Deconvolution: มาสก์ PSF และการซ่อมดาว (มุมมองเชิงประวัติศาสตร์)

บทความนี้เรียบเรียงจากบันทึกการทำ Deconvolution ด้วยมือในช่วง ค.ศ. 2020–2022 ก่อนที่ BlurXTerminator จะถือกำเนิดขึ้น ปัจจุบันใน PixInsight เครื่องมือ AI อย่าง BXT เข้ามาแทนที่ขั้นตอน Deconvolution นี้เป็นส่วนใหญ่แล้ว (รวดเร็วและได้ผลดีกว่า ไม่จำเป็นต้องทำมาสก์จำนวนมากด้วยมืออีกต่อไป) อย่างไรก็ตาม การทำความเข้าใจหลักการของ Deconvolution ด้วยมือและปัญหาที่ต้องรับมือ ยังคงมีคุณค่ามาก นั่นคือช่วยให้เข้าใจว่า BXT แก้ปัญหาอะไรให้เราอยู่เบื้องหลัง และยังช่วยให้รู้ว่าปัญหาอยู่ตรงไหนเมื่อเจอสถานการณ์ผิดปกติ

Deconvolution ทำอะไร และทำไมต้องทำในขั้นตอน Linear

เริ่มจากการวัดผลจริงก่อน ใน PixInsight มีสคริปต์ชื่อ FWHMEccentricity ที่สามารถวัดและพล็อตกราฟการกระจายของ FWHM (ความกว้างเต็มที่ที่ครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุด) และ Eccentricity (ความเยื้องศูนย์กลาง) ได้ เราเปรียบเทียบดาวก่อนและหลังทำ Deconvolution พบว่าหลังทำ Deconvolution ค่า FWHM ของดาว Moffat4 ลดลงต่ำกว่า 2 ทั้งหมด และ Eccentricity ก็ดีขึ้นด้วย

อธิบายความหมายของตัวเลขทั้งสองนี้แบบง่าย ๆ ได้ดังนี้

• FWHM เล็กลง ดาวจะดูมีขนาดเล็กลง
• Eccentricity เล็กลง ดาวจะดูกลมขึ้น

นี่คือเหตุผลที่แนะนำให้ทำ Deconvolution ในขั้นตอนที่อยู่ในสถานะ Linear ขั้นตอนนี้ทำให้ดาวเล็กลงและกลมขึ้นได้จริง

ขอเสริมเงื่อนไขก่อนเริ่มทำสักสองสามข้อ ภาพสีให้แยกช่อง Luminance ออกมาก่อนแล้วค่อยทำ ภาพต้องอยู่ในสถานะ Linear ถ้าใช้กล้องขาวดำ เราจะทำ Deconvolution กับช่อง Luminance ในขั้นตอน Linear เสมอ ความแตกต่างก่อนและหลังชัดเจนมาก (ขยายไปที่ 300% จะเห็นชัดเป็นพิเศษ) ภาพจากกล้องสีก็ทำได้เช่นกัน เพียงแยกช่อง Luminance ออกมาเหมือนกัน

วิธีการในยุคแรก: PSF, Local Support, Object Mask ขาดไปสักตัวก็ไม่ได้

แต่ก่อนรู้สึกว่าการทำ Deconvolution ใน PixInsight ยุ่งยากและซับซ้อนมาก ต้องทำทั้ง PSF ทั้ง Local Support ทั้ง Object Mask ภายหลังจึงพบว่าสิ่งเหล่านี้แท้จริงแล้วเป็นพื้นฐานมาก ทำไปสักพักจนคล่องแล้วความเร็วก็เพิ่มขึ้นมาก

