Pentax O-GPS1 Astrotracer 拍攝後的簡易後製 (post-processing) /DeepSkyStacker 疊圖、平場等校正處理 / Aperture + FlatAide

(updated 2021/04/28)

A. 不做平場處理的情況

使用Aperture 軟體做基本影像處理為例

下面這張是個人在陽明山以Pentax K5（改全光譜）與DA*200鏡頭加LPS-D1光害濾鏡，設定在ISO3200 F2.8 曝光一百秒之後的原圖，看起來背景頗亮，然而這是正常的照片，且並沒有過曝。有些初次拍攝天體的朋友，可能會直覺若自己拍攝出來的天空如此泛白是過曝了，所以有時會在拍攝時刻意地想要讓曝光出來的天空保持黑暗或至少灰灰的不泛白，因此常會造成目標天體曝光不足（訊噪比太低）的狀況。（註：若將多張疊圖時，則單張可不必非要曝光至天體清楚的情況，單張曝光時間可Astrotracer追蹤精度狀況自行縮短，通常K5+DA*200 可設為單張六十秒，追蹤成功率高。）

誠然，以前在底片時代，假設曝光至此，若自己沒有暗房與相關技術可處理，那麼拿去沖洗出來也就是這樣了。數位化造福了無數的星空愛好者，感光元件的曝光效益越來越好（曝光時間縮短），此外，陸續有包括光害濾鏡等各種寬、窄頻天文濾鏡出現並商品化，以及與數位暗房處理相關的、易操作的套裝軟體出現（在郊山拍攝深空天體變得容易許多），且其中有許多免費軟體，最後，包括許多簡易攝星器材的出現，以上種種發展，不但使得星空、天文攝影不再那麼遙不可及，普遍同好都能夠以簡單的方式拍下美麗星空，同時數位暗房技巧相關知識的普及，也讓同好能夠在自己家裡的書桌前就能夠簡單處理自己拍攝的天體照片。

這些近年的發展導致，拍出上面這張原始圖變得可以接受（這已是數位時代拍攝深空天體的常態之一，尤其在光害區），因為它並不是最終我們會拿去印刷的成品，我們還需要進一步處理它。所以初次拍攝深空天體的朋友實在不用擔心自己拍出來的檔案天空一點也不黑，而為什麼看到別人的照片天空背景是黑的這樣的問題，並因此而不敢放膽去曝久一點而導致曝光不足，訊噪比太低。

後續處理它的相關技巧與知識並不困難，下面就是要介紹初步的影像處理。

1.首先先以影像處理軟體開啟上面的檔案，我們會發現色階圖（左上）中藍色的分佈偏右，正是對應了這張照片偏藍的色調，這樣的色偏通常是因為濾鏡或白平衡的設定造成。此例我要先校正這樣的色彩不平衡。校正的方式有直接手動調整曲線，或利用編輯軟體的自動白平衡來修正。

中灰調色彩平衡

2.這裡使用Aperture中的自動白平衡功能。請注意這項功能必需使用在RAW檔，使用在JPEG檔常常不準確，所以在拍攝天體照片時就請設定在RAW檔格式或RAW+JPEG格式。

使用色溫的自動白平衡校正後，色彩變的平衡了，可以從左上方的色階分佈看出，三種顏色的直方圖分佈絕大部份的畫素重疊在一起，沒有一前一後，這是因為當空盪（無明顯雲氣）的宇宙背景佔了絕大部份畫素而時會呈現的像素分佈狀態，因為無雲氣的背景就是灰色調（黑色或灰色都是）的，而在RGB的值相等時便是灰色調（純中性灰 rgb=127,127,127），並非所有影像中各顏色的畫素亮度分佈會如此平均，但至少，畫素的RGB直方圖左側（最暗部）應該是要對齊的。

