เรื่องและภาพโดย ไอซี วริศา ใจดี
ฉันได้เล่าเรื่องราวกว่าจะมาเป็นภาพสวย ๆ ด้วยกล้อง CCD ไว้ในสาระวิทย์ฉบับที่แล้ว มาฉบับนี้ฉันจะเล่าขั้นตอนการจัดการกับสัญญาณรบกวนจากแหล่งต่าง ๆ เพื่อให้ภาพที่ได้ออกมาสวยเนี้ยบที่สุดให้ฟังกันต่อ
ในการถ่ายภาพด้วยกล้อง CCD และประมวลผลออกมานั้น นอกจากถ่ายภาพวัตถุบนท้องฟ้าแล้ว เรายังต้องถ่าย calibration frame ที่ทำหน้าที่จับภาพสัญญาณรบกวนต่าง ๆ เพื่อใช้ในการหักลบสัญญาณรบกวนเหล่านั้นออกจากไฟล์รูปของเรา แต่ก็ต้องเข้าใจด้วยว่าบางอย่างก็ลบออกไปไม่ได้ และหากมีข้อมูลเสียเพียงหนึ่งไฟล์ที่เราไม่ได้คัดกรองให้ดีเสียก่อน อาจส่งผลทำลายภาพรวมทั้งหมดได้ ดังนั้นสิ่งแรกที่ควรทำหลังจากได้ข้อมูลมาคือการเปิดไฟล์ใน AstroImageJ ซอฟต์แวร์เฉพาะสำหรับการประมวลผลข้อมูลภาพทางดาราศาสตร์ และใช้เวลานั่งไล่ดูภาพแต่ละภาพเพื่อหาข้อผิดพลาดของภาพดังภาพตัวอย่างด้านล่าง
พวกภาพที่มีเมฆลอยมาบังหรือภาพถ่ายขณะกล้องสั่นแก้ไขได้ด้วยเฟรม calibration ไม่ได้ หากเจอภาพเช่นนี้ให้ย้ายเข้าโฟลเดอร์ที่ตั้งชื่อว่า “BAD” ทันที ! อาจจะฟังดูน่าเศร้าหลังจากใช้เวลาหลายต่อหลายชั่วโมงในยามดึกนั่งเก็บข้อมูลเพียงเพื่อค้นพบว่าข้อมูลส่วนใหญ่นั้นใช้ไม่ได้ แต่เชื่อสิการเก็บข้อมูลให้ได้เยอะที่สุด เป็นข้อมูลจำนวนมหาศาลนี่แหละคือกุญแจสำคัญที่นำการศึกษาวิจัยทางดาราศาสตร์ไปสู่การค้นพบใหม่ ๆ เมื่อเราจัดการภาพเสียออกไปแล้วในการคัดกรองครั้งแรก เราจะเหลือแต่ภาพดี ๆ
ตัวอย่างไฟล์ภาพที่ใช้ได้ที่เปิดใน AstroImageJ
ในภาพตัวอย่างต่อไป สังเกตเห็นอะไรที่ดูแปลกตาไหม ? ลองสังเกตที่มุมซ้ายบนของทั้งสองภาพนี้ มีอยู่สิ่งหนึ่งที่เหมือนกันเลยก็คือ วงแหวนโดนัทสีเข้ม ๆ ที่ดูไม่น่าจะใช่วัตถุอวกาศ วงแหวนพวกนี้มีชื่อว่า dust donuts พวกมันเป็นวงเกิดจากแสงที่กระจายเมื่อตกกระทบฝุ่นบนเลนส์ สองภาพนี้ถ่ายด้วยฟิลเตอร์ V เหมือนกัน นั่นแปลว่ามีฝุ่นสกปรกติดอยู่บนฟิลเตอร์ V ของกล้อง และควรทำความสะอาด แต่ในตอนนี้สิ่งที่เรียกว่า flat frame สามารถช่วยคุณได้ !! การถ่าย flat frame จะทำในช่วงดวงอาทิตย์ใกล้ลับขอบฟ้า เวลาที่เรามีแสงไม่มากไม่น้อย แต่สม่ำเสมอในบริเวณที่ถ่าย ซึ่งจะช่วยให้เราจับภาพเงาวงแหวนจากโดนัทเหล่านี้ได้ดี เราต้องการ flat frame สำหรับทุกฟิลเตอร์ และหน้าตาของมันเป็นแบบนี้ดัวภาพตัวอย่าง
