6/94

DIGITAALINEN KUVANKÄSITTELY Nopeasti yleistyvä CCD-kameroiden käyttö tähtitieteessä ja viime aikoina myös tähtiharrastuksessa on tuonut kuvankäsittelyn olennaiseksi osaksi havaintotoimintaa. CCD-kamerat ja nopeat kuvankäsittelyyn kykenevät tietokoneet ovat tätä nykyä jo arkipäivää. DIGITAALINEN KUVA Jotta kuvaa voitaisiin käsitellä millään tavalla tietokoneella, on sen ensin oltava numeerisessa muodossa. Kuva on jaettava pieniin ruutuihin, pikseleihin, joista jokaisen kirkkaus on erikseen mitattava.Tämä onnistuu kahdella eri menetelmällä: joko skannaamalla valokuva tai ottamalla kuva suoraan digitaalisella CCD-kameralla. Skannereita on monenlaisia: värillisiä ja mustavalkoisia, käsiskannereita tai suuria pöytäskannereita tai vielä suurempia (ja kalliimpia) rumpuskannereita. Vanhatkin kuvat voi skannattuja ja niitä edelleen käsittelemällä niistä voi löytyä uusia ennen näkemättömiä yksityiskohtia tai himmeitä sumuja. Skannereiden lukutarkkuus on yleensä vain 256 harmaasävyä väriä kohti, mikä asettaa oman rajoituksensa tähtikuvissa olevien äärimmäisen pienten kirkkauserojen erottamiseen. Skanneria paremman tuloksen saa käyttämällä uutta PhotoCD-tekniikkaa. Siinä kuvatut filmit (tai vanhat negat tai diat) lähetetään valokuvalaboratorioon, jossa ne skannataan suurella skannerilla ja talletetaan cd-levylle. Levyä voi sitten lukea tavallisella cd-lukijalla ja käsitellä kuvia haluamallaan tavalla. Mutta ehdottomasti parhaan materiaalin kuvankäsittelyyn saa suoraan CCD-kameralla, ja vielä sellaisella jossa on harmaasävyjä riittävästi (12- tai 16-bittinen kamera). PERUSKÄSITTELY CCD-KUVALLE CCD-kameralla otettuja kuvia on aivan välttämätöntä käsitellä, jotta niistä yleensä näkee jotain. CCD-kameran suurin etu tulee heti kuvanoton jälkeen tehtävässä peruskorjauksessa, jossa kuvasta poistetaan lämpökohina ja kaukoputken aiheuttamat mahdolliset varjostukset. Lämpökohina poistetaan yksinkertaisesti ottamalla toinen kuva samalla valotusajalla, mutta ilman valoa ja vähentämällä tämä ns. pimeäkuva alkuperäisestä kuvasta. Nyt meillä on vain pelkän valon aiheuttama tieto kuvassa. Varjostuksista päästään eroon kuvaamalla tasavaloista kohdetta (tornin kupua tai päivätaivasta) samalla systeemillä. Tässä kuvasta voidaan laskea, millä arvolla jokaista kuvaelementtiä on kerrottava, jotta lopputulos olisi tasavaloinen. Näitä korjauskertoimia käyttäen saadaan kuvat korjattua. Kuvassamme pitäisi nyt olla jo itse kohdekin havaittavissa. Tällaisesta alkukäsitellystä kuvasta on sitten hyvä lähteä liikkeelle varsinaiseen tehokäsittelyyn. SKAALAUS Yksinkertaisin kuvankäsittelytoiminto on kuvan harmaasävyasteikon uudelleenskaalaus. Jos kuvan harmaasävyasteikko on 12-bittinen, tarkoittaa se että kuvassa on teoriassa 4096 eri harmaasävyä. Todellisuudessa meitä kiinnostava kuva voi olla esimerkiksi kohdassa 1200-1300, jolloin taustataivaan aiheuttama harmaasävy on tuossa 1200 kohdalla ja himmeä ds-kohteemme juuri ja juuri sitä kirkkaampi. Skaalaamalla kuva nyt uudelleen siten, että 1200 siirretään nollakohtaan ja 1300 maksimiarvoon (4096) ja muut arvot samassa suhteessa siihen välille, saadaan jo huomattavasti paremmin kohde näkyviin. Toimintoa voisi verrata pimiötyöskentelyn paperin jyrkkyyden