6色合成真彩色——天文照片的多色合成技术
本帖最后由 1900 于 2012-6-5 11:16 编辑http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/m8.jpg选自于Sky and Telescope 2011.12作者：Debra Ceravolo翻译：1900 [仅供学习和交流，转载请注明出处：www.karajin.com]
窄带摄影已经不陌生了，它为展示星云摄影提供了一种有趣而新奇的途径。这种技术早在1995年就开始使用，最有名的是那副M16中“创世之柱(Pillars of Creation)”形象的照片。这张照片对业余天文摄影界产生深远影响。如今，这种色彩丰富的星云照片已经很常见了，很多不是天文学家的人已经把这种照片当作它们真实的样子。所以当他们得知宇宙并不是照片上看上去那样时都很惊讶。
http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/pillars5_hst.jpg图1：“创世之柱”
天文爱好者们大都喜欢窄带摄影，因为滤光片阻挡了大部分光污染，因此在不是非常理想的观测地也能拍摄深空天体。这些滤光片的通过带宽非常窄，通常只有3-10纳米(nm)，对应相应的电离气体荧光的波长。这些滤光片拍摄的照片，合成为一张彩色照片，能告诉我们星云中的主要气体成分，还能显示出细致的结构。相比之下，传统的红、绿、蓝宽带滤光片的带宽大约有100nm，这些滤光片则能够合成出一种相对真实的色彩。
那些致力于展现真实宇宙色彩的天文摄影师，常常将窄带的拍摄数据对应到RGB的颜色，然后再补充上真正RGB波段。一般情况下，Hα和S II对应于红色。O III对应的波段位于蓝色和绿色通带交叉的地方，所以将它分别对应到两个颜色上去。这样，原始的红、绿、蓝颜色就被窄带的细节信息增强了，而又近似保持了原始的颜色。这种混合技术的缺点是，它强制Hα和S II两个波段作为同样的颜色，即宽带的红色；而O III波段则被强制既作为绿色又作为蓝色。窄带的图像并没有在它们本身的颜色上有所表现，它们只是贡献了更多结构上的细节信息。http://www.karajin.com/wp-includes/js/tinymce/plugins/wordpress/img/trans.gifhttp://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/1.png图2：可见光波段的波长从400nm到700nm。红、绿、蓝滤光片用于三色天文摄影，通带带宽在100nm左右，这带来一个问题，当使用窄带图像来增强图像时，氧 III(O III) 发射线差不多正好位于蓝、绿通带交叉的地方。而氢-α(Hα)和硫 II(S II)都位于红色的通带内。天文摄影师常用的简单的通道混合方法常常无法将窄带的波长对应到它们本来的颜色色调上。
了解颜色圣迭戈州立大学的Andrew Young发表在1985年5月S&T杂志上的文章“What color is the Solar System?”指出，颜色可以用三个参数来定义：色调、饱和度、亮度。色调是一种颜色的主导波长，在图像中，我们用红、绿、蓝三色滤光片来模拟我们眼睛对光的响应。饱和度是指颜色的纯度，亮度是指颜色的深浅。三个参数有一个变化了，我们感知的颜色就变化了。比如说，橙子和巧克力的颜色，虽然它们的颜色差别貌似很大，但它们的色调和饱和度其实是一样的，只有亮度不同。火星并不是照片上常见的略显红色的橙色。我们已经习惯了的火星的颜色是被增亮了的，这样细节就能更好的显现出来。火星只反射10%的太阳光，如果亮度适当调暗些的话，就是火星真实的颜色，是一种暗棕色，就像橙子和巧克力的例子一样。因此，当你调节目标的亮度时，它的颜色也会改变。
颜色映射在传统的RGB天文摄影中，通过滤光片拍摄的图像是单色的，我们将每一幅图指定一种颜色。红、绿、蓝色的图像根据颜色轮(color wheel)被分以颜色。红色色调位于0或360度，绿色120度，蓝色240度。在photoshop里把每幅图片放到相应的颜色通道里后，程序将自动为它们设置100%的饱和度和中等的亮度50。这些数值是软件的默认值，不一定非要校准到每个滤光片特定的颜色。彩色照片合成之后，有几种方法可以平衡颜色的比例，使之看起来更接近自然的颜色。最常用的方法是在图像中选择一颗G2V光谱型的恒星来设置白平衡。G2V型星和我们的太阳差不多，对我们的眼睛显示为白色。
本文下面要介绍的色谱映射技术，将6张图像都被放置在独立的图层中，用“渐变映射”选项为每个图层设置唯一的颜色。然后再为每个图层设置适当的色调、饱和度和亮度。
http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/Color-Pic.jpg图3：Color Wheel
理想情况下，RGB和窄带图像图层应该被指定为和它们本身波长相近的颜色。红色中心波长640nm，绿色540nm，蓝色440nm。Hα中心波长656nm，S II672nm，O III500nm。用6色合成真彩色的问题归结于如何将每种颜色的中心波长转换为恰当的色调、饱和度和亮度值。
Andrew Young开发了一种技术可以给谱赋予一种真实的RGB颜色(http://mintaka.sdsu.edu/GF/explain/optics/rendering.html)。这种技术使我们能够为任意可见光的波长确定合适的色调、饱和度和亮度。通过在photoshop中Young色谱图中测量这些值，我们能够通过呈现窄带图像的真实颜色，而创造天体的真彩色图像。
在photoshop中，首先打开Young色谱图，使用滴管工具，在色谱图上选择与滤光片中心波长对应的颜色区域。工具栏下面的前景色盒中就包含了所选颜色的所有信息。双击前景色盒，出现取色窗口，其中就包含了颜色的色调(H)、饱和度(S)和亮度(B)值。
