Nagyfelbontású, több képből összeállított színes fénykép létrehozása film felhasználásával

 Rajiv Gupta

 

Az utóbbi évek során a csillagászati fényképezésben szilíciummal támogatott forradalom ment végbe. A több összetevőből álló digitális kép létrehozása – vagyis két vagy több különálló felvétel számítógéppel történő egyesítése – manapság már mindennapos gyakorlat. A legelterjedtebb példa ugyanazzal a berendezéssel különböző filmekre készített felvételek egymásra másolása. Ez a digitális összemásolás az egyedei felvételek véletlen zajait (szemcséit) átlagolja, ezáltal finomabb, és gyakran mélyebb tónusú végső kép jön létre.

A hagyományos emulziókkal dolgozó asztrofotósoknak az összemásolás két vagy több színes kép egybedolgozását jelentette a végső színes kép létrehozása céljából. Színes kép másrészt létrehozható vörös, zöld és kék szűrőn keresztül készített felvételek összeadásával is. Ennek a három-színt alkalmazó technikának a leghíresebb alkalmazója a Sky & Telescope magazinnak is fényképező David Malin, aki a világ néhány legjobb színes csillagászati fényképét készítette az Angol-Ausztrál Obszervatórium 3.9 méteres távcsövével üveglemezekre. Ezeket az üveglemezeket speciális sötétkamra berendezéssel pozícionálta egymásra, így készítve látványos színes képeket mély-ég objektumokról.

Veterán asztrofotósok előtt régóta ismert, hogy a finom részletek megörökítése tekintetében a legjobb film nem valamely színes emulzió, hanem a Kodak cég Technical Pan filmje (röviden Tech Pan). Gázban érzékenyebbé téve és nagy kontrasztú hívóval előhívva ez a fekete-fehér emulzió egyszerűen felülmúlhatatlan. Néhány amatőr asztrofotós készített három-szín technikával színes képet Tech Pan filmre, de az asztrofotósok legtöbbjét megfélemlítették a hosszú expozíciós idők és speciális szűrők alkalmazása annak ellenére, hogy a precíz sötétkamra munka nagyját manapság már átvették a számítógépek.

Az utóbbi három évben én egy olyan hibrid technikát alkalmaztam, amellyel két szűretlen felvételből állítható össze színes kép – egy színes filmre és egy Tech Pan filmre készített felvételből. Ennek a módszernek, amely a digitális képek Lab színrendszerét alkalmazza, nagyon egyszerű az alapelve: a Tech Pan filmre készített felvétel finom részleteit és a színes filmre készített felvétel színeit felhasználva élénk, részletekben gazdag színes kép hozható létre.

Ennek a módszernek egy fontos jellemzője, amit a Sky & Telescope magazin 2000. évi decemberi számában (a 64. oldalon) található IC 1396 fotójának elkészítésénél is kihasználtunk, az az, hogy a színes felvételnek nem kell különösebben élesnek vagy nagy felbontásúnak lennie; a végső kép élességét és felbontását egyedül a Tech Pan felvétel adja.

 

A Lab színrendszer

Egy digitális színes kép az alkalmazott színrendszertől függően háromféle formában fejezhető ki. A legáltalánosabb az RGB színrendszer, amelyben három összetevő vagy csatorna – az R, a G és a B – írja le a kép vörös, zöld és kék intenzitását. Ezt az additív színkeverést könnyű megérteni és a három-szín technikában természetes a használata.

Egy másik gyakori színrendszer a CMYK. Ennél négy csatornát alkalmaznak a kép leírására: a kékeszöldet (C), a bíbort (M), a sárgát (Y) és a feketét (K). Ez a szubtraktív színkeverés nagyon jól alkalmazható nyomtatási eljárásokban, mivel a tinták a papír színéből szín-kivonással (elnyeléssel) hozzák létre a színes képet. A K csatorna a kép intenzitás információjának egy részét tartalmazza.