ภาพตัวอย่าง flat frame แสดงโดนัทฝุ่นบนฟิลเตอร์ทั้งสาม
จะเห็นได้ว่าตำแหน่งของวงแหวนต่างกันไปในแต่ละฟิลเตอร์ แล้วแต่ว่าฝุ่นเกาะอยู่ตรงไหนของฟิลเตอร์นั้น ๆ แต่บางวงก็อยู่ตำแหน่งเดียวกัน พวกนี้เป็นฝุ่นบนเลนส์หลักของกล้อง ไม่ว่าจะหมุนเปลี่ยนฟิลเตอร์ไปยังไงมันก็ยังอยู่
ทีนี้ลองย้อนกลับไปดูภาพตัวอย่างไฟล์ภาพที่ใช้ได้ที่เราเปิดใน AstroImageJ (ในหน้า…) จะเห็นว่าภาพยังไม่ค่อยคมชัด เต็มไปด้วยจุดเยอะแยะไปหมด นี่มาจากสัญญาณรบกวนที่มีรูปแบบชัดเจน เนื่องมาจากระบบภายในตัวกล้องและการอ่านข้อมูล ซึ่งการลบมันออกเพื่อให้ภาพของเราดูเนียนขึ้นก็ทำได้ง่าย ๆ ด้วย bias frame โดยถ่ายหลายเฟรมแล้วนำมาเฉลี่ยรวมกัน ซึ่ง bias frame จะหน้าตาเป็นแบบภาพตัวอย่างนี้
ตัวอย่างรูปแบบการกระจายของสัญญาณรบกวนที่จับได้ด้วย bias frame
อีกหนึ่งสัญญาณรบกวนที่ลืมไม่ได้เลยก็คือ dark current พวกนี้เกิดจากอิเล็กตรอนเนื่องมาจากความร้อนภายในตัวกล้อง เฟรมที่ใช้ในการปรับแต่ง dark current ออกคือ dark frame ใช้เวลาถ่ายนานเท่ากับรูปภาพที่เราต้องการจะถ่ายจริง ๆ แต่เป็นการถ่ายภาพขณะที่ฝากล้องปิดอยู่
ตัวอย่าง dark frame ที่จับสัญญาณรบกวนเนื่องจากความร้อนในตัวกล้อง
flat, bias, และ dark Frame ทั้งสามเฟรมสำคัญที่ทำหน้าที่จับสัญญาณรบกวนจากแหล่งต่าง ๆ นี้จะใช้ในขั้นการปรับแต่งและประมวลภาพที่เราถ่ายมา เพื่อให้คงเหลือไว้แต่แสงจากวัตถุที่เราต้องการจริง ๆ โดยขั้นตอนนี้ทำผ่านซอฟต์แวร์ AstroImageJ ซึ่งนำไฟล์รูปภาพเหล่านี้มาอ่านค่าในรูปของเมทริกซ์ตัวเลขและคำนวณเชิงสถิติให้เราเสร็จสรรพ เมื่อเราได้ภาพที่ผ่านการประมวลผลแล้ว ก็เข้าสู่ขั้นตอนต่อไปในการรวมไฟล์เข้าด้วยกันเพื่อความคมชัดยิ่งขึ้นและใส่สีเข้าไปให้ภาพออกมาสวยงาม
ติดตามตอนต่อไปได้ในฉบับหน้า เมื่อวิทย์และศิลป์มารวมกันเกิดเป็นสีสันแห่งท้องฟ้ายามค่ำคืน
ขอขอบคุณข้อมูลจาก :
https://lco.global/spacebook/telescopes/image-quality-and-calibration/
About Author
