Zrozumieć liniowy i nieliniowy stan obrazu

W obróbce końcowej astrofotografii często słyszy się „ten proces trzeba wykonać w stanie liniowym” albo „tamten czeka, aż obraz przejdzie w stan nieliniowy”, ale czym właściwie jest stan liniowy, a czym nieliniowy? Kiedyś było to pojęcie, które bardzo trudno mi było komuś jasno wytłumaczyć. Później znalazłem lepszy sposób wyjaśnienia — spojrzenie na krzywą MTF. W tym artykule za pomocą MTF oraz narzędzia Histogram Transformation (HT) wyraźnie wyznaczam granicę między nimi.

Definiowanie stanu liniowego i nieliniowego za pomocą krzywej MTF

Klucz tkwi w jednej czynności: w chwili, gdy zmienisz położenie midtone (tonów średnich), obraz przestaje być liniowy na wyjściu.

Powodem jest to, że regulacja midtone zmienia „proporcje odstępów między pikselami o różnej jasności”. Pierwotnie wzajemne relacje jasności poszczególnych pikseli są wprost proporcjonalne (liniowe); gdy tylko midtone zostanie przesunięty, ta proporcja ulega zniekształceniu, a wyjście w naturalny sposób staje się nieliniowe (możesz to porównać ze zmianą krzywej w sekcji output narzędzia HT).

Spojrzenie pod innym kątem jest bardziej intuicyjne: tradycyjnie zdjęcie astronomiczne tuż po zakończonej integracji jest jednolitą czernią, na której nic nie widać (stan liniowy), a my musimy je podciągnąć tak, aby cel był wyraźnie widoczny — i ta czynność z konieczności jest nieliniowym rozciąganiem o dużej skali. Na przykład po integracji w programie APP powstaje nie tylko liniowy plik, na którym nic nie widać; jeśli klikniesz zapis znajdujący się po prawej stronie, pod sekcją rozciągania, zapisane zostanie dodatkowo drugie, już rozciągnięte, nieliniowe zdjęcie.

(Istnieje też pogląd, że regulacja o bardzo małej skali nadal może być uznawana za liniową; ten artykuł przyjmuje ściślejszą definicję — z chwilą, gdy ruszysz midtone, uznajemy, że obraz wszedł w stan nieliniowy).

Regulowanie samego shadow lub highlight nie niszczy liniowości

Nie każda regulacja czyni obraz nieliniowym. Jeśli ruszasz tylko shadow (punkt skrajny partii ciemnych) albo highlight (punkt skrajny partii jasnych), nie zmieniasz liniowej relacji między pikselami — jedynie skalujesz lub przycinasz punkty skrajne:

• przesunięcie shadow w prawo: rozszerza partie ciemne (rozciąga ciemne tony).

• przesunięcie shadow w górę: stopniowo wyprowadza partie ciemne jako szarość.

• przesunięcie highlight w lewo: rozszerza partie jasne.
• przesunięcie highlight w dół: stopniowo wyprowadza partie jasne jako szarość.

Dodam jeszcze jeden szczegół dotyczący narzędzi: ponieważ w narzędziu HT w programie PixInsight usunięto już opcje Low i High Ranges, powyższe pokazy „przesuwania w górę / przesuwania w dół” (wyprowadzania jako szarość) przedstawiłem zamiast tego za pomocą narzędzia Curves.

Dlaczego ta granica ma znaczenie

Zrozumienie, co znaczy liniowy/nieliniowy, jest bardzo praktyczne — wiele procesów obróbki obrazu (na przykład kalibracja koloru czy dekonwolucja) działa poprawnie tylko wtedy, gdy wykonasz je w stanie liniowym; z chwilą, gdy zastosujesz rozciąganie i ruszysz midtone, obraz przechodzi w stan nieliniowy, a wyniki niektórych procesów stają się niedokładne. Dlatego przy budowaniu przepływu pracy wcześniejsze przemyślenie, „czy ten krok należy wykonać przed rozciąganiem, czy po nim”, bywa często ważniejsze niż zapamiętanie każdego przycisku.