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瑕疵處理:壞線、hot/cold pixel、灰塵與熱噪

預處理與疊圖2021.02

在天文後製的路上,從來沒有完美的資料,只有找出問題的解法。校正場處理掉了大部分的系統性瑕疵,但總還有一些漏網之魚:壞線、壞點、灰塵陰影、殘留的熱噪點。這篇整理預處理階段常見的幾種瑕疵,以及各自對應的處理方法。

三類常見瑕疵與對策

先給一張總表,這是預處理中最常遇到的三類瑕疵與處理原則:

預處理常見瑕疵與處理方法對照

  1. defect column(壞線,常見於 CCD):使用 Defect Map 消去。
  2. hot / cold pixel(熱點/冷點):用暗場消去,暗場消不掉的部分再用 Cosmetic Correction 處理。
  3. dust shadow(灰塵陰影):用平場消去,平場消不掉的部分,於疊圖後用其他通道替代修補。

以下分別展開比較棘手的兩類。

壞線(defect column):靠 Defect Map,別靠排異

壞線比較常見於 CCD 相機,CMOS 相機比較少見。有一台 CCD 我做 Defect Map 就花了一個小時,因為它大概有 50 條壞線(就是畫面上那些黑線)。

可能有人會問:為什麼不在疊圖時直接 reject 掉就好?因為reject 不掉——壞線太暗,想靠排異去除,得犧牲不少別的好像素,而且效果不佳。所以正確做法是替相機製作 Defect Map,用 DefectMap 程序載入後套用在有壞線的亮場上,就能大幅減輕壞線的影響,剩下的殘留再交給疊圖時的排異演算法輕鬆去除。這套做法我自己一直在用,例如拿鐵那台 16803 CCD,有一條明顯的壞線在畫面中央、加上三條不明顯的壞線,就是這樣處理的。

熱噪點:一定要在對齊前處理掉

熱噪點如果沒在暗場與 Cosmetic Correction 階段處理乾淨,會惹出意想不到的麻煩。看這個例子:

星點對齊前後對照:熱噪點被內插演算法改造成甜甜圈狀

左圖是星點對齊前,右圖是對齊後——右圖為什麼會冒出一堆像甜甜圈的圖案?答案是:那些白點並不是星點,而是熱噪點。這些熱噪本該在扣暗場與 Cosmetic Correction 時就被消除,但沒有,於是在對齊星點時被內插演算法「修改」成甜甜圈的模樣,殘留在最後的影像裡,而且數量還不少。

好消息是,在張數足夠且排異演算法參數設定得當的情況下,最後這些甜甜圈還是全部被消掉了。但這也正好說明:熱噪點應盡量在暗場與 Cosmetic Correction 階段消除,避免被對齊程序改造成干擾畫面的東西,別把責任全推給後面的排異。

順帶一提,如果覺得 PixInsight 內建的 Cosmetic Correction 效果不夠好,社群裡也有同好(Roberto Sartori)寫過用 PixelMath 處理 hot and cold pixel 的程式碼,我試用過,效果竟然比內建的 Cosmetic Correction 還好——真羨慕會寫程式的同好。

Roberto Sartori 的 PixelMath 熱冷點消除試用結果

極端案例:大型望遠鏡的複合瑕疵

最後看一個「什麼瑕疵都湊在一起」的極端例子,來自 1 公尺級的大型望遠鏡。用這種望遠鏡拍其實一點也不爽——它使用經緯儀與相旋器,拍天頂 20 度以內的目標時,為了維持目標位置,相旋器轉動速度非常快,於是會出現星芒分岔,每張照片的星芒角度都不一樣,甚至同一張照片裡就有兩個不同角度的星芒。

大型望遠鏡影像的複合瑕疵:分岔星芒、壞線與疑似 AMP GLOW

這張圖裡還有一條 defect column(這個處理算簡單),以及從旁邊滲出來、疑似 AMP GLOW 的東西,看起來就像壁癌一樣。這類複合瑕疵沒有現成解法,只能一項一項拆開來對付——這也是天文後製的常態:完美資料不存在,我們能做的就是替每個問題找到它的解法。