Astrofotografia digitale per neofiti
Esaltare il contrasto delle immagini con i livelli, usando GIMP

a cura di Paolo Botton
aggiornato il 25.06.2015


NOTA: questa pagina sarà soggetta a pesanti modifiche non appena sarà rilasciata la nuova versione 3.0 di The Gimp.

L'articolo originale Layering Image Contrast, basato su Photoshop, era apparso su Sky & Telescope il 30.06.2011, volume 121, pagine 72-75, a nome di R. Jay GaBany (qui trovi il testo originale in inglese - formato PDF).
L'incipit dell'articolo recita che Gabany intende dimostrare come strarre i più deboli dettagli dalle immagni stronomiche utilizzando Photoshop. I tre ingredienti essenziali che catturano l'attenzione della gente con colore, luminosità e contrasto. Ognuno tende a fondersi con l'altro, ma se opportunamente manipolati, aiutano gli astroimagers a creare immagni memorabili. Dei tre ingredienti, il contrasto è forse il più importante perchè esalta l'oggetto dal fondo cielo. L'occhio umano è più sensibile alle variazioni di contrasto che di luminosità. Controllare il constrasto nelle immagni astronomiche è un sfida a causa del loro ampio campo di luminosità.
Questo che vi accingete a leggere è quindi un tentativo di traslare la procedura in GIMP 2.6 (OS Linux UBUNTU 11.10), per non dover dipendere da un software proprietario decisamente costoso e non alla portata di tutti.
Se qualche lettore volesse integrare e fornire suggerimenti, ben lieto di ricevere interventi costruttivi utili a diffondere la conoscenza in un settore dove troppo è dato per scontato e questo costringe i neofiti a scontrarsi con problemi che sono già stati risolti da altri astroimagers, che dovrebbero dimostrasi più propensi a trasmettere la propria esperienza, partendo dal presupposto che la scienza è condivisione.

L'intensità luminosa (valore dei pixel) di un'immagine astronomica può essere visualizzata con l'ausilio di un grafico che prende il nome di istogramma, in grado di mostrare la quantità d'informazione memorizzata nelle parti più luminose, più deboli e scure dell'immagine. L'area a sinistra del picco, mostrato nell'immagine d'esempio, contiene l'informazione del fondo cielo, quella a destra riposta l'informazione legata alle stelle.
La parte più interessante delle informazioni che riguardano l'oggetto è relegata al picco, che rappresenta il luogo dei dettagli più deboli della regione ripresa, proprio dove i nostri occhi sono maggiormente sensibili alle variazioni di contrasto. Peccato questa sia anche l'area condizionata dal maggiore disturbo, ma fortunatamente le immagini ben calibrate che hanno un sufficiente rapporto segnale/rumore (S/N ratio) hanno anche il più alto potenziale di contrasto.

Tutti ormai sanno che le lunghe esposizioni, oltre a registrare oggetti deboli, permettono di migliorare efficacemente il rapporto segnale rumore, cosa che aiuta a migliorare il contrasto delle aree più deboli dell'immagine. Le immagni di flat field giocano un ruolo di primo piano nella produzione di immagini finali con un ottimo rapporto segnale rumore perché permettono di distinguere le strutture di un astro che diversamente andrebbero perse o si confonderebbero a causa dei gradienti di luminosità.
Come conseguenza, una singificativa porzione delle informazioni più deboli catturate dai sensori del dispositivo di ripresa sarà compresso in una esigua porzione dell'istogramma, che dovrà quindi essere stirato o riscalato in modo opportuno.
Puoi effettuare questo intervento sfruttando il noto Digital Development Process (DDP), messo a disposizione dai principali software di elaborazione d'immagini astronomiche, ma questi algoritmi, spesso, offrono spazi d'intervento limitati.
GIMP permette interventi globali sul contrasto e sia Curve e Livelli offrono migliori controlli del contrasto rispetto al DDP; inoltre GIMP offre altre funzioi meno ovvie che permettono all'utente di avere un migliore controllo sull'elaborazione dell'immagine.
L'autore suggerisce, una volta effettuato uo stretching sukk'intera immagine, di intervnire sistematicamente su una regione specifica dell'immagine per accentuare il contrasto e quindi attrarre maggiormente l'attenzione di chi osserva l'immagine elaborata.
La tecnica che l'autore definisce Layered Contrast Stretching (LCS) è molto efficace per gestire al meglio le deboli variazioni di contrasto ed incrementare la differenza d'intensità tra le strutture deboli ed il fondo cielo su cui si stagliano.
L'approccio permette anche di migliorare l'immagine durante qualunque altro stadio della post-calibrazione. È chiaro a tutti che queste immagini sono destinate a perdere qualsiasi valenza scientifica e non potranno mai essere utilizzate per scopi di ricerca.
La metodica LCD sfrutta la capacità di GIMP di fondere assieme livelli multipli delle immagini.
Idealmente, una versione alterata dell'immagine astronomica è posta in cima alla pila che ospita l'immagine originale, poi le due immagini sono miscelate secondo opportune proporzioni.
L'autore gestisce il controllo proporzionale della miscelazione aggiustando l'opacità del livello ed utilizzando una maschera di livello che nasconde o rivela le sole porzioni selezionate dell'immagine a livelli.
Queste funzioni risultano essere gli strumenti più potenti per gestire il contrasto e produrre immagini ricche di colore e luminosità perché offrono conrolli virtualmente infiniti per gestire il processo di miscelazione e fusione dei livelli.

