آیا می‌توان نویز موجود در تصاویر نجومی را برطرف کرد؟

پاسخ اختصاصی به کانوت:

عکاس نجومی و طبیعت، منجم آماتور

Noise

در تصاویر نجومی و کلاً عکس‌های دیجیتال نویز مقداری اضافه شده و تصادفی به سیگنال است. سیگنال داده‌ای است که می‌خواهیم ثبت شود. برای مثال اگر مقدار یک پیکسل در یک عکس ۱۸۶ باشد مقدار واقعی آن احتمالاً عددی نزدیک به ۱۸۶ است. اگر دوباره یک عکس با شرایط قبل بگیریم مقدار همان پیکسل کمی‌ تغییر می‌کند مثلاً ۱۸۱. اگر این کار را ادامه دهیم مقدار بدست آمده هر بار به صورت تصادفی مقداری در همان حدود خواهد بود. مثلا ۱۸۲، ۱۸۵، ۱۸۰، ۱۸۴،… در واقع در هر بار عکاسی یا به عبارت بهتر هر بار که مقدار سیگنال اندازه‌گیری می‌شود مقدار بدست آماده به دلیل خطاهای دستگاه تغییر می‌کند. اما مقدار واقعی چند است؟

مثل هر ابزار اندازه‌گیری دیگری ما نمی‌توانیم مقدار دقیق و ایده‌آل را بدست آوریم ولی‌ همیشه می‌توانیم دقیق‌تر شویم. مثلاً یک راه ساده این است که میانگین این اعداد را محاسبه کنیم. میانگین شش عدد بالا ۱۸۳ است. پس ۱۸۳ مقداری دقیق‌تر است. هرچه تعداد اندزه‌گیری‌ها بیشتر شود به نتیجه دقیق‌تری می‌رسیم.

بسیاری از عکاسان نجومی تعداد زیادی عکس از یک جرم می‌گیرند و میانگین آن‌ها را محاسبه می‌کنند. برای کاهش نویز روش‌های زیادی وجود دارد که در عکاسی‌ علمی‌ معمولاً از روش‌های تجزیه و تحلیل آماری استفاده می‌شود. نرم‌افزارهای گرافیکی معمولاً به روش‌های هوشمند نویز را کم می‌کنند که در عکاسی‌ نجومی کاربرد کمتری دارد. در تصویر بالا که قسمتی‌ از بازوی کهکشان۱۰۱ M است می‌توانید نتیجه ترکیب چند فریم و کاهش نویز را ببینید.

  • ممکن است چند برنامه‌ که با استفاده از روش تجزیه و تحلیل آماری نویز را کاهش می‌دهند معرفی کنید؟ و بررسی مختصر هم درباره آن‌ها انجام دهید؟
    به طور کلی من فکر می‌کنم علاوه بر پرسش و پاسخ نجومی، جای پرسش و پاسخ پیرامون ابزارها و تجهیزات نجومی و تکنیک‌های فنی‌ای که در پیشبرد نجوم مؤثر هتستند خالی است.

    • آشنا

      نرم افزارهای زیادی وجود داره، مثل:
      IRAF, STSDAS, AIPS, AIPS++, CIAO, MIDAS, and SUPERMONGO

      ولی به طور خاص اگه بخواین رو عکسی پردازش ویژه انجام بدین باید برنامه نویسی کنین. اغلب ستاره شناسا از IDL یا Fortran استفاده می کنن.