A háromcsatornás Lab színrendszerben a teljes intenzitás információt az L (luminancia vagy fényerősség) csatorna tartalmazza. Az a és b csatorna a zöld/bíbor illetve a kék/sárga színegyensúlyt írja le. A cikkben a Trifid-köd különálló L, a és b csatornája látható. A vörös részek az a csatornán tűnnek a legfényesebbnek; a kék területek a b csatornán tűnnek a legsötétebbek.

Egy Lab színrendszerű képnél a fényesség és kontraszt állítások csak az L csatornát változtatják; a szín beállítások pedig csak az a és a b csatornát érintik. Emiatt a Lab színrendszer a képjavítások természetes modellje, mivel sok megszokott képszerkesztő művelet csak egy vagy két csatornát érint. Az Adobe Photoshop népszerű képszerkesztő program is belül a Lab színrendszert használja egy színrendszerről a másikra (például RGB színrendszerről CMYK színrendszerre) történő konverzió esetén. A Lab színrendszer más színrendszereknél nagyobb színtartományt – vagy színskálát – képes átfogni. (Talán meglepő lehet, hogy a CMYK rendszer annak ellenére, hogy van egy negyedik csatornája is, a három színrendszer közül a legkisebb színskálával rendelkezik.) E sok előnye ellenére a Lab színrendszer nem ismert és alkalmazott széles körben.

A Lab színrendszer e tulajdonságai miatt tökéletes választás a több felvételből előállítandó kép létrehozásához. Ha egy színes felvételt konvertálunk Lab színrendszerbe, majd az L csatornáját kicseréljük a Tech Pan felvételre, akkor az eredeti szín-információt tartalmazó képet kapjuk vissza, de a finom részletekben gazdag fényerősség csatorna miatt az eredmény kiváló minőségű kép lesz.

 

A Lab színrendszert alkalmazó kép-összeállítás részletei

A legegyszerűbb formában ez a technológia a következő lépéseket tartalmazza:

  1. lépés: Szkennelje be az eredeti szűretlen színes és Tech Pan felvétel-párt és mentse el számítógépén fájlként. Tipikusan, de nem szükségszerűen e két felvétel ugyanazzal a távcsővel készült, esetleg más-más éjszakán. Az összetevőknek nem kell pontosan ugyanazt az égterületet lefedniük, de ha szükséges, a színes felvételt úgy kell kivágni, hogy csak a Tech Pan felvétel égterületét tartalmazza. A színes felvételnél be kell állítani az elérni kívánt végső felbontást, a Tech Pan felvételt pedig transzformálni kell ugyanarra a pixel-méretre, mint a színes felvétel.

     

  2. lépés: A két felvétel eggyé alakítása előtt a felvételeket pontosan egymáshoz kell pozícionálni. A David Hare és általam közösen kifejlesztett új Windows alapú RegiStar (S&T 2000. októberi szám, 80. oldal; www.aurigaimaging.com) program automatikusan megkeresi az illesztő-csillagokat, majd azok felhasználásával a tetszőleges számú, akár különböző távcsövekkel készített felvételt eltoltja, elforgatja és nyújtja a tökéletes illeszkedés elérése érdekében. Ez a művelet elvégezhető akár a Picture Window (S&T 1998. novemberi szám, 136. oldal; www.dl-c.com) programmal is, habár ennek a programnak meg kell adni néhány bemeneti paramétert a pontos illesztés eléréséhez. Az így illesztett képeket különálló fájlként el kell menteni.

     

  3. lépés: Az Adobe Photoshop használatával konvertálja a színes felvételt a Lab színrendszerre az ’Image’ menü ’Mode’ menüpontjának ’Lab Color’ alpontján való kattintással. Ezután a színes felvétel L csatornáját ki kell cserélni a Tech Pan felvételre. Ezt elvégezheti úgy, hogy kiválasztja az egész Tech Pan felvételt és kimásolja a számítógép vágólapjára a ’Select’ és ’Edit’ menük segítségével. Ezután rákattint a színes felvételre és a ’Channels palette’ ’Lightness’ csatornáján kattintva megjeleníti az L csatornát. A Tech Pan felvételt bemásolja a vágólapról. Az eredményül kapott színes kép megtekintéséhez kattintson a ’Channels palette’ ’Lab’ ’csatornáján’. Ez a lépés a kulcsfontosságú, itt történik az eredeti szemcsés L csatornának a finom, illesztett Tech Pan felvételre való lecserélése.

