Деконволюция: маски, PSF и восстановление звёзд (исторический взгляд)
Эта статья составлена из заметок о ручной деконволюции, сделанных в период с 2020 по 2022 год, до появления BlurXTerminator. Сегодня в PixInsight этот этап работы по большей части уже заменён ИИ-инструментами вроде BXT — быстрее и лучше, больше не нужно вручную строить кучу масок. Тем не менее понимание принципов ручной деконволюции и проблем, с которыми она борется, по-прежнему очень ценно: оно позволяет понять, что именно BXT решает за кулисами вместо вас, а также помогает определить, в чём проблема, когда что-то пошло не так.
Что делает деконволюция и почему её выполняют на линейном этапе
Начнём с фактического измерения. В PixInsight есть скрипт под названием FWHMEccentricity, который умеет измерять и строить график распределения FWHM (полная ширина на половине максимума) и Eccentricity (эксцентриситет). Я сравнил звёзды до и после деконволюции: после деконволюции FWHM звёзд Moffat4 во всех случаях сократилась до значений меньше 2, а Eccentricity также улучшился.
Коротко о том, что означают эти два числа:
- Чем меньше FWHM, тем меньше выглядят звёзды;
- Чем меньше Eccentricity, тем более круглыми выглядят звёзды.
Именно поэтому рекомендуется выполнять деконволюцию в линейном состоянии — эта обработка реально делает звёзды меньше и круглее.
Добавлю несколько предварительных условий для выполнения: для цветных изображений сначала извлеките канал яркости, а затем приступайте; изображение должно находиться в линейном состоянии. Если вы используете монохромную камеру, я на линейном этапе всегда выполняю деконволюцию на канале яркости, и разница до и после весьма очевидна (особенно ясно видна при увеличении до 300%). Изображения с цветной камеры можно обрабатывать так же — точно так же достаточно извлечь канал яркости.
Прежний подход: PSF, Local Support, Object Mask — нужны все три
Раньше мне всегда казалось, что деконволюция в PixInsight — это очень хлопотно и сложно: нужно делать и PSF, и Local Support, и Object Mask. Позже я понял, что на самом деле всё это довольно базовые вещи; сделав это несколько раз и набив руку, работать на самом деле можно очень быстро.
Настоящее узкое место — не в самих этих шагах, а в масках. При обработке одного изображения в среднем приходится делать как минимум пять-шесть масок. Тогда самое большое узкое место обработки на самом деле было в человеческом мозге, а не в компьютере — компьютер считает быстро, а вот человеку приходится вручную оценивать и рисовать каждую маску.
Две самые распространённые проблемы ручной деконволюции
В эпоху ручной обработки самые досадные проблемы деконволюции по большей части концентрировались в областях ярких туманностей:
- Слабые звёзды внутри ярких туманностей всегда получают чёрное кольцо вокруг звезды;
- Яркие звёзды внутри ярких туманностей повреждаются в центре.
Обе эти проблемы в основном вызваны плохо сделанной маской деконволюции. Тогда я пробовал регулировать Local Support, но разница была небольшой; после корректировки маски улучшение тоже было лишь незначительным и, похоже, никогда не устраняло проблему полностью. Типичные примеры таких ярких туманностей — M42 и NGC 3372.
Цена плохо сделанной маски: hard edge
Важность маски яснее всего видна на следующем сравнении. Левое изображение — работа, обработанная два года назад, правое — более недавняя работа; обе сняты на системах CDK диаметром 17 дюймов и более.
Левое изображение показывает как раз типичную проблему, когда маска для крупных звёзд в деконволюции сделана плохо: яркость крупных звёзд сжимается чрезмерно, создавая отчётливую границу (hard edge). Кстати, Topaz Denoise AI без использования какой-либо маски вызывает ту же самую проблему — поэтому я не рекомендую использовать его напрямую без маски.
Иногда лучше потратить время на то, чтобы как следует довести звёзды до ума, чем писать кучу объяснений. Эта фраза особенно точно подходит к эпохе ручной деконволюции — её успех или неудача почти целиком зависели от тяжкого труда над масками.
Заключение
Сегодня BXT упростил всё это: не нужно вручную делать PSF, не нужно рисовать пять-шесть масок, а заодно во многом обойдены такие последствия плохо сделанной маски, как чёрные кольца и hard edge. Но цель, которую призвана достичь деконволюция, никогда не менялась — сделать звёзды меньше и круглее, вернуть детали, размытые атмосферой и оптической системой. Поняв, с чем боролась эпоха ручной обработки, вы яснее увидите, от какой именно работы BXT вас на самом деле избавляет.