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  当你看到一张张很普通,甚至还有些蹩脚的照片时,可能无论如何也想不到,很多精美的作品正是由这些看似普通的照片处理、叠加而成的。这就向我们展现了后期处理的强大威力。本文针对刚刚步入天文摄影行列的天文爱好者,作最基础的原理性的入门讲解。

天文照片背后的秘密
——浅谈天文照片的后期处理

作者:宋健
原文发表于《天文爱好者》2005年9月号(总第293期)有改动

  照片拍出来了,往往有些不尽人意的地方,这时候就需要我们进行人为的调整。在过去,不会暗房技术的人根本无法完成这项工作。现在方便了,有了数码相机、扫描仪、电脑,这烦琐的过程就简化成点几下鼠标,敲几次键盘了。即使没有合适的数码相机,也可以用扫描仪把普通相片储存成图像文件在电脑中进行处理。只要搞清楚里面的原理,我相信所有会电脑的人都可以完成。

  好了,让我们以我拍的“月球南部山区”和“猎户座”为例,体验使用Photoshop进行照片后期处理的神奇魅力吧。(我的照片虽然远远算不上“精美”但希望能起到一个抛砖引玉的作用。)

一.调整亮度、对比度

  这张“月球南部山区”的照片(如图-1-1)显得很暗,这就是曝光不足造成的,我们来调节一下它的亮度。点击Photoshop菜单中的“图像-调整-亮度/对比度”,将出现一个对话框,里面有调节亮度和对比度的滑块,右侧还有“预览”选项,选中“预览”后,就会在主窗口中随时看到当前亮度、对比度下的图像了。反复用鼠标拖动亮度调节滑块,直至图像亮度达到最佳状态,然后确定。

  只调节完亮度后的照片有可能还不很理想,比如这张照片就有些灰蒙蒙的,像是蒙了一层雾。这时就要调节对比度了。还是通过“图像-调整-亮度/对比度”打开刚才那个对话框,拖动下面的对比度滑块进行调整。(如图-1-2)但如果对比度过高的话,会造成图像中部分看上去曝光过度,而部分又显得曝光不足,减少能够看到的细节,因此,这里也需要谨慎,一定要适可而止。

  在很多图象处理软件中都有 “自动对比度”功能。在普通照片中,这个功能非常好用,省去了手动调节。但在一些天体面积占照片总面积比较少的天体照片中(如星座、行星、彗星),使用这两种功能就会造成天体过于明亮,而细节全无。毕竟,天文摄影还是很特殊的。

二.锐化(强化)

  除非你有非常高的对焦技术,否则拍出来较明亮天体的照片总不会像用肉眼直接从目镜中看到的那般清晰。现在有了锐化(强化)技术,它能使照片的细节更加清晰、尖锐。过程也非常简单,只需点击“滤镜-锐化-锐化”即可。或者点击USM锐化进行更细微的调整(如图-1-3)。

  只不过要注意,在调节时一定不要过了头,否则照片就会变得到处都是斑痕,反而分辨不出哪些是真正的细节了。

  以下类型的照片不推荐做锐化处理:

  1. 噪声本来就很严重的照片。这种照片在锐化的时候,天体细节被锐化了,但噪声也同样锐化了,使照片显得非常粗糙。
  2. 分辨不出视面的天体照片(如恒星)。天体分辨不出有视面,也就毫无细节可言,锐化也就起不到强调细节的作用,反而会加重照片的噪声。
  3. 本来就没有明晰的边缘和清晰细节的照片(如大部分星云)。这种照片锐化是没有什么效果的,但同样会加重噪声。
  4. 对焦误差过大的照片。不如找时间再练习一下对焦,否则锐化也只能对一些较明显的细节起一点作用,如果锐化程度太大了照片又会显得极不自然。

  锐化在天文摄影中不是非常提倡的,因为如果处理不好就很有可能使照片失去一些本应有的价值。所以不要在处理每张照片时都大量的使用锐化,一味追求锐化的“清晰”效果。

三、叠加

  我们在欣赏别人的天文摄影作品时,经常会看到“50张叠加”、“200张叠加”甚至还会看到“2000张叠加”等字眼,那么什么是叠加呢?叠加有什么好处呢?为什么叠加的越多越好呢?怎么进行叠加呢?让我们从基础的说起。

  前边已经说过,数码相机长时间曝光拍摄的照片会有噪声,无论对其科学价值还是艺术价值都有很大影响。为了减弱噪声,人们发明了“叠加”的方法。叠加,很容易理解,就是把短时间内拍摄的同一天体的照片通过电脑处理的方法叠放在一起,来降低照片噪声的过程。叠加的照片愈多,效果就愈明显。让我们来看下面一个实验:

