کانال luminance و LRGB: استخراج، ترکیب و RGB Working Space

LRGB یکی از مفاهیم بسیار محوری در پس‌پردازش عکاسی نجومی است: کانال luminance (L) که مسئول جزئیات است و کانال‌های رنگی (RGB) که مسئول رنگ هستند جدا از هم پردازش می‌شوند و در پایان با هم ترکیب می‌شوند. این نوشته استخراج کانال luminance، اصول ترکیب، و تنظیم RGB Working Space را که پشت همهٔ این‌ها قرار دارد و اغلب نادیده گرفته می‌شود جمع‌بندی می‌کند.

چرا L و RGB را جدا از هم پردازش می‌کنیم

نخست یک تشبیه مفهومی بگویم. یک بار با چند نفر از دوستان هم‌علاقه دربارهٔ عکاسی تک‌رنگ و عکاسی رنگی گفت‌وگو می‌کردم؛ نمی‌دانم چطور شد که بحث به چشم رسید و سرانجام همه چیز را در یک جمله خلاصه کردیم:

حالت RGB انتخاب کسی است که به آزادی مالی فوتون رسیده‌است؛ کیفیت بالا را در رنگ و luminance هم‌زمان دنبال می‌کند. اما حالت L+RGB قانون بقا در روزگار فقر فوتون است: نخست مطمئن می‌شویم که ساختار دیده می‌شود، سپس به سراغ رنگ می‌رویم.

حسگری که می‌تواند فوتون‌ها را در مدتی طولانی انباشته کند، تا اندازه‌ای آن دریغ چشم انسان را جبران می‌کند: در تاریکی فوتون‌ها آن‌قدر کم‌اند که نمی‌توانند سلول‌های مخروطی تشخیص‌دهندهٔ رنگ را به کار بیندازند. بیرون کشیدن luminance به‌تنهایی برای بالا بردن نسبت سیگنال به نویز (SNR) و تثبیت ساختار، درست همان روح LRGB است.

دو اصل ترکیب کانال luminance با کانال‌های رنگی

برای اینکه L و RGB پس از ترکیب زیبا به نظر برسند، دو جهت را باید در نظر داشته باشید:

1. کانال luminance نباید بیش از حد روشن (یا بیش از حد تیره) باشد، وگرنه رنگ را کم‌رنگ می‌کند.
2. کنتراست کانال‌های رنگی را می‌توانید بالا ببرید، و این کار اشباع رنگ تصویر ترکیب‌شده را بالا می‌برد.

فرایندهای پرکاربرد PI در اینجا عبارت‌اند از: ScreenTransferFunction، HistogramTransformation، ArcsinhStretch و LRGBCombination.

اینجا یک نکتهٔ مهم هست: اینکه خود کانال luminance زیبا به نظر برسد یا نه، در واقع اهمیت چندانی ندارد؛ مهم این است که پس از ترکیب با RGB، کل عکس را زیبا کند و جزئیات را برجسته سازد. NGC 2070، سحابی رتیل (Tarantula)، را در نظر بگیرید: یک فریم تکی که با STF به‌صورت خودکار screen stretch شده‌است، کنتراست آشکاری دارد، اما پس‌زمینه بیش از حد سیاه است و سفیدی سحابی رتیل بیش از حد روشن؛ در واقع این تصویر luminance مناسبی برای ترکیب با RGB نیست.

L و RGB در چه مرحله‌ای ترکیب می‌شوند

فرایند LRGBCombination در بیشتر موارد در حالت غیرخطی به کار می‌رود. اگر بخواهید در مرحلهٔ خطی ترکیب کنید، باید از ChannelCombination استفاده کنید — اما خواهید دید که ChannelCombination هیچ گزینه‌ای برای کانال luminance ندارد، و همین درست نشان می‌دهد که چرا L و RGB برای ترکیب در مرحلهٔ خطی مناسب نیستند. اما اگر به زور LRGBCombination را روی تصویر خطی اجرا کنید چه می‌شود؟ وقتی ببینید تصویر ترکیب‌شده خراب شده‌است، خودتان می‌فهمید.

