White balance / colour balance korekcija u RGB astrofotografiji

[VaskoGM]

Pravilan balans boja, odnosno pravilno postavljena referenca bele je verovatno jedan od najvažnijih parametara u astrofotografiji. Uticaj nepravilnog balansa često je drastičan na kvalitet i realističnost prikazanog materijala. Uslovi za idealan balans boja praktično ne postoje. Na nama je da ga uz pomoc softvera za obradu i naseg ličnog senzibiliteta utvrdimo generalno i najpribližnije očekivanom.

Zbog različitih faktora će nam fotografski materijal u sirovom stanju i pre obrade biti u netačnim bojama što korekciju čini neophodnom. Par razloga koji do toga dovode su:

-Nepravilno podešen white balans kamere. Kod DSLR, to je čest slučaj pogotovo kod modifikovanog uredjaja.
-Atmosferski uticaji. Pošto atmosfera nije ni blizu savršenog medijuma za snimati kroz nju. Smog i svetlosno zagadjenje ce se nesumnjivo pobrinuti da i najpažljivije podešen balans na samom aparatu izvede potpuno nezadovoljavajuce boje i često će sve otići u topli deo spektra, odnosno crveno/žute tonove. Sve to dovodi do situacije gde će se npr. zvezde koje bi trebalo da budu bele, prikazati kao žute, a plave će postati zelenkaste, pozadina crvenkasta... itd. U slučaju primera ovde obradjenog, obrnuto je, plava je dominantna pa je sve otislo u hladan deo spektra.

Ostali razlozi se tiču karakteristika samog astrofotografskog sklopa, optike, modela kamere, senzora itd... ali to je neka druga priča.

Postupci ovde opisani su direktno primenljivi u Adobe Photoshop aplikaciji. Ima i drugih softvera koji će dati iste mogucnosti, medju kojima ima i besplatnih.
Ima vise metoda za korekciju balansa, osvrnuću se na (po meni) osnovne:


CAMERA RAW metoda

Balansiranje direktno na RAW materijalu se izvodi približno za sve frejmove zajedno i često nece biti dovoljno tačan nakon stakiranja zbog varijacija u različitim frejmovima, ali kao prvi korak je vise nego važan, jer postavlja maksimalno približne vrednosti zasebnih kanala PRE STAKIRANJA. Pogodnost je što kada smo u startu stakirali frejmove sa približno tačnim balansom, dalja obrada takvog staka će biti daleko olakšana i zahtevace samo manje korekcije.

1. Selektovati sve light frejmove i prevući na ikonicu PS. Otvoriće se poseban prozor Camera Raw sa listom i prikazom svih RAW frejmova. Kliknuti na ,,Select all" Tako ćemo svako podešavanje koje izvedemo na jednom frejmu, imati odmah primenjeno na svim.

2. Ispod histograma s desne strane su dva klizača: Temperature i Tint, to je sve od podešavanja koja nam trebaju iz Camera Raw aplikacije.
3. Potrebno je izbalansirati ta dva klizača da se tri boje histograma preklope, odnosno da se leve vertikale signala svakog zasebnog kanala dovedu u jednu liniju koliko je bliže moguće.

4. Kada je custom white balance primenjen, možemo sve RAW fajlove eksportovati u TIFF 16bit klikom na dugme Save Images. I onda ih takve stakirati sa približno, vrlo tačnim balansom.


LEVELS metoda

Prvo što možemo uraditi da dodatno podesimo WB je da otovorimo prethodno pripremljen stak u PS.
Moramo imati otvoren prozorčić sa histogramom (u meniju: window/histogram) na kom ćemo primeniti isto poklapanje kanala po boji kao i u Camera RAW ali sledećim postupkom:

1. Otvoriti u meniju: Image/Adjustments/Levels. Uz pomoć Levels prozora možemo zasebno svaki kanal R,G ili B po potrebi ,,raširiti" ili ,,skupiti" dok im se početne vrednosti ne poklope.
2. Izabrati jedan kanal, (akciju je dovoljno uraditi na dva kanala po izboru koji ce se prilagoditi trećem) Kanal koji treba ostaviti kao nepomični reper je dobro da bude onaj što je najvise u desno. Na primeru na slici to je Crveni (R)