  • MINA

    khili ali bod omidvaram matalabe bishtari ro dar morede pardazesh tasvir b raveshe digital toye site gharar bedid

  • فقط جهت تکمیل مطلب می خواستم اظافه کنم که مخصوصا به دلیل وجود اشعه های کیهانی، عموما استفاده از میانه پیکسل ها خیلی بهتر از استفاده از میانگین پیکسل ها است. بگذارید با همان مثال بگویم. فرض کنید در دومین عکس از آن چهار عکسی که در مطلب اصلی مثال زده شده است، یک اشعه کیهانی به پیکسل مورد نظرمان خورده باشد (و شدت آن را برده باشد روی ۶۵۲ مثلا). آن وقت مقدار یک پیکسل در چهار عکس به این شکل می شود:
    ۱۸۲، ۶۵۲، ۱۸۰، ۱۸۴
    متاسفانه میانگین شدیدا به تک تک اعضا وابسطه است به خاطر همین میانگینی که برای این پیکسل در عکس نهایی می گیریم می شود حدود ۳۰۰!!! اما اگر میانه بگیریم آن وقت مقداری که در عکس نهایی برای این پیکسل قرار خواهیم داد ۱۸۳ خواهد بود. فقط جهت یادآوری، برای میانه گیری اول عددهایمان را مرتب می کنیم: ۱۸۰، ۱۸۲، ۱۸۴، ۶۵۲. اگر تعداد عددهایمان فرد باشد عدد وسطی میانه است و اگر زوج باشد میانگین دو عدد وسطی. در این مثال چون چهار عدد داریم، میانگین ۱۸۲ و ۱۸۴ را به عنوان میانه چهار عدد بالا انتخاب می کنیم که ۱۸۳ است.

    پس می بینیم که میانه خیلی کم از مشاهداتی که خیلی پرت (outlier) باشند اثر می پذیرد اما برعکس میانگین شدیدا می تواند تحت تاثیر آنها قرار بگیرد!

    البته میانه گرفتن به مراتب از میانگین گرفتن در عکس برای رایانه بیشتر کار می برد به این دلیل که مرتب کردن یکی از گرانترین الگوریتم ها از لحاظ زمانی برای CPU است. اما خب. کیفیت کار را خیلی بالاتر می برد.

    در مورد نرم افزار هم کاملا با توضیحات «آشنا» موافقم! فقط می خوام اضافه کنم که در کنار فرترن، می توانید از زبان C هم استفاده کنید که خیلی رایج تر است. راستش به کسی که می خواهد تازه این کار را شروع کند اصلا IDL را توصیه نمی کنم چون یک زبان برنامه نویسی پولی است و زیادی ساده انگارانه است. به این معنی که اگر وقتتان را برای یادگیری روی C بگذراید می توانید بعدا در هر بخش از مهندسی نرم افزار فعال بشوید و می توانید واقعا کارهای خلاقانه بکنید. چون خیلی زبان پایه ای و بنیادینی است. C پر کاربردترین زبان برنامه نویسی است. تقریبا برای هر کاری هم که بخواهید بکنید می توانید برنامه های از پیش نوشته شده ای مجانی روی اینترنت پیدا کنید (البته اینجا هم توصیه می کنم خودتان برنامه بنویسید). برای اینکه در زبان C (و همچنین فرترن)‌ از عکس های نجومی (که عموما با فرمت FITS هستند) استفاده کنید می توانید از کتابخانه CFITSIO استفاده کنید:
    http://heasarc.gsfc.nasa.gov/fitsio
    واقعا عالی است. برای اینکه کار خودم را راحت تر کنم، من یک برنامه خیلی ساده و کوچک نوشتم تا کار خوندن و نوشتن عکس های نجومی به یک آرایه و برعکس در C رو خیلی راحت کنه (توی یک تابع). می تونید در این سایت این برنامه رو ببینید و آن را دانلود کنید:
    https://github.com/makhlaghi/fitsmatrix
    یک نمونه با توضیحات کامل هم گذاشتم تا سریع به راه بیفتید.

  • فرزاد

    از توضیحات آقای اخلاقی سپاسگزارم. عالی بود.

تمام حقوق این سایت برای © 2018 پرسش و پاسخ محفوظ است. خدمتی از کانون نگارش و ترجمه کانوت
قدرت گرفته از وردپرس فارسی