Регистрация
Регистрация, по сути, это процесс выравнивания изображений в последовательности для их последующей обработки. Все процессы, описанные ниже, вычисляют преобразование, которое должно быть применено к каждому изображению для его выравнивания относительно опорного изображения в последовательности.
Сила Siril заключается в большом разнообразии предлагаемых алгоритмов записи. Каждый метод описан ниже. Нажатие кнопки Начать регистрацию запускает регистрацию последовательности.
Можно выбрать канал в котором будет осуществлена регистрация. По умолчанию используются зелёный для цветных изображений и светимость — для монохромных. Знак (*), появляющийся после названия канала, означает, что данные регистрации для этого слоя уже доступны. При обработке изображений данные регистрации берутся из слоя по умолчанию, если он доступен (для RGB-изображений: зелёный, в противном случае резервный вариант — синий, затем красный).
Теория
Процесс регистрации
То, что мы называем регистрацией, фактически представляет собой следующие шаги:
Определение деталей, которые должны совпадать на всех изображениях
Вычисление преобразований между каждым изображением и опорным
Применение вычисленного преобразования каждому изображению, чтобы получить новое изображение
В зависимости от выбранного метода регистрации, эти 3 шага происходят (или нет) в рамках одного процесса. Siril использует наиболее разумные значения по умолчанию (выбирая, применять вычисленное преобразование или нет) в зависимости от выбранного метода регистрации, но понимание внутреннего механизма может помочь вам изменить это поведение в соответствии с вашими потребностями.
Алгоритмы
В таблице ниже собраны детали различных алгоритмов, используемых ходе первых двух шагов (определение и вычисление преобразования).
Способ регистрации |
Определение деталей |
Вычисление преобразования |
Новая последовательность |
|---|---|---|---|
Все цвета |
Подобие треугольников + RANSAC |
Y |
|
Всё звёздное небо за 2 шага |
Нет |
||
1-2-3 звезды |
минимизация PSF в выбранной области |
Разложение по сингулярным значениям (2-3 звезды) Разница (1 звезда) |
Нет |
По паттерну |
взаимнокорреляционная функция в выбранной области |
Нет |
|
KOMBAT |
Максимальное значение свёртки в пространственной области в выбранной области |
Нет |
|
Комета |
минимизация PSF в выбранной области |
Сдвиг от вектора скорости с использованием отметок времени |
Да(*) |
Вручную |
Ваши глаза |
Ваша рука |
Нет |
Астрометрия |
Из астрономического решения |
Нет |
|
Примечание
(*) При регистрации комет создаются новый файл последовательности (с префиксом по умолчанию comet_) и «новые» изображения. Если во входящей последовательности были данные регистрации, сдвиг кометы компонуется с уже имеющимися данными регистрации. Создаваемые «новые» изображения являются символическими ссылками и не занимают дополнительное дисковое пространство. Это нововведение версии 1.4 было сделано, чтобы уточнить, должна ли последовательность, имеющая данные регистрации, быть выравнена только по звёздам или по звёздам и сдвигу кометы. Экспорт новой последовательности теперь делает очевидным, что были включены дополнительные сдвиги. Это также позволяет использовать одну и ту же входящую последовательность и создавать несколько последовательностей, выровненных по разным движущимся объектам.
Таблица ниже содержит список преобразований, совместимых с каждым методом, и возможность исправления дисторсии.
Способ регистрации |
Сдвиг |
Евклидово |
Подобие |
Аффинное |
Гомография |
Коррекция дисторсии |
|---|---|---|---|---|---|---|
Все цвета |
субпиксели |
x |
x |
x |
x |
|
2 шага |
субпиксели |
x |
x |
x |
x |
|
1-2-3 звезды |
субпиксели (1-2-3) |
(2-3) |
||||
По паттерну |
пиксели |
|||||
KOMBAT |
пиксели |
|||||
Комета |
субпиксели |
|||||
Вручную |
пиксели |
|||||
Астрометрия |
x |
x |
Важно иметь в виду, каким образом зарегистрированная последовательность проходит процесс укладки, который обычно происходит сразу после регистрации:
Если преобразование состоит только из попиксельных сдвигов, алгоритм укладки может использовать эти сдвиги на лету, при чтении изображений. Это значит, что у вас нет необходимости создавать «зарегистрированные изображения», что сохраняет дисковое пространство и позволяет избежать интерполяции. Конечно же это делается за счёт менее точной регистрации (т.е. субпиксельной точности), но обычно это используется при работе с изображениями планет или изображениями, полученными методом удачных экспозиций (lucky imaging), когда размер выборки невелик. Это также может быть использовано вместе с методом регистрации, вычисляющим субпиксельные сдвиги. В ходе укладки сдвиги будут округлены с точностью до пикселя. Во всех остальных случаях, означающих, что на укладку подаётся последовательность, где при регистрации были вычислены преобразования более сложные, чем просто сдвиги, и зарегистрированные изображения не были сохранены, Siril выдаст предупреждение с предложением экспортировать зарегистрированные изображения, прежде чем переходить к укладке.