3. Histogram govori da je plavi kanal nizak, podižemo mu signal tako što cemo desni klizač pomeriti na levo dok se početna vertikala na histogramu ne podudari sa početnim vertikalama jednog ili oba preostala.
4. Uz dovoljno pažnje, na kraju bi trebalo da imamo korektan balans. U zavisnosti od trenutka kada je balansiranje primenjeno, uz dodatnu obradu sam balans se moze ponovo promeniti, ali se isti postupak balansiranja u levels može izvoditi iznova po potrebi.



CURVES metoda
Kada smo sigurni da imamo regiju na fotografiji koja je čista crna pozadina, bez najbledjih zvezda, galaksija ili prašine, možemo to semplovati kao neutralan signal i na osnovu njega odrediti balans.
Osim za korekciju balansa, ova metoda može vrlo povoljno da utiče i na neutralizaciju pozadine, odnosno da prigusi uticaj svetlosnog zagadjenja ako ga ima registrovanog na materijalu.
Curves metodu je bolje raditi nakon širenja histograma i generalnog procesuiranja fotografije.
Ova metoda ne daje matematicki poklopljen histogram, ali će često rezultat biti na neki način prijatniji oku u estetskom smislu, što ne mora biti ni lose ni pogresno za izabrati.

1. Otvoriti u meniju: Image/Adjutements/Curves
2. Kliknuti na srednju pipetu, ona je namenjena za semplovanje sivog, neutralnog signala.
3. Izabracemo Sample Size pipete da bude 3 by 3 Avarage ili 5 by 5
4. Kliknuti na najneutralniju tacku na pozadini.




MATCH COLOR metoda
Manje poznata ali najlakša, pouzdana metoda. Ne zahteva bilo kakvo vizuelno kontrolisanje već PS sam radi neutralizaciju, odnosno slično podudaranje kanala kao u Levels metodi.

1. Otvoriti u meniju: Image/Adjustments/Match Color
2. Na prozoru uključiti Neutralize, potvrditi na OK dugme.



UPOREDNI REZULTATI:



Nadam se da će ovaj mali vodič biti od koristi.
Vedro nebo!

[Yagodinac]

Bravo za temu! Ovo ja mislim da može biti korisno onima koji rade sa DSS-om, pošto isti ja ne znam da li ikad boje može da ubode kako treba (ili ja ne znam način). Kod Irisa je sve vrlo prosto; tu on sam RAW fajlove obrađuje po svom nekom algoritmu i dovoljno je na stack-u primeniti komandu rgbbalance i rezultat je odličan. Naravno da posle toga kad u PS-u primenite opciju curves 10x zaredom balans ode malo u toplije, barem meni na nemodifikovanima aparatima; ali to je vrlo jednostavno korigovati nekom od metoda koje je Vasko opisao.

[Luger]

Sjajno, hvala!

Kad je vec tema tu, da pitam. Skoro na svakoj mojoj fotografiji je vidno ili vinjetiranje, ili uticaj LP-a, ili neujednacena pozadina iz bilo kog drugog razloga. Ovi nacini normalizacije pozadine se, ako se ne varam, odnose na snimke sa jasnom i ujednacenom pozadinom, ili blago deformisanom?
Na koji nacin se  moze "ispeglati" nejednaka pozadina? Uradim ja i prave i lazne fletove (ono...invert>noise>dust&scratches...), i pozadina se ujednaci, ali se i detalji pogube. Svako pomjeranje klizaca u lelvels ili curves dovodi do ponovnog izbijanja na vidjelo svih anomalija pozadine.
Takodje, koristim i color sampler tool srednju kapaljku, pa to bude ok u tom regionu na koji sam kliknuo, ostalo ostaje skoro netaknuto ili je promjena neznatna.   
Jasno mi je da sa moje pozicije ne mogu imati dobre astrofotografije sa mojom opremom, ali sam tvrdoglav. 

