การใช้ Narrowband Filter เพื่อเพิ่มรายละเอียดให้กับภาพ

การใช้ Narrowband Filter เพื่อเพิ่มรายละเอียดให้กับภาพ

 

ในบางครั้ง วัตถุท้องฟ้าที่เราต้องการสังเกตอาจจะประกอบด้วยองค์ประกอบพิเศษบางอย่าง เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจน การใช้ narrowband filter ที่มาจากองค์ประกอบนั้นโดยเฉพาะ เช่น Hydrogen-alpha ซึ่งเป็น filter ที่ยอมให้แสงที่ปล่อยโดยไฮโดรเจนผ่านได้ แต่ตัดแสงช่วงคลื่นอื่นออกไปเกือบทั้งหมด จะทำให้มีความสว่างในบริเวณที่ประกอบขึ้นด้วยไฮโดรเจนมีความสว่างกว่าส่วนอื่นมาก การใช้ narrowband filter จึงช่วยให้สามารถดึงรายละเอียดในวัตถุจำพวกเนบิวลาออกมาได้ดี

 

narrowband filter ที่ใช้กันมากก็คือ Halpha และ OIII filter ถึงแม้ว่าทั้งสอง filter นี้จะอยู่ในช่วงคลื่นที่ตามองเห็น แต่ช่วงคลื่น Halpha นี้ก็ไม่ได้สอดคล้องกับสีที่ตาเห็นอย่างแท้จริง นั่นหมายความว่าไม่ว่าจะทำอย่างไรตาของมนุษย์ก็ไม่สามารถเห็นเฉพาะแสงของ Hydrogen-alpha โดยไม่ติดแสงอื่นมาด้วย ดังนั้นแสงจาก Halpha จึงไม่ได้สอดคล้องกับสิ่งที่ตาเห็นแต่อย่างใด

แม้กระนั้นก็ตาม เนื่องจากแสงในช่วง Hydrogen-alpha มีลักษณะใกล้เคียงกับแสงสีแดง และ OIII ใกล้เคียงกับแสงสีเขียว เราจึงสามารถใช้รายละเอียดของเนบิวลาจาก Halpha แทน channel สีแดง และ OIII แทน channel สีเขียวได้

 

สามารถโหลดไฟล์ตัวอย่างได้ที่นี่

 

 

จากภาพ จะเห็นได้ว่าภาพที่ได้จากการแทน channel สีแดงด้วย Halpha และ สีเขียวด้วย OIII จะมีรายละเอียดของตัวเนบิวลาในช่วงสีแดงและเขียวที่ดีกว่ามาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก Halpha และ OIII มีช่วงที่ปล่อยให้แสงลอดผ่านที่แคบมาก แสงดาวที่ได้ในภาพจึงลดลงไป ส่งผลให้ขนาดของดาวบนภาพในสีแดงและสีเขียวมีขนาดเล็กกว่าสีน้ำเงิน ผลที่ได้ก็คือดาวฤกษ์ที่มีวงแหวนสีฟ้าอยู่รอบๆ ไม่สมกับความเป็นจริง

 

วิธีหนึ่งที่สามารถแก้ปัญหานี้ได้ ก็คือการนำภาพใน Halpha และ OIII filter มารวมกับภาพที่ได้จาก Red และ Green เสียก่อน โดยสามารถทำได้โดยการเปิดภาพ Halpha มาซ้อนกับ Red และปรับ layer opacity ในโหมด normal หรือ lighten

 

 

การใช้โหมด lighten จะช่วยเลือกเฉพาะ ส่วนของ layer ที่มีความสว่างมากกว่ามาแสดงผล การผสมกันระหว่างสอง filter จะช่วยให้เราได้ขนาดของดาวที่ใกล้เคียงกัน แต่ยังสามารถรักษารายละเอียดของเนบิวลาที่ได้จาก Halpha ได้อย่างครบถ้วน เมื่อเราได้ปรับ opacity และได้ผลที่เป็นที่น่าพอใจแล้ว ให้ Flatten image และ save ไฟล์แยกออกเป็นไฟล์ที่ได้จากการรวม Ha+R เข้าด้วยกัน

