Обработка изображений комет: общее руководство по выравниванию, удалению звёзд и композитингу
Главную трудность обработки изображений комет можно выразить одной фразой: комета движется относительно фоновых звёзд, поэтому комету и звёзды нельзя обработать одновременно с одним и тем же набором параметров выравнивания. Именно поэтому при обработке быстро движущейся кометы комету и звёздный фон всегда обрабатывают отдельно, а в конце соединяют. В этой статье я собрал накопленный за долгие годы опыт обработки комет — от инструментов выравнивания и удаления звёзд до цвета и композитинга — в виде общего руководства; что касается практического примера, можно ознакомиться с серией о комете Tsuchinshan из статьи «Обработка комет с помощью PixInsight».
Зачем нужно выравнивание кометы: одно сравнение
Сначала посмотрим на сравнение, которое покажет, какую именно проблему решает выравнивание кометы.
Слева на изображении выше — результат интеграции изображений, которые были выровнены по ядру кометы и в которых были удалены звёзды; справа — результат интеграции, выполненной сразу только с выравниванием по звёздам. У правого изображения, никогда не выравнивавшегося по ядру, после интеграции вокруг ядра появляются некоторые дефекты — и хочу подчеркнуть, что это не «детали вокруг ядра», а повреждения, оставшиеся после того, как алгоритм отбраковки (pixel rejection) удалил выбросы. Само изображение ядра тоже оказывается повреждённым из-за этих дефектов. Другими словами, если вы хотите сохранить полную форму ядра и хвоста, этот этап выравнивания кометы неизбежен.
Инструмент Comet Alignment (CA)
Инструмент, который занимается выравниванием кометы в PixInsight, — это Comet Alignment (CA). В самом базовом варианте он используется в связке со Star Alignment (SA): с помощью SA вы выравниваете звёзды, а с помощью CA — комету, в итоге получая два изображения — одно для звёзд и одно для кометы, — каждое из которых затем обрабатывается отдельно. Положение кометы в SA выбирается щелчком левой кнопки мыши.
Метод, который однажды не удался, а позже сработал
Много лет назад один коллега по увлечению поделился продвинутой идеей: выровнять комету с помощью CA, проинтегрировать «чистое изображение кометы», а затем выполнить CA ещё раз, чтобы вычесть комету из изображений, выровненных по звёздам, и таким образом получить чистый звёздный фон. Подробные шаги таковы:
- Откалибруйте изображения кометы.
- С помощью Star Alignment выровняйте звёзды, получив изображения, выровненные по звёздам.
- С помощью CA выберите ядро кометы на изображениях, выровненных по звёздам, получив изображения, выровненные по ядру.
- С помощью Image Integration проинтегрируйте изображения, выровненные по комете, получив «чистое изображение кометы», почти лишённое звёзд.
- Сохраните чистое изображение кометы, выберите его в качестве subtract operand image в CA и снова выполните вывод, получив изображения «выровненные по звёздам и без кометы».
- С помощью Image Integration проинтегрируйте изображения, выровненные по звёздам и без кометы, получив «чистое звёздное изображение».
Честно говоря, когда я впервые протестировал этот метод на своих данных, он оказался безуспешным — на шаге 5 не получалось создать чистое «изображение, выровненное по звёздам и без кометы»: на части изображений, выровненных по звёздам, комета всё ещё оставалась, либо вычиталась слишком сильно, из-за чего положение кометы становилось полностью чёрным, и после интеграции комета по-прежнему оставалась неполной. Однако коллега, поделившийся этим методом, добился успеха на своих данных, поэтому тогда я всё же записал его для справки. Позже я усовершенствовал подход и переделал его на наборе данных кометы Leonard с простым фоном (TOA 150 + QHY 268c, 16 кадров по 90 секунд), подтвердив, что этот традиционный метод comet alignment действительно может сработать. И поскольку на фоне нет особых галактик, скоплений или туманностей, этот набор данных вполне подходит начинающим для тренировки.
Новая версия CA: не нужно сначала выравнивать звёзды
В новой версии Comet Alignment есть одно важное изменение: больше не нужно сначала выравнивать звёзды.