پس بالاخره چه وقت باید ادغام کرد؟ بیشتر وقت‌ها زمانی که هم luminance و هم RGB هر یک به وضعیتی رسیده باشند که بتوان گفت «بد نیست»، تازه آن‌ها را ادغام می‌کنم و پردازش را ادامه می‌دهم. کج‌فهمی رایج در اینجا این است که آدم بخواهد luminance یا هر یک از کانال‌های R، G و B را جداگانه خیلی زیبا پردازش کند — اما نکتهٔ اصلی این نیست که L یا RGB در میانهٔ راه زیبا هستند یا نه (مگر اینکه فقط یک تصویر مقیاس خاکستری یا یک تصویر محو که تنها رنگ دارد بخواهید)، بلکه این است که پس از ادغام نهایی، رنگ به‌خوبی درمی‌آید یا نه و جزئیات luminance به‌خوبی نمایش داده می‌شوند یا نه.

افزون بر این، ادغام‌شدن به این معنا نیست که می‌توانید تصویر را همان‌جا خروجی بگیرید؛ پس از آن هنوز زنجیره‌ای از مراحل تقویت و تنظیم رنگ در پیش است و حتی در پایان باید کاهش نویز و رفع عیب‌ها هم انجام شود تا یک اثر کامل شود.

دوربین‌های رنگی هم باید کانال luminance را استخراج کنند

روندهایی که پیش‌تر به اشتراک گذاشته‌ام بیشتر حول دوربین‌های تک‌رنگ می‌گشت، اما هنگام پردازش تصویرهای رنگی گرفته‌شده با DSLR یا دوربین OSC خنک‌شونده، روند اصلی در واقع کم‌وبیش همان است: باز هم کانال luminance و کانال‌های رنگی را جدا از هم پردازش می‌کنید. استخراج کانال luminance در PI بسیار ساده است؛ فقط بسیاری از تازه‌کارها نمی‌دانند این کار را در کدام مرحله باید انجام دهند. در مقایسه با روند تک‌رنگ، زمان استخراج می‌تواند یکی از این دو باشد:

1. بلافاصله پس از پایان پیش‌پردازش استخراج کنید، یا
2. پس از انجام موازنهٔ رنگ و DBE استخراج کنید.

من یک ویدیو هم ضبط کرده‌ام که نشان می‌دهد پس از پایان اینتگریشن (integration) چگونه از تصویر رنگی کانال luminance را استخراج کنیم: https://youtu.be/TDhaKp2BK4w

یک کج‌فهمی رایج: حذف اشباع ≠ کانال luminance

یک حرف رایج هست: اشباع را که پایین بکشید، آنچه می‌ماند همان luminance است. به همین دلیل بعضی‌ها در Camera Raw Filter داخل PS یا در Lightroom برای مدتی اشباع را پایین می‌کشند و بعد پارامترها را تنظیم می‌کنند، به این خیال که این‌طوری رنگ مزاحمشان نمی‌شود و فقط luminance را تنظیم می‌کنند.

اما این حرف و این روش در واقع چندان درست نیست. من در Photoshop به‌طور عملی مقایسه کرده‌ام: تصویری که فقط اشباعش حذف شده‌است، در مقایسه با کانال luminance واقعی، انگار مقداری از جزئیات را از دست داده‌است. بعدها همین آزمایش را در PI هم انجام دادم و نتیجه یکسان بود — تصویری که اشباع رنگش حذف شده، به‌راستی بخشی از جزئیات را از دست می‌دهد.

