การประมวลผลภาพดาวหาง: คู่มือทั่วไปเรื่องการจัดตำแหน่ง การลบดาว และการรวมภาพ

ปัญหาหลักของการประมวลผลภาพดาวหางสรุปได้ด้วยประโยคเดียว: ดาวหางเคลื่อนที่สัมพัทธ์กับดาวพื้นหลัง จึงไม่สามารถประมวลผลดาวหางและดาวด้วยชุดพารามิเตอร์การจัดตำแหน่งชุดเดียวกันพร้อมกันได้ ด้วยเหตุนี้ เมื่อประมวลผลดาวหางที่เคลื่อนที่เร็ว จึงต้องแยกประมวลผลดาวหางกับพื้นหลังดาวเสมอ แล้วจึงรวมภาพในขั้นสุดท้าย บทความนี้รวบรวมประสบการณ์การประมวลผลดาวหางที่สั่งสมมาหลายปี ตั้งแต่เครื่องมือจัดตำแหน่ง การลบดาว ไปจนถึงสีและการรวมภาพ ในรูปแบบภาพรวม ส่วนกรณีศึกษาจริงสามารถดูได้จากชุดภาพดาวหาง Tsuchinshan ในบทความ “การประมวลผลดาวหางด้วย PixInsight”

ทำไมต้องจัดตำแหน่งดาวหาง: การเปรียบเทียบชุดหนึ่ง

มาดูการเปรียบเทียบหนึ่งชุดก่อน เพื่ออธิบายว่าการจัดตำแหน่งดาวหางแก้ปัญหาอะไรกันแน่

ภาพด้านซ้ายด้านบนคือผลลัพธ์ของการรวมภาพที่จัดตำแหน่งนิวเคลียสดาวหางและลบดาวแล้ว ภาพด้านขวาคือผลลัพธ์ของการรวมภาพโดยจัดตำแหน่งเฉพาะดาวแล้วรวมภาพทันที หลังจากรวมภาพด้านขวาที่ไม่ได้จัดตำแหน่งนิวเคลียสดาวหาง จะมีตำหนิบางส่วนปรากฏขึ้นรอบนิวเคลียสดาวหาง สิ่งที่ต้องเน้นย้ำคือ ตำหนิเหล่านั้นไม่ใช่ “รายละเอียดรอบนิวเคลียสดาวหาง” แต่เป็นความเสียหายที่หลงเหลือหลังจากอัลกอริทึม Rejection ลบค่าผิดปกติออกไป ตัวภาพนิวเคลียสดาวหางเองก็บกพร่องไปด้วยเนื่องจากตำหนิเหล่านี้ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ หากต้องการรักษารูปทรงที่สมบูรณ์ของนิวเคลียสดาวหางและหาง ขั้นตอนการจัดตำแหน่งดาวหางจึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้

เครื่องมือ Comet Alignment (CA)

เครื่องมือสำหรับจัดตำแหน่งดาวหางใน PixInsight คือ Comet Alignment (CA) วิธีใช้พื้นฐานที่สุดคือใช้ร่วมกับ Star Alignment (SA) ใช้ SA จัดตำแหน่งดาว ใช้ CA จัดตำแหน่งดาวหาง สุดท้ายจะได้ภาพสองภาพคือภาพดาวและภาพดาวหาง แต่ละภาพนำไปประมวลผลต่อแยกกัน วิธีเลือกตำแหน่งดาวหางใน SA คือคลิกซ้ายด้วยเมาส์

วิธีที่เคยล้มเหลวแต่ภายหลังสำเร็จ

เมื่อหลายปีก่อนมีเพื่อนนักดาราศาสตร์สมัครเล่นคนหนึ่งเสนอแนวคิดขั้นสูงไว้ว่า ใช้ CA จัดตำแหน่งดาวหาง รวมภาพจนได้ “ภาพดาวหางล้วน” แล้วรัน CA อีกครั้ง เพื่อลบดาวหางออกจากภาพที่จัดตำแหน่งดาวแล้ว ทำให้ได้พื้นหลังดาวล้วนที่สะอาด ขั้นตอนโดยละเอียดมีดังนี้

1. ให้ทำ Calibration ภาพดาวหาง
2. ใช้ Star Alignment จัดตำแหน่งดาว จะได้ภาพจัดตำแหน่งดาวแล้ว
3. ใช้ CA เลือกนิวเคลียสดาวหางในภาพจัดตำแหน่งดาวแล้ว จะได้ภาพจัดตำแหน่งนิวเคลียสดาวหางแล้ว
4. ใช้ Image Integration รวมภาพจัดตำแหน่งดาวหางแล้ว จะได้ “ภาพดาวหางล้วน” ที่แทบไม่มีดาวหลงเหลือ
5. บันทึกภาพดาวหางล้วนเป็นไฟล์ เลือกภาพนี้เป็น subtract operand image ใน CA แล้วส่งออกอีกครั้ง จะได้ภาพ “จัดตำแหน่งดาวแล้วและไม่มีดาวหาง”
6. ใช้ Image Integration รวมภาพจัดตำแหน่งดาวแล้วและไม่มีดาวหาง จะได้ “ภาพดาวล้วน”

