Satriecošu kosmosa fotogrāfiju veidošana: visaptveroša apstrādes rokasgrāmata

Kosmosa fotogrāfija jeb astrofotogrāfija ir aizraujošs zinātnes un mākslas apvienojums. Vājas gaismas uztveršana no tālām galaktikām un miglājiem prasa rūpīgu plānošanu, precīzu aprīkojumu un, kas ir būtiski, prasmīgu attēlu apstrādi. Šī rokasgrāmata jūs iepazīstinās ar galvenajiem kosmosa fotogrāfiju attēlu apstrādes soļiem, pārvēršot neapstrādātus datus elpu aizraujošos vizuālos attēlos. Neatkarīgi no tā, vai jūs fotografējat no tumšu debesu vietas Čīlē vai gaismas piesārņotas pilsētas, šīs tehnikas palīdzēs jums iegūt vislabāko no jūsu datiem.

1. Priekšapstrāde: kalibrēšanas kadri un savietošana

Pirmais kritiskais solis ir neapstrādāto attēlu kalibrēšana. Tas noņem sistemātiskas kļūdas, ko rada jūsu kamera un teleskops. Galvenie kalibrēšanas kadri ietver:

• Nobīdes kadri (Bias Frames): Tie uztver kameras sensora elektronisko troksni. Uzņemiet daudz (50+) ar īsāko iespējamo ekspozīcijas laiku un uzliktu objektīva vāciņu.
• Tumšie kadri (Dark Frames): Tie uztver sensora termālo troksni. Uzņemiet daudz (20+) ar tādu pašu ekspozīcijas laiku un temperatūru kā gaismas kadriem un ar uzliktu objektīva vāciņu.
• Plakanie kadri (Flat Frames): Tie koriģē vinjetēšanu (aptumšošanos malās) un putekļus uz jūsu optikas. Uzņemiet tos, vienmērīgi apgaismojot teleskopu (piemēram, izmantojot plakanu paneli vai T-kreklu, kas izstiepts pār apertūru) ar īsām ekspozīcijām, kas aizpilda aptuveni 1/3 līdz 1/2 no kameras dinamiskā diapazona.
• Tumšie plakanie kadri (Dark-Flat Frames) (pēc izvēles): Tie ir tumšie kadri, kas uzņemti ar tādu pašu ekspozīciju kā jūsu plakanie kadri. Tie ir noderīgi precīzākai kalibrēšanai, īpaši ar dzesējamām kamerām.

Programmatūras opcijas:

• DeepSkyStacker (DSS): Bezmaksas un populāra izvēle, īpaši iesācējiem. Pieejams operētājsistēmai Windows.
• PixInsight: Jaudīga, profesionāla līmeņa programmatūras pakotne, ko plaši izmanto pieredzējuši astrofotogrāfi. Pieejams operētājsistēmām Windows, macOS un Linux.
• Astro Pixel Processor (APP): Vēl viena jaudīga alternatīva PixInsight ar dažiem lietotājiem draudzīgāku saskarni. Pieejams operētājsistēmām Windows un macOS.

Process:

1. Ielādējiet savus nobīdes, tumšos, plakanos un gaismas kadrus izvēlētajā programmatūrā.
2. Kalibrējiet savus gaismas kadrus, izmantojot nobīdes, tumšos un plakanos kadrus.
3. Reģistrējiet (izlīdziniet) kalibrētos gaismas kadrus.
4. Savietojiet reģistrētos gaismas kadrus, lai palielinātu signāla un trokšņa attiecību. Tas apvieno informāciju no vairākām ekspozīcijām, lai izveidotu vienu, dziļāku attēlu.

Piemērs: Izmantojot DeepSkyStacker, jūs atlasītu savus gaismas, tumšos, plakanos un nobīdes kadrus, pēc tam izmantotu opciju "Stack with recommended settings", lai automātiski veiktu kalibrēšanu, reģistrāciju un savietošanu. PixInsight piedāvā detalizētāku kontroli pār katru soli, bet prasa dziļāku izpratni par pamatā esošajiem algoritmiem.

2. Pēcapstrāde: detaļu izcelšana

Kad jums ir savietots attēls, sākas īstā apstrāde. Šajā posmā uzmanība tiek pievērsta detaļu uzlabošanai, trokšņu samazināšanai un krāsu pielāgošanai, lai izveidotu vizuāli pievilcīgu gala attēlu. Galvenie soļi ietver:

2.1. Gradienta noņemšana

Gradienti ir nevēlamas fona spilgtuma variācijas, ko izraisa gaismas piesārņojums, mēness gaisma vai iekšējie atstarojumi jūsu teleskopā. To noņemšana ir būtiska, lai iegūtu tīru attēlu.