[vlaiv]

Zavisi sta pravi problem kod pozadine, ima par stvari koje mogu da uticu:

- Amp glow - ne znam ni kako bi preveo ovo, al to je neujednacena zagrejanost senzora - ovo se moze lako ukloniti dark frejmovima osim u slucaju kada nije temperaturno regulisan senzor kao sto je to slucaj kod DSLR-a i astro kamera bez hladjenja. Postoji "resenje" za to - u DSS ima opcija Optimize dark frames koja algoritamski pokusava da pogodi koliko da poveca/smanji dark frejm da bi kalibracija dala najbolje rezultate. Postoji i mogucnost da se rucno unese koeficijent - al ne znam kako da se on odredi sem proba/greska metodom.

- Neujednacena osvetljenost senzora - vinjeting i/ili prasina - jedino sto pomaze ovde su flat frejmovi (mozda i sinteticki flat, al on nikad nije preterano dobar).

- Svetlo koje prodire i osvetljava deo iza sekundara - ovo moze da nastane ako ima neko svetlo tipa ulicna lampa koje mozda ne izgleda kao da smeta a zapravo sija i ulazi u otvor teleskopa - jedino newtoni pate od ovog zato sto im je fokuser blizu otvora napred - resenje jednostavno - produziti cev napred, to ne mora biti nista specijalno, moze obican crni karton - poput onog za sprecavanje maglenja.

Moje misljenje je, mozda gresim, da gradijent pozadine gotovo nikada nije zbog neravnomernog osvetljenja neba i svetlosnog zagadjenja, mislim da je povrsina koja se snima suvise mala da bi
imala primetan gradijent.

Inace ispravna kalibracija frejmova pomaze kod balansa boja.

[Yagodinac]

@Luger: mislim da jedan dobar deo svega toga možeš da eliminišeš ako kod opcije curves odabereš black point blizu centra kadra. To je onda mesto koje bi trebalo da predstavlja fon neba; ako black point bude blizu periferije onda se veoma pojačava vinjetiranje u PS-u. Na ovaj način dobiješ nešto manje detalja u maglinama/galaksijama ali si bar eliminisao vinjetiranje.

[VaskoGM]

Ovo ja mislim da može biti korisno onima koji rade sa DSS-om, pošto isti ja ne znam da li ikad boje može da ubode kako treba (ili ja ne znam način).

Odlican softver sam po sebi, pogotovo sto nudi sijaset kontrola nad frejmovima i stakiranjem i to do sitnih detalja, ali rezultat mi se nikako ne svidja...
Jednostavno sta god uradio konacni stak mi prikazuje u uzasnom kvalitetu... Kao 8bit grafika ili tako nesto... gradijenti su stepenasti a ne glatki. Doduse, citao sam kako on to uvek uradi
ako se neki parametar pomeri u fazi pre nego sto se sacuva finalan stak, ali ako ne dignem saturaciju tada, imam potpuno monohromatski rezultat...
Verovatno moze da se resi taj problem koji imam sa DSS, ali sam odavno odustao i okrenuo se alternativama bez trunke kajanja.

Na koji nacin se  moze "ispeglati" nejednaka pozadina? Uradim ja i prave i lazne fletove (ono...invert>noise>dust&scratches...), i pozadina se ujednaci, ali se i detalji pogube. Svako pomjeranje klizaca u lelvels ili curves dovodi do ponovnog izbijanja na vidjelo svih anomalija pozadine.
Takodje, koristim i color sampler tool srednju kapaljku, pa to bude ok u tom regionu na koji sam kliknuo, ostalo ostaje skoro netaknuto ili je promjena neznatna.   
Jasno mi je da sa moje pozicije ne mogu imati dobre astrofotografije sa mojom opremom, ali sam tvrdoglav. 

Vrlo zeznuto... svetlosno zagadjenje i svi problemi na fotki od njega su najtezi za eliminisati.
Ono u Curves sa srednjom pipetom uspe da neutralise kriticne delove pozadine, ali doduse samo kad su manje varijacije u pitanju...