คอขวดที่แท้จริงไม่ได้อยู่ที่ขั้นตอนเหล่านี้เอง แต่อยู่ที่มาสก์ การประมวลผลภาพหนึ่งภาพ โดยเฉลี่ยต้องทำมาสก์อย่างน้อยห้าถึงหกอัน คอขวดใหญ่ที่สุดในตอนนั้นเกิดขึ้นที่สมองมนุษย์ ไม่ใช่คอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์ทำงานได้เร็วมาก แต่คนต้องตัดสินใจทีละอันและวาดทีละอัน

สองปัญหาที่พบบ่อยที่สุดของการทำ Deconvolution ด้วยมือ

ในยุคที่ทำด้วยมือ ปัญหาที่ทำให้ปวดหัวที่สุดของ Deconvolution ส่วนใหญ่มักอยู่ในบริเวณเนบิวลาสว่าง ได้แก่

1. ดาวสลัวในเนบิวลาสว่าง จะมีวงแหวนสีดำรอบดาวเสมอ
2. ดาวสว่างในเนบิวลาสว่าง จะมีศูนย์กลางเสียหาย

ทั้งสองปัญหานี้โดยพื้นฐานแล้วเกิดจากมาสก์ Deconvolution ที่ทำได้ไม่ดี ตอนนั้นเราลองปรับ Local Support แต่ผลต่างไม่มากนัก ปรับมาสก์แล้วก็ดีขึ้นเพียงเล็กน้อย ดูเหมือนจะไม่สามารถกำจัดปัญหาได้หมด ตัวอย่างทั่วไปของเนบิวลาสว่างประเภทนี้คือ M42 และ NGC 3372

ราคาที่ต้องจ่ายเมื่อมาสก์ทำได้ไม่ดี: Hard Edge

ความสำคัญของมาสก์เห็นได้ชัดที่สุดจากภาพเปรียบเทียบชุดนี้ ภาพซ้ายเป็นผลงานที่ประมวลผลเมื่อสองปีก่อน ภาพขวาเป็นผลงานที่ใหม่กว่า ทั้งสองถ่ายด้วยระบบ CDK ขนาด 17 นิ้วขึ้นไป

ภาพซ้ายคือปัญหาที่พบบ่อยเมื่อมาสก์ดาวใหญ่ของ Deconvolution ทำได้ไม่ดี ความสว่างของดาวใหญ่หดตัวมากเกินไป จนเกิดขอบที่ชัดเจน (hard edge) อนึ่ง Topaz Denoise AI ก็ทำให้เกิดปัญหาเดียวกันเมื่อไม่ได้ใช้มาสก์เลย ด้วยเหตุนี้เราจึงไม่แนะนำให้ใช้โดยไม่มีมาสก์

บางครั้ง แทนที่จะเขียนคำอธิบายเป็นกองพะเนิน เอาเวลานั้นไปจัดการดาวให้ดีย่อมดีกว่า คำพูดนี้เหมาะกับยุคของ Deconvolution ด้วยมือเป็นพิเศษ ความสำเร็จหรือความล้มเหลวของมันเกือบทั้งหมดฝากไว้ที่งานหนักอย่างการทำมาสก์

บทสรุป

ปัจจุบัน BXT ทำให้ทุกอย่างง่ายขึ้นมาก ไม่ต้องทำ PSF ด้วยมือ ไม่ต้องวาดมาสก์ห้าหกอัน และยังหลีกเลี่ยงผลข้างเคียงจากมาสก์ที่ทำได้ไม่ดี อย่างวงแหวนสีดำและ hard edge ได้เป็นส่วนใหญ่ แต่เป้าหมายที่ Deconvolution ต้องการบรรลุไม่เคยเปลี่ยนไป คือทำให้ดาวเล็กลงและกลมขึ้น นำรายละเอียดที่ชั้นบรรยากาศและระบบทัศนศาสตร์ทำให้เบลอกลับคืนมา เมื่อเข้าใจว่ายุคที่ทำด้วยมือต้องรับมือกับอะไร จะเห็นชัดขึ้นว่า BXT ช่วยประหยัดงานให้เราไปมากแค่ไหน