 

เมื่อเราได้รวมไฟล์เป็น HaR แล้ว เราสามารถนำไปใช้ได้สามวิธี

 

  1. ใช้ HaR แทน channel Red
  2. ใช้ HaR แทน Luminosity layer
  3. ใช้ HaR แทนทั้ง channel Red และ Luminosity layer

 

ทั้งนี้ การใช้ Ha หรือ HaR เป็น Luminosity layer จะให้ได้รายละเอียดของเนบิวลาที่ชัดเจน แต่อาจจะเจอปัญหาสีของเนบิวลาเพี้ยนออกไปเป็นสีชมพูหรือสีออก “salmon” เรื่อๆ จึงอาจจะต้องทดลองด้วยตนเองเพื่อให้ได้แบบที่พอใจ

 

เมื่อเรารวม HaR ได้แล้ว ให้รวม OIIIG ในลักษณะเดียวกัน (ถ้ามี) จากนั้นให้ทำตามขั้นตอนการรวม RGB ปรกติ ตามแต่ไฟล์ที่เราเลือกจะใช้ และปรับสีตามปรกติ จนได้ผลสุดท้ายเป็นภาพตามที่เราพอใจ

 

NGC7293 ในลักษณะโทนสีร้อน

 

บทความที่แล้ว: <<<การใช้ Luminance Filter เพื่อเพิ่ม contrast ของภาพ

การใช้ Luminance Filter เพื่อเพิ่ม contrast ของภาพ

การใช้ Luminance Filter เพื่อเพิ่ม contrast ของภาพ

 

ในขั้นถัดไป เราจะใช้ประโยชน์จาก Luminance Filter (LUM) เพื่อเพิ่ม contrast ของภาพ ภาพถ่ายดาราศาสตร์บางกรณีจะมีการถ่ายแยกสี เพื่อได้รายละเอียดสี แต่การถ่ายแยกสีนั้นจะทำให้ข้อมูลที่ได้รับน้อยลงไป เนื่องจาก filter จะกรองแสงออกไปเสียส่วนมาก ในบางครั้งจึงมีการชดเชยด้วยการถ่ายภาพ Lum ซึ่งเทียบเท่ากับแสงที่ได้จาก Red Green และ Blue พร้อมๆ กัน อีกภาพหนึ่ง

 

Luminosity layer ที่ใส่ลงไป จะเป็นตัวอ้างอิงว่าบริเวณใดของภาพควรจะปรับให้มีความสว่างมาก และบริเวณใดที่ควรจะมีความสว่างน้อย โดยภาพ RGB เดิมจะเปรียบได้กับผืนผ้าใบที่มีสีอยู่แล้ว และ Luminosity เป็นเพียงตัวลงน้ำหนักและรายละเอียดเพื่อให้ภาพสีมี contrast ที่ดีขึ้น

 

การใช้ภาพ Lum เพื่อเข้ามาเพิ่มรายละเอียดแสงของภาพ ทำได้ดังนี้

 

1. เปิดภาพ Lum.tif ที่ได้รับการปรับจาก FITS Liberator แล้ว ลงไปใน photoshop

 

 

2. ตัดและแปะไฟล์ Lum.tif ลงในภาพสีที่เราแต่งเอาไว้แล้ว ไฟล์ Lum.tif จะกลายเป็นอีก layer หนึ่งซึ่งทับภาพและการปรับสีของเราเอาไว้

 

3. ซ้อน layer Lum ให้ตรงกับ layer เบื้องหลัง โดยอาจทำได้จากการปรับ Opacity (วงกลมสีแดง) จากนั้นใช้ Move Tool (วงกลมสีเหลือง) และเลื่อนโดยใช้เมาส์หรือลูกศรบนคีย์บอร์ดเพื่อเลื่อนจนกระทั่งดาวในภาพเลื่อนมาตรงกัน

 

4. เมื่อซ้อนกันเรียบร้อยแล้ว เปลี่ยน ประเภท Layer เป็น Luminosity (วงกลมสีแดง) และปรับ Opacity ขึ้นมาเป็น 100% อีกครั้ง จะเห็นได้ว่าภาพที่ได้มีสีจืดลงไปบ้าง แต่เราสามารถแก้ได้ด้วย Curves adjustment และการปรับ Opacity