บอกตรง ๆ ว่าตอนแรกที่ทดสอบวิธีนี้ด้วยข้อมูลในมือ ผลออกมาไม่สำเร็จ ขั้นตอนที่ 5 ทำภาพ “จัดตำแหน่งดาวแล้วและไม่มีดาวหาง” ที่สะอาดไม่ได้ ภาพจัดตำแหน่งดาวบางภาพยังมีดาวหางหลงเหลือ หรือถูกลบมากเกินไปจนตำแหน่งดาวหางกลายเป็นสีดำสนิท หลังรวมภาพแล้วดาวหางก็ยังขาดหายไม่สมบูรณ์ แต่เพื่อนที่เสนอวิธีนี้ทำสำเร็จกับข้อมูลของเขาเอง จึงบันทึกวิธีนี้ไว้ให้ทุกคนอ้างอิงในตอนนั้น ต่อมาจึงปรับปรุงวิธีการ นำข้อมูลดาวหาง Leonard ที่พื้นหลังเรียบง่าย (TOA 150 + QHY 268c จำนวน 16 ภาพ ภาพละ 90 วินาที) มาทำใหม่ ยืนยันว่าวิธี comet alignment แบบดั้งเดิมนี้สามารถสำเร็จได้ และเนื่องจากพื้นหลังไม่มีกาแล็กซี กระจุกดาว หรือเนบิวลาพิเศษ จึงเหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นฝึกฝนอย่างยิ่ง

CA เวอร์ชันใหม่: ไม่ต้องจัดตำแหน่งดาวก่อน

Comet Alignment เวอร์ชันใหม่มีการเปลี่ยนแปลงสำคัญอย่างหนึ่ง: ไม่ต้องจัดตำแหน่งดาวก่อนก็ได้

เพียงเลือกตำแหน่งนิวเคลียสดาวหาง “คร่าว ๆ” ในภาพแรกและภาพสุดท้าย แล้วติ๊กเลือก Compute PSF fits โปรแกรมก็จะคำนวณนิวเคลียสดาวหางของภาพอื่น ๆ และจัดตำแหน่งให้เองโดยอัตโนมัติ ดังนั้นต่อให้วิถีการเคลื่อนที่ของดาวหางไม่เป็นเส้นตรง ก็สามารถจัดตำแหน่งได้เช่นกัน ข้อดีที่ชัดเจนของวิธีนี้คือไม่ต้องผ่านการอินเทอร์โพเลชันสองครั้ง วิธีแบบเดิมที่จัดตำแหน่งดาวก่อนแล้วค่อยจัดตำแหน่งดาวหาง เท่ากับผ่านการอินเทอร์โพเลชันสองครั้ง ซึ่งแต่ละครั้งจะทำให้คุณภาพภาพลดลงเล็กน้อย (สังเกตได้ว่าชื่อไฟล์ภาพในวิดีโอมีส่วนต่อท้ายเป็น _c_cc_ca ไม่มี _r ซึ่งหมายความว่าผ่านเฉพาะ Calibration, Cosmetic Correction และ Comet Alignment เท่านั้น ยังไม่ผ่าน Registration) วิธีใหม่นี้ยังต่อยอดไปสู่การใช้งานอื่น ๆ เช่น การรวมภาพข้อมูลดาวหางที่ถ่ายต่อเนื่องกันหลายวัน หรือการทำวิดีโอไทม์แลปส์การเคลื่อนที่ต่อเนื่องของดาวหาง

การลบดาว: นิวเคลียสดาวหางเสียหายง่าย

การประมวลผลดาวหางขาดการลบดาวไม่ได้ แต่นิวเคลียสดาวหางและโคม่า (coma) มักถูกเครื่องมือลบดาวเข้าใจผิดว่าเป็นดาวแล้วทำลายไปด้วย ในที่นี้จะอธิบายแยกตามสถานการณ์

ปัญหาการลบดาวในภาพสีที่สถานะ Linear

หากไม่ได้ซื้อ StarXTerminator (SXT) และต้องการใช้ Starnet++ ลบดาวแบบแบตช์ ภาพสีจะเจอปัญหาหนึ่ง: ที่สถานะ Linear ภาพสีที่ผ่าน Starnet++ แล้ว นิวเคลียสดาวหางและโคม่าจะเสียหาย

วิธีแก้คือแยกช่องสัญญาณ RGB ทั้งสามช่อง ลบดาวทีละช่อง แล้วรวมกลับเข้าด้วยกัน เหมือนกับการประมวลผลช่องสัญญาณ RGB ที่ถ่ายด้วยกล้องขาวดำ หลังประมวลผลแบบนี้แล้ว นิวเคลียสดาวหางและโคม่าจะดูเป็นปกติมากขึ้น หากต้องการแยกช่องสัญญาณแบบแบตช์ สามารถใช้ Batch Channel Extraction Script ในสคริปต์ได้

