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深空天体影像后期处理的笨办法  

2017-05-08 17:33:04|  分类: 天文观测与摄影 |  标签: |举报 |字号 订阅

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深空天体影像后期处理的笨办法 - 韦大宝 - 韦大宝的光影星空
       首先声明一点,这不是什么专业的教程。也就是工间课余打发时光而已。
       为何叫笨办法呢?其实根本还是人懒,不太愿意去认真研究每一种深空影像处理程序的使用方法。也从一个侧面印证了本人对影像处理的非专业性。不过在下以为,这方法能用。几乎每一步操作需要人工参与,可以直观地看到每一个步骤后影像的变化。当然好处就是在处理的过程中可以发现那些存在问题的影像而将它们剔除。还有就是当发现一帧影像存在些小瑕疵的时候可以适当的修复,避免十几分钟的曝光被浪费。当然,这只是对于像本人这种野外深空观测者而言的。对于有固定天文台的爱好者,这里可以忽略了。
      好了,言归正传。
      深空天体的数字影像到底应该处理成什么样子?本人以为,把相机拍摄到的所有信息表现出来就算圆满了。现实中看到很多朋友拍摄的影像要么没能把相机拍摄的所有信息处理出来,要么就是添加进去了本没有的信息。前者很可惜,既浪费了器材,又浪费了自己辛勤的付出;后者画蛇添足、弄巧成拙。
       深空天体数字影像处理的基本原则就是要进行严格的影像校准,说来简单,但出问题最多的也是这里。数字影像校准的原理就不多介绍了,标准公式:(亮场-偏置场-暗场)/平场。【注释一下,亮场:按照设定曝光参数拍摄的天体原始影像;偏置场:盖上镜头盖,与亮场相同的参数设置(除快门速度),0秒快门曝光的影像(对于单反相机就是最高快门速度曝光);暗场:与亮场完全相同的曝光参数和相同的温度(对于普通单反,温度这里就忽略吧。只能在亮场拍摄过程中前后穿插拍摄N多张),盖上镜头盖拍摄的影像;平场:对着均匀的白光版,使用亮场拍摄相同的器材拍摄的正常曝光的影像(可以适当提高一档曝光),没有白光板也可以在傍晚或者清晨对着亮度均匀的天空拍摄(反正不要拍出星点就好了)。】这公式看着很简单,不过不同的应用程序还会有不同的优化。至于怎么优化法,也没必要去深究,哪个效果好就用哪个。
      这个笨办法基本就是先用IRIS做影像校准,然后拜耳内插转彩色,转存TIFF文档后扔进DeepSkyStacker(以下简称DSS)里面去叠加,叠加完成再扔去PS里面做亮度与色彩的拉伸。在叠加前还可以对有瑕疵的影像(例如星点轻微拖线)进行适当修补。(注:IRIS和DSS都是可以在网络上免费下载的,IRIS请下载5.59以上版本,否则对较新型的单反相机不支持。这两个程序都很小,安装也方便) 
     先来说说影像校准。在整个校准过程中,影像数据都采用FIT格式。
  打开IRIS后首先要设定工作路径。打开File—Settings对话框。对于我这种懒人,除了CD-ROM外,其他都设成一样的路径。这个文件夹中将放置我们需要处理的全部数据,包括亮场、偏置场、暗场和平场。所以开始之前记得把拍摄的那一堆数据都拖进这个目录里面。
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      那么问题来了,对于数字单反相机来说怎么办。IRIS有个很简单的工具解决这个问题。
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         点击打开后是这样的:
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       再打开拍摄影像的文件夹(上图右侧),直接把需要转换的影像用鼠标拖进对话框。这里要注意的是,最好把亮场、偏置场、暗场和平场分开来转换。亮场影像文件名设定为L、偏置场文件名设定为OF、暗场文件名设定为DK、平场文件名设定为FL(当然可以设定为自己喜欢的任何名字,我习惯这样命名)。点击CFA按钮后,系统会自动把CR2影像数据批量转换成FIT格式,并且在你设定的文件名后加上数字编号(例如转换后的亮场文件会命名为:L1、L2、L3......)。完成上面的工作后,就会发现在工作目录中会有亮场文件L1、L2、L3......;偏置场文件OF1、OF2、OF3......;暗场文件DK1、DK2、DK3......和平场文件FL1、FL2、FL3......。当然,这些个文件都是FIT格式的文档。
   上面说的是单反相机的CR2数据文档的转换,如果使用深空相机直接拍摄的FIT文档,那就省去了这一步。直接拖进工作文件夹就可以了。不过需要手工更改文件名,文件名更改的原则和上面相同。
   前期准备工作就完成了,下面来做校准影像用的偏置场、暗场和平场。众所周知,为了得到更加准确的校准,校准场都会拍摄很多张来叠加,这个工作IRIS可以来完成。