  假设我这里有无数张短时间内获取的同一天体照片(为了方便演示,这里使用示意图,白色圆点代表天体,而红色矩形表示噪声),我们可以看到在单张照片中,噪声极为明显。但三张叠加后,天体完全重合了,对效果没有影响,而由于噪声的产生是随机的,没有规律,所以大部分不会重合。这样,上面一张照片中没有噪声的部分就把下面一张照片中有噪声的部分遮住了一部分,但由于只有三张照片叠加,所以噪声减弱的程度比较小,这就需要叠加上第四张、第五张……甚至到几百、几千张,这样,几乎所有的噪声都被上面的图片遮盖而减弱了。可以想象,当把无数张照片叠加到上面后噪声就消失了(当然,我们永远不可能做到这一点,但我们可以推测出其结果正如图-右所示)。这就是叠加减小噪声的原理。说到这里,大家可能就已经隐约知道该怎么做了。

  首先,要准备同一对象的一系列照片(这里以我照的两张猎户座为例)。大家可能会发现,这些照片中同一天体的方向可能有一点点的不同(这是由于天体的周日视运动造成的),这必须事先调整,了否则叠加后的图像中天体不能重合。点击工具面板中的度量工具图标(如图-3),然后在所有要叠加的照片中选择同样两颗星作为测量的起点和终点(这里以猎户α和猎户β为例),在第一颗星中心拖动鼠标,一直到第二颗星中心,这样便在照片上 “拉”出一条线(如图-4),打开“信息”面板就可以看到这条线段的角度A(如图5-1;测量的起点为角的顶点,逆时针方向为正方向,与X轴,也就是右方的夹角)和长度D。利用此方法把每张照片中这两颗星连线角度和距离都测量出来(注意:测量时拖动鼠标的顺序必须都相同,比如都是从猎户α到猎户β,否则角度将会相差180度),然后通过“图像-旋转画布-任意角度”选和“图像-图像大小”把每张照片调整成相同的方向和大小。比如,若让图-4-1配合图-4-2,那么就应该把图-4-1放大2.49/3.19=0.7806倍=78.06%(如图5-2),并且逆时针旋转(-39.9) -(-40.0) =0.1度(如图5-3)。如果拍摄时不变化数码相机的焦距,使每张照片的比例尺都相同,就可以省去调节大小一步了。到目前为止,叠加的准备工作就做好了。

 

  下一步,选一张照片作为底图,把第二张照片复制过去,并把不透明度调成50%(1/2),这时我们会发现,天体并没有重合。为了使天体能正确重合,应首先选中刚粘贴上的图层,然后使用移动工具(工具箱中的箭头图标)配合方向键移动第二张照片,使两张照片上的星点一一重合(如果图片大小、方向调节得一致的话,这步将变得很简单)。以后的照片都按此方法叠加。为保证在最终的图片中每张照片占的比例都相同,达到最好的降噪效果,从最下方图层起不透明度应依次是100%, 50%, 33%, 25%, 20%, 17%, 14%, 12.5%……或者说第几张照片的不透明度就是几分之一(比如第十张就是1/10,换算成百分数,即10%)(如图-6)如果某张照片的质量比其它的稍好,可以把它的不透明度调得稍高一些,使这张照片成分在最终图片中占有稍大的比例。当图片的不透明度太小而变得不易对齐时,可以先把不透明度调到50%左右,对齐后再将不透明度调成应该的值(千万不要忘记)。当把所有的照片都一一叠加上后,就大功告成了。把叠加后的照片和原始照片相比,不难发现,由于照片噪声小了,可以从上面分辨出更暗的天体,这大大提高了照片的价值。

  但叠加有一个要求,就是需要叠加多少张,就必须拍摄多少张。如果要叠加几十张的话,对于使用普通数码相机的朋友就会变得十分困难。经常看到有的朋友有这样的想法:把同一张照片复制成许多张,然后再一一叠加,这样行不行呢?想想叠加的原理就不难做出判断:把同一张照片叠加时,天体虽然轻而易举的重合了,但噪声也完全重合了,根本没有发生遮盖,起不到作用。现在很多同好在拍摄行星时使用摄像头,以求在短时间内获取大量照片用来叠加。有兴趣的朋友不妨试试。

  到这里大家也许又说了,我有了成百上千的照片,但一张张的叠加还不累死?的确,这些重复性的劳动完全可以交给电脑去做,现在,已经有专门的天文图像叠加软件被开发出来了,比如RegiStax(适用于日月行星的视频叠加)和DeepSkyStacker(适用于深空天体照片叠加)。


建议:拍摄用于叠加的照片时,不要轻易变动数码相机的焦距,也尽量不要变化照片像素数、感光度(ISO)、曝光时间和光圈,以便获得最好的叠加效果。

  使用这种手工叠加虽然有些费时费力,但对于初学图像叠加的朋友来说还是非常有益的,它能使你不仅知道叠加怎样做,而且知道为什么这样做,以便能在今后更灵活的应用,创造出更多的佳作。

  天文照片后期处理的方法还有拼接、调整色调等很多种,大家可以在不违反自然规律和尽量保留照片的科学性的前提下进行艺术创作。只有同时具备科学性和观赏性的天文摄影作品才真正称得上是佳作。

    这次就先说这么多,欢迎大家到我的网站http://space.lamost.org来做客,共同讨论与天文有关的话题。(空间天文网 宋健 作于2005年夏)

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