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AI 降噪工具:NXT、DeepSNR 與它們的朋友們

線性階段2022.06

近幾年,天文影像的去星與降噪工作,幾乎全面被 AI 工具接手。這篇整理幾款主流的 AI 降噪工具,以及我在實測中觀察到的優缺點與版本演進。

為什麼 AI 降噪這麼強?

先看一組數字,感受一下這些工具背後的模型規模(以參數量計):

  • StarXTerminator:2100 萬
  • StarNet++:5400 萬
  • StarNet V2:3000 萬
  • NoiseXTerminator:2400 萬
  • Topaz Denoise AI:1400 萬

這些模型都以卷積(convolution)、多尺度(multiscale)與閾值(threshold)為核心概念。目前在深空影像上的主要用途就是兩件事:去星與降噪。

關鍵在於——如果不借助機器學習、針對各類型天體影像的訓練資料去最佳化參數,光靠傳統方式,其實非常難以對各種天體都取得最佳結果。這正是 AI 工具的價值所在。

反捲積也能靠 AI:BlurXTerminator

2022 年,連反捲積(Deconvolution)都能交給 AI 了。Russell Croman(RC)發現了 AI 在影像處理上的又一個應用,實作出 BlurXTerminator。

我當時選擇下載試用 30 天,拿一張十年前拍攝的 M1 蟹狀星雲來施做:左圖是僅做過 DBE 的原始檔,中間是我先前用 PixInsight 原生反捲積做的成果,最右邊是 BXT 一鍵完成的結果。效果好到相比之下,我自己手動做的反捲積看起來像沒成功的那種——而且我還花了至少 20 分鐘測參數,BXT 則在不到一分鐘就完成。結論很簡單:該課金的就課,省時間、效果又好。

M1 蟹狀星雲三種處理對照:僅 DBE、PI 原生反捲積、BXT 一鍵完成

(關於 BXT 的完整入門與注意事項,另有專文,這裡就不展開。)

降噪工具巡禮

NoiseXTerminator(NXT)

NXT 是目前主流的付費 AI 降噪工具,也是本篇多次拿來當比較基準的對象。它一路的版本演進,正好說明了 AI 工具「持續迭代」的特性。

星點問題(AI1 時期):早期使用 NXT 時,若不加遮罩,會讓 RGB 星點核心受損,明度星點中心也會出現輕微的 Star Fade。這個問題當時無解,Russell 提到 Mac 平台也有類似狀況,Windows 顯然也逃不掉。所以那個階段用 NXT,就乖乖地配合星點遮罩。

NXT 造成星點問題的示範

更新到 AI2(程式 1.1.4):在把問題回報給 Russell 之後,這一版更新後的新模型,RGB 星點核心只剩輕微變色,而明度星點核心的 Star Fade 已經消失。有在用 NXT 的朋友,我當時就建議盡快更新。

NXT 1.1.4 AI2 更新前後星點狀況對照

再進化到 AI3:新版 AI3 在高頻的降噪上確實有改善,不過中頻與彩噪看來就普通;線性狀態下對亮星的影響仍在,但已大幅減輕。小結是——有買 NXT 的朋友記得升級,AI3 整體表現確實優於 AI2。

NXT AI3 與 AI2 的降噪效果比較

DeepSNR

由 StarNet 作者 Nikita Misiura 開發的新一代天文影像 AI 降噪工具。它目前僅支援彩色影像,且必須在 PixInsight 中執行,市面上的直接競爭對手就是 NXT。

我做了一個小比較:以線性狀態下的結果來看,由左至右依序是原始影像、NXT 結果、DeepSNR 結果。看起來 DeepSNR 的表現相當優秀。另外一個很大的優勢是——DeepSNR 目前免費。

NXT 與 DeepSNR 在線性狀態下的降噪結果比較

到了後來的實測,NXT 與 DeepSNR 其實都做得很好,兩張成果 Blink 比對已經看不太出具體差別。這也帶出一個實務判斷:明度通道還需要開更高的強度嗎?我認為不必——在這樣的 SNR 下,線性階段差不多就是個甜蜜點。RGB 可以再多一點,但我傾向留點空間給非線性階段。

NXT 與 DeepSNR 成果 Blink 比對已難分軒輊

Adobe CRF Denoise 的一個特殊優勢

最後補充一個一般攝影的情境。我從硬碟挖出一張 DSLR 的星空原始檔(30 秒曝光),原圖有很多 hot pixel(那些紅紅綠綠的點)。通常我們靠扣除暗場與 Cosmetic Correction 來消除它們,但套用 Adobe 的 CRF Denoise 後,hot pixel 直接被消掉了;反觀 NXT,只消除了噪點,卻留下 hot pixel。

因此,對於一般攝影、不會拍暗場的朋友來說,CRF Denoise 的這個優點就展現出來了。

DSLR 星空原始檔套用 CRF Denoise 與 NXT 在 hot pixel 處理上的差異

小結

AI 降噪這幾年進步飛快,工具也不只一款:NXT 成熟且持續迭代、DeepSNR 免費又好用、CRF 在無暗場情境下另有巧用。與其執著於哪一款「最強」,不如記住兩個原則——善用遮罩,以及在線性階段留點空間給後面。降噪不是愈重愈好,找到那個甜蜜點才是功夫。