 

 

 

5. สร้าง Adjustment Layer Curves ใหม่ และเลือกให้ layer นั้น clip เข้ากับ Luminosity Layer ของเราเพียงเท่านั้นโดยการกดที่ปุ่มในวงกลมสีแดงในหน้าต่าง layer จะพบว่าในบริเวณ layer จะมีลูกศรอยู่ด้านหน้าเพื่อแสดงว่า adjustment layer กำลังถูกบังคับใช้กับ layer ใด (วงกลมสีแดงล่างขวา)

 

 

 

6. ปรับ curves ของ luminosity layer และ opacity จนได้สีและน้ำหนักที่เหมาะสม ในบางครั้งอาจจะต้องกลับไปปรับ curves ในภาพ RGB อีกครั้ง

 

7. ปรับแต่งสุดท้ายตามความเหมาะสม จนได้ผลลัพธ์เป็นที่น่าพอใจ หากเราใช้ Luminosity layer ให้เหมาะสม เราสามารถทำให้เราได้ภาพที่มี contrast ที่ดีขึ้นได้ เช่นภาพด้านล่างก่อนใช้ Luminosity layer (ซ้าย) และหลังได้ใช้เทคนิค Luminosity layer (ขวา)

 

 

นอกจากนี้ เราอาจใช้ Unsharp Mask เพื่อเพิ่มความคมชัดของ Luminosity Layer และใช้ layer mask เพื่อปรับปรุงเป็นส่วนได้ รวมไปถึงการปรับ hue saturation ฯลฯ ได้อีกมาก จนกระทั่งได้ภาพที่ต้องการ

 

การรวมภาพสี RGB ด้วยโปรแกรม photoshop

การรวมภาพสี RGB ด้วยโปรแกรม photoshop

 

หลังจากเราได้ปรับแต่งไฟล์ FITS เป็นภาพ TIFF ทั้งสามฟิลเตอร์ RGB แล้ว เราสามารถนำมารวมกันเป็นภาพสีได้ ในที่นี้จะสาธิตการรวมภาพสีด้วยโปรแกรม photoshop

 

ในขั้นตอนนี้ เราได้ใช้ไฟล์ตัวอย่างที่ได้จากการใช้โปรแกรม FITS Liberator ตามขั้นจากตอนที่แล้ว

 

1. เริ่มจากการโหลดไฟล์ TIFF ทั้งสาม filter ลงใน photoshop จากนั้นสร้างรูปใหม่ โดยที่ให้เลือก Color Mode เป็น RGB Color 

 

 

2. นำรูปจากแต่ละฟิลเตอร์ ตัด แล้วก็ไปแปะลงในไฟล์ RGB Color ใหม่ที่สร้างเอาไว้ สำหรับตัวอย่างไฟล์ M83 นี้ถูกถ่ายเอาไว้ด้วยฟิลเตอร์ B,V,R แทน Blue, Green, Red ในตัวอย่างนี้เราจะใช้ไฟล์ V.tif เป็นไฟล์อ้างอิง โดยเริ่มจากการตัดแปะไฟล์ จากฟิลเตอร์ V แปะลงไปในไฟล์ใหม่ โดยการเลือก ภาพ V.tif กด Ctrl+A เพื่อเลือกทั้งภาพ แล้วกด Ctrl+C เพื่อก๊อปปี้ เลือกไปที่ไฟล์ใหม่ และกด Ctrl+V เพื่อแปะลงไป

 

3. จากนั้น เลือกบริเวณ “Channels” เพื่อให้แสดง channel ต่างๆ ใน photoshop (วงกลมสีแดง) เลือกแสดงผลเฉพาะสีแดง แล้วแปะไฟล์ R.tif ลงไป ไฟล์ R.tif จะถูกแปะลงไปในไฟล์ใหม่ โดยอยู่เฉพาะใน channel ที่จะแทนการแสดงผลสีแดง

 

