ช่อง Luminance กับ LRGB: การดึง การรวม และ RGB Working Space

LRGB เป็นแนวคิดหลักอย่างหนึ่งในการประมวลผลภาพถ่ายดาราศาสตร์ คือการแยกประมวลผลช่อง Luminance (L) ที่รับผิดชอบรายละเอียด กับช่องสี (RGB) ที่รับผิดชอบสี แล้วค่อยนำมารวมกันในตอนท้าย บทความนี้รวบรวมหลักการดึงและรวมช่อง Luminance รวมถึงการตั้งค่า RGB Working Space ที่มักถูกมองข้ามอยู่เบื้องหลัง

ทำไมต้องแยกประมวลผล L กับ RGB

ขอเริ่มด้วยการเปรียบเทียบเชิงแนวคิดก่อน ผมเคยคุยกับเพื่อนนักถ่ายภาพดาราศาสตร์สองสามคนเรื่องการถ่ายภาพขาวดำกับภาพสี ไม่รู้ว่าหัวข้อวกไปเรื่องดวงตาได้อย่างไร สุดท้ายสรุปออกมาเป็นประโยคเดียวว่า

โหมด RGB คือทางเลือกในยุคที่มีอิสรภาพทางโฟตอนอย่างเต็มที่ มุ่งคุณภาพสูงพร้อมกันทั้งสีและ Luminance ส่วนโหมด L+RGB คือกฎการเอาชีวิตรอดในยุคที่โฟตอนขาดแคลน ให้ความสำคัญกับการเห็นโครงสร้างก่อนเป็นอันดับแรก แล้วจึงตามด้วยสี

เซนเซอร์ที่สะสมโฟตอนได้เป็นเวลานาน ในแง่หนึ่งช่วยชดเชยข้อจำกัดของดวงตามนุษย์ในความมืด ที่โฟตอนมีน้อยเกินกว่าจะกระตุ้นเซลล์รูปกรวยให้แยกแยะสีได้ การดึง Luminance ออกมาสะสมอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) เพื่อยึดโครงสร้างไว้ให้มั่นคง คือแก่นแท้ของ LRGB นั่นเอง

หลักการสองข้อในการรวมช่อง Luminance กับช่องสี

การจะทำให้ L กับ RGB ดูดีหลังรวมกัน มีสองทิศทางที่ต้องยึดไว้

1. ช่อง Luminance ต้องไม่สว่างเกินไป (หรือมืดเกินไป) ไม่เช่นนั้นจะทำให้สีจางลง
2. ช่องสีปรับคอนทราสต์ให้สูงขึ้นได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความอิ่มตัวของสีหลังรวมกัน

Process ของ PI ที่ใช้บ่อยได้แก่ ScreenTransferFunction, HistogramTransformation, ArcsinhStretch, LRGBCombination

ตรงนี้มีแนวคิดสำคัญอยู่อย่างหนึ่ง ช่อง Luminance เองจะดูดีหรือไม่นั้น จริง ๆ แล้วไม่ค่อยมีความหมาย ประเด็นสำคัญคือหลังรวมกับ RGB แล้วจะทำให้ภาพทั้งภาพดูดีได้หรือไม่ ดึงรายละเอียดออกมาได้ชัดหรือไม่ ยกตัวอย่าง NGC 2070 เนบิวลาทารันทูลา ภาพเดี่ยวหนึ่งภาพที่ทำ auto-stretch บนหน้าจอด้วย STF แม้คอนทราสต์จะชัดเจน แต่พื้นหลังดำเกินไป ส่วนสีขาวของเนบิวลาทารันทูลาก็สว่างเกินไป จริง ๆ แล้วจึงไม่ใช่ภาพ Luminance ที่เหมาะจะนำมาผสมกับ RGB

รวม L กับ RGB ในขั้นตอนไหน

Process นี้ชื่อ LRGBCombination ส่วนใหญ่ใช้ในขั้น Non-linear หากต้องการรวมกันในขั้น Linear ควรใช้ ChannelCombination แทน แต่คุณจะพบว่า ChannelCombination ไม่มีตัวเลือกช่อง Luminance เลย นี่เองที่อธิบายได้พอดีว่าทำไม L กับ RGB จึงไม่เหมาะจะรวมกันในขั้น Linear แล้วถ้าฝืนใช้ LRGBCombination ในขั้น Linear จะเป็นอย่างไร? พอคุณเห็นภาพที่รวมแล้วพังก็จะเข้าใจเอง

