Обробка зображення поверхні Місяця

Автор Чернецький Ігор
Завідувач відділу створення навчально-тематичних систем знань НЦ «Мала академія наук України», кандидат педагогічних наук, голова Всеукраїнської громадської організації «Асоціація учителів фізики “Шлях освіти – ХХІ”». Наукові інтереси: моделювання освітніх та навчальних середовищ загальноосвітніх і позашкільних навчальних закладів з урахуванням трендів розвитку сучасних засобів навчання.

Теоретична частина

Зображення Місяця сучасні CCD камери або фотоапарати можуть формувати у вигляді окремих фотознімків або ж відеороликів. Оскільки Місяць є яскравим об’єктом, отримати відеоролик з частотою 30 кадрів на секунду не є проблемою для чутливої матриці астрокамери або навіть для звичайного фотоапарату. При зйомці відеоролика використовується принцип отримання максимальної кількості відеокадрів. Адже чим більша їхня кількість, тим більше якісних кадрів програма може відібрати для подальшого накладання та опрацювання. Оскільки при зйомці використовується телескоп як об’єктив з великою фокусною віддалю, масштаб зображення буде досить великим, щоб на цьому тлі почали впливати збурення атмосфери. Тому у відеоролику є розмиті кадри, які програма має вилучити.

Спеціалізована програма для комплексної обробки відеороликів поверхні Місяця, Сонця або планет називається RegiStax 6. На сьогодні це остання оновлена версія програми. У ній реалізовані  основні функції, необхідні для опрацювання вхідних даних, а саме: вирівнювання кадрів, відбір кадрів за якістю, утворення складеного кадру або «стека» і подальша обробка цього кадру з використанням різноманітних графічних алгоритмів.

Вирівнювання кадрів необхідно, оскільки навіть при найточнішому веденні монтування телескопа існують збурення атмосфери, які змінюють хід світлового променя. Програма вирівнює кадри навіть тоді, коли ведення телескопа неідеальне або взагалі відсутнє. Після вирівнювання вона автоматично здійснює аналіз кадрів за якістю і сортує їх у порядку зменшення якості зображення.

Процес вирівнювання та сортування займає найбільше часу. В залежності від продуктивності процесора ПК, кількості кадрів у ролику, розміру самого кадру (кількості пікселів), кількості точок, за якими ведеться вирівнювання, цей час може варіюватися від кількох хвилин до кількох годин. Тому важливо встановити оптимальні параметри для процесу вирівнювання в рамках розумного використання часу.

Після завершення процесу вирівнювання та сортування необхідно визначити оптимальну, з точки зору користувача, кількість кадрів для отримання стека. Кількість кадрів добирає сама програма в рамках оптимальної з точки зору обробки, але користувач має можливість її змінювати. Якість кожного кадру оцінюється за графіком, який користувач може відкривати автономно. Вирішивши, яка кількість кадрів є оптимальною, користувач встановлює програмі обмеження на сумування кадрів, або ліміт. Після цього програма починає роботу з утворення стеку.

Стек – це особливий кадр, що містить усю інформацію про найкращі кадри. Це певний сумарний багатошаровий кадр. Зовні він не відрізняється від будь-якого іншого кадру з відеоролику. Але завдяки тому, що він складений з найкращих кадрів, за допомогою оперування додатковими алгоритмами, або шарами, з нього можна отримати найчіткіше зображення об’єкта зйомки.

Подальша обробка відбувається в цій же програмі. Досягнувши найкращої чіткості та кольоровідтворення, користувач зберігає кадр в одному з поширених форматів. Подальшу обробку кадру можна здійснювати в будь-якому графічному редакторі.

Хід роботи

1. Завантажте відеозапис поверхня Місяця з ресурсу http://www.skyimaging.com/astronomy-videos.php#LUNE
2. Відкрийте відеозапис Місяця, що міститься в папці роботи, за допомогою звичайного відеплеєра та перегляньте його повністю.
3. Запустіть програму RegiStax 6 .
4. Оберіть Select і вкажіть файл відеозапису Місяця.
5. Перевірте наявність та відсутність маркерів у полях, зазначених на малюнку.

Ці маркери встановлюють, що зображення обробляється в кольорі, повністю розміщується в робочому вікні та на ньому відтворюється вікно, в якому буде побудовано графік якості кадрів.

5. Оскільки зображення містить елементи поверхні Місяця, розміщені по всьому кадру, треба дати програмі автоматично обрати точки вирівнювання кадрів. Для цього натисніть . Програма обере декілька сотень точок, кількість яких зазначається у лівому полі програми . Кількість можна регулювати в будь-який бік, пересуваючи регулятор або вводячи цифрове значення. Пам’ятайте, що велика кількість точок вирівнювання завжди збільшує час первинної обробки зображення. Точки вирівнювання можна також задавати вручну, підводячи курсор маніпулятора і натискаючи ліву клавішу.
6. Натисніть . Почнеться процес вирівнювання та сортування за якістю всіх кадрів відеозапису. Процес може тривати більше 10 хв. Відсоток виконання операції відтворюється в лівому нижньому вікні. Дочекайтеся завершення.
7. По завершенні процесу в додатковому вікні буде виведено графік відсотку якості кадрів від їхнього порядкового номеру. Програма запропонує вам свій варіант обмеження кількості кадрів за якістю, який буде позначено вертикальною смугою на графіку.                                                          
8. Переміщуючи повзунок під вікном зображень, можна змінювати цю кількість.
9. Після встановлення оптимальної, на ваш погляд, кількості кадрів, оберіть .
10. Оберіть . Розпочнеться утворення стек-кадру. Процес може тривати кілька хвилин. Дочекайтеся завершення.
11. Оберіть  і збережіть стек-кадр.
12. Перейдіть у вкладинку остаточної обробки. Оберіть .

Зверніть увагу на маркери в лівій частині вікна програми. 

13. Використовуючи повзунки різних шарів, спробуйте досягнути оптимальної чіткості фрагменту зображення, розташованого в центрі кадру. Верхні повзунки відповідають за підвищення чіткості на дрібних деталях. Нижні – на великих. Цей процес є тривалим і творчим. Маркери у верхній частині над повзунками дають змогу використовувати різні алгоритми обробки зображення. Зазначене розміщення оптимальне для обробки зображення Місяця, хоча ви маєте можливість експериментувати з будь-яким іншим поєднанням маркерів. Готового рецепту для будь-якого зображення не існує.
14. Досягнувши оптимальної якості зображення в робочому полі, оберіть . Програма автоматично застосує обраний алгоритм для всього зображення. Пам’ятайте, що на цьому етапі можна змінити все, вертаючи повзунки на інші положення і натискаючи .
15. Збережіть отримане зображення, обравши один із запропонованих форматів.
16. Праве вікно цієї вкладинки дає можливість застосувати велику кількість коректив до самого зображення. Зберігши зображення, спробуйте визначити, за що відповідають функції цього вікна.

Після завершення роботи створіть окрему папку з вашими результатами та перемістіть отримані світлини в неї, видаливши з основної папки практикуму.

Аналіз даних

.