4. ทำการเรียงภาพใน channel Red ให้ตรงกับ Green โดยคลิกตรงสี่เหลี่ยมหน้า Channel “Green” จนมีรูปลูกตาใน channel Red และ Green แต่เลือก active channel เป็น Red ดังรูป (วงกลมสีเหลือง) จากนั้นทำการเลื่อนภาพโดยใช้ Move Tool (วงกลมสีแดง) แล้วใช้เมาส์ลากหรือปุ่มลูกศรบนคีย์บอร์ด ค่อยๆ ขยับจนกระทั่งดาวทุกดวงซ้อนกันพอดี

 

 

5. ทำเช่นเดียวกันกับไฟล์ B.tif เพื่อแปะ และซ้อน channel สีฟ้าให้ตรงกับ channel อ้างอิงสีเขียว จะได้ผลลัพธ์เป็นไฟล์สามสีดังภาพ

 

6. จากตัวอย่างนี้ จะเห็นได้ว่าสีที่ได้ยังไม่ค่อยถูกต้องเท่าใดนัก ทั้งนี้เนื่องจากว่าฟิลเตอร์ทางดาราศาสตร์สามฟิลเตอร์ บวกกับขั้นตอนการเปลี่ยนไฟล์เป็น tif ไม่ได้มีความเข้มสอดคล้องกับเซลล์สีในเรตินาของมนุษย์ เราจึงจำเป็นต้องปรับสีให้ใกล้เคียงกับสิ่งที่ตามองเห็น ขั้นตอนนี้ใกล้เคียงกับการปรับ whitebalance ในกล้องดิจิตอล เราสามารถปรับสีโดยละเอียดได้ด้วยเครื่องมือ “Curves” ในส่วนของหน้าต่าง Adjustments ทางด้านขวามือ (วงกลมสีแดง) โดย photoshop จะสร้าง adjustment layer ออกมาเพื่อปรับแต่ง layer ที่อยู่ด้านล่าง layer นี้ทั้งหมด

 

7. จากภาพด้านบน ได้มีการปรับสีเบื้องต้นแล้ว โดนการคลิกที่ curve layer เพื่อแสดงหน้าต่างการปรับแต่ง curves (ภาพด้านล่าง) เราสามารถปรับแต่งทีละสีได้โดยการกดเลือกเมนูสี โดยปรับ RGB เพื่อปรับ contrast โดยรวมของภาพ Red เพื่อปรับ channel สีแดงอย่างเดียว Green และ Blue เพื่อปรับ channel สีเขียว และฟ้า ตามลำดับ โดยหากเราต้องการให้บริเวณสว่างของสีแดงมีความสว่างเพิ่มขึ้น เราสามารถทำได้โดยคลิกบริเวณขวาของ Red แล้วดึงขึ้น หรือดึงบริเวณตรงกลางของสีเขียวลงเพื่อลดสีเขียว ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนที่ค่อนข้างละเอียดอ่อน และขึ้นอยู่กับรสนิยมส่วนบุคคลของผู้แต่งภาพ โดยหลักการแล้วเราจะสามารถผสมสีในภาพให้ออกมาเป็นสีใดก็ได้ แต่โดยทั่วไปเราจะพยายามอ้างอิงสีที่ “ใกล้เคียงสิ่งที่ตาเห็น” นั่นคือวัตถุที่มีสีฟ้ามากกว่าสีอื่นควรจะมีสีออกฟ้า ในขณะที่วัตถุที่มีสีแดงมากกว่าควรจะออกสีแดง

 