Programmatūras opcijas:

• PixInsight: AutomaticBackgroundExtractor (ABE) vai DynamicBackgroundExtractor (DBE) ir jaudīgi rīki. DBE parasti ir ieteicamāks sarežģītākiem gradientiem.
• Photoshop: Izmantojot filtru "Dust & Scratches" ar lielu rādiusu un pēc tam atņemot rezultātu no sākotnējā attēla, var aptuveni noņemt gradientu.
• Astro Pixel Processor (APP): Ietver robustus gradienta noņemšanas rīkus.

Process (PixInsight - DBE):

1. Atveriet savu savietoto attēlu PixInsight.
2. Izmantojiet DBE, lai atlasītu fona apgabalus, izvairoties no zvaigznēm un miglājiem. Izveidojiet paraugu punktu režģi visā attēlā.
3. Pielāgojiet DBE iestatījumus (piemēram, toleranci, parauga rādiusu), lai optimizētu gradienta noņemšanu.
4. Pielietojiet DBE attēlam.

2.2. Trokšņu samazināšana

Troksnis astrofotogrāfijā ir neizbēgams, īpaši ar ilgām ekspozīcijām. Tā samazināšana ir būtiska tīram un detalizētam attēlam.

Programmatūras opcijas:

• PixInsight: MultiscaleLinearTransform (MLT) un TGVDenoise ir lieliskas izvēles. MLT ir efektīvs maza mēroga trokšņu samazināšanai, savukārt TGVDenoise var tikt galā ar lielāka mēroga trokšņiem un gradientiem.
• Photoshop: Var izmantot trokšņu samazināšanas filtrus, piemēram, Reduce Noise vai Camera Raw trokšņu samazināšanas slīdņus. Tomēr tie parasti ir mazāk efektīvi nekā PixInsight rīki.
• Topaz DeNoise AI: Specializēts AI darbināts trokšņu samazināšanas rīks, kas var radīt iespaidīgus rezultātus.

Process (PixInsight - MLT):

1. Atveriet savu attēlu PixInsight.
2. Pielietojiet MLT attēlam, rūpīgi pielāgojot slāņu iestatījumus, lai samazinātu troksni, nezaudējot detaļas. Vispirms koncentrējieties uz mazākajiem mērogiem.
3. Izmantojiet masku, lai aizsargātu attēla gaišākos apgabalus no pārmērīgas izlīdzināšanas.

2.3. Stiepšana (Histogrammas transformācija)

Stiepšana ir process, kurā tiek paplašināts attēla dinamiskais diapazons, lai atklātu vājas detaļas. To bieži veic, izmantojot histogrammas transformācijas rīkus.

Programmatūras opcijas:

• PixInsight: HistogramTransformation ir standarta rīks. ScreenTransferFunction (STF) var izmantot, lai priekšskatītu stiepšanu pirms tās piemērošanas.
• Photoshop: Attēla stiepšanai var izmantot Levels un Curves pielāgojumus.

Process (PixInsight - HistogramTransformation):

1. Atveriet savu attēlu PixInsight.
2. Izmantojiet STF, lai automātiski izstieptu attēlu un priekšskatītu rezultātus.
3. Pielāgojiet histogrammas slīdņus HistogramTransformation, lai precīzi noregulētu stiepšanu, izceļot detaļas, nenogriežot gaišos apgabalus.
4. Pielietojiet histogrammas transformāciju attēlam.

2.4. Krāsu kalibrēšana un balanss

Precīza krāsa ir būtiska vizuāli pievilcīgām kosmosa fotogrāfijām. Krāsu kalibrēšana nodrošina, ka krāsas jūsu attēlā atbilst objektu faktiskajām krāsām. Tas arī koriģē atmosfēras efektus.

Programmatūras opcijas:

• PixInsight: ColorCalibration ir galvenais rīks. Noderīgi ir arī BackgroundNeutralization un PhotometricColorCalibration.
• Photoshop: Izmantojiet Levels, Curves un Color Balance pielāgojumus.

Process (PixInsight - PhotometricColorCalibration):

1. Atveriet savu attēlu PixInsight.
2. Izmantojiet ImageSolver, lai veiktu attēla "plate solve" un identificētu objektus redzes laukā. Šis solis ir būtisks precīzai krāsu kalibrēšanai.
3. Izmantojiet PhotometricColorCalibration, nodrošinot informāciju par atrisināto attēlu. Rīks automātiski pielāgos krāsas, pamatojoties uz zināmajiem zvaigžņu spektrālajiem tipiem attēlā.

