После процедуры усреднения (или сложения) кадров мы получили изображение, в котором отношение сигнал/шум выше, чем в одиночном кадре, в √N, где N — число кадров в результирующей выборке. Поскольку речь шла о выборках в 100 — 1000 кадров, можно говорить об улучшении отношения сигнал/шум в 10 — 30 раз, поэтому нас не должно удивлять то, что на полученном изображении видно гораздо больше, чем на исходных одиночных кадрах — на них все проявившиеся сейчас детали замыты шумом. Интереснее другое — на получившемся изображении есть информация, которую мы НЕ ВИДИМ. На третьем этапе наша задача — улучшить видимость информации на полученном изображении, выявить незаметные детали картины или, как иногда говорят, повысить визуальную резкость изображения. Конечно, реально повысить резкость изображения мы не можем, но можно сделать так, чтобы изображение казалось более резким и незаметные дотоле детали изображения стали более заметными.
Мы уже говорили, что резкая деталь — это область с границей, на которой происходит резкий скачок плотности изображения, область, в которой на участке в несколько пикселов значительно изменяется значение отсчета. Если то же самое изменение отсчета происходит на значительно большем участке, ощущения резкости границы не возникает. Соответственно, если на нерезком кадре выделить области изменения плотности изображения и каким-то образом локально повысить скорость изменения плотности, кадр будет производить впечатление более резкого. В фотографии давно существовал довольно трудоемкий способ локального повышения контраста изображения, что давало ощущение повышения резкости — метод нерезкой маски. Одна из разновидностей этого метода такова: с оригинального негатива печатали на пленке несколько нерезкий позитив, потом оригинальный негатив и позитив складывали вместе и получали промежуточный негатив нерезкой маски. За счет сложения негативного и позитивного изображения области с малым градиентом плотности на нем практически выравнивались по плотности, и на их фоне резко проступали контуры деталей. Затем с него с увеличением контраста печатали саму нерезкую маску. Затем складывали с исходным негативом и печатали окончательное изображение. Нерезкая маска почти не влияла на области с малым градиентом плотности, зато подчеркивала границы деталей.
Рассмотрим действие этого приема на простом примере. Пусть у нас есть нерезкое изображение, приведенное слева на рисунке 14.
Разрез этого изображения приведен на рисунке 15 синими точками, слева область больших плотностей изображения, справа – меньших. Перепад плотностей в 5 единиц осуществляется на интервале в 6 пикселей и визуально граница не очень заметна. После изготовления описанным способом нерезкой маски (красная линия) и наложения ее на исходное изображение, получается картинка, приведенная на рисунке 14 справа. На ее разрезе (зеленая линия, рисунок 15) видно, что переход светлое – темное превратился в сложную картину светлое – очень светлое – очень темное – темное, перепад плотности стал 11 единиц на интервале в 6 пикселей, и визуально граница стала значительно рельефней.
Идеологически именно этот принцип лежит в основе действия фильтров и процедур нерезкого маскирования или контурной резкости в различных графических редакторах, например, Adobe Photoshop. В Photoshop этот фильтр — “Unsharp mask” («нерезкая маска») — имеет три параметра — Amount — степень увеличения контраста, в процентах, Radius — значение ширины контура, который подвергается воздействию фильтра, в пикселах, и Threshold — порог различия плотности изображения, которое считается достаточным для увеличения контраста (по умолчанию равен нулю). При работе с этим фильтров, изменяя значения параметров, можно сразу видеть эффект применения фильтра на исходном изображении. Увеличение Amount и Radius до некоторых разумных значений усиливает воздействие фильтра, увеличение Threshold — ослабляет. Значение Radius не должно превосходить размера деталей на изображении, иначе они будут потеряны. Выбирая значения параметров, нужно добиваться максимально возможного выявления деталей, но при этом не стоит доводить обработку до абсурда. Желательно не допускать чрезмерного визуального проявления побочного результата такой обработки — темных и светлых контуров, окаймляющих границы деталей, а также слишком контрастного, «пересушенного» изображения. Чем больше отношение сигнал/шум, тем более «жесткие» параметры фильтра допустимы, тем лучше могут быть выявлены детали. Если же в результирующем наборе было слишком мало кадров и полученное изображение зашумленное, применение этого фильтра приведет к выявлению не деталей, а шума и изображение «распадется» на пятна.
Справа на рисунке 13 приведен результат обработки среднего кадра нерезкой маской с параметрами 300% — 2.7 — 0. Применение более жестких параметром приводило к появлению яркого ободка по лимбу Марса и «увеличению» полярной шапки.
В Registax для выявления деталей изображения имеется иной механизм — т.н. вейвлеты (Wavelets). Его описание потребовало бы отдельной статьи, поэтому отметим только, что на основе информации о пространственном спектре изображение разбивается на шесть слоев, и вклад каждого слоя в итоговое изображение может быть установлен отдельно. В принципе, за счет большего количества свободных параметров этот механизм может дать лучшие результаты, чем нерезкая маска, но это преимущество проявляется, как правило, только на кадрах с малым шумом. Чрезмерное применение этого метода приводит к тем же негативным последствиям — появление светлой и темной каймы, слишком контрастных и неестественных изображений.
В любом случае, оба этих метода дают астрофотографу есть большое поле для проявления творческого подхода к обработке изображения и получения действительно хороших результатов. В дополнение к методам повышения резкости на этом же этапе можно применить весь арсенал настройки изображений — изменить яркость и контраст, поэкспериментировать с уровнями и кривыми тональной настройки — чтобы добиться наилучшего возможного изображения.
Продолжение: 9. Создание RGB композиций из изображений, полученных с фильтрами