Deconvoluție: măști, PSF și repararea stelelor (o privire istorică)

Acest articol este alcătuit din notițele despre deconvoluția manuală, scrise între 2020 și 2022, înainte de apariția BlurXTerminator. Astăzi, în PixInsight, acest pas a fost în mare parte înlocuit de instrumente de inteligență artificială (AI) precum BXT – mai rapide și mai bune, fără să mai fie nevoie de o grămadă de măști făcute manual. Totuși, înțelegerea principiilor deconvoluției manuale și a problemelor pe care le rezolvă rămâne foarte valoroasă: arată ce rezolvă BXT în culise și ajută la identificarea problemei atunci când apare o dificultate.

Ce face deconvoluția și de ce se face în etapa liniară

Să începem cu o măsurătoare. În PixInsight există un script numit FWHMEccentricity, care poate măsura și trasa distribuția FWHM (lărgimea la jumătatea maximului) și a Eccentricity (excentricitate). Am comparat stelele înainte și după deconvoluție: după deconvoluție, FWHM-ul stelelor Moffat4 s-a redus sub 2 în toate cazurile, iar Eccentricity s-a îmbunătățit și ea.

Pe scurt, ce înseamnă aceste două valori:

Cu cât FWHM-ul este mai mic, cu atât stelele par mai mici;
Cu cât Eccentricity este mai mică, cu atât stelele par mai rotunde.

Acesta este exact motivul pentru care se recomandă efectuarea deconvoluției în starea liniară – acest procedeu face stelele, în mod concret, mai mici și mai rotunde.

Comparația distribuțiilor FWHM și Eccentricity ale stelelor înainte și după deconvoluție

Câteva premise suplimentare pentru realizare: la imaginile color, extrageți mai întâi canalul de luminanță, apoi continuați; imaginea trebuie să fie în stare liniară. Dacă folosiți o cameră monocromă, în etapa liniară aplic întotdeauna deconvoluția pe canalul de luminanță, iar diferența dintre înainte și după este foarte evidentă (se vede deosebit de clar la o mărire de 300%). Imaginile de la o cameră color pot fi prelucrate la fel – este suficient să extrageți canalul de luminanță.

Comparația canalului de luminanță al unei camere monocrome înainte și după deconvoluție

Metoda de odinioară: PSF, Local Support și Object Mask – niciunul nu poate lipsi

Înainte, mi se părea mereu că deconvoluția în PixInsight e ceva foarte greoi și complicat – e nevoie și de PSF, și de Local Support, și de Object Mask. Mai târziu mi-am dat seama că, de fapt, toate acestea sunt destul de elementare; după câteva repetări și obișnuință, lucrurile merg de fapt destul de repede.

Adevăratul blocaj nu este în acești pași înșiși, ci în măști. La prelucrarea unei singure imagini, se fac în medie cel puțin cinci-șase măști. Cel mai mare blocaj din prelucrare, la vremea aceea, se producea de fapt la nivelul creierului uman, nu al computerului – computerul rulează foarte rapid; omul este cel care trebuie să judece una câte una și să le picteze una câte una.

Captură de ecran cu pașii și măștile implicate în deconvoluția unei galaxii (chenarele roșii marchează pașii legați de deconvoluție)

Cele mai frecvente două probleme ale deconvoluției manuale

În epoca manuală, cele mai supărătoare probleme ale deconvoluției se concentrau mai ales în zonele nebuloaselor luminoase:

Stelele slabe din nebuloasele luminoase au mereu un inel negru în jurul lor;
Stelele strălucitoare din nebuloasele luminoase se deteriorează în centru.

Ambele probleme sunt cauzate, în esență, de o mască de deconvoluție realizată necorespunzător. Pe atunci am încercat să ajustez Local Support, dar diferența a fost mică; nici după ajustarea măștii situația nu s-a îmbunătățit decât ușor și părea imposibil de eliminat complet. Exemple tipice de astfel de nebuloase luminoase sunt M42 și NGC 3372.

Problemele de inele negre și de deteriorare a centrului stelelor strălucitoare produse de deconvoluție în zonele nebuloaselor luminoase

Prețul unei măști realizate necorespunzător: Hard Edge

Importanța măștii se vede cel mai clar din comparația de mai jos. Imaginea din stânga este o lucrare prelucrată acum doi ani, iar cea din dreapta este o lucrare mai recentă; ambele au fost realizate cu un sistem CDK de 17 inchi sau mai mare.

Imaginea din stânga arată exact problema obișnuită atunci când masca stelelor mari din deconvoluție nu este bine realizată: luminozitatea stelelor mari se contractă excesiv, creând o margine abruptă (hard edge). Apropo, Topaz Denoise AI produce aceeași problemă și atunci când este folosit fără nicio mască – de aceea nu recomand folosirea lui directă fără mască.

Comparație între o lucrare veche și una nouă, arătând hard edge cauzat de o mască a stelelor mari realizată necorespunzător

Uneori, în loc de o mulțime de explicații scrise, e mai bine ca timpul respectiv să fie folosit pentru a pune la punct stelele. Această vorbă se potrivește deosebit de bine erei deconvoluției manuale – reușita sau eșecul ei depindeau aproape în întregime de această muncă anevoioasă a măștilor.

Încheiere

Astăzi, BXT a simplificat toate acestea: nu mai e nevoie să faceți manual PSF, nu mai e nevoie să pictați cinci-șase măști, iar consecințele unei măști realizate necorespunzător, precum inelele negre și hard edge, sunt evitate în mare măsură. Dar obiectivul pe care deconvoluția urmărește să-l atingă nu s-a schimbat niciodată – să facă stelele mai mici și mai rotunde, recuperând detaliile estompate de atmosferă și de sistemul optic. Odată înțeles cu ce se confrunta era manuală, devine mult mai clar ce muncă vă economisește, de fapt, BXT.