Korekcja gradientu tła: ABE, DBE, GC i GraXpert

Usuwanie gradientów światła i barwy z tła to podstawowa umiejętność etapu liniowego w astrofotografii. Od wbudowanych w program PixInsight procesów ABE i DBE, przez późniejsze GradientCorrection (GC) i MultiscaleGradientCorrection (MGC), aż po darmowy, samodzielny program GraXpert — dostępnych narzędzi jest coraz więcej. W tym artykule porządkuję ich rolę, różnice oraz wnioski z moich własnych testów.

Podstawowa zasada korekcji gradientu tła

Wyrównanie gradientów światła i barwy w tle odbywa się co prawda przez odejmowanie, ale klucz leży gdzie indziej — potrzebujesz narzędzia, które potrafi poprawnie oszacować model tła. Właśnie tę rolę pełnią ABE i DBE w programie PixInsight.

Jeśli po prostu odejmiesz gradient, nie oszacowawszy wcześniej poprawnie modelu tła, wynik zwykle będzie problematyczny. Prawdziwy model tła to bowiem często dość złożony obraz, a nie prosty gradient liniowy. Co więcej, nawet jeśli mowa o odejmowaniu, nie wystarczy odjąć modelu tła wprost od obrazu wyjściowego — proces obejmuje co najmniej algorytmy związane z częstotliwościami przestrzennymi, aby maksymalnie ograniczyć wpływ na sygnał obiektów astronomicznych (na przykład przebarwienia gwiazd). Porównując stan przed obróbką i po niej, pamiętaj, żeby oglądać oba obrazy przy tych samych ustawieniach STF.

Złożony model tła oszacowany przez DBE — to nie jest zwykły gradient

ABE i DBE: para bliskich krewnych

ABE (AutomaticBackgroundExtractor) i DBE (DynamicBackgroundExtraction) to dwa podobne procesy ekstrakcji tła w programie PixInsight; opcje kluczowych parametrów też są zbliżone, różnią się tylko nieco nazwami.

Zasadniczo DBE zawiera wszystkie funkcje ABE, a do tego dochodzi podgląd zawartości w czasie rzeczywistym oraz możliwość ręcznego i wielokątnego rozmieszczania punktów próbkowania. Jeśli więc umiesz obsługiwać DBE, poradzisz sobie naturalnie i z ABE. Co więcej, gdy zestawisz rozmieszczenie punktów próbkowania w ABE z „automatycznym” rozmieszczeniem punktów w DBE, okaże się, że pozycje są całkiem zbliżone. Zwróć uwagę: automatyczne próbkowanie w DBE to tylko jeden ze sposobów jego użycia — są też inne, bardziej ręczne i bardziej precyzyjne.

Odpowiedniki parametrów ABE i DBE oraz porównanie położenia punktów próbkowania w obu narzędziach

GraXpert: darmowa, samodzielna opcja

GraXpert to darmowy, samodzielny program służący do usuwania gradientów światła i barwy z tła, gdy obraz jest jeszcze w stanie liniowym; działa całkiem nieźle, daje dużą kontrolę, a wyniki są ogólnie lepsze niż to, co dają funkcje usuwania zanieczyszczenia świetlnego w aplikacjach na telefon. Potrafi zapisywać 32-bitowe pliki TIFF lub XISF i obsługuje wszystkie trzy główne platformy: Windows, Mac i Linux. Jeśli nie korzystasz z DBE w programie PixInsight, to opcja warta rozważenia.

Później w programie GraXpert pojawił się moduł wytrenowany z użyciem AI (nie miej jednak wobec AI zbyt wielkich oczekiwań), dzięki czemu gradient światła można usunąć bez ręcznego klikania punktów próbkowania. W wersji oficjalnej nie musisz nawet sam pobierać modułu AI — program pobierze go wtedy, gdy będzie potrzebny.

Tu prosta rada bez owijania w bawełnę: jeśli masz już program PixInsight, wbudowane DBE jest z pewnością lepszym wyborem; ale jeśli nie kupiłeś programu PixInsight, GraXpert jest chyba darmowym programem o najlepszej skuteczności w usuwaniu gradientu światła na etapie liniowym.

Obsługa programu GraXpert przy usuwaniu gradientu tła i wynik

Później pewien miłośnik astrofotografii opracował nawet proces do programu PixInsight (Process, a nie skrypt), który pozwala wywołać funkcję programu GraXpert bezpośrednio w PI i oszczędza ci kroku polegającego na wyeksportowaniu obrazu do programu GraXpert i ponownym zaimportowaniu go. Warunek użycia jest taki: najpierw musisz zainstalować program GraXpert oraz włączyć i pobrać bazę danych AI — dopiero wtedy ten proces zadziała.

