Главная  Карта сайта  Форум

Наши друзья:

Рецепты Астрофотографии Джима Соломона

(v2.0.3, Last Updated: 6/6/06)

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

Сложение

Существует множество путей "сложения" (т.е. суммирования) отдельных кадров последовательности. Один из них это прямое сложение, которое имеет преимущество в том, что выдает результат с очень высоким соотношением сигнал/шум. Проблема прямого сложения в том, что такие вещи, как космические лучи, имеющие вид (очень) тонких отдельных штрихов, самолеты, треки спутников и другая "ложная" информация проявится в результате сложения. В качестве другой крайности можно обработать все изображения последовательности сложением по Медиане. В то время как оператор Медианы всемогущ в удалении такой "ложной" информации, он имеет недостаток в том, что дает на выходе результат с гораздо более низким соотношением сигнал/шум, нежели суммирование. Было бы здорово, если бы имелся "гибридный" алгоритм, который объединял бы в себе лучшие черты как прямого суммирования, так и медианного сложения! Да, такой имеется.

Этот алгоритм называется Kappa-Sigma сложение и в целом работает так. Представьте положение (x,y) отдельного единичного пикселя изображения. Алгоритм проверяет значение интенсивности этой точки во всех изображениях последовательности, затем вычисляет Среднее (Mean) и Сигму (Sigma) этих значений. Любое отдельное значение, которое удалено от Среднего на произведение некоторой константы на Сигму считается "ложным" и исключается из сложения. Затем алгоритм вычисляет сумму оставшихся значений и масштабирует результат исходя из того, сколько значений было исключено. Такое произведение некоторой константы на Сигму называется Каппа (Kappa).

Резюмируя, скажем, что алгоритм Kappa-Sigma исключает из суммирования все значения, лежащие на удалении Kappa × Sigma единиц от Mean. Kappa это один из параметров, которые должны быть переданы алгоритму. Другим параметром является количество итераций алгоритма, который я позже опишу детально. В некоторых случаях алгоритм не может отбросить с первого захода всю действительно "ложную" информацию, однако может корректно отбросить ее часть. На этом шаге для отбрасывания данных, которые являются "ложными" может быть запущен следующий проход алгоритма с  новыми значениями Mean и Sigma, что повторно обработает оставшиеся данные. Каждый такой проход называется итерацией. Исходя из моего опыта, одной итерации достаточно для автоматического удаления следов от космических лучей, самолетов, спутников, метеоров и даже от случайных "горячих пикселей" которые проскользнули этап калибровки,  особенно если Light-ы были сдвинуты во время съемки. (Разве я просил делать дизеринг на этом этапе!?)

Когда применяется приведенная выше теория, последующие в IRIS шаги очень просты. Вот как осуществляется Kappa-Sigma сложение. Мы сохраняем результат в файле stack:

>composit ldfrgbregcropnorm Kappa Iterations Normalize N
  >save stack

где Kappa и Iterations описаны выше, Normalize это флаг, требующий от IRIS предотвратить клиппинг (числовое переполнение) результата сложения и N это количество изображений в последовательности. Почти всегда я использую Kappa равным 3, Iterations равными 1  и флаг Normalize равным 1. Если Вы заметите, что следы самолетов и т.д. проскальзывают в итоговый результат, попробуйте снизить Kappa до 2 или увеличить Iterations до 2 или более. Практически во всех случаях нам желательно избежать числового переполнения (клиппинга) итогового результата, что достигается установкой флага Normalize в 1. Однако, возможно вместо этого Вы решите, что будет приемлемым дать насытится ярким звездам, оставляя, таким образом больший доступный динамический диапазон для отображения самых тусклых объектов. В таком случае флаг Normalize может быть установлен в 0.

Суммируя вышесказанное, мое типовое использование этой команды выглядит так:

>composit ldfrgbregcropnorm 3 1 1 N
  >save stack

где N это количество изображений в последовательности.

Бросим краткий взгляд на то, что мы так долго делали. Самое лучшее, что мы смогли сделать - это избавиться от эффектов шума и ограничений оптической системы путем калибровки Light-ов на основе Master Dark-а и Master Flat-а. Затем мы конвертировали калиброванные Light-ы, по прежнему в форме CFA изображений в градациях серого, в полноцветные изображения (RGB). После этого мы регистрировали (выровняли) изображения, удалили мусор вокруг краев, нормализовали их и, наконец, сложили. До этого момента для получения наиболее чистого итогового результата сложения наших Light-ов строго в рамках "науки". Теперь пришло время внести немного "искусства" с легким оттенком настоящей "науки", чтобы добиться от финального результата еще и эстетического удовольствия. Это "искусство" описывается в нескольких следующих шагах процесса.

