Обробка зображень об’єктів глибокого космосу за допомогою програми Fitswork

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 Fitswork. Ця програма, розроблена німецькими аматорами, є універсальним інструментом обробки астрономічних зображень.

Fitswork зорієнтована на пакетну обробку вихідних файлів (pre-processing) та остаточну обробку (post-processing) за допомогою багатьох вбудованих алгоритмів.  Важливою складовою є наявність пакетної обробки вихідних даних різних форматів. Програма не потребує встановлення в систему, тож під час роботи не завантажує роботу процесора. Попередню обробку можна здійснювати навіть без калібрувальних кадрів. Програма не зберігає проміжні файли у процесі обробки, а тому не вимагає значного місця на диску.

Найчастіше Fitswork використовують для остаточної обробки кадру, отриманого після складання в інших продуктах. Це пояснюється деякими унікальними алгоритмами, які набагато ефективніше в ній реалізовані.

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. Виконуючи кожнен крок остаточної обробки, програма щоразу відкриває нове вікно із зображенням, до якого буде застосовуватися інструмент програми. Попередні зображення зберігаються на екрані. Якщо користувача не влаштовує результат виконання алгоритму, можна повернутися до попереднього зображення, закривши наступне.

Загалом послідовність обробки містить такі кроки:

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

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 базовий набір команд із використанням маски. Кадри отримані за допомогою цифрового фотоапарата.

Хід роботи

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

2. Скопіюйте усі вхідні кадри у вказані папки.

3. Запустіть програму Fitswork та ознайомтеся з інтерфейсом.

4. Оберіть Open та відкрийте один кадр із папки з основними кадрами lights. Відкриється вікно з чорно-білим зображенням кадру.

5. Оберіть у верхньому меню .

Це процедура дебаєризації кадру.

6. У вікні, що з’явиться, необхідно дібрати параметри особливого файлу, який відповідатиме за колір послідовності основних зображень. Установіть параметри, відтворені на малюнку, та оберіть Generate Image.

7. Розгляньте кольорове зображення кадру. Якщо фон зображення буде близьким до відтінків сірого, це буде достатнім співвідношенням вагових коефіцієнтів кольорової маски. Якщо ні – змінюйте ці коефіцієнти в нижній частині вікна та щоразу обирайте Generate Image. Зверніть увагу на те, що позначка біля Camera Colorprofile має бути знята. Якщо вас влаштував колір, оберіть піктограму збереження, вкажіть ім’я файлу та збережіть цей файл у папці Fitswork окремо від папок із кадрами. Оберіть Cancel. Попередню світлину можна закрити.

8. Оберіть File – Masterdark/-flate Combining. З’явиться вікно, в якому потрібно сформувати завдання для створення Master кадрів. Знайдіть на диску та «перетягніть» кадри з папки darks у відповідну вкладинку вікна. Оберіть Process. Перевірте папку darks на наявність файлу Masterdark.

9. Очистіть список файлів та повторіть дію для папки biases, перетягнувши вихідні кадри у вкладинку darks. Зазначте шлях і назву вихідного файлу Masterbias.

10. Очистіть список файлів і повторіть дії з кадрами Flats, перемістивши їх у вкладинку flats. Закрийте вікно, обравши Cancel.

11. Оберіть File – Batch Processing. Відкриється вікно налаштувань пакетної обробки вихідних кадрів. У цьому вікні потрібно буде вказати всі кроки, потрібні для запуску автоматичної обробки. Перемикання між кроками здійснюється стрілками, розміщеними по боках правої частини вікна.

12. На першому кроці вкажіть у Start files папку, де розміщені початкові кадри Lights, та виділіть їх усі у відкритому вікні. Відкрийте Destination File та зазначте розміщення й ім’я результуючого файлу.

13. Перемкніться кнопкою зі стрілкою праворуч на наступний крок. Оберіть .

14. Зазначте шлях до файлу Masterdark і встановіть позначки Hotpixelcorrection та Equalize Temperature.

15. Перемкніться на наступний крок та виконайте попередні дії для файлу Masterbias.

16. Перемкніться на наступний крок. Оберіть Divide an Image. Зазначте шлях до файлу Masterflat, установіть позначку Automatic Scaling.

17. Перемкніться на наступний крок. Оберіть Debayer Raw Image та вкажіть шлях до файлу, створеного на кроці 7.

18. Перемкніться на наступний крок. Оберіть Add to destination Image. Установіть параметри, вказані на рисунку.

19. Оберіть Start. На зображенні, яке з’явиться, затиснувши ліву кнопку миші, виділіть 5-10 зірок, обвівши їх прямокутниками. Натисканням правої кнопки можна знімати виділення. Зірки потрібно обирати на різних ділянках зображення. Це будуть зірки вирівнювання, за якими накладатимуться кадри.

20. У вікні Alignment Control оберіть Ok. Програма опрацює перший кадр і перепитає, чи залишилися зірки вирівнювання в ділянках прямокутників. Якщо так, установіть позначку No more Controlling та оберіть Ok. Далі програма буде виконувати обробку кожного кадру зображення та вирівнюватиме їх. Якщо у програми виникнуть сумніви стосовно якості кадру, вона зупиниться і запропонує не враховувати цей кадр. Дочекайтеся завершення роботи алгоритму.

21. Перейдіть до завершальної обробки отриманого кадру. На початку проведіть калібрування кольорів. Оберіть на зображенні ділянку без зірок, натисніть праву кнопку миші та оберіть Area 15×15 as Blacklevel. Оберіть зірку, колір якої можна вважати білим, та повторіть попередню дію, обравши Area 15×15 as Whitelevel. Зображення змінить колір наближено до дійсного.

22. Затиснувши ліву кнопку миші, виділіть на зображенні частину без артефактів та оберіть у верхньому меню іконку Cut off.

23. Оберіть піктограму гістограми у верхньому меню. На вікні гістограми натисніть правою кнопкою миші та оберіть

.

24. Гістограма розтягнеться відповідно до внутрішнього алгоритму. Переміщуючи ковзунки гістограми, можна змінювати співвідношення яскравості об’єкта та фону.

25. Перейдіть до видалення шуму на зображенні. Оберіть Processing – Blur Filter – Noise Filter. Виділіть на збільшеному зображенні ділянку без зірок, затиснувши ліву кнопку миші. Установіть параметри ковзунків у деяке певне положення та оберіть Calculate. Розгляньте результат у виділеній частині зображення. Зміщуючи ковзунки, натискаючи щоразу Calculate, доберіть положення, за якого шум на зображенні буде подавлений. Приберіть виділення правою кнопкою миші та знову оберіть Calculate. Дочекайтеся результату та оберіть Ok.

26. Для повної очистки градієнту на зображенні оберіть Processing – Background Flatten – Variable Flatten. Це застосування маски для обробки зображення.

27. У вікні, що з’явиться, можна за допомогою лівої кнопки миші виділити ділянку, де розташований об’єкт, якщо це протяжний об’єкт. Ковзунками в нижній частині доберіть покриття зірок так, щоб видалити весь інший шум. Оберіть Calculate. Якщо результат влаштовує, оберіть Ok.

28. Щоб установити остаточне насичення кольорів, оберіть Processing – Color function – Saturation. Ковзунком доберіть оптимальне насичення та оберіть Ok.

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

30. Якщо вас влаштовує отриманий варіант, очистіть папки Fitswork.

Аналіз даних

Розгляньте зображення. Порівняйте його із зображеннями, отриманими в інших програмах. Дослідіть можливості інших алгоритмів, наявних у програмі.