2023年2月6日 星期一

使用 SiriL 疊合彗星(ZTF彗星)/以及使用SiriL 搭配 Starnet++ 進階處理




(上)使用SiriL對齊恆星疊合製作出一張只有背景恆星的影像,另外再對齊彗星疊合製作出一張只有彗星的影像,然後將兩張影像於Photoshop中調整混合。

(下)使用SiriL對齊恆星疊合製作出一張只有背景恆星的影像,另外再對齊彗星並匯出對齊後的影像,然後使用Starnet++將它們除去星點,接著匯回到SiriL中以這些已移除恆星的影像疊合製作出一張純彗星的影像,並將其與背景恆星影像於Photoshop中調整混合,調成偏冷色調並拉高彗尾藍色飽和度。


1/31 Pentax 75SDHF, smc 0.72x, Pentax K5II
Takahashi EM-2z (2 axis-guiding mod.), MGENII autoguiding
50sec~60sec x138 frames (total 120min) stacked in SiriL and processed in Photoshop


以下說明如何使用 SiriL 疊合彗星


1.準備影像


SirL 處理影像的格式是 FITS 或 SER,處理的影像清單是 .seq格式,你可以在SiriL中的 Conversion 欄將你的檔案轉換成 FITS格式並且建立SiriL所能讀取的 .seq檔案清單(校正用的檔案最好各自建立其 .seq清單)。

如果您使用自動指令檔 (script) 執行預處理(pre-processing,即偏壓、暗電流、平場等校正) 與對齊恆星疊合,那麼就要在您的工作目錄下預先建立好 biases  darks  flats  lights 等四個目錄,並把各拍攝好的原始影像檔放入相應的目錄中,執行 script 會自動幫你的原始檔轉成FITS檔案然後執行指定的工作。

如果您打算手動進行影像校正的功能,那你就必須自行將所有檔案在 Conversion欄轉換成FITS格式並且儲存 .seq 檔案清單,然後在Sequence 開啟.seq,點選 Open Frame List打開清單勾選要處理的影像,然使用 Stacking 欄疊合功能分別製作 master bias、master flat、master dark 影像,然後在 Pre-processing 欄進行影像校正(預處理)。

2.指定工作磁碟目錄 (home directory)




執行程式,點選上方工具選單的房子圖形 (home) 然後選取你的工作目錄,即包含前一步驟建立的四個子目錄的上一層目錄,譬如我是將四個目錄建立在外接磁碟的 RAW 目錄中,那麼我就點選RAW 然後按 OPEN 開啟,如此便把工作目錄設定成RAW了。 

注意,程式預設的工作目錄是在你的C碟中,當你檔案非常多時,動輒需要上百G的磁碟空間,因為除了預處理以外,程式每經一次對齊就會儲存一套register後的影像(除非覆蓋原register檔案),所以如果使用預設的目錄往往會遇到空間不足的窘境。

SiriL只能讀取儲存在你的工作目錄中的 .seg檔,所以你的工作目錄必須設定正確,以便你可以在 Sequence 欄位按下 Search sequecses 按鈕來尋找並載入之前儲存於工作目錄下的檔案清單。


3.執行Script 指令(進行自動預處理與對齊恆星疊合)進行預處理即對light原始影像進行校正




利用 Scripts 下拉選單選取相應的指令,譬如我處理這張彗星影像時並沒有拍攝 dark(即暗電流檔),所以我便執行 OSC_Preprocessing_WithoutDark 指令檔。這個指令擋可以從SiriL網站下載並且需自行將其放在程式設定的存放scripts的目錄,這個目錄可以從畫面右上角三條橫線的按鈕中的 Preferences 工作環境設定項目中查詢。

(所謂的 OSC 就是 one-shot color 相機的意思,DSLR 或 彩色天文相機都是 OSC,讀取這類相機的原始影像時都必須經過 debayer的程序才能原始CFA影像轉換成正確的彩色影像。天文預處理疊圖軟體都有debayer功能。

*若以SiriL進行 convert, pre_processing 及後續的疊圖,通常執行 debayer的時機是在 pre_processing 即是將light 檔校正後要存檔時勾選debayer 存成RGB影像。

請注意必須執行正確的自動指令,譬如如果我執行的是 OSC_Preprocessing 指令檔,因為它設定是執行所有的影像校正,所以當它在製作完 master bias, master flat後要接著處理dark 影像時因為讀取不到我的dark檔,會出現錯誤自行終止程序。

(當然,你還是可以利用Preprocessing 欄再自行進行影像校正)

在執行完預處理之後,程式會另外儲存處理完的light的FITS檔(已debayer) 及其seq清單,通常它的名稱開頭會是 pp_light ,而對齊 register後又會再製作開頭為 r_pp_light 的fits檔及檔案清單,程式會在你的工作目錄下自動建立一個 process 子目錄存放這些處理過或處理中的影像。如果你要找任何處理後的檔案或清單請到這個目錄下。


