การจัดการข้อบกพร่อง: defect column hot/cold pixel ฝุ่น และสัญญาณรบกวนจากความร้อน

บนเส้นทางของการประมวลผลภาพถ่ายดาราศาสตร์ ไม่เคยมีข้อมูลที่สมบูรณ์แบบ มีเพียงทางแก้ที่หาเจอสำหรับแต่ละปัญหาเท่านั้น ภาพ Calibration จัดการข้อบกพร่องเชิงระบบไปได้ส่วนใหญ่ แต่ก็ยังมีบางอย่างที่หลุดรอดไปเสมอ ได้แก่ defect column พิกเซลเสีย เงาฝุ่น และ hot pixel ที่ตกค้าง บทความนี้รวบรวมข้อบกพร่องที่พบบ่อยในขั้นตอนการเตรียมภาพ (Preprocessing) พร้อมวิธีจัดการของแต่ละแบบ

สามประเภทข้อบกพร่องที่พบบ่อยและวิธีรับมือ

เริ่มด้วยตารางสรุป นี่คือสามประเภทข้อบกพร่องที่เจอบ่อยที่สุดในการเตรียมภาพ พร้อมหลักการจัดการของแต่ละแบบดังนี้

1. defect column (เส้นภาพเสีย พบบ่อยในกล้อง CCD): กำจัดด้วย Defect Map
2. hot / cold pixel (จุดร้อนและจุดเย็น): กำจัดด้วย Dark Frame ส่วนที่ Dark Frame กำจัดไม่ได้ให้ใช้ Cosmetic Correction จัดการต่อ
3. dust shadow (เงาฝุ่น): กำจัดด้วย Flat Frame ส่วนที่ Flat Frame กำจัดไม่ได้ ให้ซ่อมด้วยการแทนที่ด้วยช่องสัญญาณอื่นหลังขั้นตอน Integration

ต่อไปนี้จะขยายความสองประเภทที่ค่อนข้างยุ่งยากทีละแบบ

defect column (เส้นภาพเสีย): พึ่ง Defect Map ไม่ใช่พึ่ง Rejection

defect column พบได้บ่อยกว่าในกล้อง CCD และพบได้น้อยกว่าในกล้อง CMOS มีกล้อง CCD ตัวหนึ่งที่เราใช้เวลาทำ Defect Map นานถึงหนึ่งชั่วโมง เพราะกล้องตัวนี้มี defect column อยู่ราว 50 เส้น (คือเส้นสีดำที่เห็นในภาพนั่นเอง)

บางคนอาจถามว่า ทำไมไม่ reject ตอน Integration ไปเลยล่ะ? เพราะ reject ไม่ได้ – defect column มืดเกินไป ถ้าจะพึ่ง Rejection กำจัด ต้องเสียพิกเซลดี ๆ อื่นไปไม่น้อย แถมผลลัพธ์ก็ไม่ดีด้วย ดังนั้นวิธีที่ถูกต้องคือทำ Defect Map ให้กล้อง แล้วโหลดด้วยกระบวนการ DefectMap นำไปใช้กับ Light Frame ที่มี defect column ก็จะลดผลกระทบของ defect column ได้มาก ส่วนที่เหลือตกค้างก็ปล่อยให้ Rejection ตอน Integration จัดการได้อย่างสบาย ๆ วิธีนี้เราเองก็ใช้มาโดยตลอด อย่างกล้อง CCD 16803 ตัว “Latte” มี defect column เส้นชัดอยู่หนึ่งเส้นตรงกลางภาพ บวกกับอีกสามเส้นที่ไม่ชัดนัก ก็จัดการด้วยวิธีนี้เหมือนกัน

hot pixel: ต้องจัดการให้เรียบร้อยก่อนขั้นตอน Registration

ถ้าไม่จัดการ hot pixel ให้เรียบร้อยตั้งแต่ขั้นตอน Dark Frame และ Cosmetic Correction จะก่อปัญหาที่คาดไม่ถึง ลองดูตัวอย่างนี้