Удаление градиента

Если в Ваших местах имеется какое-либо световое загрязнение, в особенности световое загрязнение в виде неравномерного освещения неба, скорее всего Ваш снимок будет на этом этапе иметь ужасно выглядящий градиент фона. Другой возможной причиной такого уродливого фона является неполное соответствие между Flat-ами и Light-ами. Загрузите в IRIS свой результат сложения (>load stack) и отрегулируйте ползунки в окне Threshold  так, чтобы Вы могли легко видеть фон. Нажатие кнопки Auto в окне Threshold должно помочь. Также полезно на этом шаге "уменьшить увеличение" так, чтобы видеть все изображение. Если Вам повезло, и фон изображения выглядит равномерным, Вы можете пропустить этот раздел полностью. В противном случае читайте далее.

IRIS имеет мощные алгоритмы удаления фонового градиента, но здесь я опишу только простой механизм, поскольку описание расширенного механизма потребует много страниц текста и примеров. Кроме того, Christian уже описал его на своем сайте. Даже при простом методе для достижения желаемого результата Вам потребуется немного поэкспериментировать. Повторяйте выполнение приведенных ниже команд до получения максимально однородного фона, настраивая ползунки визуализации и, может быть, уменьшая на каждой итерации масштаб так, чтобы на экране помещалось все изображение (используем кнопку zoom out панели инструментов):

>load stack
  >setsubsky sigma poly_order
  >subsky

Обычно для начала я использую sigma = 4 и poly_order = 1 надеясь, что на фоне имеется всего лишь простой "линейный" градиент. В реальности же градиент фона более сложный и, следовательно, для его нейтрализации требуется полином. В таком случае попробуйте установить poly_order в 3, 4 или выше. Также попробуйте изменять параметр sigma вверх и вниз. Извините, но Вам самим придется поиграть с этими настройками до получения желаемого результата. Получив желаемое, не забудьте сохранить изображение на диск:

  >save stack-subsky

Баланс белого

Настройте ползунки визуализации для получения приемлемого вида Вашего итогового изображения с удаленным градиентом фона. Найдите на нем большую область неба, максимально свободную от ярких звезд и "объектов" (галактик, туманностей и т.д) и обведите ее прямоугольником при помощи мыши. Теперь выполите такие команды:

>black
  >rgbbalance R G B
  >save stack-subsky-wb

где R, G и B это коэффициенты, используемые для компенсации различной чувствительности камеры к красному, зеленому и синему цвету соответственно. Для немодифицированных Canon DSLR я использую такие предложенные Christian значения R = 1.96, G = 1.00 и B = 1.23. Однако мои ощущения говорят, что это дает чуть больше красного и слегка меньше синего цвета. Однако это зависит от личных предпочтений, и Вы всегда сможете оформить их позже в Photoshop-е по своему вкусу. Если Вы обладаете модифицированной Canon DSLR (у которой удален "блокирующий ИК" фильтр), то для Вас более приемлемы будут такие веса RGB компонентов (1.38, 1.00, 1.23}.

Замечу, что эти R, G и B веса являются масштабирующими факторами на которые будет умножено каждое красное, зеленое и синее значение пикселя, в частности при выполнении команды rgbbalance. Когда любой из этих коэффициентов больше 1.0 (как большинство приведенных выше значений) возникает опасность клиппинга (насыщения) некоторых деталей изображения. Особенно если эти детали очень близки к насыщению. Оказывается, что для баланса цвета важны только относительные веса. Следовательно, Вы можете, по желанию, нормализовать их путем деления всех отдельных весов на больший из них так, что ни один из них не будет больше 1.0 и, следовательно, не возникнет клиппиинг. Для предотвращения клиппинга мы можем, например, поделить (1.38,1.00,1.23} на максимальное из трех весов значение 1.38 и использовать полученный нормализованный набор {1.00,0.72,0.89}.

Теперь на очереди некоторые комментарии относительно команды black. Эта команда определяет внутри выделенной области значения (R,G,B) медиан и затем вычитает эти значения из всего изображения делая, таким образом, значения медиан внутри выделенной области нулевыми {0,0,0}. В этом смысле, команда black удаляет некое “Постоянное смещение” в изображении, оставшееся не удаленным командами noffset2 или subsky. Источник этого смещения это “Небесный Туман”, т.е Световое Загрязнение, которое вносит сильное цветовое влияние. Следовательно, вычисленные командой  black значения {R,G,B}могут и обычно бывают разными для разных цветов. Суть в том, что удаление такого “Постоянного смещения” абсолютно необходимо для создания точного цветового баланса.

