Luminância e LRGB: extração, combinação e RGB Working Space

O LRGB é um conjunto de noções bastante central no pós-processamento astronômico: processar separadamente o canal de luminância (L), responsável pelo detalhe, e os canais de cor (RGB), responsáveis pela cor, para combiná-los no final. Este artigo reúne a extração do canal de luminância, os princípios de combinação e o ajuste, muitas vezes negligenciado, do RGB Working Space que está por trás de tudo isso.

Por que processar L e RGB separadamente

Comecemos por uma analogia conceitual. Certa vez eu conversava com alguns companheiros de hobby sobre fotografia monocromática e fotografia colorida quando, não sei como, o assunto acabou desviando para o olho. No fim, resumimos tudo em uma única frase:

O modo RGB é a escolha de quem alcançou a liberdade financeira em fótons: busca-se alta qualidade simultânea em cor e luminância. Já o modo L+RGB é a regra de sobrevivência dos pobres em fótons: primeiro garante-se que a estrutura seja visível e só depois se busca ter cor.

Um sensor capaz de acumular fótons por um longo tempo compensa, até certo ponto, a limitação do olho humano na escuridão, onde os fótons são escassos demais para acionar os cones que distinguem a cor. Extrair a luminância isoladamente para acumular relação sinal-ruído (S/R) e assegurar a estrutura é justamente o espírito do LRGB.

Dois princípios para combinar o canal de luminância e os canais de cor

Para que L e RGB fiquem bonitos após a combinação, há duas direções a ter em mente:

1. O canal de luminância não pode ser claro demais (nem escuro demais), caso contrário dilui a cor.
2. Aos canais de cor pode-se aumentar o contraste, o que eleva a saturação de cor do resultado combinado.

Os processos do PI usados com frequência incluem: ScreenTransferFunction, HistogramTransformation, ArcsinhStretch, LRGBCombination.

Há aqui uma ideia importante: se o canal de luminância é ou não bonito por si só, na verdade, não tem muita importância; o que conta é se, uma vez combinado com o RGB, ele consegue deixar a foto inteira bonita e faz o detalhe se destacar. Tomemos como exemplo a NGC 2070, a Nebulosa da Tarântula: uma única imagem, após um stretch automático de tela com o STF, mostra sim um contraste marcado, mas o fundo fica preto demais e o branco da Nebulosa da Tarântula, por sua vez, claro demais — na verdade não é uma imagem de luminância adequada para se misturar com o RGB.

Em que fase L e RGB são combinados

O processo LRGBCombination, na maioria dos casos, é usado no estado não linear. Se você quiser combinar na fase linear, deveria usar o ChannelCombination — mas vai perceber que o ChannelCombination simplesmente não tem opção alguma para um canal de luminância, e é justamente isso que lhe diz por que L e RGB não são adequados para combinar na fase linear. Quanto ao que acontece se você forçar o LRGBCombination sobre uma imagem linear? Assim que vir a imagem combinada se despedaçar, você vai entender.

Então, quando exatamente se deve fundi-los? Mais ou menos quando tanto a luminância quanto o RGB tiverem sido processados, cada um, até um estado “razoável”: é aí que os fundo e prossigo com o processamento. Um equívoco comum aqui é querer processar a luminância, ou cada um dos canais R, G e B, de modo que fiquem bonitos por si sós — mas o verdadeiro ponto não é se o L ou o RGB intermediários ficam bonitos (a menos que você queira apenas uma imagem em escala de cinza, ou um borrão só de cor), e sim se, após a fusão final, a cor sai sem percalços e o detalhe da luminância se apresenta sem percalços.

E, além do mais, uma vez feita a fusão, também não é que se possa exportar a imagem diretamente: depois ainda vem toda uma cadeia de etapas de realce e ajuste de cor e, até mesmo, ao final, redução de ruído e correção de defeitos, antes que uma obra se possa dar por concluída.

Câmeras coloridas também precisam extrair o canal de luminância

Os fluxos que compartilhei antes centravam-se sobretudo em câmeras monocromáticas, mas, ao processar imagens coloridas captadas com uma DSLR ou uma câmera OSC refrigerada, o fluxo principal é, na verdade, praticamente igual: também aqui se processam separadamente o canal de luminância e os canais de cor. Extrair o canal de luminância no PI é muito simples; só que boa parte dos iniciantes não sabe em que etapa fazer isso. Comparando com o fluxo monocromático, o momento da extração pode ser:

1. logo após concluir o pré-processamento, ou
2. depois de concluir o balanço de cor e o DBE.