Moze li se taj vestacki flet upotrebiti naknadno nakon svih akcija sa levels i curves? A gubitak detalja zbog njega bar svedes na minimum tako sto mu smanjis Fill da ne bude na 100% naravno ako je na zasebnom lejeru. Samo mi pada na pamet, mora se to proveriti, nisam radio vestačke fletove...
Inace nije nista strasno ako treba napraviti malo kompromisa sto se tice eliminisanja onog najtamnijeg signala u koji su se umesali tragovi zagadjenja

E sad, bez obzira na sve, mislim da mozes da pravis vise nego zadovoljavajuce fotke ali samo ako se disciplinujes u vezi sa sledecim:
1. Kvalitetni Dark i Flet frejmovi su pod obavezno i sa najboljih lokacija i sa najboljom opremom, a kamoli medju živinim sijalicama... Znaci prvo i prvo, mora se eliminisati sav suvisan šum i vinjetiranje bez ikakvog kompromisa.
2. Apsolutno poslusaj Vlaivov savet za cevku od kartona ili neoprena na otvoru cevi. Na tvojoj lokaciji ce napraviti drasticnu razliku! Postavi je da bude sira precnikom od otvora da bi izbegao slucajni upad iste u vidno polje sto bi izazvalo deformacije na zvezdama, a u duzinu je pusti da bude 1,5 precnika teleskopa. Obavezno je zacrni iznutra! Svetlost koja ulazi pod tupim uglom kroz otvor i to bilo kog teleskopa je užas za kontrast, a on ti najpotrebniji s obzirom na lokaciju.
3. Ti bese koristis CLS filter, zar ne?

[Luger]

Ovako,
@Vlaiv, napravio sam poprilicno veliku "zonericu" za cevku, da se razvedri pa cu da probam.  Imam vise dslr aparata, nisam siguran da Amp glow toliko pravi problem, jer su mi ekspozicije maksimum 2min, a uglavnom su na svim slikama, bilo kojim aparatom radjene, defekti vrlo slicni.
Moram da priznam da za ove modifikovane aparate nisam uradio fletove, nekako ili zaboravim ili ne stignem. Za 550D imam uradjene, pomazu dosta ali jos tu ima prostora.

@Yagodinac, obicno sam birao black point birao po rubovima slike, nije mi ni palo na pamet da ga postavim blize centru.

@VaskoGM, imam UHC filter, nevjerovatno kako dobro ubija ulicnu rasvetu. Obavezno koristim plugin Gradient exterminator, koji mi ispegla kompletnu fotografiju, pa onda sta izvucem.
Na kraju, u pravu ste i ti i doca, malo kompromisa na ustrb detalja nije losa ideja.
Hvala svima!

[vlaiv]

Pa amp glow ces lako proveriti, uzmi okini par komada darkova (ne treba puno mozes do 10) i stackuj za master dark, mozes i jedan komad, bice suma al ce se videti amp glow ako ga ima.
Meni kamera pokazuje amp glow i na malim ekspozicijama tipa 30s bez problema. Sve u svemu rastegni taj dark da bude pokriven histogram - bice ona kriva kao normalna distribucija suma - to rastegni full na histogramu pa ces videti da li je ravnomerno osvetljeno ili ima amp glow.

[vlaiv]

Da se vratimo na topic, za one koji su dublje zainteresovani za ovu temu, a tema je inace jako kompleksna ako se zeli ici u detalje, evo jedne interesantne tabele
kojom se moze proveriti white balance na slici, pa cak i uraditi white balance do neke mere.

http://www.vendian.org/mncharity/dir3/starcolor/UnstableURLs/starcolorsD58.html

Vrednosti u tabeli predstavljaju RGB vrednosti boje koje bi trebala da na standardnom monitoru da zvezda odredjene spektralne klase (D58 / sRGB).
Znaci provera kalibracije boja bi se sastojala u sledecem:

Pronadjemo zvezdu na slici, nekom metodom utvrdimo kojoj spektralnoj klasi pripada (ili nadjemo u Stelarijumu ili moze da se odradi plate solving) i pogledamo koje vrednosti RGB-a ima zvezda na slici - ako je blizu vrednosti datih u tabeli onda je kalibracija dobra. Naravno voditi racuna da zvezda koju smo uzeli nije u saturaciji u bilo kom kanalu ili odabrati deo zvezde koji nije u saturaciji.

