Автор Тема: "Луковые кольца"  (Прочитано 1699 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Артём

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 22 068
    • Просмотр профиля
    • AstroDrome
"Луковые кольца"
« : 26 Август 2010, 01:10:42 »
0
Артефакт досаждающий, и, как оказывается, имеющий несколько причин. Попробуем разобраться не спеша. Проявляется в основном на дисках планет, хотя можно его получить и при съемках других объектов, как ступенчатые изменения яркости или цветности там, где, в общем-то, должен быть плавный градиент. Есть некоторые соображения, как-нибудь развернуто напишу, а пока список факторов, влияющих на их появление. В общем, то это довольно разные вещи и проявляются те или иные в зависимости от конкретных условий съемки или обработки. Большинство операций увеличения четкости вейвлетами, деконволюцией, нерезкими мазками приводит к дальнейшему развитию эффекта.

1. Грубое сжатие динамического диапазона снимка, например обрезкой или округлением младших разрядов значений яркости точек.
В основном, свойственно камерам с более чем 8-битной внутренней разърядностью (к примеру 10 бит) в режиме 8-битного вывода. Динамический диапазон при этом, чаще всего, не переквантовывается, а округляются или отбрасываются младшие биты. Тоже можно найти в некоторых видеокомпрессорах, уменьшающих разърядность красного и синего канала в пользу зеленого (это оправдано для тиви-дивиди, но для тонких вещей не хорошо).
Соответственно, рекомендации: стараться снимать в полной разрядности (при необходимости, сконвертировать к 8-битам можно позже).

2. Недостаточная экспозиция или усиление (или их комбинация), при которых задействована только часть разрядной сетки.
Тут главную негативную роль, по-видимому, играет шум камеры, ограничивающий чувствительность. Упрощенно представляя, на краю диска планеты (особенно с атмосферой) яркость изображения стремится к нулю. Поскольку камера всегда обладает неким динамическим шумом, край диска планеты становится здорово зашумлен, при сложении шум усредняется, край темнеет, но градиент в нем не сохраняется, а заменяется на полосу (кольцо) примерно одинаковой яркости. Эффект тем выраженее, чем больше кадров в стеке (при небольшом количестве кадров - край "источенный", тоже ничего хорошего, но уже кольцо вокруг не дает).
Рекомендации: стараться использовать весь динамический диапазон камеры, подгоняя выдержку или усиление (желательно, чтобы оно было одинаковым для светлой и темной части гистограммы) так, чтобы заполнить хотя бы 3/4 гистограммы. На глаз это не легко сделать, но большинство софта для съемки, как специализированного, так и общего назначения (VirtualDub, к примеру), позволяют видеть гистограмму в реальном времени и подобрать по ней выдержку/усиление. Также, влияние оказывает передаточная кривая, параметр gamma, т.к. его отклонение от линейного в сторону усиления темных пикселей, способствует уменьшению отношения сигнал-шум вообще и особенно у края. Встречаются в сети рекомендации немного "просадить" гамму, но это работает, если камера достаточно чувствительна и позволяет сохранить достаточную яркость картинки на разумных выдержках.

3. Недостаточная спокойная атмосфера (seeing).
Очень коварная штука. Во-первых, негативно влияет на пункт №2 - принуждает выставлять короткие выдержки, чтобы "заморозить" волнение атмосферы, а во-вторых, приводит к заметной разнице между соседними кадрами засчет деформации изображения. При сложении в стек картинка усредняется, однако край теряет градиент, т.к. собран из кадров с существенно различающейся информацией (детали на диске тоже потеряют контраст). Далее любая операция повышения контраста обнаружит эту границу.
Рекомендации: главная - не снимать при плохой атмосфере. Но найти хорошую, да еще и там где удобно - весьма не частая удача. Если все же снимать надо - выдержку подобрать покороче, стараясь, все же, не сильно обидеть пункт №2. При выравнивании перед сложением в стек настроить автомат на оценку качества границы, ее резкости (часто надо несколько точек) и безжалостно выкидывать из стека кадры, заметно отличные от исходного. При такой селекции потребуется много кадров, возможно, 3-5 тысяч, чтобы можно было свободно выбирать. Альтернативный вариант (не испытанный пока на практике, но гипотетически рабочий) - поставить выдержку так, чтобы усреднить атмосферное размывание на кадре. Набрав несколько тысяч кадров - закинуть их в стек и надеяться, что в среднем все будет лучше. Наименее хлопотный вариант, но большого качества тут точно не получить, да и несколько тысяч кадров на сравнительно большой выдержке могут потребовать слишком длинной серии, при том, что Юпитер, например, заметно поворачивается за считанные минуты.
 
