Kanał luminancji i LRGB: ekstrakcja, łączenie i RGB Working Space

LRGB to jedna z najważniejszych koncepcji w obróbce końcowej w astrofotografii: kanał luminancji (L), który odpowiada za szczegóły, obrabia się osobno od kanałów koloru (RGB), które odpowiadają za barwę, a na końcu łączy się je ze sobą. Ten artykuł zbiera zasady ekstrakcji i łączenia kanału luminancji oraz stojące za tym wszystkim, często pomijane ustawienie RGB Working Space.

Dlaczego L i RGB obrabia się osobno

Zacznę od pewnej analogii. Rozmawiałem kiedyś z kilkoma kolegami po fachu o fotografii monochromatycznej i kolorowej, temat nie wiadomo kiedy zszedł na ludzkie oko, a na koniec podsumowaliśmy to jednym zdaniem:

Tryb RGB to wybór na czas fotonowej wolności finansowej — dąży się w nim do wysokiej jakości koloru i luminancji jednocześnie; tryb L+RGB to z kolei reguła przetrwania w fotonowej biedzie: najpierw zapewnić widoczność struktury, a dopiero potem starać się o kolor.

Matryca, która potrafi zbierać fotony przez długi czas, w pewnym stopniu nadrabia niedostatek ludzkiego oka: w ciemności fotonów jest zbyt mało, by pobudzić czopki rozróżniające barwy. Wyciągnięcie samej luminancji, żeby budować stosunek sygnału do szumu (S/N) i zabezpieczyć strukturę, to właśnie istota LRGB.

Dwie zasady łączenia kanału luminancji z kanałami koloru

Żeby L i RGB dobrze wyglądały po połączeniu, pamiętaj o dwóch kierunkach:

1. Kanał luminancji nie może być zbyt jasny (ani zbyt ciemny), bo inaczej rozmyje kolor.
2. Kanałom koloru można podnieść kontrast — to zwiększa nasycenie barw po połączeniu.

Najczęściej używane procesy PI to: ScreenTransferFunction, HistogramTransformation, ArcsinhStretch, LRGBCombination.

Jest tu jedna ważna myśl: to, czy sam kanał luminancji ładnie wygląda, tak naprawdę nie ma większego znaczenia — liczy się to, czy po połączeniu z RGB całe zdjęcie wygląda dobrze i czy szczegóły wychodzą na wierzch. Weź jako przykład NGC 2070, czyli mgławicę Tarantula: pojedyncza klatka po automatycznym rozciągnięciu ekranowym (screen stretch) w STF ma wprawdzie wyraźny kontrast, ale tło jest zbyt czarne, a biel mgławicy Tarantula zbyt jasna — to w gruncie rzeczy nie jest obraz luminancji, który dobrze nadaje się do zmieszania z RGB.

Na jakim etapie łączy się L z RGB

Proces LRGBCombination w większości przypadków stosuje się w stanie nieliniowym. Jeśli chcesz łączyć na etapie liniowym, sięgnij po ChannelCombination — ale zauważysz, że ChannelCombination w ogóle nie ma opcji kanału luminancji, i to właśnie dobrze tłumaczy, dlaczego L i RGB nie nadają się do łączenia na etapie liniowym. A co się stanie, jeśli na siłę użyjesz procesu LRGBCombination na etapie liniowym? Kiedy zobaczysz, że połączony obraz się rozsypał, wszystko stanie się jasne.

To kiedy właściwie łączyć? Mniej więcej wtedy, gdy zarówno luminancja, jak i RGB są już obrobione do stanu „w miarę dobrego” — dopiero wtedy je łączę i pracuję dalej. Częsty błąd polega tu na tym, że chce się dopracować do perfekcji osobno luminancję albo każdy z kanałów R, G i B. Ale prawdziwy sens nie leży w tym, czy pośrednie L lub RGB ładnie wygląda (chyba że zależy ci tylko na obrazie w skali szarości albo na rozmytej plamie samego koloru), lecz w tym, czy po ostatecznym połączeniu kolor wychodzi czysto, a szczegóły luminancji dobrze się prezentują.

Co więcej, po połączeniu nie da się od razu wyeksportować obrazu — dalej czeka jeszcze cały łańcuch wzmocnień i korekt koloru, a na samym końcu nawet redukcja szumu i usuwanie skaz, zanim praca będzie gotowa.

Z kamery kolorowej też wyciąga się kanał luminancji

Opisywane wcześniej procedury dotyczyły głównie kamer monochromatycznych, ale przy obróbce kolorowych zdjęć z lustrzanki albo z chłodzonej kamery kolorowej (OSC) główny przepływ pracy jest właściwie taki sam — kanał luminancji i kanały koloru również obrabia się osobno. Wyciągnięcie kanału luminancji w programie PI jest bardzo proste; problem w tym, że wielu początkujących nie wie, na którym etapie to zrobić. Porównując z procedurą monochromatyczną, ekstrakcję można wykonać:

1. bezpośrednio po zakończeniu obróbki wstępnej, albo
2. po wykonaniu balansu kolorów i DBE.