Во всех остальных случаях, как только преобразования были вычислены, преобразованные изображения необходимо сохранить, прежде чем переходить к укладке. Названия сохранённых файлов начинаются с префикса
r_.
Преобразования изображений
Линейные преобразования
Siril использует линейные преобразования с разным числом степеней свободы для сопоставления изображений с опорным изображением:
Сдвиг это преобразование с 2-мя степенями свободы (сдвиг по x/y), хорошо приспособленное для изображений без дисторсии, масштабирования и вращения поля. Необходима минимум одна совпадающая пара звёзд (или объектов) для определения преобразования.
Евклидово это преобразование с 3-мя степенями свободы (сдвиг по x/y + одно вращение) для изображений без дисторсии и масштабирования. Оно требует по крайней мере две совпадающие пары звёзд для определения преобразования.
Подобие это преобразование с 4-мя степенями свободы (одно масштабирование, одно вращение и сдвиги по x/y), более жёсткое, чем гомография, хорошо подходящее для изображений без дисторсии. Для определения преобразования необходимо минимум две совпадающие пары звёзд.
Аффинное это преобразование с 6-ю степенями свободы (два масштабирования, один скос, одно вращение и сдвиги по x/y), более жёсткое, чем гомография, хорошо подходящее для изображений без дисторсии. Для определения преобразования необходимо минимум три совпадающие пары звёзд.
Гомография это преобразование по умолчанию, которое использует 8 степеней свободы, чтобы наложить изображения на опорный кадр. Оно хорошо подходит для обычных случаев и настоятельно рекомендуется для изображений с широким полем зрения. Для определения преобразования необходимо минимум четыре совпадающие пары звёзд.
Дисторсия
Начиная с версии 1.3 Siril также может учитывать дисторсию для методов регистрации, указанных в таблице. Коэффициенты дисторсии, которыми оперирует Siril, следуют соглашению SIP. Это соглашение предполагает, что координаты пикселей необходимо скорректировать ПРЕЖДЕ, чем пытаться сопоставить их с помощью линейного преобразования. На жаргоне WCS это называется дисторсией до (prior distortion), в отличие от дисторсии после (sequent distortion).
Эти коэффициенты используются дважды в процессе регистрации:
положение звёзд на «искажённых» изображениях сначала корректируется как на изображении, которое должно быть выравнено, так и на опорном изображении (или положения звёзд проецируется для астрометрической регистрации). Затем вычисляется линейное преобразование, сопоставляющее звёзды на текущем изображении с опорным.
При экспорте зарегистрированного изображения, сначала исправляется дисторсия на изображение, которое затем линейно проецируется для выравнивания по опорному изображению. Обратите внимание, что это происходит за одну операцию (сопоставление пикселей вычисляется как совокупность данной нелинейной коррекции и последующей линейной проекции) во избежание двойной интерполяции значений пикселей. Опорное изображение также подвергается коррекции без линейной проекции.
Опорное изображение
Это изображение, которое используется в качестве общей основы для вычисления преобразований, связывающих все изображения в последовательности с этим изображением.
Если не установлено вручную, опорное изображение выбирается по следующим критериям:
если последовательность уже была зарегистрирована, то это самое лучшее изображение в терминах наименьшей FWHM или с самым высоким качеством, в зависимости от способа регистрации
В противном случае — первое неисключённое изображение в последовательности.
