Dekonwolucja: maski, PSF i naprawa gwiazd (spojrzenie historyczne)
Ten artykuł powstał z notatek o ręcznej dekonwolucji, robionych w latach 2020–2022, zanim pojawił się BlurXTerminator. W dzisiejszym programie PixInsight ten etap został w większości zastąpiony przez narzędzia AI w rodzaju BXT — szybciej i lepiej, bez konieczności budowania ręcznie całego stosu masek. Mimo to zrozumienie zasad ręcznej dekonwolucji i problemów, z którymi się ona mierzy, wciąż ma dużą wartość: pokazuje ci, co BXT rozwiązuje za ciebie w tle, i pomaga wskazać źródło kłopotu, gdy coś pójdzie nie tak.
Co robi dekonwolucja i dlaczego wykonuje się ją na etapie liniowym
Zacznę od pomiaru. W programie PixInsight jest skrypt o nazwie FWHMEccentricity, który potrafi zmierzyć i wykreślić rozkład FWHM (pełna szerokość w połowie maksimum) oraz Eccentricity (ekscentryczność). Porównałem gwiazdy przed dekonwolucją i po niej: po dekonwolucji FWHM gwiazd Moffat4 zmalała w każdym przypadku poniżej 2, a Eccentricity również się poprawiła.
Krótko o tym, co znaczą te dwie liczby:
- Mniejsza FWHM — gwiazdy wyglądają na mniejsze;
- Mniejsza Eccentricity — gwiazdy wyglądają na okrąglejsze.
Właśnie dlatego zaleca się wykonywanie dekonwolucji w stanie liniowym — ta obróbka realnie sprawia, że gwiazdy stają się mniejsze i bardziej okrągłe.
Dodam jeszcze kilka warunków wstępnych: przy obrazach kolorowych najpierw wyodrębnij kanał luminancji, a dopiero potem zabieraj się do dzieła; obraz musi być w stanie liniowym. Jeśli używasz kamery monochromatycznej — ja na etapie liniowym zawsze wykonuję dekonwolucję na kanale luminancji, a różnica przed i po jest bardzo wyraźna (szczególnie dobrze widać ją przy powiększeniu 300%). Obrazy z kamery kolorowej można obrobić tak samo — również wystarczy wyodrębnić kanał luminancji.
Dawna metoda: PSF, Local Support, Object Mask — żadnego nie można pominąć
Kiedyś wydawało mi się, że dekonwolucja w programie PixInsight jest strasznie uciążliwa i skomplikowana — trzeba zrobić PSF, do tego Local Support, a do tego jeszcze Object Mask. Dopiero później zorientowałem się, że wszystko to jest w gruncie rzeczy dość podstawowe; po kilku razach nabierasz wprawy i idzie naprawdę szybko.
Prawdziwe wąskie gardło nie tkwi w samych tych krokach, tylko w maskach. Przy obróbce jednego obrazu robi się średnio co najmniej pięć do sześciu masek. Największym wąskim gardłem tamtych lat był w rzeczywistości ludzki mózg, a nie komputer — komputer liczy szybko; to człowiek musi ocenić każdą z osobna i każdą z osobna namalować.
Dwa najczęstsze utrapienia ręcznej dekonwolucji
W erze ręcznej najbardziej dokuczliwe problemy dekonwolucji skupiały się przeważnie w obszarach jasnych mgławic:
- Słabe gwiazdy wewnątrz jasnych mgławic — wokół gwiazdy zawsze pojawia się czarny pierścień;
- Jasne gwiazdy wewnątrz jasnych mgławic — ich środek ulega uszkodzeniu.
Oba te problemy wynikają zasadniczo ze źle zrobionej maski dekonwolucji. Próbowałem wtedy regulować Local Support, ale różnica była niewielka; po dopasowaniu maski poprawiało się tylko nieznacznie i wyglądało na to, że nie da się tego całkowicie usunąć. Typowe przykłady takich jasnych mgławic to M42 i NGC 3372.
Cena źle zrobionej maski: hard edge
Znaczenie maski najlepiej widać na poniższym zestawieniu. Obraz po lewej to praca, którą obrabiałem dwa lata temu, po prawej — praca nowsza; obie sfotografowane systemem CDK o średnicy 17 cali lub większej.
Obraz po lewej pokazuje właśnie typowy problem, który pojawia się, gdy maska dużych gwiazd do dekonwolucji jest źle zrobiona: luminancja dużych gwiazd kurczy się nadmiernie i powstaje wyraźna krawędź (hard edge). Na marginesie: Topaz Denoise AI wywołuje dokładnie ten sam problem, gdy używa się go bez żadnej maski — dlatego odradzam sięganie po niego wprost, bez maski.
Czasem zamiast pisać stos wyjaśnień, lepiej poświęcić ten czas na porządne dopracowanie gwiazd. To zdanie szczególnie dobrze pasuje do czasów ręcznej dekonwolucji — o jej powodzeniu decydowała niemal w całości żmudna robota przy maskach.
Zakończenie
Dziś BXT to wszystko uprościł: nie trzeba ręcznie robić PSF, nie trzeba malować pięciu czy sześciu masek, a skutki uboczne źle zrobionej maski — czarne pierścienie i hard edge — są w dużej mierze omijane. Ale cel, do którego dąży dekonwolucja, nigdy się nie zmienił — sprawić, żeby gwiazdy były mniejsze i bardziej okrągłe, i odzyskać szczegóły rozmyte przez atmosferę i układ optyczny. Kiedy zrozumiesz, z czym zmagała się era ręczna, znacznie wyraźniej zobaczysz, ile zachodu oszczędza ci BXT.