Nagrałem też film pokazujący, jak po integracji wyciągnąć kanał luminancji z kolorowego zdjęcia: https://youtu.be/TDhaKp2BK4w

Częste nieporozumienie: usunięcie nasycenia ≠ kanał luminancji

Krąży taka opinia: wystarczy zjechać z nasyceniem, a to, co zostanie, jest już luminancją. Dlatego niektórzy w filtrze Camera Raw w programie PS albo w programie Lightroom chwilowo zjeżdżają z nasyceniem, a potem regulują parametry, sądząc, że dzięki temu kolor im nie przeszkadza i regulują wyłącznie luminancję.

Ale i ta opinia, i taka praktyka nie są do końca poprawne. Porównałem to w praktyce w programie Photoshop: obraz, z którego zdjęto tylko nasycenie, w zestawieniu z prawdziwym kanałem luminancji wydaje się tracić część szczegółów. Później zrobiłem ten sam eksperyment w programie PI i wynik był zgodny — obraz pozbawiony nasycenia barw rzeczywiście traci część szczegółów.

Innymi słowy, żeby uzyskać w programie PS prawdziwą luminancję, trzeba chyba najpierw przełączyć się na tryb Lab, bo dopiero wtedy będzie to dokładne; w programie PI wystarczy natomiast nacisnąć jeden klawisz, żeby wyciągnąć kanał luminancji — jest o wiele wygodniej.

RGB Working Space (RGBWS): ukryta zmienna ekstrakcji luminancji

Opisane wyżej zjawisko — „usunięcie nasycenia to nie to samo co luminancja” — wiąże się w istocie z często pomijanym ustawieniem: RGB Working Space, czyli proporcją tego, ile każda z trzech barw RGB wnosi do luminancji.

Zjawisko pierwsze: ustawienie wpływa na wyciągniętą luminancję. Weź dwa zdjęcia, na których dominuje czerwień i błękit, i wyciągnij luminancję przy ustawieniu RGBWS opartym na standardzie „ludzkiego widzenia” — zobaczysz, że wyciągnięty kanał luminancji jest wyraźnie ciemniejszy i ma mniej szczegółów. (Jeśli trudno to dostrzec, obejrzyj ten film z bezpośrednim porównaniem: https://youtu.be/s8tRTXSrkh0)

Zjawisko drugie: ustawienie wpływa też na wynik składania LRGB. Złóż L i RGB z powyższych zdjęć metodą LRGB, a zobaczysz, że przy ustawieniu opartym na ludzkim widzeniu cały obraz po złożeniu jest wyraźnie ciemniejszy, a odcień części błękitów zmienia się nawet nieznacznie w stronę fioletu. (Tu również możesz obejrzeć film z bezpośrednim porównaniem: https://youtu.be/rcsXP9HVQs0)

To jak to ustawić? Jeśli chcesz, żeby wkład RGB w luminancję był jednakowy, postępuj tak:

1. Otwórz proces RGBWorkingSpace.
2. Ustaw współczynniki Red, Green i Blue na 1 (wpisanie wszędzie 1 jest po prostu wygodniejsze; po zatwierdzeniu konfiguracji zostaną one automatycznie przeliczone na 0.33 : 0.33 : 0.33).
3. Naciśnij kółko w lewym dolnym rogu, żeby wykonać konfigurację globalną.

Po takim ustawieniu każde kolorowe zdjęcie — czy to wczytane, czy wygenerowane — będzie domyślnie miało jednakowy wkład RGB w luminancję (0.33 : 0.33 : 0.33).

Właśnie dlatego warto wrócić do stwierdzenia, że „obraz RGB pozbawiony nasycenia barw nie równa się jego własnemu obrazowi luminancji”: przy założeniu równych proporcji wkładu RGB w luminancję obraz luminancji jest wyraźnie jaśniejszy niż obraz z usuniętym nasyceniem (czyli taki, w którym w przestrzeni LCH zdjęto składową C odpowiadającą za nasycenie, tak że wartości RGB stały się jednakowe).

Zaawansowane: superkanał luminancji (Super L)

Na koniec jeszcze jedna zaawansowana technika. Superkanał luminancji (Super L) to kanał sztuczny; jednym ze sposobów jego wykonania jest poddanie już zintegrowanych kanałów L, R, G i B jeszcze jednej integracji.

Jako zamiennik kanału L, w porównaniu z pierwotnym obrazem L, Super L daje dodatkowo nieznaczny wzrost stosunku sygnału do szumu (SNR) — nawet jeśli gołym okiem prawie tego nie widać, ta odrobina poprawy i tak pomaga w dalszej obróbce.