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反卷积:蒙版、PSF 与星点修复(历史脉络)

线性阶段2020.07早期笔记

本文整理自 2020 至 2022 年间、BlurXTerminator 问世之前的手动反卷积笔记。如今在 PixInsight 中,反卷积这道工序多半已由 BXT 这类 AI 工具取代——又快又好,不必再手动制作一堆蒙版。不过,理解手动反卷积的原理与所要对付的问题,仍然很有价值:它能让你明白 BXT 在背后帮你解决了什么,也能在遇到状况时知道问题出在哪。

反卷积在做什么,以及为什么要在线性阶段做

先讲一个实测。PixInsight 中有个脚本叫 FWHMEccentricity,可以测量并绘制 FWHM(半峰全宽)与 Eccentricity(偏心率)的分布图。我比较了做反卷积前后的星点:反卷积过后,Moffat4 星点的 FWHM 都缩小到 2 以下,Eccentricity 也获得改善。

简单解释这两个数字的意义:

  • FWHM 变小,星点看起来变小
  • Eccentricity 变小,星点看起来变圆

这正是为什么推荐在线性状态下做反卷积的原因——这道处理能实质地让星点更小、更圆。

反卷积前后星点 FWHM 与 Eccentricity 分布图对照

补充几个应用前提:彩色图像请先提取明度通道再做;图像必须处于线性状态。若使用单色相机,我在线性阶段一定会对明度通道做反卷积,前后差别十分明显(放大到 300% 查看尤其清楚)。彩色相机的图像同样可以做,一样是提取明度通道即可。

单色相机明度通道反卷积前后对照

早年做法:PSF、Local Support、Object Mask 一样都不能少

以前总觉得 PixInsight 的反卷积很麻烦、很复杂——又要做 PSF、又要 Local Support、又要 Object Mask。后来才发现,这几样其实都很基础,多做几次上手了,速度其实很快。

真正的瓶颈不在这些步骤本身,而在蒙版。一张图处理下来,平均至少要做五到六个蒙版。当年最大的处理瓶颈,其实发生在人脑而非电脑——电脑跑得很快,是人要一个个判断、一个个画。

星系反卷积相关步骤与蒙版的处理流程截屏(红框处为反卷积相关步骤)

手动反卷积最常见的两个麻烦

手动时代,反卷积最让人头痛的问题,多半集中在亮星云区域:

  1. 亮星云中的暗星,星点周边总是会出现黑圈;
  2. 亮星云中的亮星,中心会损坏。

这两个问题基本上都是反卷积蒙版没做好造成的。当年我试着调整 Local Support,但差别不大;调整蒙版后也只稍微改善,似乎无法完全消除。这类亮星云的典型例子就是 M42、NGC 3372。

亮星云区域反卷积产生的黑圈与亮星中心损坏问题

蒙版没做好的代价:Hard Edge

蒙版的重要性,从下面这组对照看得最清楚。左图是两年前处理的作品,右图是较近期的作品,都是用 CDK 17 英寸以上的系统拍摄。

左图就是反卷积的大星蒙版没做好时常见的问题:大星的明度收缩过度,造成明显的边缘(hard edge)。顺带一提,Topaz Denoise AI 在没有使用任何蒙版的情况下,也会造成同样的问题——所以我不建议在没有蒙版的状况下直接使用。

大星蒙版没做好造成 hard edge 的新旧作品对照

有时候,与其写一堆说明,不如把时间拿去把星点处理好。这句话放在手动反卷积的年代格外贴切——它的成败,几乎全押在蒙版这件苦工上。

结语

如今 BXT 把这一切都简化了:不必手动做 PSF、不必画五六个蒙版,也大幅避开了黑圈与 hard edge 这类蒙版没做好的后遗症。但反卷积要达成的目标始终没变——让星点更小、更圆,把被大气与光学系统模糊掉的细节找回来。看懂了手动时代在对付什么,你会更清楚 BXT 到底替你省下了哪些功夫。