Чтобы установить изображение в качестве опорного, вы можете:
Открыть список кадров, выбрать изображение, которое надо установить в качестве опорного, и установить флажок Опорное изображение.
Использовать команду setref. Например, если вы хотите установить изображение №10 в качестве опорного:
setref 10
Командная строка Siril
setref sequencename image_number
Список кадров. Вы можете просмотреть все изображения в последовательности.
В ходе укладки опорное изображение так же используются как база для нормализации, если последняя включена.
Способы регистрации
Всё звёздное небо
Это предпочитаемый алгоритм для выравнивания изображений глубокого космоса, имеющих значительное перекрытие.
Глобальное сопоставление основано на методе подобия треугольников для автоматического определения общих звёзд на каждом изображении [Valdes1995]. Наша реализация основывается на программе Майкла Ричмонда (Michael Richmond) match. После этого полученный список звёзд обрабатывается алгоритмом RANSAC [Fischler1981] для удаления выбросов и определения проекционной матрицы. Устойчивость алгоритма зависит от способности находить звёзды, избегая при этом ложных срабатываний. Siril имеет очень сложный алгоритм поиска звёзд, который позволяет максимально избегать выбора объектов, не являющихся звёздами, за максимально короткое время. Обнаружение ярчайших звёзд обычно является самым важным. Однако в случае необходимости поиска более слабых звёзд, параметры поиска можно настроить с помощью диалога Динамическая PSF.
Автоматическое определение звёзд на отдельном кадре
С этим способом выравнивания связаны несколько опций.
Настройки регистрации методом Всё звёздное небо
Через выпадающее меню Преобразование можно выбрать различные способы преобразования.
Предупреждение
При первоначальном сопоставление звёзд используется алгоритм подобия треугольников. Следовательно, минимальное число пар звёзд должно быть 3 для сдвига, подобия и аффинного преобразований и 4 для гомографии.
Остальные опции регистрации:
Минимальное кол-во пар звёзд устанавливает минимальное число пар звёзд, которое должно быть на отдельном кадре по отношению к опорному. Если на отдельном кадре меньше пар звёзд, он не будет зарегистрирован. Кнопка справа открывает диалог инструмента динамической PSF.
Опция Максимальное кол-во звёзд определяет максимальное количество звёзд для поиска на каждом изображении (по умолчанию — 2 000). Чем больше это значение, тем больше звёзд потенциально может быть найдено. Следствием этого будет более долгий поиск звёзд, но более точная регистрация.
Используйте опцию Только в выделении если хотите применить алгоритм выравнивания по всему звёздному небу внутри выбранной области на опорном изображении. Если выделение отсутствует, это опция игнорируется.
Через выпадающее меню Исправить дисторсию можно выбрать различные способы исправления:
Нет
Из изображения
Из файла FITS/WCS
Из мастер-файлов дисторсии
*.wcs, содержащий коэффициенты дисторсии.Совет
Для того, чтобы опиция Из мастер-файлов дисторсии работала, необходимо установить путь к мастер-файлу в настройках. Для создания мастер-файла, перейдите по ссылке.
Опции ниже позволяют вам:
Отфильтровать изображения, которые были исключены из выделения в последовательности.
Выбрать между интерполяцией и сверхразрешением (drizzle) при экспорте изображений. Это те же опции, что в разделе Результат регистрации, поэтому здесь эти опции более не будут объяснены.
Командная строка Siril
register sequencename [-2pass] [-selected] [-prefix=] [-scale=]
register sequencename ... [-layer=] [-transf=] [-minpairs=] [-maxstars=] [-nostarlist] [-disto=]
register sequencename ... [-interp=] [-noclamp]
register sequencename ... [-drizzle [-pixfrac=] [-kernel=] [-flat=]]
Регистрация за 2 шага
Для включения этой опции просто поставьте соответствующий флажок после выбора метода Всё звёздное небо в выпадающем меню.
Выполняется только первый из двух шагов, позволяющий выбрать опорный кадр на основе информации о найденных звёздах, вместо автоматического выбора первого кадра в последовательности. Доступные опции сходны с таковыми для алгоритма Всё звёздное небо, но этот способ не создаёт новой последовательности, а вся информация о выравнивании сохраняется в файле seq.