   第一步、制作偏置场,打开Preprocessing—Make an offset对话框。
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        在上面的空格中输入偏置场文件的名字,注意,只需要输入名字,不要输入后面的序号,这里就是OF(实际的fit文件名称是OF1、OF2、OF3......);在下面的空格中输入所有偏置场文件中最后一个文件的序号。例如我这里有10张偏置场文件,那么最后一个文件就是OF10,那就输入10(意思是告诉系统我需要叠加多少张偏置场文件,如果输入的是6,那么只叠加其中的OF1~OF6)。当然,如果你输入的是11,系统就会提示没有发现文件OF11。好了,下面点击OK,系统统会弹出一个对话框和进度条,所有进度完成后,当前影像窗口显示的就是叠加后的最终结果(至于显示是一片黑还是一片白就不用理他了)。然后点击左上角的那个“磁盘”按钮,弹出保存文件对话框。这时候要注意了,给这个叠加后的偏置场要起一个好名字,避免和之前的那一堆混淆了。我一般就是“offset”,清晰明了。
      第二步、制作暗场,   打开Preprocessing—Make a Dark对话框。
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         上面三个空,第一和第三的填写方式同前面的偏置场,中间那个空就填刚才制作的那个偏置场的文件名。系统默认就是“offset”。你看,前面把制作好的偏置场命名为offset是很有道理的吧。最底下的叠加模式一般使用默认就好,无需调整。好了,下面点击OK,系统统会弹出一个对话框和进度条,所有进度完成后,当前影像窗口显示的就是叠加后的最终结果(通常是一片黑)。然后点击左上角的那个“磁盘”按钮,弹出保存文件对话框。同样要给这个叠加后的暗场起一个好名字,避免和之前的那一堆混淆了。我一般就是“DK”+曝光时间(例如DK180,即180s曝光的暗场),清晰明了。
        第三步、制作平场,   打开Preprocessing—Make a flat-field对话框。
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         这里有四个空要填,其中第一、二、四同前面的偏置场和暗场。至于第三个空就有点麻烦了,这里需要填入的是拍摄的平场影像各个像素的平均值。遗憾的是这个参数相机不会告诉你,如果使用系统默认的5000当然也能凑合。如果要准确点的,可以把拍摄的平场文件(FL1、FL2、FL3......随便拿一张就行)在MDL中打开,然后打开View—information Window对话框,点击一下Set from FITS按钮,再读取对话框上方信息栏中的Average的数值,把它填入第三个空中就可以了。好了,下面点击OK,系统会弹出一个对话框和进度条,所有进度完成后,当前影像窗口显示的就是叠加后的最终结果。然后点击左上角的那个“磁盘”按钮,弹出保存文件对话框。同样要给这个叠加后的平场起一个好名字,避免和之前的那一堆混淆了。一般我会命名为“Flat”,清晰明了。
       到此,我们已经有了三张非常重要的校准帧:偏置场offse.fit、暗场DKxxx.fit和平场Flat.fit。
       下面的工作就是对拍摄的亮场(L1、L2、L3......)按照前面说的公式进行校准。其实IRIS本身是可以完成这一系列工作的,而且还会有相应的优化。但本人比较讨厌的是这个过程会产生一堆的中间过渡文件,看着眼晕。还好,IRIS可以通过直接调用函数来校准影像,虽然不会有相应的优化,不过看着每一个校准的过程中影像的变化,至少心中还是有个底。有问题的亮场可以提前发现和剔除。当然就是需要手工作业,不过也不算复杂。像我这种野外打游击的观测者,一般来说一晚一个目标也就拍摄二、三十张。手工校准这些影像倒还不算辛苦。
       手工校准的步骤是,先在IRIS中打开一个亮场文档(例如L1),然后打开指令对话框。
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        这里需要调用两个内部函数。sub是减法函数,div是除法函数。调用函数的指令行格式是:“sub 被减去的文档名 100”(这个数值可以理解成PS中图层透明度的百分比,正常情况下都是100%)和“div 被除去的文档名 100”。前面的尖头是指令行的提示符,不用理会。上图的例子中,偏置场文件名是offset,暗场文件名是dk180,平场文件名是fl。每输入一行指令后,按回车键,你就会发现图像发生了变化。当三个指令全部执行完成后可能会出现的景象是眼前一片漆黑,什么都没有。没关系,这时可以拖动Threshold对话框中的上下两个按钮,一般上面的按钮向左拖动图像就变亮。注意,这只是预览,并不会实际调整影像。这个工具对话框只要运行IRIS就会出现的。
