การแก้ไข Gradient พื้นหลัง: ABE, DBE, GC และ GraXpert

การกำจัด gradient ของแสงและสีในพื้นหลัง เป็นทักษะพื้นฐานของขั้นตอน Linear ในการถ่ายภาพดาราศาสตร์ จาก ABE และ DBE ที่มากับ PixInsight ไปจนถึง GradientCorrection (GC) และ MultiscaleGradientCorrection (MGC) ที่ออกมาภายหลัง และซอฟต์แวร์อิสระฟรีอย่าง GraXpert เครื่องมือที่ใช้งานได้ก็มีมากขึ้นเรื่อย ๆ บทความนี้เรียบเรียงตำแหน่งและความแตกต่างของเครื่องมือแต่ละตัว พร้อมทั้งสิ่งที่เราได้จากการทดสอบใช้งานจริงด้วยตนเอง

หลักการพื้นฐานของการแก้ไข Gradient พื้นหลัง

การทำให้ gradient ของแสงและสีในพื้นหลังราบเรียบนั้น แม้จะใช้วิธีการลบ แต่กุญแจสำคัญคือต้องมีเครื่องมือที่สามารถประเมินแบบจำลองพื้นหลังได้อย่างถูกต้อง ABE หรือ DBE ใน PixInsight ก็ทำหน้าที่นี้

หากเป็นเพียงการลบ gradient ออกตรง ๆ โดยไม่ได้ประเมินแบบจำลองพื้นหลังอย่างถูกต้อง ผลลัพธ์มักจะมีปัญหา เพราะแบบจำลองพื้นหลังจริงมักเป็นภาพที่ค่อนข้างซับซ้อน ไม่ใช่ gradient เชิงเส้นแบบง่าย ๆ และแม้จะเป็นการลบ ก็ไม่ใช่แค่เอาแบบจำลองพื้นหลังไปลบออกจากภาพต้นฉบับตรง ๆ กระบวนการนี้อย่างน้อยก็เกี่ยวข้องกับอัลกอริทึมที่สัมพันธ์กับความถี่เชิงพื้นที่ เพื่อลดผลกระทบต่อสัญญาณของวัตถุท้องฟ้าให้น้อยที่สุด (เช่น สีของดาวที่เปลี่ยนไป) เมื่อเปรียบเทียบภาพก่อนและหลัง อย่าลืมดูด้วยการตั้งค่า STF แบบเดียวกัน

ABE และ DBE: ญาติสนิทคู่หนึ่ง

ABE (AutomaticBackgroundExtractor) และ DBE (DynamicBackgroundExtraction) เป็น Process ดึงพื้นหลังที่คล้ายกันสองตัวใน PixInsight ตัวเลือกของพารามิเตอร์หลักก็คล้ายกัน เพียงแต่ชื่อต่างกันไปบ้าง

โดยหลักการแล้ว DBE มีฟังก์ชันทั้งหมดของ ABE และเพิ่มการแสดงตัวอย่างเนื้อหาแบบเรียลไทม์ รวมถึงความสามารถในการวางจุดสุ่มตัวอย่างด้วยมือและแบบหลายเหลี่ยม ดังนั้นถ้าใช้ DBE เป็น ก็ย่อมใช้ ABE เป็นด้วยเช่นกัน อันที่จริง เมื่อนำการวางจุดสุ่มตัวอย่างของ ABE มาวางคู่กับการวางจุดสุ่มตัวอย่าง “อัตโนมัติ” ของ DBE ตำแหน่งกลับใกล้เคียงกันมาก สิ่งที่ควรสังเกตคือ การสุ่มตัวอย่างอัตโนมัติของ DBE เป็นเพียงวิธีใช้งานแบบหนึ่งเท่านั้น ยังมีวิธีอื่นที่ต้องทำด้วยมือมากกว่าและละเอียดกว่านี้อีก

GraXpert: ตัวเลือกอิสระฟรี

GraXpert เป็นซอฟต์แวร์อิสระฟรีตัวหนึ่ง ใช้สำหรับกำจัด gradient ของแสงและสีในพื้นหลังขณะที่ภาพยังอยู่ในสถานะ Linear ให้ผลลัพธ์ดี ควบคุมได้ง่าย และโดยรวมแล้วผลลัพธ์ก็ดีกว่าฟังก์ชันลดมลภาวะทางแสงในแอปมือถือ สามารถบันทึกไฟล์ TIFF หรือ XISF แบบ 32 บิตได้ และรองรับแพลตฟอร์มหลักทั้งสาม ได้แก่ Windows Mac และ Linux หากยังไม่ได้ใช้ DBE ของ PixInsight นี่เป็นตัวเลือกที่น่าพิจารณา

ต่อมา GraXpert ได้เปิดตัวโมดูลที่ผ่านการฝึกด้วย AI (แต่ก็อย่าคาดหวังกับ AI มากเกินไป) จึงไม่ต้องคลิกเลือกจุดสุ่มตัวอย่างด้วยมือก็กำจัด gradient ของแสงได้ ในเวอร์ชันทางการก็ไม่จำเป็นต้องดาวน์โหลดโมดูล AI เองด้วย ซอฟต์แวร์จะดาวน์โหลดให้เองเมื่อจำเป็น

ขอให้คำแนะนำแบบตรงไปตรงมาไว้ตรงนี้: หากมี PixInsight อยู่แล้ว การใช้ DBE ที่มากับตัวก็ย่อมเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าแน่นอน แต่หากยังไม่ได้ซื้อ PixInsight GraXpert ก็น่าจะเป็นซอฟต์แวร์ฟรีที่กำจัด gradient ของแสงในขั้นตอน Linear ได้ผลดีกว่า