В ходе поиска звёзд Siril устанавливает максимально возможное число звёзд в 2 000 (это можно изменить с помощью соответствующей опции). В случае, если максимальные лимиты определяемого числа звёзд достигнуты более чем на одном изображении, списки звёзд для всех изображений просматриваются повторно. Определяется новый минимальный порог для определения звёзд, позволяющий отсортировать изображения как по количеству найденных звёзд, так и по FWHM.
Сохраняются списки звёзд для всех изображений. Расширение .fit(s) при этом заменяется на .lst. Это позволяет очень быстро повторно запустить алгоритм регистрации за 2 шага с другими параметрами, скажем, с другим преобразованием. В случае, если параметры поиска звёзд были изменены, процесс обнаруживает эти изменения и повторяет анализ по мере необходимости.
За этим способом регистрации обычно должен следовать Применить существующую регистрацию для того, чтобы применить преобразование и создать новую последовательность, если только не был выбран Сдвиг.
Эти строки выполняют регистрацию последовательности pp_light за 2 шага и применяют её. Результатом является последовательность pp_light.
# Align lights in 2 passes
register pp_light -2pass
seqapplyreg pp_light
Эти строки выполняют регистрацию последовательности colors за 2 шага и применяют её, обрезая исходящие изображения до минимальной общей области. Итогом является последовательность pp_colors. Это может быть полезным перед совмещением (compositing) монохромных изображений (при этом обрезаются области, которые не являются общими для всех изображений).
# Align layers in 2 passes and crop away borders
register colors -2pass
seqapplyreg colors -framing=min
1-2-3 звезды
Если изображения содержат несколько звёзд, например, в случае изображений объектов глубокого космоса, полученных методом удачных экспозиций, когда выдержка отдельного кадра менее секунды, возможно, что алгоритм регистрации всего звёздного неба не сработает, даже если вы измените параметры определения звёзд в диалоге Динамической PSF. Может оказаться интересным вручную указать звёзды, которые вы хотите выровнять. В этом заключается интерес алгоритма регистрации по 1-2-3 звёздам.
Настройки регистрации по 1-2-3 звёздам
Принцип этого метода — создать выделение вокруг звезды и нажать на кнопку Выбрать первую звезду и так далее.
Если выбрана только одна звезда, будет рассчитан только сдвиг между изображениями. Поэтому автоматически устанавливается флажок Только сдвиг. Значения сдвига затем сохраняются в файле
seq.Если выбраны две или три звезды, вычисляется и применяется вращение для создания новой последовательности. Однако, если установлен флажок Только сдвиг, который не является обязательным, вычисляются только сдвиги.
Опция Следовать за движением звезды использует положение звезды (звёзд), найденной на предыдущем изображении как новый центр для регистрации текущего изображения. Это позволяет уменьшить область выделения, ускорить регистрацию и учесть дрейф или изображения с большим количеством звёзд.
Предупреждение
Включение этой опции приводит к отключению распараллеливания, и регистрация выполняется на только одном ядре ЦПУ.
По паттерну (полный диск планет)
Это простой метод регистрации с помощью сдвига используя кросс-корреляцию в пространственном домене.
Этот быстрый метод используется для регистрации роликов планет, на которых контрастная информация присутствует на значительных участках изображения. Его также можно использовать для регистрации некоторых изображений глубокого космоса. Тем не менее имейте в виду, что это метод выравнивания по одной точке, что делает его плохо подходящим для планетарного выравнивания высокой чёткости. Но он эффективно закрепляет изображения для стабилизации последовательности. Просто сделайте выделение вокруг объекта (например, планеты) и убедитесь, что его перемещение во всей последовательности находится в границах выделения. С помощью этого метода можно рассчитать только сдвиг.
Pattern alignment options
KOMBAT
Этот метод пришёл из библиотеки OpenCV, которая активно используется Siril. Они объясняют:
Он просто перемещает изображение шаблона над входящим изображением (как при 2D свёртке) и сравнивает шаблон с фрагментом входящего изображения под изображением шаблона. В OPenCV реализованы несколько методов сравнения (вы можете обратиться к документации за подробностями). Он возвращает изображение в градациях серого, где каждый пиксель обозначает насколько окружение этого пикселя соответствует шаблону.
