Обробка зображень об’єктів глибокого космосу за допомогою програми Images Plus

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

До популярних безкоштовних програм, які використовують професійні астрономи та аматори, належить Images Plus. Ця програма  розроблена досить давно, оновлення до неї наразі не виходять. Попри це, вона користується популярністю завдяки вдалому набору алгоритмів.

Програма має супровідний окремий модуль Camera Control, який відповідає за управління фотоапаратом або камерою разом із електрофокусером та колесом фільтрів. Цей модуль можна встановити додатково. Проте для обробки зображень достатньо головної складової  Images Plus.

Важливою складовою цієї програми є наявність пакетної обробки вихідних даних включно з конвертацією форматів. Це спрощує процес попередньої обробки  (pre-processing). Пакетна обробка можлива навіть за відсутності калібрувальних файлів. Програма здійснює тривалу попередню обробку зі збереженням проміжних файлів у папці з основними світлинами. Для цього на диску обов’язково має бути достатньо вільного простору. Для пакетної обробки потрібно попередньо обрати тип камери з великого списку та зазначити настанови до обробки вихідних кадрів. Якщо експонування відбувалося з типовими параметрами камери, то настанови не змінюються. Попередня обробка набору кадрів здійснюється з повним використанням можливостей процесора. Тому вона може бути досить тривалою. Весь цикл обробки зображення ділиться на два етапи: попередня обробка вхідного матеріалу зі складанням кадрів (pre-processing) та остаточна обробка отриманого зображення (post-processing). Алгоритм остаточної обробки зображення може змінюватися залежно від якості отриманого матеріалу. Загалом він містить такі кроки:

1. Розтягнути гістограми зображення.
2. Кадрувати зображення.
3. Калібрувати колір фону.
4. Відрегулювати чіткість об’єктів.
5. Прибрати градієнт фону.
6. Відрегулювати насиченість зображення.
7. Зберегти зображення у зручному форматі.

Кроки послідовності занотовуються до протоколу та можуть бути збереженими у вигляді шаблону для подальшого застосування до інших світлин. Загалом програма містить великий перелік інструментів, кожен з яких користувач може застосовувати з певною метою. Є можливість графічного доопрацювання з використанням «масок». У роботі буде використовуватися лише базовий набір команд.

Хід роботи

1. Створіть папку для обробки під назвою Images Plus та підпапки lights, darks, flats і biases.

2. Скопіюйте всі вхідні кадри у вказані папки.

3. Запустіть програму Images Plus та ознайомтеся з інтерфейсом.

4. Оберіть .

5. У вікні налаштувань попередньої обробки вкажіть параметри камери.

6. Перемикаючись між вкладинками вікна, оберіть та скопіюйте всі вихідні кадри з попередньо створених папок.

7. Поверніться на вкладинку Process і встановіть позначки Normalize, Grade, Aline, Combine.

8. Запустіть процес автоматичної обробки, обравши кнопку Process. Під час пакетної обробки програма повідомлятиме про свої кроки в цьому вікні.

9. Дочекайтеся завершення процесу та для відтворення результуючого кадру оберіть Display Combination.

10. З’явиться вікно з результатом без попереднього розтягу гістограми (зображення буде темним). Закрийте вікно обробки, обравши Done.

11. Оберіть у верхній стрічці меню Stretch – ArcSinH.

12. Вікно, що з’явиться, містить низку налаштувань, які будуть застосовуватися для корекції гістограми зображення. Попередньо встановіть параметри, вказані на рисунку, та, почергово рухаючи ковзунки налаштувань, з’ясуйте вплив кожного з них на якість зображення. Положення цих ковзунків може добиратися конкретно до інших зображень.

13. Оберіть Apply та Done після оптимального, на ваш погляд, налаштування гістограми.

14. Для кадрування зображення (видалення артефактів на краях), оберіть у верхньому меню та, затиснувши ліву кнопку миші, виділіть на зображенні потрібну ділянку. Попереднє зображення можна закрити.

15. Для налаштування кольору фону зображення оберіть Color Balance.

16. У вікні, що з’явиться, встановіть позначку, як показано на рисунку; потім лівою кнопкою миші вкажіть на зображенні, точку, що належить до фону. Ковзунками налаштувань можна змінити кольоровий баланс фону та його насиченість.

17. Оберіть Apply та Done.

18. Щоб змінити чіткість зображення, оберіть у верхньому меню .

19. Вікно зміни чіткості містить ряд ковзунків, які керують певними шарами на зображенні. Найвищий у верхній половині вікна відповідає за дрібні деталі. Для якісного налаштування варто збільшити зображення у вікні за допомогою кнопок у верхній частині меню програми. Рухаючи ковзунки, доберіть найкращий на ваш погляд варіант чіткості. Для туманних об’єктів чіткість зазвичай потрібно знижувати.

20. Оберіть Apply та Done.

21. Якщо на зображенні помітний градієнт яскравості фону, оберіть .

22. У вікні, що з’явиться, оберіть налаштування, вказані на рисунку, та, затиснувши ліву кнопку миші, вкажіть точки на світлині, розставивши їх на краях та в центрі зображення. За потреби можна змінити рівень чорноти фону.

23. Оберіть Apply та Done.

24. Для остаточного балансу насичення кольорів зображення оберіть Stretch – Micro Curves.

25. Вікно, що з’явиться, дає змогу відрегулювати співвідношення рівнів насиченості об’єктів зображення та фону. Це можна зробити, переміщуючи червоні крапки на кривій рівнів. Доберіть їхнє оптимальне положення та оберіть Apply і Done.

26. Збережіть зображення у зручному для вас форматі та надайте йому відповідне ім’я, обравши у верхньому рядку функцію збереження або збереження копії у меню File.

27. Якщо вас влаштовує отриманий варіант, очистіть папки Images Plus.

Аналіз даних

Проаналізуйте отримане зображення та спробуйте опрацювати вхідні дані за допомогою інших програм. Порівняйте результат.