4. 自行指定基準檔案進行對齊恆星




使用Sequence欄的右側 Open Frames List 功能開啟你已經進行過影像校正的light檔的影像清單 pp_light_.seq,然後指定基準檔案(也就是要用來對齊的影像檔,即 Reference Image),接著開啟基準檔案進行校色並按 save儲存覆寫該檔案(<- 此校色步驟可省略,此步驟是為了在register過程中將每張影像的色彩平衡校正到與基準影像相同,省略此步驟到最後再來校正疊合後的影像色彩亦可,使用者可自行嘗試哪一種校色方式效果最好)。

接著利用Registration 欄進行對齊恆星的程序。

(*如果您要分別製作對齊恆星的疊合影像以及對齊彗星的疊合影像然後再另於影像處理程式中將兩個影像混合,基準影像務必設定成同一個檔。)

當您執行自動 Script後,若一切順利程式應該已經幫你自動對齊恆星並且選擇了分數最高的影像作為基準影像疊合完成。但因為我要自行指定基準影像,所以必須要自行重新對齊與疊合。

接著我們要自行開啟 pp_light清單(已經預處理過的影像),指定自己的基準影像(我指定為要疊合的影像中的最後一張),然後執行對齊恆星。


5.對齊恆星




點選 Registration ,設定參數,對齊方式選 Global Star Alignment (deep-sky) ,

對齊圖層使用預設Green 綠色圖層,你也可以更換,看RGB哪個圖層的星點較小便使用那個圖層來對齊。

Algorithm 演算法等其他設定都使用預設即可。


按下 Go Register



6.疊合對齊好恆星的影像




確認目前開啟的影像清單是 r_pp_light_.seq (r 代表已 register),通常SiriL會再處理完一個步驟後自動打開新儲存的影像清單(如果更改了SiriL預設的檔案命名規格便會與此名稱不同。),但還是確認一下較好,並且確認基準影像。

點選 Stacking 疊合功能
因為在這個步驟我們要疊合製作的是把彗星清除的純恆星背景影像,所以
Method 方法設定為 Average stacking with rejection
把我們不要的離群值剔除掉,這個離群值即標準差的設定 sigma ,即把在我們設定的sigma(正確說是幾個sigma)以外的像元資料剔除 reject 掉。可想而知,這個值設的越大便越寬容,設的越小便越嚴格即清除的越多。
(當對齊恆星時,因為彗星一直在移動,所以它不會停留在影像中的同一位置,我們可以靠運算來將這些變化的樣本剔除)

Sigma high 上限
Sigma low  下限

以SigmaClipping 為例 reject的規則 為若 (x-m)/σ > Sigma high 或 (m-x)/σ < Sigma low 時則reject掉 X值(X=樣本, m=median中位數, σ=目前的標準差),意思是我們僅留下 m + Sigmahigh * σ及 m - Sigma low * σ 之間的這區域的樣本。





SiriL 目前提供了七種的 Rejection 方式,請參考SiriL網站的說明,對於不同的影像最佳的rejection方式不同,也需要多嘗試,我們這裡選用 Winsorize sigma clipping

在此處我們的sigma high low 設定為一樣大小,譬如 1.5 或 2。

疊合後我們會得到一張只有恆星的影像檔 r_pp_light_stacked.fit。請另存新的檔案名稱,因為下一次疊合時SiriL會儲存同樣的檔案名稱即自動覆寫這個檔案。

只有恆星的影像。 這個影像我們之後會進一步調整並用來與純彗星的影像混合成最後的影像(comet + stars)。 


7.對齊彗星




接著我們要製作只留下彗星的影像
SiriL 對齊彗星的方式是由使用者在要疊合的影像中框出的第一張的彗星位置以及最後一張的彗星位置,然後由程式自動計算彗星在影像間的移動速度及方向,如此在影像疊合的過程中自動錨定其他影像中的彗星位置(使用者無需也無法自行在每張影像中標定彗星位置)。

首先重新開啟已經對齊過恆星的影像清單 r_pp_light_.seg ,請注意開啟的一定要是 對齊恆星register後的影像清單,因為這些影像才是已對齊基準影像中恆星的位置並依照其構圖儲存的影像。而依據這些恆星位置都一致的影像來計算彗星在其中移動的速度時才會準確。