Sam white balance ovom metodom bi bio: Nadjemo par zvezda na slici, odredimo RGB vrednosti i uporedimo sa tabelom - zatim nadjeno koeficijente sa kojima treba pomnoziti R, G i B kanal da bi vrednosti bile sto pribliznije ovoj tabeli.

Problem naravno nastaje ako se koriste nelinearne transformacije signala po kanalu (kao sto su manipulacije histogramom i stretching i slicno). Generalno bi to trebalo raditi u Chroma/Luma modelu a ne u RGB modelu, i to samo na luminance kanalu. U tom slucaju moze da se primeni ovakva kalibracija boja.

Da, da pomenem, nisam ekspert u ovoj oblasti, daleko od toga, al me zanima to kako da se slika obradi da se dodje do sto vernijeg prikaza i ovo sto sam izneo je kako trenutno vidim da stvari funkcionisu (sto ne znaci da necu nauciti / skontati da treba drugacije ). Tako da shvatite ovaj post kao preporuku za isprobavanje pre nego bilo kakvu tvrdnju.

[VaskoGM]

Sam white balance ovom metodom bi bio: Nadjemo par zvezda na slici, odredimo RGB vrednosti i uporedimo sa tabelom - zatim nadjeno koeficijente sa kojima treba pomnoziti R, G i B kanal da bi vrednosti bile sto pribliznije ovoj tabeli.

Bravo za ovo sto si iskopao! 

Ja bih samo pojednostavio metodu koju si opisao u citatu iznad:
Dovoljno je na svojoj fotografiji identifikovati samo jednu zvezdu koja G2V klase, i semplovati njene vrednosti kao neutralni sivi kanal (srednja pipeta u levels/curves)

Naime, G2 klasa zvezde su najpribliznije bele boje, odnosno kao i svetlost Sunca sto je. Kada imamo zasigurno referencu bele, tacan white balance je zagarantovan.
Vrednosti RGB takvih zvezda treba da budu poklopljene (255;255;255 ili nize) ali ako je neko bas u fazonu da treba tacnije od toga, moze levelsima po zasebnom kanalu vrlo lako da napravi da bude i 244;246;255

[Yagodinac]

Već godinama povremeno pogledam nakon obrade poneku zvezdu šta je u tabeli i kakva je kod mene na slici, to se uglavnom složi. Ovo što ste napisali je super, ali ima i par začkoljica. Kao prvo svako merenje magnitude zvezda na slici daje veoma šarenolike rezultate za veoma veliki broj zvezda, moj zaključak je da su to sve promenljive. Na nekim fotkama recimo i polovina zvezda koje sam gledao imaju magnitudu-dve gore ili dole u odnosu na softver (Stellarium, Winstars). Drugo, veliki procenat promenljivih su npr cefeide a one pulsiraju i pritom menjaju spektralnu klasu, tako da ako se radi ova metoda treba uzeti obavezno što više primera da bi se osigurala najmanja greška.

Mada... Naš sistem obrade je takav da pojačamo krivulje i saturaciju, ništa to nije striktno linearno i kalibrisano. Drugim rečima mislim da white balance neminovno pobegne u neku stranu, tako da je korisno da se rade ovakve provere.

[vlaiv]

... Na nekim fotkama recimo i polovina zvezda koje sam gledao imaju magnitudu-dve gore ili dole u odnosu na softver (Stellarium, Winstars) ....

Mislim da je problem u merenju ne u zvezdama
Da bi se postigli priblizni rezultati iz kataloga - neophodno je uraditi jako dobru kalibraciju instrumenta, uracunati uslove snimanja (transparenciju, poziciju na nebu i slicno) i raditi sa odgovarajucim filterima ili kompenzovati za to sto se radi sa drugim filterima na odgovarajuci nacin.

[VaskoGM]

Mada... Naš sistem obrade je takav da pojačamo krivulje i saturaciju, ništa to nije striktno linearno i kalibrisano. Drugim rečima mislim da white balance neminovno pobegne u neku stranu, tako da je korisno da se rade ovakve provere.

