デコンボリューション：マスク、PSF、星像の修復（歴史的な視点から）

この記事は、2020 年から 2022 年にかけて、BlurXTerminator が登場する前に取った手動デコンボリューションのノートをまとめたものです。今の PixInsight では、この工程はほとんど BXT のような AI ツールに取って代わられました——速くて良い仕上がりで、マスクを山ほど手作りする必要もありません。とはいえ、手動デコンボリューションの原理と、それが立ち向かおうとする問題を理解しておくことは、やはり大いに価値があります。BXT が裏で何を解決してくれているのかがわかりますし、トラブルに出くわしたときにどこで問題が起きているのかを見極める助けにもなります。

デコンボリューションは何をしているのか、そしてなぜリニア段階で行うのか

まず実測の話から。PixInsight には FWHMEccentricity というスクリプトがあり、FWHM（半値全幅）と Eccentricity（離心率）の分布図を測定して描画できます。私はデコンボリューションの前後で星像を比較しました。デコンボリューションを施したあと、Moffat4 の星像は FWHM がいずれも 2 以下まで縮み、Eccentricity も改善されました。

この二つの数字の意味を簡単に説明しておきます。

FWHM が小さくなると、星像は小さく見える；
Eccentricity が小さくなると、星像は丸く見える。

これこそが、リニア状態でデコンボリューションを行うことを勧める理由です——この処理は星像を実質的により小さく、より丸くしてくれるのです。

デコンボリューション前後の星像の FWHM と Eccentricity 分布図の比較

いくつか施すための前提を補足します。カラー画像の場合は、まず輝度チャンネルを抽出してから行ってください。画像はリニア状態でなければなりません。モノクロカメラを使う場合、私はリニア段階で必ず輝度チャンネルにデコンボリューションをかけます。前後の違いは非常にはっきりしています（300% に拡大して確認すると特に鮮明です）。カラーカメラの画像も同じように行えます。やはり輝度チャンネルを抽出すればよいだけです。

モノクロカメラの輝度チャンネルのデコンボリューション前後の比較

昔のやり方：PSF、Local Support、Object Mask、どれ一つ欠かせない

以前は PixInsight のデコンボリューションはとても面倒で複雑だと思っていました——PSF を作り、Local Support を作り、Object Mask も作らなければならない。あとになって気づいたのですが、これらは実のところどれもかなり基本的なもので、何度かやって慣れてしまえば、実際とても速いのです。

本当のボトルネックはこれらのステップそのものではなく、マスクにあります。一枚の画像を処理するのに、平均して少なくとも五つか六つのマスクを作ることになります。当時いちばんのボトルネックは、実はコンピュータではなく人間の脳でした——コンピュータは速く走ってくれる。一つひとつ判断し、一つひとつ描かなければならないのは人間のほうなのです。

銀河のデコンボリューションに関わるステップとマスクの処理フローのスクリーンショット（赤枠の箇所がデコンボリューション関連のステップ）

手動デコンボリューションでいちばんよくある二つの厄介ごと

手動時代、デコンボリューションでもっとも頭を悩ませた問題は、たいてい明るい星雲の領域に集中していました。

明るい星雲の中の暗い星は、星像の周囲にいつも黒い輪が現れる；
明るい星雲の中の明るい星は、中心が壊れてしまう。

この二つの問題は、基本的にどちらもデコンボリューションのマスクがうまく作れていないことが原因です。当時、私は Local Support を調整してみましたが、大した違いは出ませんでした。マスクを調整してもわずかに改善するだけで、完全に取り除くことはどうしてもできないようでした。この種の明るい星雲の典型例が M42 や NGC 3372 です。

明るい星雲の領域でデコンボリューションが生む黒い輪と、明るい星の中心の損壊の問題

マスクがうまく作れていない代償：ハードエッジ

マスクの重要性は、次の一組の比較を見るのがいちばんはっきりわかります。左は 2 年前に処理した作品、右はより最近の作品で、どちらも CDK 17 インチ以上のシステムで撮影したものです。

左の画像は、デコンボリューションの大きな星のマスクがうまく作れていないときによくある問題です。大きな星の輝度が過度に収縮し、はっきりとしたエッジ（hard edge）が生じています。ついでに言うと、Topaz Denoise AI も、マスクをいっさい使わない状態では同じ問題を引き起こします——だからこそ、私はマスクなしでそのまま使うことは勧めません。

大きな星のマスクがうまく作れず hard edge が生じた新旧の作品の比較

ときには、説明を山ほど書き連ねるくらいなら、その時間を使って星像をきちんと仕上げたほうがよいのです。この言葉は手動デコンボリューションの時代にとりわけよく当てはまります——その成否は、ほとんどすべてがマスクという地道な労苦にかかっているのですから。

むすび

今や BXT はこのすべてを簡素化してくれました。手作業で PSF を作る必要はなく、五つ六つのマスクを描く必要もなく、黒い輪やハードエッジといったマスクの作りが甘いことによる後遺症も大幅に回避してくれます。しかしデコンボリューションが達成しようとする目標は、これまで一度も変わっていません——星像をより小さく、より丸くし、大気と光学系がぼかしてしまったディテールを取り戻すこと。手動時代が何と格闘していたのかを理解すれば、BXT がいったいどんな手間を省いてくれているのか、よりはっきりと見えてくるはずです。