ทั้งนี้ เป็นการเป็นไปไม่ได้ที่เราจะปรับภาพให้ได้ “เหมือนตาเห็น” เนื่องจากสายตาของมนุษย์ไม่ได้ใช้ฟิลเตอร์สีแบบเดียวกับภาพถ่ายดาราศาสตร์ สายตาของมนุษย์ไม่ได้ไวแสงในความมืด และดวงตาของมนุษย์ไม่สามารถรวมแสงได้เป็นชั่วโมง เช่นเดียวกับกล้องถ่ายภาพ แม้กระทั่งภาพที่กล้องดิจิตอลทั่วไปเห็น ก็ไม่ใช่สิ่งเดียวกับที่ตาเห็น แต่เป็นเพียงการจำลองภาพที่ใกล้เคียงกับตาเห็นเท่านั้น นั่นคือ คงวัตถุที่ควรจะมีสีเฉดแดงให้ยังมีสีออกแดงอยู่ ในทางกลับกัน ภาพถ่ายทางดาราศาสตร์บางครั้งก็ใช้ filter ที่ไม่ได้สอดคล้องกับสีที่ตาเห็น เช่นภาพ infrared หรือ SII จะได้ภาพออกมาในลักษณะของ false color image ซึ่งสีที่แสดงสอดคล้องกับลักษณะทางกายภาพต่างๆ มากกว่าที่จะสะท้อนถึงเฉดสีที่ใกล้เคียงกับที่มนุษย์เห็น

 

โดยทั่วไปเราอาจจะโหลดภาพตัวอย่างเพื่อเทียบเคียงสีที่ควรจะเป็น แต่นักแต่งภาพดาราศาสตร์บางคนอาจจะใช้ดาวฤกษ์เป็นเกณฑ์ โดยการหาดาวฤกษ์ที่อยู่ในช่วงสเปกตรัม G และเทียบให้ดาว G มีสีค่อนข้างขาว หรืออาจจะปรับสีให้ภาพมีทั้งดาวฤกษ์สีฟ้า และสีแดงปนกัน ตามที่ควรจะเป็นจริง

 

 

การเตรียมไฟล์ FITS ให้อยู่ในรูปที่สามารถใช้งานได้ด้วย FITS Liberator

การเตรียมไฟล์ FITS ให้อยู่ในรูปที่สามารถใช้งานได้ด้วย FITS Liberator

 

ก่อนที่เราจะนำไฟล์ FITS ไปใช้ทำเป็นรูปใดๆ เราจำเป็นต้องเปลี่ยนไฟล์ FITS ให้อยู่ในรูปที่สามารถนำไปใช้งานได้เสียก่อน โดยการเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของไฟล์ TIFF โดยเราสามารถทำได้ด้วยโปรแกรม FITS Liberator ที่เขียนขึ้นโดยความร่วมมือระหว่าง ESA/ESO/NASA

 

สามารถดาวน์โหลดโปรแกรม FITS Liberator ได้ (Freeware) จาก www.spacetelescope.org/projects/fits_liberator/

 

สำหรับไฟล์ตัวอย่างที่ใช้ในขั้นตอนนี้ สามารถดาวน์โหลดได้ที่นี่

 

วิธีใช้ FITS Liberator:

 

การใช้ FITS Liberator นั้นค่อนข้างง่ายดาย มีเพียงสามขั้นตอน เริ่มจากโหลดไฟล์ FITS ที่ต้องการ ที่ปุ่ม “Open” โปรแกรมจะทำการแสดงผลขึ้นมาบนหน้าต่างด้านซ้าย

 

  1. ปรับ Stretch function ฟังก์ชั่นนี้จะเป็นตัวกำหนดว่าเราจะสเกลสีเทาของเราอย่างไร linear stretch จะใช้สมการเชิงเส้นนั่นหมายความว่า pixel ที่มี count มากกว่าสองเท่า จะมีความสว่างมากกว่าสองเท่า อย่างไรก็ตามในหลายๆ ครั้งเราอาจจะต้องการรายละเอียดส่วนที่จางๆ ของเนบิวลาหรือกาแล็กซี ดังนั้นการใช้ nonlinear stretch จึงมักจะได้ผลที่ดีกว่า เช่น Log(x) หรือ ArcSinh(x) ทั้งนี้เราสามารถทดลอง stretch อื่นๆ ได้ ตามความเหมาะสมของภาพโดยพยายามคงรายละเอียดของภาพโดยรวมเอาไว้ สามารถกด “Auto Scaling” เพื่อให้โปรแกรมปรับสเกลโดยอัตโนมัติ
  2. ปรับ Black Level โดยการเลื่อนลูกศรสีดำ เป้าหมายของเราคือการได้พื้นหลังสีดำที่ไม่ได้ดูมี noise จนเกินไป แต่ในขณะเดียวกันก็พยายามรักษารายละเอียดจางๆ ของวัตถุของเราให้มากที่สุด
  3. ปรับ White Level โดยการเลื่อนลูกศรสีขาวเป้าหมายของเราคือการได้วัตถุที่มีรายละเอียดเฉดสีครบถ้วน ส่วนที่สว่างไม่ขาวจนเกินไปเสียจนเสียรายละเอียดบริเวณนั้น แต่ในขณะเดียวกันก็ไม่ควรที่จะดันให้ White Level สูงจนเกินไปเสียจนส่วนที่มืดกว่าจมกลายเป็นสีเทาเดียวกันไปหมดจนแยกเฉดสีไม่ออก