На практике просто сделайте выделение вокруг объекта (например планеты) и убедитесь, что все его движения в последовательности находятся внутри выделения. С помощью этого метода может быть вычислен только сдвиг.
По комете/астероиду
Инструмент регистрации по комете работает очень просто.
В диалоге выбора кадров выберите первое изображение в последовательности, выделите ядро кометы и нажмите кнопку Выбрать объект в №1.
Далее выберите последнее изображение в последовательности, выделите ядро кометы и нажмите кнопку Выбрать объект в №2.
Если всё хорошо, скорость кометы ( \(\Delta x\) и \(\Delta y\)) будет вычислена в пикселях в час.
Предупреждение
Выравнивание кометы следует выполнять на изображениях с предварительно выравненными звёздами. Либо посредством создания новой последовательности с выравниванием по всему звёздному небу, либо сохранив данные регистрации в файле seq с использованием регистрации за 2 шага или астрометрической регистрации.
Примечание
Для полноценной работы этого способа регистрации, необходимо чтобы изображения имели отметки времени. С этой опцией совместимы только изображения FITS, SER и TIFF.
Настройки регистрации комет
Совет
If the PSF detection fails to detect an object, it will return the center of the box that was drawn. This can be handy if you want to align on an object that is not visible on your subs. Use the solar system object annotations to plot the position of an asteroid and draw a box around the marker to pick its position.
This method will ouput a new sequence file, with the sequence name prepended with
the prefix defined (comet_ by default). This does not however create
the new images but symlinks to the original images. For Windows users, please make
sure you have enabled developer mode,
otherwise, it will make hard copies. See also the note below this table.
Регистрация вручную
Этот последний способ регистрации очень специфичен, что объясняет его отдельное расположение и позволяет выравнивать изображения вручную. Конечно, допускается только сдвиг между изображениями.
Первое, что нужно сделать, это определить две точки предварительного просмотра на изображении. Нажав на кнопку Установить первый предпросмотр, вы укажете первую точку предварительного просмотра. Затем вам нужно щелкнуть по области изображения, в идеале по звезде вблизи края изображения, чтобы задать область предварительного просмотра. Нажмите на вторую кнопку Установить второй предпросмотр позволяет сделать то же самое со второй точкой.
Очень важно, чтобы опорное изображение было уже настроено с помощью окна Выбор кадра. По умолчанию это первое изображение. Пользователь волен выбрать то, которое он хочет. Оно будет использоваться в качестве базового слоя, видимого благодаря прозрачности, для выравнивания изображений вручную с помощью цифровых кнопок. Затем просмотрите изображения одно за другим, чтобы применить этот же метод ко всей последовательности.
Сдвиг по оси Y слишком велик, одни и те же звезды на разных кадрах не перекрываются.
Сдвиги по оси X и Y выглядят хорошо. Текущее изображение выровнено по опорному.
Астрометрическая регистрация
Introduced in version 1.3, this is the prefered mode for assembling mosaics or images with little overlap. It can also be useful to register stacks issued from different set-ups (different optics, different cameras, different field of views etc...).
It does not have an entry in the registration method drop-down as the information to export the registered images has already been computed when platesolving the sequence. All you need to do is to Apply Existing Registation.
Undistortion will be applied as defined when platesolving the sequence, meaning if the images were plate-solved using a SIP order larger than 1, then undistortion will automatically be included. Unless you have a perfectly optically flat field, it is usualy a good idea to platesolve using SIP, as shsown below, with and without distortion correction.
Effect of undistortion on two overlapping panels after registration
Применить существующую регистрацию
This is not an algorithm but rather a commodity to apply previously computed registration data stored in the sequence file. The interpolation method can be selected in the Output Registration section. You can also use image filtering to avoid saving unnecessary images, as in stacking Выбраковка изображений. There is also a Drizzle option to apply registration using Drizzle instead of interpolation. See the Drizzle section for details.
Доступны четыре метода кадрирования:
: текущее использует текущее опорное изображение. Это поведение по умолчанию.
: максимум (ограничивающая рамка) добавляет чёрную границу вокруг кадров таким образом, чтобы ни одна часть изображения не была обрезана при регистрации.
: минимум (общая область) кадрирует каждый кадр до участка, общего для всех изображений в последовательности.