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        现在这张亮场就校准完了,不过目前它还是黑白影像。你可能会觉得奇怪,为何相机拍摄的彩色影像转成FIT后就变黑白了呢?其实原本相机拍摄的就是黑白影像,只是影像处理器在输出图像的时候要根据彩色CCD/CMOS前面的拜耳滤镜阵列的排列模式进行RGB赋值和内插,最终形成彩色影像。现在我们就要在IRIS中干这件事。点击Digital photo—Convert a CFA image,稍等片刻,图像就转成彩色的了(见下图)。以上步骤,QHY8L深空相机拍摄的FIT影像和Canon相机拍摄的RAW影像可以通过,其他的相机没试过了,因为我也没有。
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       好了,这张亮场的校准工作就全部结束了。现在点击左上角的那个“磁盘”按钮,弹出保存文件对话框。注意现在我们要把这张校准的亮场保存为TIFF文档(在保存类型中选择),至于文件名随便起,好用好记就行。我一般就是01、02、03......这样命名。一张处理完了就接着下一张,打开下一张亮场文档,然后在Command对话框中把光标移到第一行的末尾,按回车;再移到第二行的末尾,按回车;最后移到第三行的末尾,按回车,再转彩色,再保存。如此往复,实际上每次操作就是按按回车,点击几个按钮,保存文件而已。这样我们就得到了一组经过校准的TIFF格式亮场文档。在上面这些步骤中可以注意一下扣除暗场后影像的变化。因为在实际拍摄中偶尔会出现曝光时间与暗场不同的亮场影像,这些影像在扣减暗场后会出现明显的异常。这个我在使用QYH8L的时候就会经常出现,因为在拍摄过程即使中断曝光(例如有一团云遮挡了引导星),拍摄程序记录的曝光时间仍然是之前设定的时间,从文件名和信息上完全看不出这是一张曝光时间不足的影像。只有在校准过程中扣减暗场的时候可以看出来将其剔除。
       一般来说,这个时候就可以把这一堆亮场扔进DSS里面去叠加了。不过有时会遇到一些问题,例如,当把这些校准过的TIFF文档用PS打开,有时影像是一片漆黑的。这样的影像扔进DSS里面,在做星点识别的时候会有问题。简单的处理方法就是给所有的亮场影像乘以一个系数,把影像变亮就好了。简单的方法就是扔进PS里面,打开Levels(色阶)对话框,在“输入色阶”下方的三个空格中,尝试将最右的那个空格中的数值改小(默认是255),原则就是只要能看到星点即可。记下这个数值,然后每一张亮场的TIFF文档都调整成一致(可以简单的做一个动作记录,每次执行动作就好了),然后保存即可。其实在这个过程中可能还会发现影像中的一些瑕疵,例如星点有轻微拖线。简单的修复方法就是将原图复制一个图层,然后图层叠合模式改为“变暗”。选择“移动工具”,点击键盘的上下左右键,你会发现星点会变形,调整到圆形就好。一般来说,轻微的拖线调一两下就可以了,太多就不行了。同时这种修复也是以损失影像的细节为代价。一般二十来张亮场中有个一两张问题不大,多就不要了。然后拼合图层保存影像。
       下面就可以将这一堆校准过的亮场扔进DSS里面去叠加了。实际上这里只用到了DSS的叠加功能。打开DSS,然后点击“开启影像档”,把校准过的亮场全部拖进去。然后点击“勾选全部”,接着点击“侦测勾选影像中的星点”,这个一般用默认设定就好。侦测完成后点击“叠合勾选之影像”,注意这里要设定一下叠合参数,“天体影像”选项中,勾选“kappa-sigma减去法”,这个模式可以有效剔除影像中的离群值(例如人卫、飞机什么的)。毕竟DSS的叠加功能还是很傻瓜的,效果也不赖。叠加过程全自动,无需人工参与。完成后保存影像就可以了。下面的工作就是可以交给PS去做了。
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        PS的工作就是对影像的明暗和色彩进行拉升,同时调整色彩的平衡。一般来说叠加完成的TIFF文档在PS中打开都会很暗,甚至是一片漆黑。没关系,调出Curves(曲线)对话框,适当向上拉伸,注意这个工作要分多次来做,因为在PS中如果一次大幅度拉升曲线,会出现严重的色阶断层现象。内在的原因就不多作说明了(这是PS的短板,在PI中不会有这个问题)。必要的时候还需要做人工平场,这个用PI做是比较简单的,IRIS也能做,只不过有点麻烦。
        其实个人以为,经过校准和叠加后的影像放在PS里处理更多是看个人喜好了。有人喜欢清淡飘逸、有人喜欢浓墨重彩。这都无可厚非,不就是个爱好嘛,又不是搞专业的天文观测。那为啥又要做严格的影像校准呢?前面已经说过了,就是为了能够把相机捕捉到的信息全部表现出来。否则怎么对得起自己的辛苦呢?
 
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