□作者: Karajin
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天文图像处理全指南，是BBC的天文杂志Sky at Night策划的大作，全文分四期刊登于2012年1月~4月刊上。四期的主题分别是：
第二部分：太阳系-进阶技术
翻译：Karajin [仅供学习和交流，转载请注明出处：www.karajin.com]
在这部分里你会学到：
>小波锐化
>锐化和模糊
>反卷积
>自然化处理
>合成颜色
>制作动画
这一部分仍然是处理太阳系的天体：太阳、月亮和大行星。这次要介绍更多更高级的处理工具和方法。首先学习锐化技术来增强图像细节，同时使用模糊技术，当有的地方看起来不真实时保持整体的平衡。“真实”的定义对于呈现高质量的图像是很重要的，我们将会讨论这个问题。
大气和望远镜会对成像造成一定程度的影响，这种影响可以用所谓“反卷积”的技术消除。这种高级功能通常在高端的天文图像处理软件中才有，但一般的图像处理软件通过插件，也可以实现这些功能。反卷积功能如果使用得好的话，对提升图像细节是很有用的。
我们还将介绍怎样缩短拍摄RGB图像的时间，在拍摄木星和火星时，可以只拍两种颜色即可。最后还将介绍关于动画的制作，用Photoshop就可以制作出生动的动画，能看到天体的运动、细节的变化，是非常有意思的。
重要的软件：
Photoshop：功能强大但价格贵。有很多插件可以使用，比如Astro Image就有反卷积的功能。
GIMP：功能简单，免费，也有插件可以实现强大的功能。
REGISTAX：强大的免费的对齐和叠加软件，把高帧率的AVI视频叠加为细节突出的静态图像。这次将详细研究小波锐化功能。
小波锐化——提取特定细节
小波锐化技术能够增强图像中特定的细节。比如你想锐化中等尺度的细节，但又不影响锐度已经很高的细节，就可以用小波锐化。反之亦然。小波锐化在很多图像处理软件中都有，或者通过插件都能实现。
很多人都是在Registax中第一次使用小波锐化的。通常都在叠加处理的最后一步使用小波技术增强细节。下面就逐步学习怎么使用小波锐化功能。
上图：Registax中小波锐化的控制界面
第一步：如果你处理好几个AVI文件，勾选上Hold wavelet settings复选框。Waveletscheme设为Linear，Initial layer设为1，step设为0。
第二步：Wavelet filter设为Gaussian。Use linked wavelets不要勾选。点击并按住每个滑动条的preview按钮，看哪一个滑动条决定了真正你想锐化的细节，而不是噪声（这几层滑动条从上往下，依次决定从细到粗的细节，第一层基本是噪声，最后一级基本没有什么细节）。
第三步：将上一步确定细节的滑块向右移动，看效果合适就停。不要移动太多了，保持图像自然。
第四步：滑块上方的Denoise和Sharpen值可以调节使噪声减少、锐化增强，调的时候要慢，如果调坏了，可以按Reset Wavelets恢复。
第五步：最后，按Do All，然后按Save image，存成16-bit PNG或TIFF格式。再存一个没有经过小波锐化的FITS文件，以后做小波锐化使用。
第六步：如果你处理很多AVI文件，可能需要做相似的小波锐化，点击Save scheme按钮，将来可以导入保存的设置。
锐化和模糊——两种看似矛盾的方法结合
上图：一幅有噪声的图片（左），通过模糊消除噪声（中），在通过锐化还原细节（右）
锐化和模糊是图像处理中常用的技术。在第一部分里我们已将讲了一些锐化方法，下面要讲到锐化和高斯模糊结合起来使用。
乍一看，好像模糊对图像处理没什么帮助，毕竟我们一直在追求最清晰、锐化的图像，怎么会用到模糊呢？实际上模糊处理有很多好处。
比如，模糊能够使过于锐化的图像恢复到自然的样子。同样，模糊能够消除掉图像本身和在做锐化过程中出现的细微的噪声。在噪声区域使用高斯模糊，降噪效果就很好。模糊还可以消除由各种因素引起的重复性的噪声信号。锐化和模糊通过恰当的配合使用，对与提取细节的同时保持自然是很有帮助的。
