認識影像的線性與非線性狀態

天文後製常聽到「這個程序要在線性狀態下做」「那個要等非線性之後」，但到底什麼是線性、什麼是非線性？這曾經是我很難跟別人講清楚的觀念。後來我找到一個比較好的解釋方式——用 MTF 曲線來看。這篇就用 MTF 與 Histogram Transformation（HT）工具，把兩者的分界說明白。

用 MTF 曲線來定義線性與非線性

關鍵在於一個動作：只要你改變了 midtone（中間調）的位置，影像就不再是線性輸出了。

原因是，調整 midtone 會改變「不同亮度像素之間的間距比例」。原本各像素亮度彼此的相對關係是等比例的（線性），一旦 midtone 被移動，這個比例就被扭曲了，輸出自然變成非線性（可以對照 HT 工具輸出部分的曲線變化）。

換個角度想會更直觀：傳統上一張天文照片剛疊完是漆黑一片、什麼都看不到（線性狀態），而我們要把它拉到能清楚看見目標——這個動作必然是大幅度的非線性拉伸。例如在 APP 中疊完圖後，除了會產生一張什麼都看不見的線性檔案外，如果你點右邊拉伸下方的存檔，就會再存一張經過拉伸的非線性照片。

（也有一說認為，幅度很小的調整仍可視為線性；本文採比較嚴格的定義——只要動了 midtone，就當作進入非線性狀態。）

只調 shadow 或 highlight，不會破壞線性

不是所有調整都會讓影像變成非線性。如果你只動 shadow（暗部端點）或 highlight（亮部端點），並不會改變像素間的線性關係，只是在做端點的縮放或裁切：

• shadow 往右調：擴張暗部（把暗部拉開）。

• shadow 往上調：把暗部逐漸輸出成灰色。

• highlight 往左調：擴張亮部。
• highlight 往下調：把亮部逐漸輸出成灰色。

補充一點工具上的細節：由於 PixInsight 的 HT 工具已經拿掉了 Low 與 High Ranges 選項，上面「往上調／往下調」（輸出成灰色）的示範，我改用 Curves 工具來呈現。

為什麼要在意這個分界

搞懂線性／非線性的意義很實際——許多影像處理程序（例如色彩校正、去卷積這類）必須在線性狀態下執行才正確；一旦你做了拉伸、動了 midtone，影像就進入非線性，某些程序的結果就會失準。因此在建立工作流程時，先想清楚「這一步該在拉伸前還是拉伸後做」，往往比記住每個按鈕更重要。