot nog het volgende. Foto's van sterrensporen vullen de hemel met mooie lijnen die tot adembenemende plaatjes kunnen leiden. Herkenning van de sterrenbeelden is daarmee vrijwel onmogelijk geworden. Maar een stationaire hemel, waarbij de sterren ook als echte sterren aan de hemel staan, kan ook hele mooie foto's opleveren.
Er is een regel waarmee bepaald kan worden tot hoe lang de sluitertijd kan worden, zonder dat de sterren uitgerekt worden tot lijnen. Dit wordt de regel van 600 genoemd. Het is een berekening waarbij de maximale sluitertijd bepaald kan worden bij een bepaalde brandpuntsafstand, waarbij sterren als sterren zichtbaar blijven: 600 / (brandpuntsafstand [mm] * cropfactor) = maximale sluitertijd [seconden].

Via het onderstaande formulier is het mogelijk om snel de maximale sluitertijd uit te rekenen.

cropfactor:	brandpuntsafstand: mm
De maximale belichtingstijd mag seconden zijn.

© nandOOnline webdesign en fotografie
Volgen van de tutorial is vrij. Gebruik van teksten en foto's uitsluitend in overleg.
www.nandoonline.com