ภาพซ้ายคือก่อน Registration ส่วนภาพขวาคือหลัง Registration ทำไมภาพขวาถึงมีลวดลายคล้ายโดนัทโผล่ขึ้นมาเต็มไปหมด? คำตอบคือ จุดสีขาวเหล่านั้นไม่ใช่ดาว แต่เป็น hot pixel ตามหลักแล้ว hot pixel เหล่านี้ควรถูกกำจัดไปตั้งแต่ตอนลบ Dark Frame และทำ Cosmetic Correction แต่กลับไม่เป็นเช่นนั้น อัลกอริทึมการแทรกค่าจึง “แก้” ให้กลายเป็นรูปโดนัทตอนทำ Registration ดาว และตกค้างอยู่ในภาพสุดท้ายเป็นจำนวนไม่น้อย

ข่าวดีคือ ถ้าจำนวนภาพมากพอและตั้งค่าพารามิเตอร์ของ Rejection ได้เหมาะสม สุดท้ายก็กำจัดโดนัทเหล่านี้ไปได้จนหมด แต่สิ่งนี้ก็สะท้อนให้เห็นว่า ควรกำจัด hot pixel ให้ได้มากที่สุดตั้งแต่ขั้นตอน Dark Frame และ Cosmetic Correction เพื่อไม่ให้ขั้นตอน Registration เปลี่ยนให้กลายเป็นสิ่งที่รบกวนภาพ อย่าผลักภาระทั้งหมดไปให้ Rejection ในขั้นตอนถัดไป

ขอแทรกอีกเรื่องหนึ่ง ถ้ารู้สึกว่า Cosmetic Correction ที่มากับ PixInsight ให้ผลลัพธ์ไม่ดีพอ ในคอมมูนิตี้ก็มีเพื่อนนักดาราศาสตร์สมัครเล่นคนหนึ่ง (Roberto Sartori) ที่เขียนโค้ด PixelMath สำหรับจัดการ hot and cold pixel เราลองใช้ดูแล้ว ปรากฏว่าได้ผลลัพธ์ดีกว่า Cosmetic Correction ที่มากับตัวโปรแกรมเสียอีก – อิจฉาเพื่อนที่เขียนโปรแกรมเป็นจริง ๆ

กรณีสุดโต่ง: ข้อบกพร่องผสมของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่

สุดท้ายมาดูตัวอย่างสุดโต่งแบบ “ข้อบกพร่องทุกอย่างมารวมกัน” จากกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ระดับ 1 เมตร การถ่ายภาพด้วยกล้องโทรทรรศน์แบบนี้ไม่สนุกเลยจริง ๆ กล้องตัวนี้ใช้ขาตั้งกล้องแบบอัลตาซิมุท (Alt-Azimuth) ร่วมกับ field rotator เมื่อถ่ายเป้าหมายที่อยู่ในระยะ 20 องศาจากจุดจอมฟ้า เพื่อรักษาตำแหน่งเป้าหมายไว้ field rotator จะหมุนด้วยความเร็วสูงมาก จึงทำให้เกิดแฉกแสงดาวแยกเป็นสองแฉก มุมของแฉกแสงในแต่ละภาพไม่เท่ากัน บางครั้งในภาพเดียวกันยังมีแฉกแสงสองมุมที่ต่างกันด้วยซ้ำ

ในภาพนี้ยังมี defect column อีกหนึ่งเส้น (จัดการไม่ยาก) กับสิ่งที่ซึมออกมาจากด้านข้าง คาดว่าเป็น AMP GLOW ซึ่งดูคล้ายเชื้อราบนผนังบ้าน ข้อบกพร่องผสมแบบนี้ไม่มีทางแก้สำเร็จรูป ทำได้แค่แยกจัดการทีละอย่าง นี่ก็คือเรื่องปกติของการประมวลผลภาพถ่ายดาราศาสตร์ ข้อมูลที่สมบูรณ์แบบไม่มีอยู่จริง สิ่งที่เราทำได้คือหาทางแก้ให้กับแต่ละปัญหาไปทีละอย่าง