: центр тяжести определяет наилучшее положение области кадрирования как центр тяжести всех изображений.
Совет
Introduced in Siril 1.3, max mode does not export images with black borders,
that encompass the full resulting image. The images are exported with the
necessary projection and the relative shifts required to compose the final image
is kept in the the resulting seq file.
Estimate button will launch the framing computation, without actually exporting the images. This information can be interesting to know in advance the size of the exported images. This accounts for the framing method selected and the scaling factor chosen in the Output Registration.
When pressing Estimate, the console will show an output like this:
Output image: 7893 x 5254 pixels (assuming a scaling factor of 1.30)
Опции применения существующей регистрации
Командная строка Siril
seqapplyreg sequencename [-prefix=] [-scale=] [-layer=] [-framing=]
seqapplyreg sequencename ... [-interp=] [-noclamp]
seqapplyreg sequencename ... [-drizzle [-pixfrac=] [-kernel=] [-flat=]]
seqapplyreg sequencename ... [-filter-fwhm=value[%|k]] [-filter-wfwhm=value[%|k]] [-filter-round=value[%|k]] [-filter-bkg=value[%|k]] [-filter-nbstars=value[%|k]] [-filter-quality=value[%|k]] [-filter-incl[uded]]
[-filter-fwhm=value[%|k]] [-filter-wfwhm=value[%|k]] [-filter-round=value[%|k]] [-filter-bkg=value[%|k]]
[-filter-nbstars=value[%|k]] [-filter-quality=value[%|k]] [-filter-incl[uded]]
Результат регистрации
This frame contains all the output elements for the sequence. You can choose between Interpolation and Drizzle to export the images.
Предупреждение
They may not be both available depending on the nature of the input sequence:
for mono sequences, both Interpolation and Drizzle may be selected
for CFA sequences (undebayered color images), only Drizzle is available
for RGB sequences (debayered color images), only Interpolation is available
Both methods share the options:
Scaling, a value between 0.1 and 2, that is used to rescale the output images.
Prefix, the prefix that will be preprended to form the exported sequence name (defaults to
r_).
Интерполяция
Tthe pixels of the resulting images are interpolated by an algorithm that is left to the user's choice. There are 5 possible interpolation algorithms, plus a None option:
Ближайший сосед
Билинейная
Бикубическая
Отношение площади пикселя
Ланцош-4
Нет
Наиболее эффективными методами интерполяции обычно являются бикубический и Ланцоц (используется по умолчанию). Однако они обычно требуют включения опции Фиксация при интерполяции, чтобы избежать кольцевых артефактов вокруг звезд. Но последняя может быть бесполезна в некоторых случаях. Мы рекомендуем вам протестировать её с вашими изображениями.
Специальный вариант Нет зарезервирован для случая глобальной регистрации и Применения существующей регистрации. Если вы хотите экспортировать или сохранить последовательность, содержащую только сдвиг, без использования интерполяции (чтобы не изменять значения в пикселях), вам следует выбрать Нет.
Output options for interpolation
Сверхразрешение
The button Drizzle activates the drizzle algorithm for the processing of this sequence. See the Drizzle section for details.
Предупреждение
The counterpart of this technic is that the amount of memory and disk space needed to create and process drizzled images is multiplied by the square of the Drizzle scale factor.
Output options for drizzle
Astrometric solution of the registered images
When registered images are exported, they inherit the astromertic soluion of the reference image if any. Otherwise, their previous solution is wiped. Obviously, the new solution for each image accounts for the transformations it has undergone through the registration process.
In case a distortion solution is found in the reference image but no undistortion
was applied when computing the transformations - for instance if you have not
selected any Distortion from the drop-down in global or 2-pass methods,
a warning will be displayed in the Console. The distortion information will be kept
in the registered images. In case they are significant, you may see their effect
when stacking. In which case, you will need to register again using a distortion
specification.
Литература
Fischler, M. A., & Bolles, R. C. (1981). Random sample consensus: a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography. Communications of the ACM, 24(6), 381-395.
Valdes, F. G., Campusano, L. E., Velasquez, J. D., & Stetson, P. B. (1995). FOCAS automatic catalog matching algorithms. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 107(717), 1119.