To je upravo razlog zasto se treba opustiti i fotku izbalansirati priblizno, jer bolje od toga i ne moze. Radimo estetsku astrofotografiju gde je bilo kakav naucno koristan materijal pod znakom pitanja. Jedino je monohromatsko snimanje relevantno u tom smislu. RGB je samo metod da prikazemo priblizno u bojama kako bi videli svojim ocima da mozemo.

[Yagodinac]

Mislim da je problem u merenju ne u zvezdama
Da bi se postigli priblizni rezultati iz kataloga - neophodno je uraditi jako dobru kalibraciju instrumenta, uracunati uslove snimanja (transparenciju, poziciju na nebu i slicno) i raditi sa odgovarajucim filterima ili kompenzovati za to sto se radi sa drugim filterima na odgovarajuci nacin.

Nisi me razumeo, zvezde upoređujem jedne sa drugima i tu onda ne može da bude greške. Moja je greška što sam upotrebio termin "merenje" 
Ako za tri zvezde u kadru znam da su 15mag a jedna bude sjajnija od druge dve - nema velike filozofije, to je promenljiva  I takvih ima koliko hoćeš, prosto je neverovatno kad se malo udubiš u proučavanje nekog malo gušćeg regiona tipa Labud.
Generalno ima fora da se u Irisu meri magnituda ali nisam to nešto apsolvirao, trebalo bi prvo da se kalibriše 20D. Umesto toga upoređujem magnitude iz kataloga i uvećani stack.

[vlaiv]

Mislim da je problem u merenju ne u zvezdama
Da bi se postigli priblizni rezultati iz kataloga - neophodno je uraditi jako dobru kalibraciju instrumenta, uracunati uslove snimanja (transparenciju, poziciju na nebu i slicno) i raditi sa odgovarajucim filterima ili kompenzovati za to sto se radi sa drugim filterima na odgovarajuci nacin.

Nisi me razumeo, zvezde upoređujem jedne sa drugima i tu onda ne može da bude greške. Moja je greška što sam upotrebio termin "merenje" 
Ako za tri zvezde u kadru znam da su 15mag a jedna bude sjajnija od druge dve - nema velike filozofije, to je promenljiva  I takvih ima koliko hoćeš, prosto je neverovatno kad se malo udubiš u proučavanje nekog malo gušćeg regiona tipa Labud.
Generalno ima fora da se u Irisu meri magnituda ali nisam to nešto apsolvirao, trebalo bi prvo da se kalibriše 20D. Umesto toga upoređujem magnitude iz kataloga i uvećani stack.

Ne mora da znaci. Kada kazemo da su 15mag (bez fotometrijskog sistema) - obicno se misli na V band u UBVRI sistemu (ako se ne varam). Zavisi cime snimas, al ako je bilo sta sto ima Bayer matricu (OSC kamera / DSLR aparat) pogotovu ako je modovan DSLR aparat sa skinutim UV/IR filterom, ili koristis neki od standardnih RGB filtera - dobices totalno drugaciji odziv od V fotometrijskog filtera, i ne samo to, dve zvezde koje su obe mag15 u V bandu a razlicite klase ce za drugi filter dati razlicte vrednosti magnitude.

Cak i dve zvezde koje su mag15 u V bandu mogu u drugim bandovima imati razlicite magnitude ako su razlicite spektralne klase. I sad pogledaj recimo odziv nekog DSLR-a



Imas deo plave koja zalazi u zeleni deo spektra, imas deo crvene u zelenom delu spektra a zelena ide i u plavu i u crvenu. To znaci da uzmes dve zvezde koje imaju istu V magnitudu al razlicite B i R magnitude - zelena na dslr-u ce imat razlicit total detektovanih fotona zbog razlicitog doprinosa iz crvenog i plavog dela spektra.

Edit:

Ovo je ujedno i jedan od razloga zasto razlicit aparati razlicito snime isti objekat na nebu (razlicite krive odziva) - pa moramo da radimo white balance