因此，天體若占畫面越小，背景的RGB畫素重疊的程度就該越高，也可以此原則自己手動調整白平衡、色階或曲線的方式讓它們對齊來校正色彩平衡，對齊後便是灰色調，然後再調整整體的亮度。

（我們也可以使用中性灰白平衡功能直接用滴管指定你認該是灰色調的像素，這時該像素的rgb便會被校正成一樣，其他色彩也會相對於此校正，這便是中性灰校正）

3. 上面是調整好了白平衡，雖然色彩平衡是差不多了，但照片仍然是泛白的，接下來就是要修正泛白的情況。請使用Curves 或 Levels的功能，這裡使用Curves，手動調整每一色的曲線（或同時調整RGB的曲線），讓曲線的下端點儘量接近該色色階分布圖的左緣，當拉動曲線，我們會發現該色的色階分佈會開始向左移動，在此例中請注意保持色階圖三色大概的重疊。下面的圖示中，已經調好綠色與藍色的曲線，正要調整紅色的曲線。個別拉動RGB時請保持它的直線線性，即只拉動左端或右端點。

4. 現在，照片已消除了大部份的泛白的天空背景（或應該說前景），並同時仍保持色彩的平衡。這樣，初步的影像調整就完成了。

easy post-processing for O-GPS1's shots/ deep sky shots

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

此外，上面處理過的照片中，中央比周圍偏亮，這是光學系統的週邊減光所造成，若週邊減光嚴重需要消除，可做平場處理。

平場校正

有許多軟體與方式可以做平場處理，包括拍攝平場檔案然後在DeepSkyStacker疊影像的過程就一併做平場修正。 使用平場檔校正的方式應該在所有色彩調整之前。

或在接近圖片調整完成的階段以FlateAide、FlatAidePro、PhotoShop裡做仿平場處理來消除中央的光暈。以下就接著介紹這些操作。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

B. 需要平場處理的情況 

（一）使用DSS(DeepSkyStacker) 疊圖與做平場處理

修正照片中因鏡頭光學系統的週邊減光等效應所造成的中央比周圍還要亮的成像，以及因為光路中的塵點在影像上造成的瑕疵。

拍攝：

*全部檔案請以RAW檔格式拍攝。

*若疊起來灰灰沒什麼顏色，調整飽和度（個人經驗+10～13%）後也無改善時，請改變校正參數試試，或先將原始RAW檔轉換成FITS或TIFF再進入DSS處理。

拍攝平場檔請使用與拍攝天體影像時同樣的相機、鏡頭設備(包括濾鏡，即使旋轉濾鏡都不可），ISO與光圈設定（ISO不需相同，見《星野攝影》），對焦不變，在不做任何變動的情況下以AV模式對著黎明無雲的天空各角度拍攝多張，曝光值約比自動測光減個1/3 EV 以避免過曝 （天空光線最接近黑體的連續光譜）。
或在家裡以下面的方式拍攝效果也可：使用電腦螢幕開啟一張全白的圖檔，螢幕開亮，鏡頭前罩著白色T-Shirt（請將皺紋抹平，個人使T-Shirt繃緊後又以橡皮筋固定。），然後相機對著螢幕拍攝平場檔（一樣要用同樣的設備設定，使用AV模式拍攝。）。以下的例子個人共拍攝了二十張平場檔。

一般傳統使用燈箱的情況，鏡頭應儘量靠近燈箱，但使用電腦螢幕的情況則最好不要完全貼緊，距離請自行拿捏，勿讓相機視野超出螢幕範圍。

（註：廣角鏡頭不適合用此方式，襯衫的紋路會造成影響）

因為此例要處理的影像檔有使用LPS-D1光害濾鏡，也因此拍攝平場檔時鏡頭前LPS-D1也不可拿下。以自動白平衡拍攝，預覽中會呈現藍色的色調，不用去理會。到時將RAW檔放到DSS裡，DSS會自動將它們疊成一張灰階的MasterFlat平場檔，平場時僅校正輝度。