Proces wywołujący program GraXpert bezpośrednio w programie PixInsight

W bezpośrednim porównaniu zaobserwowałem jednak, że GraXpert AI wciąż wybiera obszary, które tłem nie są. Weźmy poniższą galaktykę M101 (po złożeniu RGB wpada w zieleń — podejrzewam problem z klatkami flat, wyciek światła albo kłopot z klatkami kalibracyjnymi): model GraXpert AI po lewej błędnie zaznacza fragment obiektu, podczas gdy model DBE po prawej jest wyraźnie czystszy. Ogólnie rzecz biorąc, model DBE nadal wypada lepiej.

Bezpośrednie porównanie modeli tła z GraXpert AI i DBE (M101)

GradientCorrection (GC): nowa generacja automatyzacji

Jeśli tylko dobierzesz właściwe parametry, GC działa naprawdę całkiem dobrze. Jego największa zaleta jest taka, że nie musisz ręcznie klikać w tło; nawet przy obrazie, na którym gwiazdy i mgławice wypełniają cały kadr i tła po prostu nie da się znaleźć, nie musisz się martwić, że nie uda ci się rozstawić punktów próbkowania.

W testach ciemna mgławica w kanale luminancji po obróbce wyraźnie zyskała plastyczność; w kanale barwnym po lewej i po prawej stronie był początkowo gradient przechodzący od zieleni do błękitu, a po obróbce i on znacznie się wyrównał.

Porównanie przed zastosowaniem GradientCorrection i po nim oraz model gradientu tła

MultiscaleGradientCorrection (MGC): walka z silnym zanieczyszczeniem świetlnym

MGC szczególnie dobrze radzi sobie w sytuacji, gdy brakuje klatek flat, a do tego występuje silne winietowanie. Przetestowałem taki przepływ pracy: obraz oryginalny → po obróbce w MGC → następnie przepuszczony przez DBE. Gdy obejrzysz wszystkie trzy przy tych samych ustawieniach STF, wyraźnie widać, jak przyciemnione brzegi i gradient światła znikają krok po kroku.

Porównanie usuwania gradientu na trzech etapach: obraz oryginalny, MGC oraz MGC+DBE

Siła MGC ujawniła się w pełni w jednym rzeczywistym przypadku. Pewien miłośnik astrofotografii fotografował w miejscu z silnym zanieczyszczeniem świetlnym, w dodatku bez montażu paralaktycznego (równikowego), i nie był pewien, czy nie ma problemu z klatkami flat albo czegoś innego. Pobrałem jego plik po stackowaniu i za pomocą MGC, BXT, SPCC i NXT, a do tego nieliniowego rozciągania (stretch) oraz narzędzia krzywych, miałem gotowy wynik w jakieś 15 minut — wyłoniła się nawet Mgławica Koński Łeb, zupełnie niewidoczna na oryginalnym obrazie, a w całym procesie nie zauważyłem wyraźnych problemów ze stackowaniem ani z klatkami flat. To, że MGC za jednym razem uporał się z gradientem wywołanym zanieczyszczeniem świetlnym, było doprawdy zaskakujące.

Obróbka narzędziami takimi jak MGC obrazu zarejestrowanego bez montażu paralaktycznego w miejscu z silnym zanieczyszczeniem świetlnym — wyłania się Mgławica Koński Łeb

Podsumowanie

Wciąż pojawiają się nowe narzędzia do korekcji gradientu tła, ale logika wyboru jest tak naprawdę bardzo jasna:

Masz program PixInsight: postaw na DBE jako główne narzędzie; gdy potrzebujesz pełnej automatyki albo nie możesz znaleźć tła, oddaj sprawę procesowi GC lub MGC; przy silnym zanieczyszczeniu świetlnym połóż podkład za pomocą MGC, a wykończ za pomocą DBE.
Nie masz programu PixInsight: GraXpert to darmowa alternatywa o najlepszej skuteczności.

Narzędzia będą coraz mądrzejsze, ale podstawowa idea — „najpierw uzyskaj poprawny model tła, a dopiero potem delikatnie go odejmij” — nie ulegnie zmianie. Dopiero gdy to zrozumiesz, będziesz w stanie ocenić, które narzędzie i który zestaw parametrów pasuje do obrazu, który masz właśnie przed sobą.