säätämiseen. Tietokonelabrassa vaan 'paperin' saa lähes äärettömän jyrkäksi ja valotusaikaa voi säätää erittäin tarkasti. Tämän lineaarisen skaalauksen lisäksi on olemassa myös epälineaarisia skaalauksia, kuten logaritminen tai iexponentiaalinen skaalaus. Näillä voidaan korostaa erikseen himmeitä tai kirkkaista alueita kuvassa. Saadaan esimerkiksi samaan kuvaan näkymään galaksin ytimen vieressä oleva supernova ja paljon sitä himmeämmät kierteishaarat. Skaalauksessa kuvainformaatio säilyy (ellei sitä skaalata harmaasävyalueelta pois) ja kuvasta voidaan vielä mitata kirkkauksia ja paikkoja, mikä ei välttämättä onnistu enää pidemmälle käsitellyille kuville. HISTOGRAMMIN TASOITUS Usein käytetty kuvanmuokkaus on histogrammin tasoitus, jolla tavallaan levitetään kuvan harmaasävyt siten, että kaikkia on saman verran koko kuvassa. Tällä tavalla syntyy yleensä ruman näköisiä kuvia, mutta himmeät kohteet useinmiten erottuu selvästi. Monesti tällä toiminnolla kannattaa ensin vilkaista, mitä kuvassa todella on ja vasta sitten jatkaa käsittelyä. KUVAN TARKENNUS Kuvankäsittelyssä on samantapaisia suodattimia kuin äänitekniikassakin, puhutaan yli- ja alipäästösuodattimista (hi-pass ja low-pass). Niillä voidaan kuvasta esimerkiksi vahvistaa yksityiskohtia korostamalla pikseleiden arvoa suhteessa sen naapuripikseleihin. Menetelmä voi aluksi tuntua uskomattomalta, sillä se ikäänkuin tarkentaa kuvaa sen ottamisen jälkeen. Itse asiassahan kuva ei tarkkene se vain 'näyttää' tarkemmalta! Samalla tavoin voidaan korostaa vaikka vain vaakasuoria tai pystysuoria piirteitä. Pimiösta jo mahdollisesti tuttu epätarkan maskin menetelmä on myös muutettu omaksi pieneksi matemaattiseksi funktiokseen. Sillä kuvan yksityiskohtia voidaan saada vielä huomattavasti paremmin näkyviin. Nämä tarkennusfunktiot ovat erittäin hyödyllisiä Kuun tai planeettojen kuvien käsittelyssä. Vastaavasti kuvia voi myös epätarkentaa. MUUT TOIMINNOT Digitaalista kuvaa voidaan käsitellä mielivaltaisesti, jopa venyttää eri suuntiin tai vaikka pallon pinnalle. Värejä voidaan muuttaa tai kuvaa voi 'korjailla' piirrustusohjelmalla. Nämä temput ovat tieteellisessä kuvankäsittelyssä 'kiellettyjä', sillä niillä tuhotaan helposti kaikki tieto, joka kuvassa alunperin oli. OHJELMAT Tähtiharrastajalle on tarjolla muutamia aivan tätä varten kehitettyjä ohjelmia. Yleensä CCD-kameran mukana tulee jonkunlainen käsittelyohjelma kuvien peruskäsittelyyn. Erikoisohjelmia on esimerkiksi SkyPro Windowsille. Sillä pystyy tekemään kuvien peruskorjaukset ja erilaiset skaalaukset. Ohjelma pystyy lukemaan 16-bittisiä ST6- ja FITS-formaatteja, samoin kuin 8-bittisiä GIF- ja TIFF-formaatteja. Ohjelmassa on myös tulostusmahdollisuus, joka useimmista muista ohjelmista puuttuu. Tavallisia kuvankäsittelyohjelmia, kuten PhotoShopia tai Photostyleriä voi tietysti käyttää, mutta niiden puutteena on se että ne pystyvät käsittelemään vain 8-bittisiä harmaasävykuvia. Skannattujen kuvien ja PhotoCD-kuvien käsittelyyn ne ovat parhaimmillaan. Arto Oksanen ENGLISH SUMMARY In this article Arto Oksanen describes some basic method of digital image processing. Image processing is nowardays possible for amateur astronomers. There are CCD cameras and efficient computers available.