 

เมื่อเราปรับ Stretch Function, Black Level, และ White Level จนได้ภาพเป็นที่ต้องการแล้ว ให้กด “Save As” เพื่อบันทึกภาพของเราออกมาเป็นไฟล์ TIFF เพื่อนำไปตกแต่งภาพต่อไป

 

บทความที่แล้ว: <<<รู้จักไฟล์ FITS

บทความถัดไป: การรวมภาพสี RGB ด้วยโปรแกรม photoshop>>>

รู้จักไฟล์ FITS

รู้จักไฟล์ FITS

 

Flexible Image Transport System (FITS) คือระบบไฟล์มาตรฐานที่ใช้ในการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์ ข้อมูลในไฟล์ FITS จะสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ก็คือส่วนของ header ที่จะระบุค่าต่างๆ ในการถ่ายภาพเอาไว้ เช่น ตำแหน่งพิกัดที่ถ่าย วัน เวลา อุณหภูมิ CCD ที่ตั้งหอดูดาว การหมุนของ CCD เวลาเปิดหน้ากล้อง ฯลฯ และส่วนที่เหลือจะเป็นส่วนของข้อมูล

เราสามารถนึกถึงข้อมูลของภาพในไฟล์ FITS ได้ในรูปของตารางตัวเลข โดยไฟล์ FITS เพียงแค่ระบุว่าในแต่ละ pixel ของ CCD ได้มีการบันทึกประจุอิเล็คตรอนเอาไว้กี่ตัว (ซึ่งสอดคล้องกับจำนวนโฟตอนที่ตกลงบน pixel นั้นๆ บน CCD)

 

อย่างไรก็ตาม สายตามนุษย์ไม่สามารถตีความหมายตารางตัวเลขหลายล้านตัวเลขได้พร้อมๆ กัน โปรแกรมแสดงผลทั่วๆ ไปจึงจำเป็นต้องมีการแสดงผลค่าของอิเล็คตรอนในรูปแบบที่มนุษย์สามารถเข้าใจได้ ในลักษณะของเฉดสี

 

โปรแกรมแสดงภาพไฟล์ FITS จะมีการตั้งค่าสี “ดำ” ว่า pixel ใดที่มีค่าต่ำกว่าขีดจำกัดนี้จะแสดงผลออกมาเป็นสี “ดำ” และ pixel ใดที่มีค่าสูงกว่าขีดจำกัดอีกขีดหนึ่งจะแสดงเป็นสี “ขาว” และ pixel ที่อยู่ระหว่างกลางจะแสดงผลด้วยเฉดสีเทาลดหลั่นกันไป

 

ทั้งนี้ อย่าลืมว่าทั้งสี “ขาว” และสี “ดำ” ไม่ได้เป็นสิ่งที่สอดคล้องต่ออย่างใดต่อข้อมูลที่แท้จริง เช่น ขอบเขตสี “ขาว” ของดาวไม่ได้เป็นขอบเขตที่แท้จริงของดาวฤกษ์ แต่สีที่โปรแกรมแสดงผลเป็นเพียงสิ่งที่โปรแกรมเลือกที่จะแสดงขึ้นมาให้เราดูเท่านั้น นอกจากนี้ เรายังสามารถปรับขีดจำกัดการแสดงผลได้ตามใจชอบ