     

  4. lépés: Kívánság szerint állítsa be a fényerősséget, kontrasztot, színegyensúlyt. A sokkal tisztább fényerősség csatorna miatt ha úgy gondolja, lényegesen erőteljesebben fokozhatja a képek kontrasztját a zaj észrevehető növekedése nélkül. Ha a végső képet közkincssé szándékozik tenni, konvertálja vissza RGB színrendszerbe a mentés előtt, mivel nem minden képkezelő program támogatja a Lab formátumú fájlokat.

     

 

Finomítások

Az előzőekben leírt eljárás általában jó eredményt ad, de gyakran szükség van egyéb lépésekre is a legjobb végső kép eléréséhez:

Színcsatornák életlenítése: Habár a színes felvétel szemcsézettségét az L csatorna kicserélésével nagyjából kiküszöböltük, marad némi szemcsézettség az a és a b csatornákban is. E színes csatornák néhány pixeles homályosítása Gauss eljárással általában segít. (A Photoshop programban ez a ’Filter’ menü ’Blur’ menüpontjának ’Gaussian Blur’ alpontján való kattintással lehetséges.) Ha a cél egy éles végső kép létrehozása, előnytelennek tűnhet bármiféle homályosítás alkalmazása. Ne felejtse azonban el, hogy a színes felvétel már eleve alacsonyabb felbontású a Tech Pan felvételhez képest, így a homályosítás nem vezet sok információ elvesztéséhez. A végső kép élessége szigorúan csak a Tech Pan felvétel élességének a függvénye. A nagy felbontású intenzitás információ és az alacsony felbontású szín információ összekeverésének az elve jól megalapozott és használt elv például a televíziós képek átvitelénél. Az emberi látás módjával is összhangban van.

Kontraszt és fényerősség szabályozás: Általában a Tech Pan felvétel kontrasztosabb, mint a színes felvétel. Ha ez a kontraszt különbség nagy, váratlan és természetellenes színek jöhetnek létre a színes felvétel L csatornájának lecserélése után. Ennek következtében nehézzé válhat a végső kép tetszetőssé alakítása. Egy lehetséges orvosság az, hogy először a színes felvétel kontrasztját a kívánt végső szintig növeljük, majd a Tech Pan felvétel kontrasztját a megfelelő szintre csökkentjük az új L csatornaként való használata előtt. Ezek a beállítások valószínűleg nem kívánatos mértékben felnagyítják a színes felvétel szemcsézettségét, de nincs semmi baj – a Tech Pan felvétel az L csatorna lecserélésével orvosolja a hibát. Dióhéjban, az L csatorna lecserélése előtt az összetevők kontrasztjának a kívánt végső szintre való állítása adja a leginkább ellenőrzés alatt tartható eredményt.

Szürke gyűrűk kiküszöbölése: Ha a színes felvételen nagyobb csillagok vannak, mint a Tech Pan felvételen, a végső képen a kisebb csillagok maradnak meg. Ez nem baj azokon a területeken, ahol a háttér sötét, de minden olyan csillag körül, amelyik színes ködbe van ágyazva, megjelenik egy szürke gyűrű. A szomszédos színes köd-pixelek színtartalmának e szín nélküli pixelekbe való másolása megszüntetheti a gyűrűket. Kézzel végezve ez fárasztó eljárás lehet, de a Photoshop fejlett technikáiban jártasak felgyorsíthatják a munkát olyan maszkok létrehozásával, amelyek csak a színes felvétel csillagainak pixeleit tartalmazzák. (A RegiStar az ilyen képződményeket automatikusan ki tudja javítani.)