基于图层的图形软件，像Photoshop和GIMP，还提供了一种强大的调节锐化和模糊的强度的方式。通过复制一个图层，在上面的图层中做处理，即使做的过量了，通过调节不透明度也能很好地控制的程度。
模糊细颗粒噪声
处理细颗粒噪声的方法有很多。这里做一次弱高斯模糊，来平滑木星上的细颗粒噪声。把图像放到全大，调节高斯模糊的程度，直到把噪声都平滑掉。
锐化细节
细颗粒噪声去除之后，可以做一次锐化，比如USM锐化。这样图像中的细节就会被锐化，同时又不用担心噪声被增强。如果不做模糊这一步，就做锐化，那么噪声也会被锐化而增强。
修复过度锐化
模糊可以使过度锐化的图像恢复平滑而自然。首先复制图层，在上面的图层中做一次模糊，这时细节就基本上没有了。然后调节上层的不透明度，使下层的锐利图像部分透过来，调到满意为止。
反卷积——挽救模糊变形的图像
反卷积原理
反卷积是通过软件处理过程反推图像在光学路径上扭曲的效果，使图像恢复到原始样子的方法。在天文摄影中，图像的扭曲变形（或者卷积）是因为大气抖动或者光学系统的缺陷造成的。反卷积就是反推这两种效果。造成变形的光学过程就是点扩散函数（PSF）。
可以做反卷积的软件有：Maxim DL, Astra image, ImagesPlus, GIMP（使用插件）, Photoshop（使用插件）,Astroart和IRIS。
反卷积类型
要想做反卷积，首先要定义PSF。如果PSF是未知的，可以做一个近似的拟合，然后看看效果如何。这称为“盲反卷积”，对于有星的图像更容易些，星可以看作点光源，而对于展源目标，如行星、星系、星云，效果可能不好。最常用的两种反卷积类型是R-L(Richardson-Lucy)反卷积和VC(Van Cittert)反卷积，当然还有其他的。不同的类型差异比较大，主要的参数就是定义PSF的形状和执行反卷积的次数。
反卷积参数
不同软件的反卷积功能参数不同，但主要的功能都是定义PSF的形状。比如，高斯PSF定义了从中心向周围平滑扩展的高斯轮廓。其他的类型可能定义的陡峭或者平滑的PSF。建议从高斯PSF做起，然后再尝试其他的。
PSF的大小要和你想修复的细节大小相匹配。从小到大逐渐尝试。执行的次数开始时选低点，5到10次即可，否则会耗费很长时间。
熵极大值方法
熵极大值反卷积是一种强大的恢复图像工具。可以用来纠正跟踪不好或者望远镜校准不好的情况的图像。要想用熵极大值法处理跟踪不好的行星图像，要用相同的设备拍摄对一颗亮星拍摄一段AVI视频。对齐和叠加之后，剪切星像粘贴到行星图像的旁边，这样就给了熵极大值处理一个参考，即把这颗星还原成点源。
自然化处理——如何应对处理过度的图像
上图：哥白尼环形山的图像，左图更自然，右图锐化过度
有时你可能会痴迷于对图像的处理，去掉噪声，提取细节是这么的容易，一激动就处理过度了。图像处理一超过某种程度，就显得有点哗众取宠了。避免这种情况最好的办法就是锻炼你的眼力，同时学习什么时候用什么工具。在锦上添花和画蛇添足之间还是有很明显的界线的。
杯具的是，在你连续处理了几个小时之后，你可能都意识不到你是不是处理过度了。这时，你可以停下来，去干点别的，过一会再回来看你处理的图，你的第一印象是不是看起来不太自然了？如果是的话，就按下面的办法去改善。
一种常见的问题是图像的边缘锐化过度了。高对比度的边缘看起来好像有深色或浅色的两条平行的带。锐化蒙板（Unsharp masking）有时就会有这种副作用。
改善这种问题最常用的方法就是复制图层，在上面的图层做模糊处理，然后把上面图层的不透明度改低点，比如10%到25%，就能恢复原貌。
复制图层，降低饱和度
太艳丽或者太苍白的颜色也会让图像不自然。调整整体的饱和度有可能管用，但也会带来副作用。一个解决办法就是复制图层，在上面的图层中降低饱和度。混合模式设为亮度（luminosity）。然后调节下面图层的饱和度，就能把颜色调的正常些了。如果调出来不正常的细节，就把下面图层做下模糊即可。上面的亮度图层会保持原来的细节。