接著到 Registration 功能下選擇 Comet/Asteroid Registration 方式。

然後開啟  frame list 點選你要疊合的影像中的第一張,並在畫面中框選彗星所在的位置,然後點 Pick object in #1。 接著開啟最後一張框選彗星的位置並點 Pick object in #2。(每次更換疊合的影像數量時請重新執行這兩個點選步驟)。然後執行 Go register

register後程式會自動將所有影像儲存成 r_r_pp_light 開頭的FITS檔並且製作出一個 r_r_pp_light_.seg 的清單。


6.疊合彗星



確認現在開啟的為對齊恆星後的影像清單 r_r_pp_light_.seg,並且確認其中的基準影像與對齊恆星時一致,接著到疊合 Stacking 選單設定rejection的方式與參數,基本上我們這裡選擇的演算法與疊合恆星時一致。唯這裡的Sigma high(上限) low(下限)的設定牽扯到取捨的問題,設得越嚴格清得越多但彗尾的部分也可能會被清除到,但設的越寬容則在疊合時會殘留更多的星軌。所以使用者可以多嘗試不同的值。(無論如何,即使rejection後也一定會殘留部分的星軌,使用者必須要再自己以其他的影像處理軟體修飾調整。)

疊合後便得到一張對齊彗星並清除了恆星的影像。

疊合好的彗星影像因為是32bit的所以動態範圍很大,通常影像本身會很暗,你可以改變顯示的方式來看的更清楚,改變左下方的色階、曲線,請注意所有在這裡改變的都只是螢幕上的顯示,並不會更動到原始疊合好的影像。

故使用者若要修飾並調整疊合好的影像請用Image processing選單中的 Histogram Transformation 調整,然後另儲存新檔。(個人是保持不變然後在其他影像編輯軟體中調整,會比讓程式自動拉曲線較好,能隨心所欲調整)

*請注意,色彩校正一定要先於任何的非線性Histrogram transformation。







疊合好的彗星影像(在影像處理軟體中再調整過)。
影像中恆星沒有被清除乾淨的部分形成線條狀的星軌,這些痕跡使用者可進一步使用影像處理軟體清除譬如 photoshop的 減少雜訊功能中的「污點和刮痕」或 Gimp外掛G'MIC 濾鏡中的  UnStrip

執行污點與刮痕功能來清除殘留星軌,強度要斟酌取捨,太強會影響到彗星的部分。




7.使用Photoshop 圖層混合功能以結合對齊恆星與對齊彗星的兩張影像,得到一張 comet+stars 的既對齊恆星也對齊彗星(對齊在基準影像的位置上)的影像。

完成









進階處理:

*將在SiriL中已對齊彗星並儲存的影像(在此例為檔案名稱開頭為 r_r_pp_light的FITS檔)多加一道去除恒星的處理,然後才疊合這些除去恆星的影像以得到一張更為乾淨的純彗星影像。只是需要耗費較多的時間。

以下將介紹使用 Starnet++ (或FlatAide Pro 中的消星功能)來清除 7步驟對齊彗星register後並儲存後的 r_r_pp_lightxxx 影像檔中的恆星。

1.首先,因為Starnet++ 只能處理tiff檔,所以我們先要將所有的FITS匯出成tiff, 在SiriL中選擇  r_r_pp_light_.seq (已對齊彗星的 .seg),勾選 normalization 然後執行匯出成 tiff檔。

(必需在匯出時將所有影像歸一化即"normalization",接下來要執行的批次色階調整才能對所有影像達到一致效果) 


2.接著因為這些自32bit FITS 檔轉成16bit的tiff影像都很暗,除星軟體很難有效偵測恆星,因此影像階調要再做一道處理程序將影像一致調亮 (使用支援批次處理的影像軟體,個人使用Aperture)。


將對彗星對齊register後的影像匯出,並經過歸一化與色階調整後的 tiff影像


3.然後才將這些影像以Starnet++ 消除恆星。

通常彗核有可能也被當作恆星清除,不過因為我們之前已先疊了一張純彗星的影像,假核部位的影像可從此張與圖層中混合,所以在這裡彗核是否也被一併清除並無影響。

而在此例中彗核(假核)並沒有被SiriL清除(正合吾人希望),下圖為執行Starnet++ 除星前後的影像比較。





4.將所有消星後的影像在SiriL 中轉成FITS並疊合成純彗星影像。(因為已是對齊彗星構圖的影像所以無需再對齊)


按 + 載入經starnet++ 移除恆星的檔案,轉換成FITS並建立Comet_starless.seg清單



接著疊圖,使用Winsorized, Sigma low, high 分別設定為 5,3 




以下為Sigma low high 分別設定為 5, 3與 2.5, 2 疊合出來的效果比較。設定為2.5, 2把starnet++未清除乾淨的恆星跡剔除的較多,但是彗尾的部分也稍微的被剔除了些。 


個人使用 5,3的影像。因為那兩道比較明顯的starnet++未清除到的殘痕可以在photoshop中以修復筆刷手動清除沒有困難。


疊合後的純彗星影像。接著再與背景恆星影像於photoshop中進行最後的調整混合。



於Photoshop 中與 恆星背景(經AIP4WIN Deconvolution反卷積,即縮星) 混合並調整構圖、裁切。
彗星顏色綠色或藍綠色僅是色彩平衡不同。



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