拍好的平場檔即使預覽或輸出JPEG白平衡不準（如下）也沒關係，並不影響平場檔的RAW檔。直接將RAW檔丟入DSS處理就好。

DSS 處理程序：

Some suggestions for DSS setting 

RAW/FITS : use camera manual white balance or dss auto white balance

Staking mode:

1. Normal situation: “Average” mode is good enough

2. HDR, for objects which have a very bright core and dark surrounding, or there is very dark gas in the image.: “Entropy Weighted Average”

3. Try to clean/remove some artifacts, plane or meteor trails, passing clouds…. Use “Kappa Sigma Clipping”

4.and not reconmmend: Median or Median Kappa-sigma, the stacking process will lost about 57% total exposure time of your stacking image（？）

5.Light: background calibration:RGB together
Result: no align RGB
Processing Tab: Saturation +10～+15%
save as 16bit Tif (apply settings to the saved picture)

將相機拍好的天體影像RAW檔與所有平場RAW檔一起丟到DSS裡疊圖。

首先分別開啟載入影像檔(Light frames) 和 平場檔案(flat frames) (此例尚不處理暗電流訊號 Dark 與偏壓訊號 Bias)，然後勾選你要處理的檔案（這裡全部勾選)

接著的步驟是執行「偵測勾選影像中的星點」(registering)，這時會跳出偵測設定的視窗，如果要讓程式在偵測星點後接著就開始疊圖，可以在這裡設定，勾選「偵測完星點後馬上疊合」，然後設定疊合參數。

基本的疊合參數設定包括設定疊合方式（個人最常使用的是平均、Kappa-sigma、高動態這三種模式），是否讓程式自動幫你校正疊圖影像的背景色等。設定完後進行最後即第四步驟，按下OK，程式便會開始偵測星點、做平場修正同時疊圖。

＊如果使用Kappa-sigma模式或Kappa-sigma中位數模式疊圖，應至少設定使用一種背景校正（各色獨立校正或一起校正，個人是使用一起校正）。

*Kappa-sigma：首先每個pixel的平均值與標準差會被計算出來（請參考wiki sigma 標準差），Kappa 是使用者設定的一個係數，當某張圖中某畫素值落在Kappa乘以標準差的門檻外便會被以這個畫素的平均值取代（建議Kappa值不要設低於2）。 iteration 是重複這個處理步驟的次數。

在前面第三步驟中，進階設定裡可以設定偵測星點的敏感度，百分比越低（即降低臨界值），就會偵測出越多星點。改變這個值有時會影響程式自動篩選疊合的檔案數量（有時候發現程式疊合的檔案太少，譬如你的影像檔有二十幅，可是程式只取十幅來疊合，可以試著改變這個值，或大，或小都試試，重新偵測星點，然後再疊合看看），若嘗試增減星點偵測都對齊失敗，可強制使用Bilinear方法對齊試試。若仍失敗，可改以Registar軟體進行對齊。

下面是程式開始處理影像的畫面。

處理好檔案可以直接在DSS進一步調整色階，或直接存檔後使用其他軟體處理。

程式自動儲存的Autosave.fit  32位元的FITS格式檔僅有少數軟體譬如FlatAidePro可以讀取。若你接著要以FlatAidePro處理影像，那麼直接用這個檔就可以了。假使你接著會用一般的影像編輯軟體編輯，那麼就需要儲存成16bit tiff檔。

接著我使用Aperture軟體裁切並微調，PIT修正星點，得到以下的成品。

（二）不使用DSS 

當相片中的光暈不均勻、偏向一方（通常因特定方向的光害使照片中央光暈偏向一邊），使用日常拍攝的平場檔在DSS 做平場並無法消除偏向光害的影響。通常在郊區或拍攝低仰角的星景時會遇到這種情況。