Растяжение

Я исключительно люблю в IRIS функцию “Hyperbolic Arc Sin (asinh) растяжения”, так как я нахожу, что она обеспечивает более приятный результат, нежели “Digital Development Process (DDP)”, предоставленный в большинстве графических программ. Интересно, что вариант asinh-растяжения используется JPL для обработки фотографий Хаббла. Определение правильных параметров alpha (агрессивность растяжения) и intensity  (фактор масштабирования растянутого изображения для предотвращения клиппинга или для увеличения яркости результата) явяется, по большей части, результатом проб и ошибок. Таким образом, я неоднократно повторяю следующие команды до получения желаемого результата:

>load stack-subsky-wb
  >asinh alpha intensity
  >visu 32767 -5000

Часто для начала я пробую alpha = 0.005 и intensity = 30. Для каждого значения alpha Вам потребуется найти такое значение intensity, при котором будет достигнута такая яркость, которая не приведет к клиппингу со значениями интенсивности равными 32767. Что касается параметра alpha, то крохотное его изменение может вызвать гигантский эффект. Так, если 0.005 это примерно средняя величина растяжения, 0.010 будет очень агрессивным растяжением, а 0.001 будет слишком мягким растяжением. Опять же, поиграйте с этими значениями до получения такого результата, при котором будет отображено максимальное количество деталей, но без усиления шума фона до неприемлемых величин. Возможно Вам потребуется увеличить нижнюю границу порога в команде visu с -5000 до -4000 или даже выше. Твори, выдумывай, пробуй! Получив желаемый результат убедитесь, что Вы его сохранили:

  >save stack-subsky-wb-asinh

Поздравления! Впервые с момента того, как Вы начали эту Одиссею графической обработки  Вы, вероятно, смотрите на изображение, которое выглядит примерно так, как ожидалось Вами! Единственное, что осталось сделать – это финальные штрихи в среде Photoshop-а.

Доводка в Photoshop

К этому моменту IRIS проявил себя как полезный и эффективный солдат. Теперь настало время экспортировать данные в Photoshop для их финальной ретуши. К сожалению IRIS использует "знаковую 16-битную целочисленную арифметику", тогда как Photoshop имеет дело с "беззнаковой 16-битной целочисленной арифметикой ". Засим при переходе к Photoshop-у придется сделать несколько телодвижений, чтобы изображение выглядело "на пять".

Первым шагом будет сохранение в среде IRIS изображения в формате Photoshop:

>savepsd2 stack-subsky-wb-asinh

   Примечание: использовать savepsd2, а не savepsd!!

Теперь откройте файл stack-subsky-wb-asinh.psd в Photoshop-е. Возможно он выглядит ужасно, но не стоит расстраиваться! Причина этого в том, что IRIS и Photoshop понимают числовое значение "черного" очень по-разному. Решением этого является простой вызов команды Levels (Уровни) и установка точки черного в 110 или около того. Конечно на данном этапе Вам захочется также поиграть с параметром растяжения и точкой белого. В зависимости от настроек Photoshop иногда команда Auto levels (Авто уровни) автоматически позаботится об этом и выдаст приемлемый результат.

Как только Вы, таким образом, настроили Уровни, изображение должно будет выглядеть очень похоже на то, как оно выглядело в IRIS. В общем-то, оно должно выглядеть почти идентично. На этом шаге я также разворачиваю изображение, если камера установлена "вверх ногами" для соответствия Север вверху (или Север слева в зависимости от ориентации камеры).

Поздравления!!! Теперь Вы похоже становитесь профи астрофотографии. Если все выглядит отлично или даже не очень – уменьшите изображение, конвертируйте в JPG и вышлите мне копию! Кроме того, если Вы имеете замечания или вопросы по поводу данного документа, пожалуйста, присылайте все Ваши комментарии. Мой E-mail таков: solospam на comcast точка net.

Дополнительные оптимизации

Вот несколько моих "хитростей обработки", которые могут быть выполнены выше  для дальнейшего улучшения результатов:

• Если Вы обнаружили, что вычитание dark-а приводит к появлению на Ваших кадрах "черных дыр", то создайте "реальный" Master Offset и используйте его для создания своего Master Dark-а. Затем, при калибровке Ваших Light-ов используйте "оптимизированное" вычитание dark-а. Выгодой будет более качественное  вычитание dark-а, но, вероятно, за счет остаточного переусиления результата.

• Напишите свою собственную программу для сложения, баланса белого и растяжения изображения на базе арифметики двойной точности плавающего типа. Это даст Вам практически неограниченный динамический диапазон. Или убедите Christian-а в том, что он должен добавить в IRIS эту функцию!

Архивация Ваших результатов

Теперь стоит записать на CD или DVD все свои RAW (.cr2), результат сложения (stack.pic) и финальный результат обработки с полным разрешением и размером – как файл IRIS (.pic) так и файл Photoshop-а (.psd). Если останется место, включите еще файлы Master Flat, Master Dark и Косметический файл.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9