认识图像的线性与非线性状态

天文后期常听到“这个进程要在线性状态下做”“那个要等非线性之后”，但到底什么是线性、什么是非线性？这曾经是我很难跟别人讲清楚的观念。后来我找到一个比较好的解释方式——用 MTF 曲线来看。这篇就用 MTF 与 Histogram Transformation（HT）工具，把两者的分界说明白。

用 MTF 曲线来定义线性与非线性

关键在于一个动作：只要你改变了 midtone（中间调）的位置，图像就不再是线性输出了。

原因是，调整 midtone 会改变“不同亮度像素之间的间距比例”。原本各像素亮度彼此的相对关系是等比例的（线性），一旦 midtone 被移动，这个比例就被扭曲了，输出自然变成非线性（可以对照 HT 工具输出部分的曲线变化）。

换个角度想会更直观：传统上一张天文照片刚叠完是漆黑一片、什么都看不到（线性状态），而我们要把它拉到能清楚看见目标——这个动作必然是大幅度的非线性拉伸。例如在 APP 中叠完图后，除了会产生一张什么都看不见的线性文件外，如果你点右边拉伸下方的保存，就会再存一张经过拉伸的非线性照片。

（也有一说认为，幅度很小的调整仍可视为线性；本文采比较严格的定义——只要动了 midtone，就当作进入非线性状态。）

只调 shadow 或 highlight，不会破坏线性

不是所有调整都会让图像变成非线性。如果你只动 shadow（暗部端点）或 highlight（亮部端点），并不会改变像素间的线性关系，只是在做端点的缩放或裁切：

• shadow 往右调：扩张暗部（把暗部拉开）。

• shadow 往上调：把暗部逐渐输出成灰色。

• highlight 往左调：扩张亮部。
• highlight 往下调：把亮部逐渐输出成灰色。

补充一点工具上的细节：由于 PixInsight 的 HT 工具已经拿掉了 Low 与 High Ranges 选项，上面“往上调／往下调”（输出成灰色）的示范，我改用 Curves 工具来呈现。

为什么要在意这个分界

搞懂线性／非线性的意义很实际——许多图像处理程序（例如色彩校正、反卷积这类）必须在线性状态下运行才正确；一旦你做了拉伸、动了 midtone，图像就进入非线性，某些进程的结果就会失准。因此在创建工作流程时，先想清楚“这一步该在拉伸前还是拉伸后做”，往往比记住每个按钮更重要。