 

Változatok

Mint a digitális képkezelés minden formájában, a bemeneti adatok mennyiségi növelésével itt is elérhető tökéletesítés. Például az egyetlen színes felvételt helyettesítheti két vagy több összeadott színes felvétel is. Ugyanez igaz a Tech Pan felvételre is, de az igazi nyereség általában a több színes felvételből származik. A közölt legjobb Pelikán-köd kép öt felvételből állt össze – kettő Tech Pan és három színes filmre készült felvételből.

A szűretlen Tech Pan felvétel helyett szűrt is alkalmazható. Különösen ha a célpont halvány és elsősorban a vörös hidrogén-alfa vonalon világít, ami gyakori az emissziós ködök esetében, a vörös szűrővel készített Tech Pan felvétel nagyszerű eredményt ad.

Az utolsó változat az összetevők különböző optikai rendszerrel történő felvétele. Mint azt korábban kifejtettük, csak a Tech Pan felvételnek kell nagy felbontásúnak lennie; emiatt a színes felvétel rövid fókusztávolságú (így optikailag fényerősebb) távcsővel is elkészíthető. A 132. oldalon található Eta Carinae köd képének szín információja egy 135 mm-es és egy 300 mm-es teleobjektívvel készült felvétel összeadásával, a Tech Pan felvétel pedig az 5 inch-es f/6 fényerejű refraktorommal készült. Ugyancsak felhívom a figyelmet a 127. oldalon található Lófej-köd felvételnél használt egészen különböző távcsövekre is.

 

Hiányosság – az “O III rés”

A Lab színrendszerrel készült, több képet összeillesztő technikának van egy jelentős hiányossága a színhelyességben. A színes film közismerten gyenge a duplán ionizált oxigén (O III) kék-zöld emissziójának és kisebb mértékben a hidrogén-béta (Hb) fényének megörökítésében, pedig mindkettőnek fontos szerepe van az emissziós ködök vizuális megjelenésében. A Tech Pan film is relatíve érzéketlen a kék-zöld fényre a kiváló vörös érzékenységével szemben, így egy szűretlen Tech Pan felvételen túlzottan sok a vörös a kékhez és zöldhöz viszonyítva. Hasonlóan a színes filmre történő csillagászati fényképezéshez, a módszer a fontos kék és zöld emissziós hullámhosszak visszaadásában nem üti meg a kívánt mértéket.

Ez az “O III rés” csapás a színes csillagászati fényképezésre. A három-szín technika, ha a kék és zöld szűrőt úgy választjuk meg, hogy átengedjék a Hb és O III hullámhosszakat, egy lehetséges megoldás, de három különálló, hosszú expozíciós idejű, szűrt fekete-fehér felvétel készítésére van szükség. Mostanában egy olyan kompromisszumos módszerrel kísérletezem, amelynél a Lab módszerben egy kékeszöld szűrővel készített Tech Pan felvételt alkalmazok. A kezdeti eredmények ígéretesnek tűnnek.

 

Következtetés

Pár évvel ezelőtt néhány asztrofotós még úgy gondolta, hogy a filmre készített csillagászati fotók korszaka lezárult. Mint azonban ez a cikk is bizonyítja, a Lab módszer újra életet lehelhet ebbe a témába a modern digitális technológia és a hagyományos, emulzión alapuló módszer egyesítésével.

A Lab kompozíciós technológia az éles színes képek készítésének hatékony módszere. Csak két relatíve rövid expozíciós idejű, szűretlen felvétel felhasználásával éles, színes kompozíció hozható létre. A csillagászati fényképezés csoda-filmje, a Kodak cég Technical Pan filmje valóban színesben jelenhet meg. A technológia, mind hardver mind pedig szoftver vonatkozásában elérkezett ahhoz a ponthoz, hogy ez az új digitális feldolgozó technika a filmre dolgozó asztrofotósok számára is könnyen elérhetővé vált.

 


A Sky & Telescope 2001. júliusi számában megjelent cikk fordítása