Apri un'immagine che hai precedentemente sottoposto ad uno stretch.
Nella finestra dei livelli troverai la sua icona con il nome Sfodo (dipende dalla versione di GIMP), poi porta il puntatore del mouse sulla sua icona nella finetra dei livelli, premi il tasto destro e seleziona Duplica livello..., ottenendo una copia dell'immagine sopra quella selezionate.


Selezione del menu per duplicare due volte l'immagine originale
Ripeti una seconda volta l'intervento, ottenendo una seconda copia. A questo punto hai a disposizione tre livelli identici.

Situazione dopo aver duplicato due volte il livello originale (Sfondo))

Adesso devi agire sul livello superiore (qui Sfondo Copia #1), modificando gli attributi di livello (attributi di miscelazione). Fai click con il tasto sinistro sull'icona Sfondo Copia #1, poi accedi al selettore Modalità che trovi in alto, sempre nella finestra dei livelli, e seleziona Luce Debole.
Seleziona il livello intermedio (qui Sfondo Copia) e modifica la modalità in Schermo.
Luce Debole aggiunge un forte contrasto all'istogramma dell'immagine ed incrementa la saturazione dei colori, senza però aggiungere del disturbo.
Schermo raddoppia il valore della luminosità delle curve tonali dell'immagine.


Applicazione delle modalità di gestione dei livelli

La miscelazione selettiva dei due livelli con l'immagine di sondo (l'originale) richiede l'applicazione di una maschera di livello sui suoi duplicati. In altre parole, devi aggiungere le maschere di livello ai livelli superiore ed intermedio.
Per fare ciò fai click con il tasto destro sull'icona Sfondo Copia #1, scegli l'opzione Aggiungi maschera di livello..., quindi spunta Nero, trasparenza completa nel box che apparirà a video. Premi il tasto [Aggiungi] per applicare la scelta.


Inserimento delle maschere di livello

Ripeti la stessa procedura sul livello intermedio Sfondo Copia.
Le due maschere inserite nascondono gli effetti delle modifiche sull'immagine di fondo, quindi sulla finestra principale di GIMP vedrai solo qual è l'aspetto dell'immagine originale Sfondo, ossia quella che nei livelli occupa la posizone inferiore.

Iniziano ora le operazioni di miscelazione selettiva delle due immagini superiori con quella originale; per fare questo dobbiamo letteralmente spennellare sulle maschere di livello ma dobbiamo farlo in modo graduale, controllato, quindi è opportuno operare sui parametri di controllo dello strumento da utilizzare, in questo caso il pennello, riducendo in modo opportuno l'opacità il flusso ed il raggio.
Seleziona il pennello.
Seleziona BIANCO come colore di sfondo.
Nella Dinamica del pennello, spunta Opacità e Durezza del parametro Pressione, portando con il mouse la dinamica a circa il 50% della scala.

    Purtroppo GIMP 2.x non permette la gestione separata della durezza (hardness), che dovrebbe essere
    impostata a 0 e non al 50%. Stessa considerazione vale per il flusso (flow) che dovrebbe
    essere impostato al 15%.
Imposta l'opacità al 15%.
La regola d'intervento è semplice:
cerca ogni volta un'area dell'immagine originale che contenga strutture a basso contrasto o con bassa luminosità e dimensiona opportunamente il pennello in modo che il suo diametro approssimi al meglio la dimensione minima della struttura sulle cui caratteristiche vuoi o devi intervenire; al più può essere leggermente maggiore della struttura stessa.

Spennella sulla maschera di livello con modalità Luce Debole ossia quello superiore (Sfondo Copia #1) per variare le aree in cui è richiesto un maggiore contrasto, come ll nucleo delle galassie.
Se un'area è più brillante o luminosa delle regioni circostanti, intervieni su di essa ma sempre operando su questo livello.
Come si fa?
Porta il puntatore sulla maschera di livello interessata e fai click con il tasto sinistro. A questo punto torna sulla finestra principale ed inizia a spennellare sopra la regione interessata all'intervento.
Come individuo le regioni su cui operare?
È giusto dire che la tecnica LCS è estremamene potente quando si voglia incrementare il contrasto di strutture fugaci o deboli. Spesso, un'ispezione dell'immagine usando la funzione Equalize (Image/Adjustments/Equalize) aiuta a identificare dove tali sfuggenti regioni sono localizzate; in questo modo puoi individuare le zone in cui iniziare l'intervento, per poi spostarti su altre parti che richiedono modifiche di diversa natura.

