天文摄影的数位影像处理.pdf

㆝文攝影的數位影像處理 v2.0, 2003/10 王為豪 前言 好的天文照片的產生，取決於三個過程：計畫、拍攝、以及對所攝得影像的後 處理。所謂的後處理，更簡單地說，就是暗房工作，包括底片的沖洗、放大、以及 能讓影像改頭換面的影像處理（image process ）。在台灣的天文攝影圈，整個後處理 的部份都被忽略了，擁有自己的暗房並常加以利用的攝影者屈指可數。表面上的原 因在於暗房過程太過繁瑣，暗房的濕暗與藥水味也叫人受不了，而建設一個標準暗 房的花費又不下於天文儀器，種種藉口加起來，使得暗房工作在台灣似乎不是天文 攝影的一部份。 然而，在個人電腦的處理能力越來越高之後，個人電腦也漸漸加入影像處理的 行列。使用者可以透過電腦改變影像的明暗、對比、色調，或做出其他特效，完成 的影像則透過印表機、幻燈片輸出機、相紙輸出機等製成照片或幻燈片，或透過網 際網路輸出到螢幕上供人欣賞。這種數位式影像處理相較於傳統暗房有很多方便 處，很重要的一個是速度快，而坐在電腦前手握滑鼠耳聽音樂順便喝點飲料，更是 比進暗房忍受藥水味快樂多了。 目前，數位影像處理受限於硬體的處理能力，產生影像的細膩度仍比不過大型 底片經傳統暗房製作出的照片，階調也遜於傳統照片。這些缺點，使得數位影像在 質感方面仍無法與傳統照片相提並論，但卻是可望藉著軟硬體的進步而不斷改善 的。我樂觀地相信，數位影像的品質將很快地提升到能為大多數天文攝影者所接受。 或許，便利快速的數位影像處理能成為台灣天文攝影圈不重視後處理的一個解藥。 本文將針對天文攝影上的數位影像處理做概念性的介紹，全文共分三大部份： 第一部份簡介數位影像與影像處理的基本概念；第二部份介紹各種天文攝影常用到 的影像處理手法；第三部份則針對各種不同的天體與可能遭遇到的狀況，依我的經 驗提出幾種或許有用的處理菜單。 1 Part I 數位影像與數位影像處理的基本概念 1-1 簡介數位影像 在電腦裡，像元（pixel ）是構成數位影像的基本單位，它們規則排列且每一個像 元都有自己的亮度，許多個不同明暗的像元排列在一起就成了我們在電腦螢幕上看 到的影像。對電腦來說，像元的亮度值是用二進位來表達，如果我們只用一位數字 來表示像元的亮度，則該數字非零即一，而該像元的顏色非黑即白。如果我們希望 一個像元除了黑與白外，還能擁有中間色調－也就是各種不同深淺的灰，該像元的 亮度值便需是更多位的二進位數字。例如，若亮度值是四位二進位數字，則該數字 4 4 可能是自 0 至 2 -1=15 的整數，也就是含代表黑的 0與白的 15，該像元可能具有2 =16 種不同深淺的灰色與黑白。 因此，像元亮度值的二進位位數，除了代表該像元佔去的記憶體，也代表了一幅 影像中所能蘊含的不同深淺的灰階 （greyscale ），灰階數目（稱色彩深度, color depth ） 越多，影像的色澤層次越豐富而連續，當然看起來也更悅目（圖 1-1.1），相對的也 佔去較多的記憶體。目前電腦上最常見的黑白影像是 8 bit 影像，其一個像元將佔 8 8 bit 記憶體，且共有 2 =256 種不同的灰階（色彩深度 256 ）。更多位元的黑白影像也 有，例如專業的影像工作者可能用到 12 bit 以上的影像，而天文用 CCD 可以產生高 達 16 bit 的影像。就一般的觀賞與輸出目的來說，8 bit 的灰階影像已是足夠，但在 影像處理過程中，為了保留影像中最完整的階調，在軟硬體許可的情況下，以高於 8 bit 的色彩深度來處理常是必要的。 圖 1-1.1 (a)是一幅 8 bit 影像，影像中不同濃度的中間色調層次相當豐富。(b) 是一幅 4 bit 影像，一些灰調之間的轉變並不連續，看來並不自然。(c)是一幅 1 bit 影像，其中只有黑與白，沒有中間調，看起來非常難接受。 我們賦予每個像元一個亮度值，便可