http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/2.png http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/6.bmp图4：左图，Young色谱图。你可以使用Andrew T. Young的色谱作为参考来建立和滤光片近似的颜色，在photoshop里使用滴管(eyedropper)工具。右图，当你在Young色谱图中点选了滤光片中心波长对应的颜色区域后，点击工具栏下方的前景色盒，取色窗口就会打开，显示出你所选择的颜色信息。记录下色调(H)、饱和度(S)和亮度(B)值，以备一会设置图层使用。
谱色映射在合成各颜色和窄带图像之前，每一组图都应使用你常用的CCD处理软件进行对齐、认证、叠加，然后得到6幅16-bit单色TIFF格式的照片。打开photoshop，从红色的图像开始，将它当作背景，并将颜色模式从灰度转换为RGB颜色（图像-->模式-->RGB颜色）。然后复制绿色图片到红色图层的上面，设置混合模式为“变亮(Lighten)”。然后复制蓝色图片到绿色图层的上面，以此类推，把Hα、S II、O III的图像全部贴到独立的图层里。每个图层都将混合模式设置为“变亮”，红色图层除外。给所有图层起上相应的名字。
http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/5.bmp图5：要合成所有的图片，首先打开红色滤光片的图像，将它的颜色空间从灰度转换为RGB。然后，将其他颜色的图像复制粘贴到红色图像的上面。将每个图层（除红色）的图层混合模式改为变亮(Lighten)。下面开始给每个图层分配颜色，选择一个图层，然后选择“创建新的填充或调整图层”(creat new adjustment or fill layer)中的“渐变映射”(Gradient Map)选项。
下一步，选择一个图层，单击调整图层图标（图层下面圆形一半黑一半白的图标），选择渐变映射调整工具，弹出渐变映射窗口。点击渐变条，打开渐变编辑器。此时点击窗口中渐变条或它下面任意位置，都会出现一个色标图案。双击色标，打开选择色标颜色窗口。这里我们输入前面记录过三个重要的数值：色调、饱和度、亮度。最后，在渐变编辑器窗口中的“位置”处填入亮度的百分比（原文中没有说怎么填）。现在，这幅图就有了它的滤光片波长所对应的颜色。其他图层也这么做。为了确保每个渐变映射和正确的涂层对应，右键单击渐变映射图层，创建一个剪贴蒙板，这时一个向下的箭头出现在渐变映射调整图层的左边，这时渐变映射调整图层就和下面的图层关联到一起了。
http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/7-1.bmp http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/7-2.bmp图6：左图：使用渐变映射设置颜色。在渐变编辑器中，点击渐变条或者下方，在渐变条中间建立一个色标。然后双击色标，打开色标颜色选择窗口，变换H、S、B的值来匹配前面记录下来的颜色数值。右图：给每个渐变映射图层设置关联图层，也可以点击渐变映射图层，然后选择右上角的小三角打开选项，选择创建剪贴蒙板选项，渐变映射就和它下面的图层关联起来了。
最后的颜色平衡窄带图像引入到RGB图像之后，经常会引起天空背景和星的颜色失真。一种补救方法使用蒙板擦除窄带图像的天空背景，只留下窄带图像中的星云本身。
具体方法是高亮窄带图层，创建一个图层蒙版。选择菜单“图层-->图层蒙版”。全选和复制Hα图层（由于多数星云的Hα射线占主导，可用来制作蒙版）。然后，按住ALT键点击图层蒙版使之激活。图像会变白，因为现在看到的是图层蒙版。将Hα图像粘贴到图层蒙版中，并设置一次强高斯模糊（20左右，视图片尺寸而定）。然后打开曲线窗口，调节曲线，使之能看出明显的亮暗区域。
再次查看图像图层，只需点击图层蒙版左侧的图像。其他窄带图层也这样做，使其星云本身以外的部分擦除，还原天空背景和星本来的颜色。
http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/8.bmp图7：为确保窄带图像只增强星云本身的细节，而不改变背景的颜色，为每个窄带图层创建一个剪贴蒙板。只需复制目标图像，然后alt-点击剪贴蒙板，贴入图像，做一次强高斯模糊，然后用曲线功能调整曲线。
这种新技术和传统的通道混合方法相比，既有窄带的图像细节，又保持了自然的颜色。需要提到的是，颜色在不同的显示器上显示的是由差别的。显示器的校准很重要，但颜色在不同的软件、播放器、投影仪下仍会有不同。打印图片又完全是另一回事了，打印颜料的饱和度不如显示器，所以你要打印的话，还应调整显示器和打印机相匹配。
总之，这个技术对于那些想准确的描绘宇宙颜色的天文摄影师来说是一个大的进步。[仅供学习和交流，更多信息参考：www.karajin.com]http://www.karajin.com/wp-content/uploads/2012/06/M42.jpg图8：渐变映射更好地处理你的图像的色彩平衡，任何种类的天文照片均可使用，但效果最好的是星云照片。Peter Ceravolo用6个滤光片拍摄了这幅惊艳的M42，本文作者Debra Ceravolo用6色渐变映射技术处理。
顶 谢谢分享，学习ing::070821_19.jpg:: 学习了。技术贴 立刻收藏！ 技术贴！谢楼主:victory: 说实话文章配的插图有点偏红了:( 慢慢学习 对于我这个初学者来说，太深奥了，不过，慢慢学习，我相信总结一天我也可以达到这个水平的
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