4. Для некоторых цветных камер (а также ч/б, имеющих одинаковую с цветными логику работы для унификации) - наличие разных и, как правило, нерегулируемых пользователем, коэффициентов усиления для разных цветов (QHY5, к примеру, и, вероятно, прочие подобные КМОП-камеры на чипах Micron, а также VAC-135), причем соотношение этих коэффициентов не является постоянным, а хитрым образом зависит от выдержки и "общего" усиления.
Т.к. самым популярным способом получения цветного изображения является наложение на сенсор матрицы светофильтров (отдельный пиксель при этом отвечается за сравнительно небольшую часть спектра), достижение нужного цветового баланса выполняется путем регулировки вклада того или иного цвета отдельным усилителем. Трудность в том, что у пользователя не всегда есть возможность унифицировать усиление всех каналов. Тут то и проявляется эффект того, что, например, синий канал значительно более темный (и у края быстрее других каналов уходит в ноль и нарушается баланс цветов), а его программное усиление приводит к возрастанию цветового шума.
Рекомендации: идеально - не иметь дел с такими камерами. Опять же, съемку на монохромный сенсор (и желательно, ПЗС) через светофильтры можно рекомендовать как потенциально более качественную. Но, если фактор стоимости камеры и скорости съемки (в частности, сложно успеть набрать достаточное количество кадров в трех каналах, пока Юпитер не повернулся, приходится применять сложение цветов в более сложном ПО с коррекцией вращения) является превалирующим - придется экспериментировать с настройками камеры, чтобы получить как можно меньшую разницу. В случае с QHY5, разработчики планируют в будущем добавить программную функцию калибровки усилителей. Также рекомендуют использовать кадры плоского поля (само собой, снятые в raw формате и применяющиеся к таким же исходникам).
Для QHY5V (цветной) эффект очень сильно зависит от установки Gain. В общих чертах - чем выше gain, тем менее проявляется эффект. Но, само собой, вылазят шумы, в том числе паттерн считывания КМОП-сенсора, борьба с которым по уму требует съемки дарков. (патамушта там в софте перепутана функция галочки сжатия ДД была...)

5. Аберрации оптики, в частности хроматизм увеличения, в некоторых случаях - виньетирование.
Объектив рефрактора и линзовые элементы в проекционных адаптерах, линзах Барлоу и т.п. могут давать заметный хроматизм увеличения, когда изображения разных цветов отличаются по масштабу.
Рекомендации: не снимать, если оптика дает значительный хроматизм. Или использовать монохромный сенсор и светофильтры, при комбинировании программно масштабируя каналы. Для цветных камер применимо разделение картинки на каналы, масштабирование и обратная сборка (до повышения резкости), но пригодность результата зависит от качества светофильтров. Также следует избегать виньетирования, уменьшающего яркость края еще больше.

6. Наличие у цветных камер на сенсоре матрицы светофильтров и особенности получения цветовой информации.

Оффлайн Артём

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 22 068
    • Просмотр профиля
    • AstroDrome
Re: "Луковые кольца"
« Ответ #1 : 22 Май 2018, 17:09:52 »
0
Время показало, что п.п. 4, 5, 6 не являются особо значимыми на практике. А вот влияние сиинга п. 3 и компрессия в камерах - наоборот, дают большую часть проблем.

Соответственно,
7. Некоторые зеркалки или веб-камеры передают поток в формате M-JPEG (MJPG). При этом в области слабых контрастов (край диска) происходит потеря градиентов (особенно в синем и красном каналах). Примерно также проявляется компрессия MPEG-4/H.264, да и в принципе почти любая компрессия с потерями. Соответственно, более лучший вариант - съемка в форматах RGB24 или хотя бы YUV. При этом яркостная компонента практически не теряет градиента, а цветовые искажения почти не заметны.