به بیان دیگر، برای به‌دست‌آوردن luminance واقعی در PS شاید لازم باشد نخست به حالت Lab بروید تا نتیجه دقیق‌تر باشد؛ اما در PI تنها با فشردن یک کلید می‌توانید کانال luminance را استخراج کنید، که خیلی راحت‌تر است.

RGB Working Space (RGBWS): متغیر پنهان استخراج luminance

پدیدهٔ بالا، یعنی اینکه «حذف اشباع با luminance یکی نیست»، در واقع به تنظیمی مربوط می‌شود که اغلب نادیده گرفته می‌شود: RGB Working Space، یعنی نسبت سهم هر یک از سه رنگ RGB در luminance.

پدیدهٔ یکم: این تنظیم بر luminance استخراج‌شده اثر می‌گذارد. دو تصویر پیدا کنید که در یکی قرمز و در دیگری آبی غالب باشد، و luminance را با تنظیم RGBWS بر معیار «بینایی چشم انسان» استخراج کنید؛ خواهید دید که کانال luminance استخراج‌شده به‌روشنی تیره‌تر و کم‌جزئیات‌تر است. (اگر تفاوت خوب دیده نمی‌شود، در این ویدیو مقایسهٔ مستقیم را ببینید: https://youtu.be/s8tRTXSrkh0)

پدیدهٔ دوم: این تنظیم بر نتیجهٔ ترکیب LRGB هم اثر می‌گذارد. L و RGB تصویرهای بالا را با هم ترکیب LRGB کنید؛ خواهید دید که با تنظیم مبتنی بر معیار بینایی چشم انسان، کل تصویر پس از ترکیب به‌روشنی تیره‌تر می‌شود و حتی فام بخشی از نواحی آبی اندکی تغییر می‌کند و به بنفش می‌گراید. (این مقایسه را هم می‌توانید در ویدیو به‌طور مستقیم ببینید: https://youtu.be/rcsXP9HVQs0)

پس چگونه باید تنظیم کرد؟ اگر می‌خواهید سهم RGB در luminance یکسان باشد، روش کار چنین است:

1. فرایند RGBWorkingSpace را باز کنید.
2. ضریب‌های Red، Green و Blue را همه روی 1 بگذارید (گذاشتن همه روی 1 فقط برای راحتی وارد کردن است؛ پس از اجرای پیکربندی، به‌طور خودکار به 0.33 : 0.33 : 0.33 تبدیل می‌شود).
3. دایرهٔ گوشهٔ پایین سمت چپ را فشار دهید تا پیکربندی سراسری اجرا شود.

با این تنظیم، از آن پس هر تصویر رنگی — چه بارگذاری‌شده و چه تولیدشده — به‌صورت پیش‌فرض سهم RGB در luminance را یکسان خواهد داشت (0.33 : 0.33 : 0.33).

درست به همین دلیل می‌توان دوباره به این نکته برگشت که «تصویر RGB که اشباع رنگش حذف شده با تصویر luminance خودش برابر نیست»: با فرض یکسان بودن نسبت سهم RGB در luminance، تصویر luminance به‌روشنی روشن‌تر از تصویری خواهد بود که اشباعش حذف شده‌است (یعنی در فضای LCH مؤلفهٔ C را که نمایندهٔ اشباع است حذف کرده‌اند تا مقادیر RGB برابر شوند).

پیشرفته: کانال Super L

در پایان یک روش پیشرفته را اضافه می‌کنم. کانال Super L یک کانال مصنوعی است؛ یکی از راه‌های ساختن آن این است که کانال‌های L، R، G و B که هر کدام اینتگریشن شده‌اند، یک بار دیگر با هم اینتگریشن شوند.

به‌عنوان جایگزین کانال L، Super L در مقایسه با تصویر L اصلی، نسبت سیگنال به نویز (SNR) را اندکی بهتر می‌کند — حتی اگر با چشم غیرمسلح به‌سختی دیده شود، همین بهبود اندک باز هم در پردازش‌های بعدی به کار می‌آید.