ต่อมามีเพื่อนนักถ่ายภาพดาราศาสตร์คนหนึ่งพัฒนา Process ของ PixInsight ขึ้นมา (Process ไม่ใช่ script) ซึ่งสามารถเรียกใช้ฟังก์ชันของ GraXpert ได้โดยตรงใน PI ไม่ต้องส่งออกภาพไปยัง GraXpert แล้วนำกลับเข้ามาอีก เงื่อนไขการใช้งานคือ ต้องติดตั้ง GraXpert ก่อน และเปิดใช้งานฐานข้อมูล AI ที่ดาวน์โหลดไว้แล้ว Process นี้จึงจะทำงานได้

แต่ในการเปรียบเทียบโดยตรง เราสังเกตเห็นว่า GraXpert AI ยังคงเลือกไปที่ส่วนที่ไม่ใช่พื้นหลังอยู่ อย่างภาพ M101 ด้านล่างนี้ (หลังรวมภาพ RGB แล้วออกโทนเขียว น่าจะเป็นปัญหาจาก flat แสงรั่ว หรือเฟรม calibration) แบบจำลองของ GraXpert AI ทางซ้ายเลือกผิดไปที่วัตถุหลัก ส่วนแบบจำลองของ DBE ทางขวาสะอาดกว่าอย่างเห็นได้ชัด โดยรวมแล้วแบบจำลองของ DBE ยังคงดีกว่า

GradientCorrection (GC): ระบบอัตโนมัติรุ่นใหม่

GC เพียงแค่เลือกพารามิเตอร์ให้ถูกต้อง ก็ให้ผลลัพธ์ดีจริง ๆ ข้อดีที่สุดของมันคือไม่ต้องคลิกเลือกพื้นหลังด้วยมือ แม้เผชิญกับภาพที่เต็มไปด้วยดาวและเนบิวลาทั่วทั้งเฟรมจนแทบหาพื้นหลังไม่เจอ ก็ไม่ต้องกังวลว่าจะเลือกจุดสุ่มตัวอย่างไม่ได้

ในการทดสอบจริง เนบิวลามืดในช่องความสว่างดูมีมิติชัดเจนขึ้นหลังประมวลผล ส่วนช่องสีที่แต่เดิมมี gradient ไล่จากสีเขียวไปสีน้ำเงินอยู่สองข้าง ก็เรียบเนียนขึ้นมากหลังประมวลผลเช่นกัน

MultiscaleGradientCorrection (MGC): รับมือมลภาวะทางแสงรุนแรง

MGC เหมาะเป็นพิเศษสำหรับสถานการณ์ที่ไม่มี flat และมีขอบภาพมืดลงอย่างรุนแรง ทดสอบขั้นตอนหนึ่งชุด: ภาพต้นฉบับ → หลังประมวลผลด้วย MGC → แล้วประมวลผลด้วย DBE อีกครั้ง เมื่อดูทั้งสามภาพด้วย STF แบบเดียวกัน จะเห็นได้ชัดว่าขอบภาพที่มืดลงและ gradient ของแสงค่อย ๆ หายไปทีละขั้น

พลังของ MGC ปรากฏให้เห็นอย่างเต็มที่ในกรณีจริงกรณีหนึ่ง มีเพื่อนนักถ่ายภาพดาราศาสตร์คนหนึ่งถ่ายภาพในพื้นที่มลภาวะทางแสงและไม่มีขาตั้งกล้องแบบอิเควตอเรียล ไม่แน่ใจว่ามี flat หรือปัญหาอื่นหรือไม่ เราดาวน์โหลดไฟล์ที่เขาทำ Stacking มาแล้ว ใช้ MGC BXT SPCC NXT ร่วมกับ Non-linear stretch และเครื่องมือ Curves ใช้เวลาประมาณ 15 นาทีก็ได้ผลลัพธ์ออกมา เนบิวลาหัวม้าที่มองไม่เห็นในภาพต้นฉบับก็ปรากฏขึ้นมา และตลอดกระบวนการก็ไม่พบปัญหาการ Stacking หรือ flat ที่ชัดเจน MGC จัดการกับ gradient จากมลภาวะทางแสงได้ในครั้งเดียว น่าประหลาดใจจริง ๆ

สรุป

เครื่องมือสำหรับแก้ไข gradient พื้นหลังพัฒนาใหม่ออกมาอย่างต่อเนื่อง แต่ตรรกะในการเลือกใช้นั้นชัดเจนมาก:

• มี PixInsight: ใช้ DBE เป็นหลัก เมื่อต้องการระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบหรือหาพื้นหลังไม่เจอ ให้ยกให้ GC หรือ MGC จัดการ ส่วนมลภาวะทางแสงรุนแรงให้ใช้ MGC ปูพื้นแล้วปิดท้ายด้วย DBE
• ไม่มี PixInsight: GraXpert เป็นทางเลือกฟรีที่ได้ผลดีที่สุด

เครื่องมือจะฉลาดขึ้นเรื่อย ๆ แต่แนวคิดหลักที่ว่า “ได้แบบจำลองพื้นหลังที่ถูกต้องก่อน แล้วค่อยลบออกอย่างนุ่มนวล” จะไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อเข้าใจจุดนี้แล้ว จึงจะสามารถตัดสินใจได้ว่าเครื่องมือใด พารามิเตอร์ชุดใด เหมาะกับภาพที่อยู่ตรงหน้า