這時可以試試使用PhotoShop 或 FlatAide /FlatAidePro 做平場處理。

＊＊＊＊＊

完整的疊圖影像處理程序

前面都只提到平場處理的問題。但若要完整去除影響影像的瑕疵、雜訊，除了做平場以外尚需要做其他的校正處理。


實際要得到一張純淨的星野照片 = [（原始拍攝影像 light  - 偏壓 bias) - (暗電流 dark - 偏壓) ]÷
（平場 flat- 偏壓）

Light, Flat, Dark, Bias 四種檔案的格式需完全相同。
(見《星野攝影II》p.111)


關於暗電流檔(Dark frames)：即是熱訊號，簡單說就是相機因為熱而產生的非來自影像的訊號，現在中高階的數位相機都具有長時曝光除噪的功能，若開啟這個功能，在曝光完成後相機會再花相同的時間做除噪的程序，這個程序就是在修正暗電流所產生的熱訊號（一般我們稱之為熱噪）。
但是因為當我們拍攝天體影像時通常不是曝光很久就是會曝很多張，如果每拍一張照片，我們就讓相機重複同樣時間來除去暗電流訊號，尤其是曝很多張設定相同、曝光時間也相同的檔案時，讓相機重複拍同樣的暗電流再修正實在太沒有效率了，而且有時遇到特殊天象也是有分秒必爭的情況，所以最好的辦法就是在拍攝深空天體時請記得將您的相機關閉長時曝光除噪這個功能，若需要處理暗電流，則由我們自己拍攝好更種設定的暗電流檔，在後製階段需要的時候才拿來到DSS中處理，使用方式很簡單，就是把暗電流檔案與影像檔、平場檔一起載入DSS中執行疊圖的動作。

需注意的是，暗電流與溫度、ISO、曝光時間相關，這三個條件要與影像檔拍攝時(Light frames)的參數條件相同，才能拿來使用，所以通常暗電流都是利用拍攝當下空檔的時間來拍，且多拍幾張不同的設定。暗電流的拍法是設定好ISO、曝光時間（如果超過三十秒就用定時快門線），然後蓋住鏡頭蓋拍攝，為避免漏光，還是要在暗處或用布之類的蓋住。參數一定要相同，如果暗電流檔的品質不佳或參數設定與影像不同的話（譬如溫度不同，差一點尚可，但不能差太多），使用暗電流檔反而會弄巧成拙。

*注意每個圖檔除了相關參數要一致以外，圖檔的尺寸也一定要一樣DSS才會處理。

同樣的設定的暗電流需要幾張呢？一般來說需要的總曝光時間至少要等於影像檔的總曝光時間，但若拍攝時有充分的「dither」（請參考王為豪《星野攝影II》第112~114頁有非常詳細說明dither的原理與效用），在不同的曝光中使每顆星不會每次都落在同一個像元上，那麼我們對於暗電流檔案的需求就不需要那麼多張，尤其是近三五年來的DSLR熱訊號都比之前的機種低很多，且在20度以下的環境熱訊號也會更低，應該拍個十張以內就已足夠。

有趣的是，基於O-GPS1的動作方式，在多張對同一目標的曝光之間一定皆經歷了dither，無論使用者是否有意識到。因為當每次的追蹤曝光完成，感光元件會復歸到原來（中心）的位置，假設我們在第一張曝光前是將目標放在視野中心，那麼當使用者接著進行第二張曝光，目標已經不在中心的位置了。即使使用者因為防止目標漂移出視野而經常需要自己將目標移回視野內，那也不可能會剛好把同一星點移回像元的同一位置（如果我們不做任何移動，那麼就等於讓天體隨著天球運行方向而做了規律的dither offset，如果使用者會調整目標，那也是有隨機的dither）。