Достаточно «примерно» выбрать положение ядра на первом и последнем изображении и отметить Compute PSF fits — и программа сама вычислит ядро на остальных изображениях и выровняет их. Поэтому даже если траектория движения кометы не прямая линия, её всё равно можно выровнять. Очевидное преимущество такого подхода в том, что вы избегаете двух проходов интерполяции — старый способ, при котором сначала выравнивают звёзды, а затем комету, равносилен двойной интерполяции, а каждая интерполяция немного снижает качество изображения. (Обратите внимание, что суффикс имени файла изображений в видео — _c_cc_ca, без _r, что означает, что они прошли только Calibration, Cosmetic Correction и Comet Alignment, без Registration.) Этот новый подход также породил ряд дополнительных применений, например интеграцию данных кометы за несколько подряд идущих ночей или создание таймлапс-видео непрерывного движения кометы.
Удаление звёзд: ядро легко повредить по ошибке
Обработка комет не обходится без удаления звёзд, но ядро и кома легко принимаются инструментами удаления звёзд за звёзды и повреждаются. Здесь я разберу это на нескольких случаях.
Проблема удаления звёзд с цветного изображения в линейном состоянии
Если вы не приобрели StarXTerminator (SXT) и хотите пакетно удалять звёзды с помощью Starnet++, с цветными изображениями возникает одна проблема: в линейном состоянии после прохождения цветного изображения через Starnet++ ядро и кома оказываются повреждены.
Решение — разделить три канала RGB, удалить звёзды в каждом по отдельности, а затем снова объединить их, точно так же, как при обработке каналов RGB, снятых монохромной камерой. После такой обработки ядро и кома выглядят заметно естественнее. Чтобы разделить каналы пакетно, можно использовать Batch Channel Extraction Script из скриптов.
Защита ядра с помощью маски
При пакетном удалении звёзд SXT или Starnet иногда просто удаляют ядро, приняв его за звезду, или разделяют части кометы разного масштаба, из-за чего ядро тускнеет. Решение — наложить на ядро маску:
- С помощью таких программ, как GAME, создайте маску ядра.
- В Process Batch инструмента SXT выберите загрузку маски.
Закрытая маской область (чёрная часть маски) не подвергается удалению звёзд, благодаря чему ядро оказывается защищено. Если вы используете Starnet, при пакетном удалении звёзд маску также можно загрузить в Process Container.
На практике есть небольшая хитрость: перед удалением звёзд не забудьте сначала определить положение ядра на первом и последнем изображении, затем с помощью GAME или Clone Stamp Tool создать маску вдоль линии, соединяющей положения ядра на первом и последнем изображении, и только после этого удалять звёзды — только так можно эффективно избежать случайного повреждения ядра.
Цвет и калибровка фона
На конце хвоста кометы иногда появляются странные цвета — красный, фиолетовый, зелёный, какие угодно — по сути, в большинстве случаев это цвет фона неба, на котором находится комета, проявляющийся после того, как комету усилили отдельно (например, третий, красный хвост, появившийся у NEOWISE несколько лет назад). Оставлять его или убирать — дело личного вкуса; если хотите убрать, мой способ — просто увести этот цвет из кадра.
Теоретически фон неба после калибровки должен быть близок к чёрно-коричневому, но у кометы при отсутствии звёзд калибровка легко даёт сбой или получается неточной, особенно на изображениях, снятых цветной камерой. По моему опыту, две самые большие проблемы при обработке кометы — это калибровка цвета и удаление остатков звёзд; решив эти два вопроса, вы на самом деле уже добились успеха на девяносто процентов.
В завершение: базовые навыки всё ещё важны
Обработка кометы часто требует нескольких дней проб и ошибок туда-сюда, и вполне возможно, что целый день уйдёт впустую, в полном тупике, — иногда нужно время, чтобы всё улеглось в голове, и только тогда приходит решение.
Инструменты ИИ (такие как удаление звёзд и шумоподавление) хотя и экономят немало времени, но это время на самом деле просто перекладывается на вычислительные затраты компьютера (при медленном CPU или отсутствии GPU расчёт займёт очень много времени). Кроме того, базовые инструменты PixInsight точно так же незаменимы: помимо привычных DBE, STF, Histogram Transformation и Curve Transformation, Wavelet, HDRMT и инструменты насыщенности цвета в сочетании с масками — всё это ключ к тому, чтобы выжать из изображения максимум качества. Инструменты будут совершенствоваться, но именно отработанные до автоматизма базовые навыки — это настоящая опора для стабильно хорошей обработки комет.