Astrofotogrāfija: biti, baiti un dinamiskais diapazons

Plašāks ir astrofotografēšana labāk saprot astrofotogrāfijas bitu dziļuma un dinamiskā diapazona pamatus.

Attēli ir tikai liela virkne ons un off. Ričards S. Raits, Dž.

Lai jūs varētu pienācīgi izprast, ko nozīmē attēla izstiepšana, jums jāpārliecinās, ka saprotat, no kā tiek veidots jūsu attēls: skaitļi. Tā tas ir. . . daudz un daudz skaitļu. Katram pikselim ir skaitlis, kas atbilst tam, cik spilgti pikselim vajadzētu parādīties. Neliels skaits ir tumšs, un liels skaits ir gaišs. Vienkrāsainiem (melnbaltiem) attēliem ir tikai viens skaitlis uz pikseli; krāsu attēliem ir trīs cipari, katrs no tiem ir paredzēts sarkanai, zaļai un zilai krāsai. Vienkārši, vai ne?

Datu biti

Nākamā lieta, kas jāņem vērā, ir tas, kā šos skaitļus attēlo dators. Atbilde uz to ir mazliet. Jo vairāk bitu, jo lielāku skaitli jūs varat pārstāvēt. Viens bits var būt 0 vai 1. Melns vai balts. Tur nav daudz variāciju. Mēs to varētu saukt par īpaši zemu dinamisko diapazonu.

Dators attēlo skaitli kā veselu bitu virkni, piemēram:

00101010

Tas faktiski ir skaitlis 42. Jo vairāk bitu vai vietu jums ir, jo unikālākas 1 un 0 kombinācijas ir iespējamas, un tādējādi vairāk skaitļu var attēlot. Būtībā katra 1 un 0 permutācija ir unikāla skaitliska vērtība. Tas, kā tas darbojas, ir aizraujoši, bet ārpus astrofotogrāfijas emuāra darbības jomas. Ņemiet vērā, ka šeit es atstāšu novārtā negatīvos skaitļus, kā arī kaut ko ar nosaukumu “endianness”. . . Es neesmu sadists. Šis emuārs nav domāts cilvēkiem, kuri jau ir inženieri!

Divi biti var uzglabāt numurus no 0 līdz 3, trīs biti var uzglabāt numurus no 0 līdz 7 utt., Ar papildu bitiem, kas atbalsta eksponenciāli lielākus skaitļus. Nav šausmīgi svarīgi, lai jūs to saprastu; tikai atcerieties, ka vairāk bitu ir vienāds ar lielākiem skaitļiem. . . un daudz vairāk toņu vērtību variāciju, kuras var ierakstīt vai saglabāt.

Neliels skaitļu diapazons ierobežo attēla tonālo diapazonu. Šim attēlam ir zems dinamiskais diapazons, jo pirms izstiepšanas viss spilgtuma diapazons ir ļoti mazs.
Ričards S. Raits, Dž.

Mazākā atmiņas atrašanās vieta datorā ir 8 biti pēc kārtas, ko sauc par baitu, kas apzīmē skaitli no 0 līdz 255. Skaitlim 5 var būt nepieciešami tikai trīs biti, taču tam jāatrodas atmiņas vietā, kas ir vismaz 8 biti plati. Visi vadošie biti ir tikai nulle.

00000101 (5 binārā)

Daži svarīgi skaitļi, kas parādās, runājot par attēlu datiem un kamerām:
8 biti var turēt skaitli no 0 līdz 255.
12 biti: no 0 līdz 4095
14 biti: no 0 līdz 16 383
16 biti: no 0 līdz 65 535

Jo vairāk bitu jums ir, jo smalkākas var būt tonālo vērtību un intensitātes variācijas, un jo lielākas vērtības jūs varat saglabāt. Lielo attēla vērtību diapazonu mēs saucam par tā dinamisko diapazonu . Dinamiskāks diapazons vienmēr ir labāks, kad ir pienācis laiks sākt attēlu apstrādi.

Pretstatā iepriekš minētajam attēlam, kura pikseļi ļauj vairāk vērtību parādīt pakāpeniskas spilgtuma izmaiņas.
Ričards S. Raits, Dž.

Datu baiti

Datori darbojas ar vairākiem baitiem (8 bitiem), tāpēc, ja numuru nevarat ievietot 8 bitu atmiņas vietā, jums jāizmanto divas 8 bitu atmiņas vietas blakus (vai vairāk, jo skaitļi kļūst vienmērīgi) lielāks!). Piemēram, skaitlis 256 faktiski patērētu vismaz 2 baitus krātuves, piemēram:

00000001 00000000

Šeit ir svarīga ideja: skaitlim, kam nepieciešami 9 biti, faktiski būs nepieciešami 16 biti krātuves.