Também gravei um vídeo demonstrando como extrair o canal de luminância de uma imagem colorida depois da integração: https://youtu.be/TDhaKp2BK4w

Um equívoco comum: remover a saturação ≠ o canal de luminância

Há uma afirmação que circula: remova a saturação e o que sobra é a luminância. Por isso, algumas pessoas, no Camera Raw Filter do PS ou no Lightroom, removem temporariamente a saturação e depois ajustam os parâmetros, achando que assim não sofrerão a influência da cor e estarão ajustando apenas a luminância.

Mas essa afirmação e essa prática não são, na verdade, de todo corretas. Comparei-as diretamente no Photoshop: uma imagem à qual se removeu apenas a saturação parece perder alguns detalhes em relação ao verdadeiro canal de luminância. Depois fiz o mesmo experimento no PI, com resultado coincidente — uma imagem à qual se removeu a saturação de cor perde, de fato, parte dos detalhes.

Em outras palavras, para obter a luminância verdadeira no PS talvez você tenha de mudar primeiro para o modo Lab para que seja mais exato; ao passo que no PI basta pressionar uma tecla para extrair o canal de luminância — bem mais cômodo.

RGB Working Space (RGBWS): a variável oculta da extração de luminância

O fenômeno acima — de que remover a saturação não equivale à luminância — envolve, na verdade, um ajuste muitas vezes negligenciado: o RGB Working Space, ou seja, a proporção em que cada uma das três cores RGB contribui para a luminância.

Fenômeno um: o ajuste afeta a luminância extraída. Pegue duas imagens dominadas pelo vermelho e pelo azul e extraia a luminância sob um RGBWS ajustado ao padrão da “visão do olho humano”: você notará que o canal de luminância extraído fica visivelmente mais escuro e com menos detalhe. (Se for difícil de perceber, você pode compará-los diretamente neste vídeo: https://youtu.be/s8tRTXSrkh0)

Fenômeno dois: o ajuste também afeta o resultado da combinação LRGB. Faça uma combinação LRGB do L e do RGB das imagens acima e você notará que, sob o ajuste baseado no padrão da visão do olho humano, a imagem combinada fica visivelmente mais escura no conjunto; algumas tonalidades azuis chegam até a ter seu matiz levemente alterado, deslocando-se para o violeta. (Também aqui você pode comparar diretamente no vídeo: https://youtu.be/rcsXP9HVQs0)

E então, como ajustá-lo? Se você quiser que o RGB contribua de modo uniforme para a luminância, proceda assim:

1. Abra o processo RGBWorkingSpace.
2. Defina todos os coeficientes de Red, Green e Blue como 1 (defini-los todos como 1 é apenas mais fácil de digitar; ao aplicar a configuração, ela é convertida automaticamente em 0.33 : 0.33 : 0.33).
3. Pressione o círculo no canto inferior esquerdo para executar a configuração global.

Uma vez feito esse ajuste, daí em diante toda imagem colorida — seja carregada, seja gerada — terá, por padrão, a mesma contribuição de RGB para a luminância (0.33 : 0.33 : 0.33).

E é precisamente por isso que se pode voltar ao ponto de que “uma imagem RGB à qual se removeu a saturação de cor não equivale à sua própria imagem de luminância”: pressuposta uma proporção RGB-luminância igual, a imagem de luminância será visivelmente mais clara do que a imagem dessaturada (aquela à qual, no espaço LCH, se remove o C que representa a saturação, de modo que os valores RGB fiquem iguais).

Avançado: o canal de superluminância (Super L)

Por fim, acrescento uma técnica avançada. O canal de superluminância (Super L) é um canal artificial; uma das formas de criá-lo é integrar mais uma vez os canais L, R, G e B já integrados.

Como substituto do canal L, e em comparação com a imagem L original, o Super L oferece até uma leve melhora na relação sinal-ruído (SNR) — e, mesmo que a olho nu mal se perceba, essa pequena melhora ainda é útil no processamento posterior.