暗電流（俗稱熱噪）是一種固定的訊號，上圖中，K5的兩張相同ISO（3200）、溫度（常溫），但不同曝光時間（左60秒, 右100秒）下的暗電流檔案，在放大並同時拉高兩格曝光下，可以看出訊號出現的位置有重複的模式，只是曝光時間越長，訊號就會越強。也因此我們才可能將它從影像中減去。所以說暗電流是一種訊號，而非一種雜訊。

Bias 偏壓訊號則是相機本身從感光元件讀取訊號時所產生的一個預加的非零正值。這個Bias frames的拍攝方式也是要蓋住鏡頭蓋並在黑暗中，以相機的最快快門來拍攝。ISO一定要與影像檔相同，溫度則不重要。但暗電流影像中已經包含了偏壓訊號，所以一般只要減暗電流檔即可，若只做暗電流而不做平場，則bias無需再另拍。

＊2015/11/26 註: 王為豪先生提醒 Bias 一定要做，因為它會影響平場檔flat。即使有拍暗電流也要拍Bias，因為Bias訊號也在flat裡，要減掉它flat才可以拿去除別人。

意思是，我們減掉暗電流檔之後已經把bias 減掉了，如果我們要繼續做平場處理，我們需要除一個不含bias 訊號的平場檔。換句話說，這種情況我們拍的平場檔要先減掉bias才能拿來用。通常，我們把這些檔案拍好後丟進DSS去讓它幫我們做這些運算處理。這是最完整的處理程序。

DeepSkyStacker 的處理程序示意圖（較常使用到的一種）

至於是否要做完整的影像校正處理？
個人覺得要視每個人拍攝的訴求、型態、影像輸出媒體以及個人審美觀等等。譬如時下的單眼相機/感光元件的性能都不差，近來DSLR一兩分鐘以內短時間曝光（譬如單張星野照）熱訊號都不高，個人覺得在這些短時間曝光的場合熱訊號經常可以忽略。多是曝光不足對於影像的影響比較明顯，所以我覺得最重要的是以充足的曝光時間來增加訊噪比。

DSLR拍攝時的ISO感度選擇：

一般對ISO越高畫質越差是不正確的觀念，通常我們的印象中高ISO的雜訊會比較高其實是因為，在一般認為的曝光量相同的情況下（通常自動測光就是這樣做），也就是快門與ISO乘積相同（假設光圈相同），那麼高ISO那張的快門時間即曝光時間永遠比較短。在這樣的情況下ISO比較低的畫質當然比較好，但是是因為它曝光時間比較長而非它的ISO比較低。如果在同樣等量、充足的進光量下，高ISO因為它的讀出雜訊較小，它的畫質反而是比較好的。然則因為低ISO的動態範圍較大，所以拍攝天體最佳的ISO選擇是使用「天文ISO」（詳見王為豪《星野攝影 II》第十六章及表4-2），Pentax K5的天文ISO是ISO1600。儘量累積曝光時間才是提高畫質的重要關鍵。

2.前面提到的，DSS會將你所載入的所有平場檔案平均製作出一個MasterFlat並儲存在你的平場檔案所在目錄下，我們可以到目錄下檢視這個檔案，可發現因為使用RAW檔，白平衡得以不影響MasterFlat。

MasterFlat 

Dither：

多張曝光時在每張與每張間稍微移動一下望遠鏡瞄準位置（通常是數個pixel到十數個pixels，並不影響構圖），若使用導星軟體控制拍攝通常可設定軟體來做自動dither。

用途

對光路瑕疵而言——

1.讓在感光元件上固定位置出現的壞點、讀出雜訊或光路中的塵點、瑕疵投影等不會落於拍攝影像中的固定位置。

這樣在對齊星點後，同一個瑕疵就會於各張中處於不同座標位置。搭配適當的疊圖法例如kappa-sigma或中位數可以有效消除或減少這些瑕疵。

對天體訊號而言——

2.讓天體光線不會固定打在壞點上。以便在疊合後便能得到完整的天體訊息。亦可搭配Drizzle功能在疊合時做超解析放大。