2.5. Asināšana

Asināšana uzlabo smalkās detaļas jūsu attēlā, padarot tās redzamākas. Izmantojiet to apdomīgi, jo pārmērīga asināšana var pastiprināt troksni.

Programmatūras opcijas:

PixInsight: Deconvolution un MultiscaleLinearTransform (MLT) ar ieslēgtu asināšanu ir efektīvi rīki.

Photoshop: Unsharp Mask ir izplatīts asināšanas filtrs.

Topaz Sharpen AI: Ar AI darbināms asināšanas rīks.

Process (PixInsight - Deconvolution):

1. Izveidojiet zvaigžņu masku, lai aizsargātu fonu no asināšanas artefaktiem.
2. Pielietojiet Deconvolution attēlam, izmantojot no attēla zvaigznēm atvasinātu punktu izkliedes funkciju (PSF).
3. Pielāgojiet dekonvolūcijas parametrus, lai optimizētu asināšanas efektu, neieviešot pārmērīgu troksni.

2.6. Piesātinājuma un kontrasta pielāgojumi

Piesātinājuma un kontrasta precīza noregulēšana var uzlabot jūsu attēla vizuālo ietekmi. Palieliniet piesātinājumu, lai krāsas kļūtu spilgtākas, un pielāgojiet kontrastu, lai uzlabotu atdalījumu starp gaišajiem un tumšajiem apgabaliem.

Programmatūras opcijas:

• PixInsight: Var izmantot CurvesTransformation un HDRMultiscaleTransformation.
• Photoshop: Izmantojiet Vibrance, Saturation un Contrast pielāgojumus.

Process (Photoshop - Vibrance un Saturation):

1. Izveidojiet Vibrance pielāgošanas slāni Photoshop.
2. Nedaudz palieliniet vibranci, lai uzlabotu attēla smalkās krāsas.
3. Izveidojiet Saturation pielāgošanas slāni un pielāgojiet piesātinājumu pēc garšas, uzmanoties, lai attēlu nepārsātinātu.

3. Uzlabotas tehnikas

Papildus pamata apstrādes soļiem ir vairākas uzlabotas tehnikas, kas var vēl vairāk uzlabot jūsu kosmosa fotogrāfijas:

3.1. Šaurjoslas attēlveidošana

Šaurjoslas attēlveidošanā tiek izmantoti filtri, kas caurlaiž tikai ļoti specifiskus gaismas viļņu garumus, ko parasti izstaro jonizētas gāzes, piemēram, ūdeņraža-alfa (Ha), skābekļa-III (OIII) un sēra-II (SII). Šī tehnika ir īpaši noderīga miglāju attēlveidošanai un var atklāt detaļas, kas nav redzamas platjoslas attēlos.

Šaurjoslas datu apstrāde:

• Kanālu apvienošana: Apvienojiet Ha, OIII un SII kanālus vienā krāsu attēlā, izmantojot kartēšanu, piemēram, Habla paleti (SII=sarkans, Ha=zaļš, OIII=zils).
• Bi-Color: Izveidojiet attēlu, apvienojot tikai divus kanālus, piemēram, Ha un OIII, lai iegūtu patīkamu estētiku.
• Sintētiskais spilgtums: Izveidojiet sintētisku spilgtuma kanālu, apvienojot Ha, OIII un SII kanālus, vai vienkārši izmantojot Ha kanālu, lai uzlabotu gala attēla kopējo detalizāciju un signāla un trokšņa attiecību.

3.2. Drizzle integrācija

Drizzle integrācija ir tehnika, kas var palielināt jūsu attēlu izšķirtspēju, apvienojot vairākus nedaudz nobīdītus kadrus. Šī tehnika ir īpaši noderīga nepietiekami diskretizētiem (undersampled) attēliem, kur jūsu kameras pikseļu izmērs ir pārāk liels attiecībā pret jūsu teleskopa izšķirtspēju.

Programmatūras opcijas:

• PixInsight: DrizzleIntegration process.
• Astro Pixel Processor (APP): Piedāvā drizzle integrācijas iespējas.

3.3. HDR (augsta dinamiskā diapazona) apstrāde

HDR apstrāde apvieno attēlus ar dažādiem ekspozīcijas laikiem, lai izveidotu attēlu ar plašāku dinamisko diapazonu. Šī tehnika ir noderīga objektu attēlveidošanai ar gan gaišiem, gan vājiem apgabaliem, piemēram, galaktikas kodolu vai miglāju ar spilgtu centrālo reģionu.