Se invece l'area di basso contrasto è debole, confrontata con la regione circostante, dopo aver selezionato la maschera di livello con modalità Schermo, ossia quello intermedio (Sfondo Copia), torna sulla finestra principale ed inizia a spennellare sopra la regione interessata all'intervento.

Similmente, spennella sulla stessa maschera del livello, agendo su quelle aree che vuoi rendere maggiormente luminose, come le deboli nebulosità.

E ancora... Se una struttura apparisse troppo brillante o luminosa utilizzando il livello con modalità Schermo (Sfondo Copia), spennella nel livello con modalità Luce Debole (Sfondo Copia #1) per scurirla.
L'immagine finale beneficia di spennellate simultanee su entrambe i livelli, quindi è buona norma alternare i passaggi. Si raggiunge questa destrezza con un po' di esperienza e dopo diverse prove; non demordere e prenditi il tempo necessario per farti le ossa.
Il livello con modalità Luce Debole (Sfondo Copia #1) torna anche utile per scurire le strutture fioche come i filamenti di polveri scure di alcune galassie lontane.

Ti renderai conto che le prime spennellate non porteranno variazioni significative, ma ripetendo le passate diverse volte inizierai a notare cambiameti evidenti nell'immagine. Puoi renderti conto delle variazioni apportate con il tuo lavoro ricorrendo alla tecnica del blinking, abilitando e disabilitando i livelli, cliccando ripetutamente sull'icona dell'occhio che trovi sul lato sinistro delle immagini ridotte nella finestra dei livelli.
L'animazione che segue è in bassa risoluzione, ma rende bene il concetti fin qui esposti, così come effettuare il blinking. Noterai che le icone degli occhi appaiono e scompaiono e con essi va e viene l'applicazione delle varianti che apportano i livelli all'immagine originale. Occhi presenti = varianti applicate.

Quando spennelli, misceli quella specifica porzione del livello Schermo o Luce Debole con l'immagine originale che GIMP considera come sfondo. Dal momento che il pennello è soffice, la quantità di miscelazione varia in base al numero di passate che effettui sulla struttura. Dato che al centro del pennello l'opacità è del 15%, ma la stessa tende a zero ai suoi bordi, il risultato è quello di ottenere un effetto sfumato. Poiché cisacuna passaa produce cambi relativamente insignificanti, le modifiche apportate con le successive passate si accumulano in modo quasi del tutto casuale.
L'immagine che segue mostra come sia possibile verificare in quali zone dell'immagine sia andato ad intervenire, operando alternativamente sui due livelli intermedio e superiore. Per farlo, ho semplicemente disabilitato il livello di base (l'immagine originale).

Questa tecnica rende difficoltoso per l'astroimager dipingere una struttura nell'immagine finale, laddove tale struttura non aveva una connotazione evidente, per contro permette di esagerare con il contrasto attorno alla struttura per renderla maggiormente evidente.
Trattandosi di un articolo a scopo didattico, non mi sono impegnato a fondo nel lavoro, che mi avrebbe sottratto ore di tempo, ma dall'immagine che segue, con un'attenta analisi visiva, è già possibile apprezzare le variazioni di luminosità e contrasto apportate con pochi e sommari passaggi del pennello nei due livelli duplicati.

L'autore conclude il suo intervento con alcuni suggerimenti avanzati, frutto della sua personale esperienza.
Ho cercato, per quanto possibile, di associare le propietà dei livelli di Photoshop di cui accenna nell'articolo originale, all'attuale versione di GIMP (la 2.6, 2.7 e 2.8 non variano molto tra loro, per lo scopo di questo documento).
You can also introduce other layers to enhance contrast using LCS.
An Overlay layer is like Soft Light on steroids, so use an even lower opacity brush when masking it in.
Linear Dodge and Linear Burn layers will have a dramatic effect on contrast, so I apply these sparingly and with brush settings of only 5% or less.
Interestingly, Color dodge and Color burn are also effective, even on monochrome images.
Although it's considered a sharpening tool, the High Pass filter (Filter/Other/High Pass) is a wonderful method for enhancing subtle contrast. I use it sparingly and rarely exceed a radius setting of 7 pixels.
I frequently revisit my old images to see if LCS can improve my earlier results. It can increase the impact of a picture and make the wonders of the universe more evident for casual viewers.


© Paolo B.
www.000webhost.com