行星图像也有这种“边缘”效应，看起来很难看。添加一个蒙板可以挡住不需要的区域。将一个图层填充成黑色，用选择工具圈出一个和行星形状一样的选区，做2-4个像素的羽化，然后将之删除，黑色的的图层就留下了个洞，从而透过下层的行星。这个技术可以对所有行星图像使用，当然土星稍微复杂点，还要为环单独做一个蒙板。
合成颜色——只用两种颜色合成，缩短拍摄时间
跟很多深空天体不一样，一些行星拍起来不容易，因为它们自转太快了，比如木星。如果你用单色的相机通过红绿蓝三色滤镜拍摄的话，你必须拍三次视频才能合成一张彩色照片。如果用时太长的话，木星、土星、火星就可能因为自转而导致模糊。
但是，有一种方法可以让拍摄过程更快，就是完全放弃一种颜色，而是用另外两种颜色，制造出第三种颜色来。听起来很刺激吗？在拍火星和木星上，这种方法是很有效的，甚至可以以假乱真，和RGB合成的照片没什么区别。
第一步：拍摄红色和蓝色的行星图像，不用拍绿色。
第二步：用你最熟的对齐叠加软件处理拍摄的视频，每次处理最后使用一次小波锐化。
第三步：将红、蓝两张照片导入图形处理软件中，放在两个图层中，对齐两个图层，把图层命名为红和蓝。裁剪掉对齐造成的边缘空白。
第四步：复制红、蓝两个图层并放在最上面。将最上面的图层不透明度设为50%，合并这两个图层，命名为绿。
第五步：创建空白RGB图像，将刚才的红、蓝、绿图层粘贴到新图像的红、绿、蓝通道中。
第六步：确认所有通道都是自动激活的。然后调整色阶和曲线，将图像的色彩调真实。
制作动画
太阳系中有些天体在很短时间内就能看出运动。火星、木星、土星就是这一类。它们自转很快，因此表面上的细节就跟着自转在变化着。Hα波段的太阳也是个例子，太阳表面的细节，几分钟甚至几秒钟就能看出变化来。
拍摄这些变化过程的静止图像，然后排列出来，也能看出来变化。但如果能做成视频的话就更生动了，效果可能远远超过想象。
制作动画的方法不少，存储的格式也很多，最流行的格式是GIF动画，在网络上支持很好。另一种流行的方式是存成电影。免费的Registax能够将处理过的静态图像制作成AVI视频。
第一步当然是拍摄，拍摄时要想到需要拍多少张来制作动画，动画的速度，每一帧的时间。这些问题也取决于你的硬盘大小，相机的拍摄速率，图像的大小和你要拍摄的目标或天象等等。
每段视频拍摄30秒，每隔半分钟拍摄一次。一个小时，可以拍60幅，覆盖了木星1/10的自转周期。处理这些文件不容易，即使有些批处理软件能帮上点忙，比如AVIStack2就很擅长这个。
处理这些拍摄的AVI视频工作有点费劲，但是一旦你处理好了这些静止图像，后面就好办了。接下来有很多软件可以用，比如AnimateGIF，Registax和很多商业软件。Adobe ImageReady也是特别适合做这个工作。
下面的步骤是在photoshop里做的，但是这些准备工作和对齐过程，使用很多别的动画软件也可以完成。
第一步：检查每一幅图像，看有没有明显太亮或太暗的，适当调整一下亮度，让所有的图像亮度一致。
第二步：把每一幅图像按顺序加载到每个单独的图层中，最靠前的图像放在最下层。按顺序给图层命名。
第三步：隐藏除了图层1和图层2的其他图层，调节图层2的透明度，然后轻移图层2，来对齐两幅图像。
第四步：重复上一步，将所有图层对齐，每次都使用图层1作为参考。最后裁剪掉周围的白边。
第五步：隐藏除了图层1的其他图层。选择“窗口”菜单，选择“动画”，弹出动画控制窗口。选择frame 1，按复制帧，复制和图像数量一样的帧。
第六步：选择frame2，再隐藏其他图层，只让图层2可见。以此类推，就能将每个图层填到每一帧中去。全选所有帧，设置一个合适的帧频。最后选择“文件”，“存储为Web和设备所用格式”，存成GIF文件。
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