ใช้มาสก์ปกป้องนิวเคลียสดาวหาง

เมื่อลบดาวแบบแบตช์ บางครั้ง SXT หรือ Starnet จะลบนิวเคลียสดาวหางออกไปโดยเข้าใจว่าเป็นดาวโดยตรง หรือแยกส่วนของดาวหางที่มีสเกลต่างกันออกจากกัน ทำให้นิวเคลียสดาวหางจางลง วิธีแก้คือเพิ่มมาสก์ให้นิวเคลียสดาวหาง

1. ใช้โปรแกรมประเภท GAME สร้างมาสก์นิวเคลียสดาวหาง
2. เลือกโหลดมาสก์ใน Process Batch ของ SXT

บริเวณที่ถูกบัง (ส่วนสีดำของมาสก์) จะไม่ถูกลบดาว นิวเคลียสดาวหางจึงได้รับการปกป้อง หากใช้ Starnet เมื่อลบดาวแบบแบตช์ก็สามารถโหลดมาสก์ใน Process Container ได้เช่นกัน

ในทางปฏิบัติมีเคล็ดลับเล็ก ๆ อยู่ข้อหนึ่ง ก่อนลบดาว ให้ตรวจสอบตำแหน่งนิวเคลียสดาวหางในภาพแรกและภาพสุดท้ายก่อน จากนั้นใช้ GAME หรือ Clone Stamp Tool สร้างมาสก์ตามแนวเส้นที่เชื่อมตำแหน่งนิวเคลียสดาวหางของภาพแรกและภาพสุดท้าย แล้วจึงลบดาว จึงจะป้องกันนิวเคลียสดาวหางเสียหายโดยไม่ตั้งใจได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การปรับแก้สีและพื้นหลัง

ปลายหางดาวหางบางครั้งจะมีสีแปลก ๆ ปรากฏขึ้น ทั้งสีแดง สีม่วง สีเขียวก็มี โดยพื้นฐานแล้วสีเหล่านี้ส่วนใหญ่คือสีของท้องฟ้าพื้นหลังบริเวณที่ดาวหางอยู่ ซึ่งถูกเน้นให้เห็นชัดขึ้นหลังจากเพิ่มความเข้มให้ดาวหางแยกต่างหาก (เช่นหางสีแดงเส้นที่สามที่ปรากฏบน NEOWISE เมื่อไม่กี่ปีก่อน) จะเก็บไว้หรือเอาออกแล้วแต่ความชอบส่วนตัว หากต้องการเอาออก วิธีที่ใช้คือดึงสีนั้นออกไป

ตามทฤษฎีแล้ว พื้นหลังท้องฟ้าหลังปรับแก้ควรมีสีน้ำตาลดำเข้ม แต่ดาวหางในสภาพที่ไม่มีดาว การปรับแก้มักล้มเหลวหรือไม่แม่นยำ โดยเฉพาะภาพที่ถ่ายด้วยกล้องสี จากประสบการณ์ ปัญหาใหญ่สองข้อในการประมวลผลดาวหางคือการปรับแก้สีและการกำจัดเศษดาวที่หลงเหลือ เมื่อแก้ปัญหาทั้งสองข้อนี้ได้ ก็ถือว่าสำเร็จไปแล้วถึง 90%

ส่งท้าย: พื้นฐานยังคงสำคัญ

การประมวลผลดาวหางมักต้องลองผิดลองถูกไปมาหลายวัน ในนั้นอาจมีทั้งวันที่ติดขัดไม่คืบหน้าเลย บางครั้งสมองก็ต้องการเวลาตกผลึกความคิด จึงจะคิดวิธีแก้ออกมาได้

เครื่องมือ AI (ประเภทลบดาว ลดสัญญาณรบกวน) แม้จะประหยัดเวลาไปได้มาก แต่เวลาเหล่านั้นแท้จริงแล้วกลายเป็นต้นทุนการประมวลผลของคอมพิวเตอร์แทน (ถ้า CPU ช้าหรือไม่มี GPU ก็ต้องคำนวณนานมาก) นอกจากนี้เครื่องมือพื้นฐานของ PixInsight ก็ขาดไม่ได้เช่นกัน นอกจาก DBE, STF, Histogram Transformation, Curve Transformation ที่พบบ่อยแล้ว Wavelet, HDRMT และเครื่องมือปรับความอิ่มตัวของสีที่ใช้ร่วมกับมาสก์ ล้วนเป็นกุญแจสำคัญในการดึงคุณภาพภาพออกมาให้ได้มากที่สุด เครื่องมือจะพัฒนาไปเรื่อย ๆ แต่การฝึกฝนพื้นฐานเหล่านี้ต่างหากที่เป็นความมั่นใจที่แท้จริงในการประมวลผลดาวหางได้อย่างมั่นคง