Parasti jūsu datora parastie attēli ir 8 bitu attēli, kuru intensitātes skaitļi ir no 0 līdz 255 katram krāsu kanālam. (Parasti tos sauc par 24 bitu attēliem, bet katram kanālam tiešām ir tikai 8 biti). Šis ierobežojums rodas, jo lielākajā daļā datoru displeju tiek atbalstīti tikai 8 biti vienā kanālā, un tādējādi attēls tiek kartēts tieši uz jūsu ekrāna. Vienkrāsainiem attēliem ir vienāda vērtība katrā krāsu kanālā ... tāpēc tie tiešām ir tikai 8 bitu attēli jūsu ekrānā. Lielākā daļa neapstrādātu attēlu no DSLR vai astrofotogrāfijas fotokameras satur 16 bitu pikseļus, kuru vērtības tehniski var svārstīties no 0 līdz 65, 535, taču pirms to parādīšanas tie jāsamazina līdz diapazonam no 0 līdz 255.

Tik tālu, labi?

Bita dziļuma dekodēšana

Pagājušajā mēnesī mēs runājām par to, kā kameru sensori skaita fotonus. Katrs kameras detektora pikselis var noturēt noteiktu skaitu elektronu, pirms tas pārplūst vai pārskrien. Neatkarīgi no tā, cik daudz fotonu var turēt pikselis, nolasot mikroshēmu, tos skaita, izmantojot 12, 14 vai 16 bitus. Jo vairāk bitu uz pikseli, jo dārgāka ir mikroshēmas izgatavošana. Tas ir svarīgs faktors, mēģinot samazināt izmaksas, kā arī svarīgs faktors tonalitātes dinamiskajā diapazonā, ko kamera var uztvert.

Video lietojumprogrammām 8 bitu dati nodrošina labāku caurlaidspēju vai lielāku kadru ātrumu. Ričards S. Raits, Dž.

Kad šie dati tiek nolasīti lielākajā daļā kameru, skaitļi tiek ievietoti vai nu viena baita konteineros (no 0 līdz 255, atcerieties), vai divu baitu konteineros (16 biti, vai no 0 līdz 65 535). Kamerai, kas nolasa 8 bitu attēla vērtības, iespējams, ir 12 bitu vai lielāks sensors, taču tai ir jāsamazina šis skaitlis, lai tas ietilptu 8 bitu atmiņas vietā datorā. 16 bitu attēlam katra pikseļa vērtība būtu dalīta ar 256! Daudzas planētu fotokameras atgriezīs 8 bitu attēla datus, lai paātrinātu darbību (ar pusi bitu, tur ir puse datu, lai pārvietotos), savukārt dziļo debesu attēla uztvērēji vienmēr dod priekšroku 16 bitu datiem no savas kameras.

Šeit ir ņemta vērā svarīga informācija: kameras sensori var atbalstīt gandrīz jebkuru bitu dziļumu, bet kameras dati jūsu datorā gandrīz vienmēr ir 8 vai 16 biti. Pat ja kamera rada 14 bitu datus (piemēram, vairums DSLR to dara), dati failā tiktu saglabāti kā 16 bitu pikseļi.

Neapstrādātā DSLR failā ar 14 bitu datiem divi vadošie biti ir nulle; seko 14 biti, kas attēlo pikseļa vērtību. Ja pikselis būtu pilnībā piesātināts (ar vērtību 16 383), tas tiktu attēlots šādi:

0011111111111111

Jā, šajā attēlā ir tikai 256 dažādu pelēko toņu! Ričards S. Raits, Dž.

Tagad jautrajai daļai: Lai parādītu šo attēlu datorā, mums šī milzu skaita jāsamazina, lai ietilptu tikai 8 bitos, un, lai to izdarītu pareizi, mums jāzina datu faktiskais bitu dziļums. 14 bitu kamerai pikseļu vērtības mēs dalīsim ar 64. Ja nezinājām, ka dati tiek glabāti 14 bitu pikseļos, mēs varētu mēģināt noapaļot pilnu diapazonu no 65 525 līdz 255, un mēs dalīsim skaitli ar 256! Tas mūsu attēlu saspiestu un aptumšotu, jo pikseļu vērtības būtu diapazonā no 0 līdz 64, nevis pilna diapazona no 0 līdz 255. Rezultāts būtu ļoti tumšs attēls (pieņemot, ka sākumā tas bija labi pakļauts).

Lai iegūtu vēl vairāk prieka, daudzas kameras nolasīs sensora, teiksim, 12 vai 14 bitu vērtības, bet pēc tam tās palielinās, lai tās būtu no 0 līdz 65 535. Dažās CCD kamerās kameras pastiprinājums var kalpot šim papildu mērķim.

Automātiskā mērogošana darbojas labi un prasa nelielu lietotāja iejaukšanos, ja attēls tiek pakļauts daudz gaismas. Lai arī astrofotogrāfijā, lielākoties mūsu pikseļu vērtības ir mazas, un mums šie dati kaut kādā veidā ir jāpadara gaišāki. Attēlu izgaismošanu var veikt lineāri vai nelineāri, un mēs to nonāksim nākamajā mēnesī.