Jak uzyskać wyższą rozdzielczość za pomocą techniki drizzlingu

Drizzling zdjęć do wyższej rozdzielczości

Ten problem dotyczy również Hubble'a: jak dochodzi do undersamplingu i jakie oprogramowanie pomaga rozwiązać ten problem.

Jeśli do zdjęć szerokich kadrów nieba wykorzystujesz sensor wielkoformatowy, możesz doświadczyć undersamplingu – problemu, który dotyka również Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Remedium może być sprytna procedura: technika drizzlingu.

Rozdzielczość szczegółów na zdjęciu zależy nie tylko od warunków obserwacji, ale także od dwóch czynników po stronie sprzętowej: zdolności rozdzielczej teleskopu i gęstości siatki pikseli kamery. Nie każda kombinacja kamera-teleskop w pełni wykorzystuje zdolność rozdzielczą optyki. Na przykład, jeśli wielkoformatowy sensor o stosunkowo dużym pikselu zostanie dobrany do zobrazowania największego możliwego kadru nieba, wystąpi undersampling. Teleskop Hubble'a także znalazł się w takiej sytuacji za sprawą "Widefield Planetary Camera", dlatego też opracowano algorytm pozwalający na odzyskanie części utraconej zdolności rozdzielczej: technikę drizzlingu.

Podstawową ideą techniki drizzlingu opracowanej przez A. Fruchtera i R. Hooka jest wykorzystanie wielu ekspozycji, w których, w rzeczywistości zbyt gruba siatka pikseli jest nieznacznie przesunięta z obrazu na obraz względem obiektu. Przesunięcie to umożliwia próbkowanie obiektu w zakresie subpikseli.

W tym celu piksele wszystkich obrazów są zmniejszane i rzutowane na drobniejszą siatkę pikseli. Zgodnie z nakładaniem się obu siatek pikseli, wartości jasności "kapią" (ang. drizzle) na nową siatkę i są rozprowadzane. Wartości jasności wszystkich obrazów z serii klatek są uśredniane dla każdego piksela po ponownej rasteryzacji. Przy wyborze odpowiednio małego współczynika drizzle, po zestackowaniu wielu obrazów uzyskujemy jednorodny obraz o precyzyjniejszym samplingu.

Niewielkie przesunięcie pomiędzy poszczególnymi klatkami serii, wymagane w procesie drizzlingu, można uzyskać za pomocą ditheringu. W tym procesie pozycja teleskopu jest automatycznie przestawiana po każdej ekspozycji losowo o kilka pikseli. Dithering jest zwykle stosowany w celu wyeliminowania artefaktów za pomocą odpowiedniego procesu stackowania. Można to zrobić na przykład za pomocą autoguidera, który po każdej ekspozycji przestawia pozycję śledzenia o kilka pikseli. Każde dostępne oprogramowanie do autoguidingu oferuje taką opcję.

Ponadto, do odtworzenia utraconych informacji potrzebujemy jak największej liczby klatek. Tylko wtedy można wypełnić luki powstałe w wyniku nowego rozprowadzenia wartości jasności.

Oczywiście technika drizzlingu ma też swoje ograniczenia. Współczynnik drizzle nie jest uznaniowy, ponieważ sampling nie może być dowolnie zwiększany. Liczba klatek wymaganych do uzyskania jednorodnego obrazu byłaby bardzo duża i praktycznie niemożliwa do zrealizowania. Z reguły zalecany jest współczynnik około 2. Poza tym, technikę tę ograniczają zdolność rozdzielcza teleskopu i seeing. W warunkach typowego seeingu w naszych lokalizacjach technika drizzlingu rzadko jest opłacalna w przypadku długich ekspozycji przy samplingu około 1,5"/piksel lub precyzyjniejszym. Ten proces jest szczególnie interesujący w przypadkach undersamplingu, takich jako zdjęcia przeglądowe Księżyca i Słońca, a także głębokiego nieba przy dość krótkich ogniskowych. Należy również zauważyć, że technika drizzle nie może być łączona z procesami stackingu, takim jak median-stacking czy sigma-stacking. Wynika to z faktu, że piksele drobniejszej siatki podawane są jedynie naprzemiennie z zawartością, co przypomina pojawianie się artefaktów, które są odsortowywane w tych procesach stackowania.

Niestety, tylko niektóre programy do stackowania oferują opcję Drizzle lub podobny algorytm. W przypadku klipów wideo obiektów Układu Słonecznego funkcję tę można znaleźć np. w programach AutoStakkert! i RegiStax. W przypadku zdjęć głębokiego nieba sprawdzają się również Fitswork i DeepSky-Stacker. Wszystkie te programy dostępne są bezpłatnie w Internecie.

Drizzling oferuje możliwość lepszego wykorzystania zdolności rozdzielczej teleskopu przy określonym undersamplingu, oraz poprawy jakości profili gwiazd. Skutkuje to korzyściami w zakresie odwzorowania szczegółów. Proces ten działa, jeśli spełnione są następujące warunki: kombinacja kamera-teleskop ustawiona została w zakresie undersamplingu, mamy do wykorzystania jak najwięcej pojedynczych klatek, a między poszczególnymi klatkami występuje przesunięcie (dithering).

Autor: Mario Weigand / Licencja: Oculum-Verlag GmbH