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本週特寫  
   

天文攝影 的「真實」與「加工」

二零一七年八月 第三星期
 
 

在智能手機普及的年代,攝影對大眾而言已經不是一項陌生的活動。先進的科技更使我們能夠方便地修整作品甚至「改圖」達到理想的效果。然而有些經「加工」的作品往往不被欣賞,原因是經過電腦處理的作品加插了一些效果,令人覺得作品並非重現拍攝時的景物,甚至認為失去了攝影的原意。但在天文攝影的範疇,後期處理卻是不可或缺的重要一環。

 


圖1: 沒有經過任何處理的夜空照片 (筆者攝)
 

圖2: 經軟件photoshop處理過較能突出星點


影像的校正
除了視野廣闊的星野攝影外,高倍拍攝星團、星雲、行星等都是天文攝影的熱門對象。可是這些天體在星空中佔的視面積比較小,需要將相機接駁到天文望遠鏡才能把它們「放大」拍下來。然而接駁望遠鏡拍下的照片卻常會遇到光學上的問題。

圖3: 將相機接駁望遠鏡拍攝時光線需要經過的路徑。(圖中以折射式望遠鏡為例)
 
在拍攝的時候星光需要先經過望遠鏡的物鏡‭(‬不論是反射鏡或折射鏡‭)‬和濾鏡後,才進入相機的感光元件。其中一個問題在於物鏡、濾鏡以及其他光學元件如目鏡等,當光線經過鏡片的時候,鏡片透光率不一致的製作誤差又或者是鏡片上的灰塵,都會影響了光的路徑,導致成像的光度有所差異。當不均勻的光線到達數碼相機的感光元件時,探測到的便是亮度有誤差的影像。
除此之外望遠鏡聚焦點不一致也是引致影像亮度不平均的原兇。原來光線穿過望遠鏡後,往往影像中央位置的亮度最高,而四周邊緣方向的亮度漸弱,這稱之為「周邊減光效應」。 
圖4 :「周邊減光效應」,明顯中間的部份較邊緣亮。
 

如果沒有修正這些誤差而拍出來的天體影像,很有可能會展示不正確的亮度。這便是稱為「平場修正」(Flat field correction)的天文攝影處理手法。而事實上一張好的天文相片還需要經過多種校正處理,以消除不同類型的誤差,讀者如有興趣可參考文末的第三及四篇延伸閱讀。

由此可見天文攝影很多時會涉及無可避免的失誤。如果通過這些校正可以令照片展示更「真實」的影像,後期的「加工」又有何不可?

天文推廣及教育
拍攝天文照片的原意是為了學術研究,使用的相機通常是只有單色的感光元件,這方便天文學家進行分析。此外拍攝天文影像需要加上濾鏡,讓特定波段的光能進入感光元件以便觀察該天體的某些特徵。雖然這些影像對學術觀測很有幫助,但對普羅大眾來說就未必會感興趣了。如果要推廣天文學這些原始影像(即經過最小的處理紀錄最多數據的影像)的確沒甚麼吸引力,所以後期的處理是非常重要的。

 

快門速度: 1/800s
感光度(ISO):100
拍攝日期:2017年7月13日

圖5 : 把相機接駁到裝有巴爾德太陽濾鏡(BAADER AstroSolar, 厚500mm)的天文望遠鏡進行拍攝,拍出來的太陽黑子跟白色的太陽形成鮮明對比但黑白的影像不能吸引大眾。

為了推廣天文學,美國太空總署(NASA)不時透過互聯網發佈太空船拍攝到的最新原始影像和數據,讓大眾一同參與後期處理。以下是公民科學家Jason Major處理的「朱諾號」木星影像。經過合成、調整色彩等工序後,木星上的兩個風暴就變成雙眼一樣,而且表面的「木紋」細節和顏色更加特出,將木星的樣貌活現眼前,令普羅大眾更容易欣賞。

 
圖6(左) : 由美國太空總署發射的太空船「朱諾號」 圍繞木星運行並拍到木星的原始影像
Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
 
圖7(右) : 由公民科學家Jason Major處理(旋轉、調整色彩、合成等)的木星照片展示木星的樣貌
Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Jason Major
 
圖8: 同樣是經公民科學家Jason Major處理後的影像。 「朱諾號」拍攝原始影像時太空船正在進行第七次近飛距離雲頂只有約13000公里。
Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Jason Major
 
圖9: 由公民科學家Kelvin Gill整合「朱諾號」拍得的木星原始影像上色後大紅斑清晰可見。
Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin Gill
 
經過適當的後期處理,天文影像不只變得顏色豐富,而且天體的特徵(例如上圖木星的大紅班)更加突出。除了推廣天文科學之外,這些影像對於教育也很有幫助。如果後期「加工」能令天文學更加普及,我們又何必介意一些合理的修圖呢?

 

延伸閱讀:
Perez, M.(2017).NASA’s Juno Spacecraft Spots Jupiter’s Great Red Spot.NASA.Retrieved from https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-juno-spacecraft-spots-jupiter-s-great-red-spot

JunoCam|Mission Juno: Raw Images released to the public https://www.missionjuno.swri.edu/junocam

吳昌任, 傅學海.(2011).CCD數位影像淨化原理一.科學Online. 下載自
http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=40096

吳昌任, 傅學海.(2011).CCD數位影像淨化原理二.科學Online. 下載自
http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=40100

Jerry Lodriguss , The Ethics of Digital Manipulation
http://www.astropix.com/html/j_digit/ethics.html

參考資料:

Greicius, T.(2017).The ‘Face’ of Jupiter.NASA.Retrieved from https://www.nasa.gov/image-feature/jpl/pia21394/the-face-of-jupiter

吳昌任, 傅學海.(2011).什麼是天體真實的顏色.科學Online. 下載自
http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=39030

 

暑期實習生
譚智健

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