Понимание линейного и нелинейного состояния изображения

В астрономической постобработке часто можно услышать: «эту процедуру нужно делать в линейном состоянии», «а вот эту — только после перехода в нелинейное». Но что же такое линейное состояние, а что нелинейное? Когда-то мне было очень трудно объяснить это понятие другим. Позже я нашёл более удачный способ объяснения — через кривую MTF. В этой статье я использую MTF и инструмент Histogram Transformation (HT), чтобы чётко провести границу между ними.

Определение линейного и нелинейного состояния через кривую MTF

Ключевой момент сводится к одному действию: как только вы меняете положение midtone (средних тонов), изображение перестаёт быть линейным на выходе.

Причина в том, что настройка midtone меняет «соотношение расстояний между пикселями разной яркости». Изначально яркости пикселей связаны между собой прямой пропорцией (линейно); как только midtone смещается, эта пропорция искажается, и выходное изображение естественным образом становится нелинейным (это можно сопоставить с изменением кривой в разделе вывода инструмента HT).

Если посмотреть на это под другим углом, станет понятнее: традиционно астрономический снимок сразу после интеграции представляет собой сплошную черноту, где ничего не видно (линейное состояние), и нам нужно растянуть его так, чтобы объект стал отчётливо виден — это действие неизбежно оказывается масштабным нелинейным растяжением. Например, после интеграции в APP, помимо линейного файла, на котором ничего не видно, если вы нажмёте кнопку сохранения под блоком растяжения справа, будет сохранена ещё одна, уже растянутая нелинейная фотография.

(Есть также мнение, что корректировка очень небольшой величины всё ещё может считаться линейной; в этой статье принято более строгое определение — как только вы затронули midtone, изображение считается перешедшим в нелинейное состояние.)

Настройка только shadow или highlight не нарушает линейность

Не всякая корректировка делает изображение нелинейным. Если вы двигаете только shadow (крайнюю точку тёмных участков) или highlight (крайнюю точку светлых участков), линейное соотношение между пикселями не меняется — вы лишь масштабируете или обрезаете крайние точки:

• Смещение shadow вправо: расширяет тёмные участки (растягивает тени).

• Смещение shadow вверх: постепенно выводит тёмные участки в виде серого.

• Смещение highlight влево: расширяет светлые участки.
• Смещение highlight вниз: постепенно выводит светлые участки в виде серого.

Добавлю небольшую техническую деталь: поскольку в инструменте HT программы PixInsight уже убраны опции Low и High Ranges, приведённую выше демонстрацию «смещение вверх / смещение вниз» (вывод в серый) я показал с помощью инструмента Curves.

Почему важно обращать внимание на эту границу

Понимание линейности/нелинейности имеет вполне практический смысл — многие процедуры обработки изображений (например, цветовая калибровка, деконволюция и подобные им) должны выполняться именно в линейном состоянии, иначе результат будет неверным; как только вы выполнили растяжение и сдвинули midtone, изображение переходит в нелинейное состояние, и результаты некоторых процедур становятся неточными. Поэтому при выстраивании рабочего процесса заранее чётко продумать, «этот шаг нужно делать до растяжения или после», зачастую важнее, чем запоминать каждую кнопку.