แล้วสรุปควรรวมกันตอนไหน? โดยทั่วไปเมื่อ Luminance กับ RGB ต่างประมวลผลมาถึงสถานะ “ใช้ได้ระดับหนึ่ง” แล้ว ผมจึงจะรวมทั้งสองเข้าด้วยกันแล้วประมวลผลต่อ จุดที่คนมักเข้าใจผิดตรงนี้คือ อยากทำให้ Luminance หรือแต่ละช่อง R G B ดูสวยงามเป็นรายช่อง แต่ประเด็นจริง ๆ ไม่ได้อยู่ที่ L หรือ RGB ระหว่างทางดูดีหรือไม่ (เว้นแต่คุณต้องการแค่ภาพเกรย์สเกลหรือภาพเบลอที่มีแต่สี) แต่อยู่ที่ หลังรวมกันครั้งสุดท้ายแล้ว สีออกมาได้ลื่นไหลหรือไม่ รายละเอียดของ Luminance แสดงออกมาได้ลื่นไหลหรือไม่

และรวมกันเสร็จแล้วก็ไม่ใช่ว่าจะส่งออกภาพได้ทันที ยังมีขั้นตอนเสริมความคมชัดและปรับสีอีกชุดหนึ่งตามมา จนถึงขั้นตอนสุดท้ายต้องลดสัญญาณรบกวนและแก้ไขจุดตำหนิ จึงจะถือว่าภาพหนึ่งภาพเสร็จสมบูรณ์

กล้องสีก็ต้องดึงช่อง Luminance เช่นกัน

ขั้นตอนการทำงานที่แชร์ไปก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่เน้นกล้องขาวดำเป็นหลัก แต่เมื่อประมวลผลภาพสีที่ถ่ายด้วยกล้อง DSLR หรือกล้อง OSC ที่มีระบบหล่อเย็น ขั้นตอนหลักจริง ๆ แล้วก็คล้ายกัน คือแยกประมวลผลช่อง Luminance กับช่องสีเช่นเดียวกัน การดึงช่อง Luminance ใน PI นั้นง่ายมาก เพียงแต่ผู้เริ่มต้นจำนวนไม่น้อยไม่รู้ว่าควรทำขั้นตอนนี้ที่จุดไหน เทียบกับขั้นตอนการทำงานแบบขาวดำแล้ว จังหวะการดึงอาจเป็น

1. ดึงทันทีหลังทำ preprocessing เสร็จ หรือ
2. ดึงหลังทำสมดุลสี (color balance) และ DBE เสร็จ

ผมยังอัดวิดีโอไว้หนึ่งคลิป สาธิตวิธีดึงช่อง Luminance จากภาพสีหลังทำ Stacking เสร็จ: https://youtu.be/TDhaKp2BK4w

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อย: ลดความอิ่มตัวของสี ≠ ช่อง Luminance

มีคำกล่าวที่เล่าต่อกันมาว่า ลดความอิ่มตัวของสีลง สิ่งที่เหลือคือ Luminance ด้วยเหตุนี้บางคนจึงลดความอิ่มตัวของสีชั่วคราวใน Camera Raw Filter ของ PS หรือใน Lightroom แล้วค่อยปรับพารามิเตอร์ คิดว่าแบบนี้จะไม่ถูกสีรบกวน ปรับได้เฉพาะ Luminance เท่านั้น

แต่คำกล่าวและวิธีทำนี้จริง ๆ แล้วไม่ค่อยถูกต้อง ผมเทียบจริงด้วย Photoshop มาแล้ว ภาพที่ลดแค่ความอิ่มตัวของสี เมื่อเทียบกับช่อง Luminance ตัวจริง ดูเหมือนจะสูญเสียรายละเอียดไปบางส่วน หลังจากนั้นผมทดลองแบบเดียวกันใน PI ผลลัพธ์ก็ตรงกัน ภาพที่ตัดความอิ่มตัวของสีออกไป สูญเสียรายละเอียดบางส่วนไปจริง ๆ

พูดอีกอย่างคือ การจะได้ Luminance ตัวจริงใน PS อาจต้องสลับไปโหมด Lab ก่อนถึงจะแม่นยำกว่า ส่วนใน PI เพียงกดปุ่มเดียวก็ดึงช่อง Luminance ได้ สะดวกกว่ามาก