Programmatūras opcijas:

• PixInsight: HDRComposition un HDRMultiscaleTransformation procesi.
• Photoshop: HDR Merge rīks.

4. Padomi un labākās prakses

• Fotografējiet RAW formātā: Tas saglabā maksimālo datu apjomu apstrādei.
• Izmantojiet tumšu debesu vietu: Gaismas piesārņojums var ievērojami ierobežot jūsu spēju uztvert vājas detaļas. Ja iespējams, dodieties uz tumšu debesu vietu.
• Precīza gidēšana: Precīza sekošana ir būtiska ilgām ekspozīcijām.
• Eksperimentējiet: Nebaidieties izmēģināt dažādas apstrādes tehnikas un atrast to, kas vislabāk der jums.
• Praktizējieties: Jo vairāk jūs praktizēsieties, jo labāk jums padosies kosmosa fotogrāfiju attēlu apstrāde.
• Pievienojieties kopienai: Sazinieties ar citiem astrofotogrāfiem, lai dalītos ar padomiem un mācītos viens no otra. Tiešsaistes forumi un vietējie astronomijas klubi ir lieliski resursi.
• Ņemiet vērā vietējās laika joslas: Ja sadarbojaties, atcerieties, ka Zeme ir apaļa.
• Dublējiet savus datus: Vienmēr izveidojiet vairākas savu neapstrādāto un apstrādāto attēlu dublējumkopijas.
• Izmantojiet atbilstošas mērvienības: Apsveriet metrisko sistēmu un izvairieties no pārlieku reģionāliem terminiem.

5. Programmatūras ieteikumi: globāla perspektīva

Programmatūra, ko izvēlaties kosmosa fotogrāfiju attēlu apstrādei, var būtiski ietekmēt jūsu darba plūsmu un rezultātus. Šeit ir pārskats par populārākajām opcijām, ņemot vērā pieejamību un globālo izplatību:

• PixInsight: Plaši uzskatīts par nozares standartu progresīvai astrofotogrāfijas apstrādei. Tā jaudīgie algoritmi un plašais rīku komplekts padara to ideālu sarežģītu apstrādes izaicinājumu risināšanai. Lai gan tam ir stāvāka mācīšanās līkne un tā ir maksas programmatūra, tās iespējas ir praktiski nepārspējamas. Tā pieejamība ir globāla.
• Adobe Photoshop: Daudzpusīga attēlu rediģēšanas programmatūra, ko var izmantot pamata līdz vidēja līmeņa astrofotogrāfijas apstrādei. Tā ir plaši pieejama un piedāvā lietotājam draudzīgu saskarni. Tomēr tai trūkst dažu specializēto rīku, kas atrodami PixInsight. Plaši izmantota dažādās valstīs.
• Astro Pixel Processor (APP): APP ir jaudīga alternatīva PixInsight un Photoshop, ar daudziem lietotājiem intuitīvāku saskarni. Tā ir maksas programma.
• DeepSkyStacker (DSS): Bezmaksas un lietotājam draudzīga savietošanas programmatūra, ideāla iesācējiem. Lai gan tās apstrādes iespējas ir ierobežotas salīdzinājumā ar PixInsight, tā nodrošina stabilu pamatu jūsu attēlu kalibrēšanai un savietošanai. Pieejama visā pasaulē operētājsistēmai Windows.
• Siril: Siril ir bezmaksas astronomisko attēlu apstrādes rīks. Tas ļauj konvertēt, priekšapstrādāt, automātiski vai manuāli izlīdzināt, savietot un uzlabot attēlus no dažādiem failu formātiem. Tas ir daudzplatformu un darbojas Linux, macOS un Windows operētājsistēmās.
• GIMP: GIMP (GNU Image Manipulation Program) ir bezmaksas un atvērtā koda attēlu redaktors, ko var izmantot pamata astrofotogrāfijas apstrādei. Lai gan tam trūkst dažu specializēto rīku, kas atrodami PixInsight un Photoshop, tas piedāvā rentablu alternatīvu iesācējiem. GIMP tiek atbalstīts daudzās valstīs.

6. Noslēgums

Satriecošu kosmosa fotogrāfiju attēlu veidošana ir izaicinošs, bet gandarījuma pilns pasākums. Apgūstot šajā rokasgrāmatā izklāstītās tehnikas, jūs varat pārvērst neapstrādātus datus elpu aizraujošos vizuālos attēlos, kas atklāj kosmosa skaistumu un brīnumu. Atcerieties praktizēties, eksperimentēt un sazināties ar citiem astrofotogrāfiem, lai turpinātu mācīties un uzlabot savas prasmes. Tagad dodieties un iemūžiniet Visumu!