Деконволюція: маски, PSF та відновлення зір (історичний погляд)

Ця стаття зібрана з нотаток про ручну деконволюцію, зроблених у 2020–2022 роках, до появи BlurXTerminator. Сьогодні в PixInsight цей етап здебільшого вже замінили ШІ-інструменти на кшталт BXT — швидше й краще, більше не треба вручну робити купу масок. Утім, розуміння принципів ручної деконволюції та проблем, з якими вона бореться, і досі дуже цінне: воно показує, що саме BXT вирішує за лаштунками, і допомагає зрозуміти, в чому річ, коли щось іде не так.

Що робить деконволюція і чому її виконують на лінійному етапі

Почну з реального вимірювання. У PixInsight є скрипт під назвою FWHMEccentricity, який вимірює та малює графік розподілу FWHM (повна ширина на половині максимуму) і Eccentricity (ексцентриситет). Я порівняв зорі до і після деконволюції: після деконволюції FWHM зір Moffat4 скоротилася до менш ніж 2, а Eccentricity також покращився.

Коротко про значення цих двох чисел:

Що менший FWHM, то меншими виглядають зорі;
Що менший Eccentricity, то круглішими виглядають зорі.

Саме тому деконволюцію рекомендують виконувати в лінійному стані — ця обробка справді робить зорі меншими й круглішими.

Порівняння графіків розподілу FWHM та Eccentricity зір до і після деконволюції

Додам кілька передумов для виконання: для кольорових зображень спочатку витягніть канал яскравості, а тоді робіть; зображення обов’язково має перебувати в лінійному стані. Якщо ви використовуєте монохромну камеру, я на лінійному етапі завжди роблю деконволюцію на каналі яскравості, і різниця до і після дуже помітна (особливо чітко видно при збільшенні до 300%). Зображення з кольорової камери можна обробляти так само — так само достатньо витягнути канал яскравості.

Порівняння каналу яскравості монохромної камери до і після деконволюції

Давній підхід: PSF, Local Support і Object Mask — жодного не можна пропустити

Раніше мені завжди здавалося, що деконволюція в PixInsight — це морока і дуже складно: треба зробити і PSF, і Local Support, і Object Mask. Пізніше я зрозумів, що насправді всі ці речі досить базові; зробивши це кілька разів і набивши руку, працювати можна насправді дуже швидко.

Справжнє вузьке місце — не самі ці кроки, а маски. Обробляючи одне зображення, в середньому доводиться зробити щонайменше п’ять-шість масок. Найбільшим вузьким місцем обробки тоді насправді був людський мозок, а не комп’ютер — комп’ютер рахує швидко, а оцінювати й малювати кожну маску окремо доводиться людині.

Знімок екрана робочого процесу з кроками та масками для деконволюції галактики (червоні рамки позначають кроки, пов’язані з деконволюцією)

Дві найпоширеніші проблеми ручної деконволюції

У часи ручної обробки найбільш болючі проблеми деконволюції здебільшого зосереджувалися в областях яскравих туманностей:

Тьмяні зорі в яскравих туманностях завжди отримують чорне кільце навколо зорі;
Яскраві зорі в яскравих туманностях пошкоджуються в центрі.

Обидві ці проблеми в основному спричинені погано зробленою маскою деконволюції. Тоді я намагався налаштувати Local Support, але це майже не давало різниці; після налаштування маски покращення теж було лише незначним і, здається, ніколи не усувало проблему повністю. Типові приклади таких яскравих туманностей — M42, NGC 3372.

Проблеми чорного кільця та пошкодження центру яскравих зір, спричинені деконволюцією в областях яскравих туманностей

Ціна погано зробленої маски: Hard Edge

Важливість маски найкраще видно з наступного порівняння. Ліве зображення — робота, оброблена два роки тому, праве — новіша робота; обидві зняті системою CDK 17 дюймів або більшою.

Ліве зображення показує саме ту поширену проблему, коли маска великих зір у деконволюції зроблена погано: яскравість великих зір надмірно стискається, утворюючи виразний край (hard edge). До речі, Topaz Denoise AI без жодної маски спричиняє ту саму проблему — тому я не рекомендую використовувати його безпосередньо без маски.

Порівняння старішої та новішої роботи, що показує hard edge, спричинений погано зробленою маскою великих зір

Іноді замість того, щоб писати купу пояснень, краще витратити цей час на те, щоб як слід довести зорі до ладу. Ця фраза особливо влучно пасує до епохи ручної деконволюції — її успіх чи невдача майже повністю залежали від тяжкої праці над масками.

Підсумок

Сьогодні BXT спростив усе це: не треба вручну робити PSF, не треба малювати п’ять-шість масок, а також значною мірою уникаються такі наслідки погано зробленої маски, як чорні кільця та hard edge. Але мета, якої прагне досягти деконволюція, ніколи не змінювалася — зробити зорі меншими й круглішими, повернути деталі, розмиті атмосферою та оптичною системою. Зрозумівши, з чим боролася епоха ручної обробки, ви ясніше побачите, яку саме роботу BXT насправді заощаджує для вас.