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反捲積:遮罩、PSF 與星點修復(歷史脈絡)

線性階段2020.07早期筆記

本文整理自 2020 至 2022 年間、BlurXTerminator 問世之前的手動反捲積筆記。如今在 PixInsight 中,反捲積這道工序多半已由 BXT 這類 AI 工具取代——又快又好,不必再手動製作一堆遮罩。不過,理解手動反捲積的原理與所要對付的問題,仍然很有價值:它能讓你明白 BXT 在背後幫你解決了什麼,也能在遇到狀況時知道問題出在哪。

反捲積在做什麼,以及為什麼要在線性階段做

先講一個實測。PixInsight 中有個腳本叫 FWHMEccentricity,可以測量並繪製 FWHM(半峰全寬)與 Eccentricity(偏心率)的分布圖。我比較了做反捲積前後的星點:反捲積過後,Moffat4 星點的 FWHM 都縮小到 2 以下,Eccentricity 也獲得改善。

簡單解釋這兩個數字的意義:

  • FWHM 變小,星點看起來變小
  • Eccentricity 變小,星點看起來變圓

這正是為什麼推薦在線性狀態下做反捲積的原因——這道處理能實質地讓星點更小、更圓。

反捲積前後星點 FWHM 與 Eccentricity 分布圖對照

補充幾個施做前提:彩色影像請先提取明度通道再做;影像必須處於線性狀態。若使用單色相機,我在線性階段一定會對明度通道做反捲積,前後差別十分明顯(放大到 300% 檢視尤其清楚)。彩色相機的影像同樣可以做,一樣是提取明度通道即可。

單色相機明度通道反捲積前後對照

早年做法:PSF、Local Support、Object Mask 一樣都不能少

以前總覺得 PixInsight 的反捲積很麻煩、很複雜——又要做 PSF、又要 Local Support、又要 Object Mask。後來才發現,這幾樣其實都很基礎,多做幾次上手了,速度其實很快。

真正的瓶頸不在這些步驟本身,而在遮罩。一張圖處理下來,平均至少要做五到六個遮罩。當年最大的處理瓶頸,其實發生在人腦而非電腦——電腦跑得很快,是人要一個個判斷、一個個畫。

星系反捲積相關步驟與遮罩的處理流程截圖(紅框處為反捲積相關步驟)

手動反捲積最常見的兩個麻煩

手動時代,反捲積最讓人頭痛的問題,多半集中在亮星雲區域:

  1. 亮星雲中的暗星,星點周邊總是會出現黑圈;
  2. 亮星雲中的亮星,中心會損壞。

這兩個問題基本上都是反捲積遮罩沒做好造成的。當年我試著調整 Local Support,但差別不大;調整遮罩後也只稍微改善,似乎無法完全消除。這類亮星雲的典型例子就是 M42、NGC 3372。

亮星雲區域反捲積產生的黑圈與亮星中心損壞問題

遮罩沒做好的代價:Hard Edge

遮罩的重要性,從下面這組對照看得最清楚。左圖是兩年前處理的作品,右圖是較近期的作品,都是用 CDK 17 吋以上的系統拍攝。

左圖就是反捲積的大星遮罩沒做好時常見的問題:大星的明度收縮過度,造成明顯的邊緣(hard edge)。順帶一提,Topaz Denoise AI 在沒有使用任何遮罩的情況下,也會造成同樣的問題——所以我不建議在沒有遮罩的狀況下直接使用。

大星遮罩沒做好造成 hard edge 的新舊作品對照

有時候,與其寫一堆說明,不如把時間拿去把星點處理好。這句話放在手動反捲積的年代格外貼切——它的成敗,幾乎全押在遮罩這件苦工上。

結語

如今 BXT 把這一切都簡化了:不必手動做 PSF、不必畫五六個遮罩,也大幅避開了黑圈與 hard edge 這類遮罩沒做好的後遺症。但反捲積要達成的目標始終沒變——讓星點更小、更圓,把被大氣與光學系統模糊掉的細節找回來。看懂了手動時代在對付什麼,你會更清楚 BXT 到底替你省下了哪些功夫。