RGB Working Space (RGBWS): ตัวแปรซ่อนเร้นของการดึง Luminance

ปรากฏการณ์ข้างต้นที่ว่า “ลดความอิ่มตัวของสีไม่เท่ากับ Luminance” จริง ๆ แล้วเกี่ยวข้องกับการตั้งค่าที่มักถูกมองข้ามอยู่หนึ่งอย่าง คือ RGB Working Space ก็คือสัดส่วนที่สีทั้งสามของ RGB แต่ละสีมีส่วนสนับสนุนต่อ Luminance

ปรากฏการณ์ที่หนึ่ง: การตั้งค่ามีผลต่อ Luminance ที่ดึงออกมา ลองหาภาพสองภาพที่มีสีแดงกับสีน้ำเงินเป็นหลัก แล้วดึง Luminance ภายใต้การตั้งค่า RGBWS ที่ใช้มาตรฐาน “การมองเห็นของมนุษย์” จะพบว่าช่อง Luminance ที่ดึงออกมามืดกว่าอย่างชัดเจน และมีรายละเอียดน้อยกว่า (หากมองไม่ค่อยออก ดูวิดีโอนี้เพื่อเทียบโดยตรงได้: https://youtu.be/s8tRTXSrkh0)

ปรากฏการณ์ที่สอง: การตั้งค่ามีผลต่อผลลัพธ์การรวม LRGB ด้วยเช่นกัน นำ L กับ RGB ของภาพข้างต้นมารวมกันแบบ LRGB จะพบว่าภายใต้การตั้งค่ามาตรฐานการมองเห็นของมนุษย์ ภาพที่รวมแล้วทั้งภาพมืดกว่าอย่างชัดเจน แม้กระทั่งเฉดสีน้ำเงินบางส่วนก็เปลี่ยนไปเล็กน้อย เอียงไปทางสีม่วง (เทียบโดยตรงได้จากวิดีโอเช่นกัน: https://youtu.be/rcsXP9HVQs0)

แล้วควรตั้งค่าอย่างไร? หากต้องการให้ RGB มีส่วนสนับสนุนต่อ Luminance เท่ากัน วิธีทำคือ

1. เปิด Process RGBWorkingSpace
2. ตั้งค่าสัมประสิทธิ์ของ Red, Green, Blue ทั้งหมดเป็น 1 (ตั้งเป็น 1 ทั้งหมดเพียงเพื่อให้พิมพ์ง่ายกว่า พอกดใช้ค่าแล้วระบบจะแปลงเป็น 0.33 : 0.33 : 0.33 ให้เองโดยอัตโนมัติ)
3. กดวงกลมมุมล่างซ้าย เพื่อใช้การตั้งค่านี้เป็นค่า Global

ตั้งค่าแบบนี้แล้ว ต่อจากนี้ไม่ว่าภาพสีจะโหลดเข้ามาหรือสร้างขึ้นใหม่ ค่าเริ่มต้นของสัดส่วน RGB ที่สนับสนุนต่อ Luminance จะเท่ากันเสมอ (0.33 : 0.33 : 0.33)

ก็เพราะเหตุนี้เอง ลองย้อนกลับไปดูเรื่อง “ภาพ RGB ที่ลดความอิ่มตัวของสีออกไปแล้วไม่เท่ากับภาพ Luminance ของตัวมันเอง” อีกครั้ง ภายใต้เงื่อนไขที่สัดส่วน RGB สนับสนุนต่อ Luminance เท่ากัน ภาพ Luminance จะสว่างกว่าภาพที่ลดความอิ่มตัวของสีออกไป (ในปริภูมิ LCH คือดึงค่า C ที่แทนความอิ่มตัวของสีออก ทำให้ค่า RGB เท่ากัน) อย่างชัดเจน

ขั้นสูง: ช่อง Luminance ระดับซูเปอร์ (Super L)

สุดท้ายขอเสริมวิธีขั้นสูงอีกหนึ่งวิธี ช่อง Luminance ระดับซูเปอร์ (Super L) เป็นช่องที่สร้างขึ้นเทียม วิธีทำแบบหนึ่งคือนำช่อง L R G B ที่ผ่าน Stacking มาแล้ว มา Stacking ซ้ำอีกครั้งหนึ่ง

ในฐานะตัวแทนของช่อง L เมื่อเทียบกับภาพ L เดิม Super L จะมีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ที่ดีขึ้นเล็กน้อย แม้ตาเปล่าจะสังเกตได้ไม่ชัด แต่การดีขึ้นเพียงเล็กน้อยนี้ก็ยังมีประโยชน์ต่อการประมวลผลขั้นต่อไป