[장비] [번역 RB01] 포토샵을 이용한 딥스카이 모자이크 사진 합성..

[별초보..]

이 글은 Robert Gendler씨의 홈페이지에 있는 5개의 Article 중 하나입니다.
이 글의 본문은 여기 입니다.
이 글은 오역을 감추기 위한 의역으로 점철되어 있습니다.
이 글은 저자의 허락을 받지 않았습니다.

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이 글은 1999년 6월 Sky and Telescope에 실렸던 글의 최종본입니다.

광시야 딥스카이 CCD 촬영 : 포토샵을 이용한 모자이크 사진(Mosaics) 합성

글쓴이 : 로버트 젠들러, 조엘 겔버

많은 사람들이 CCD를 이용하여 넓은 성운이나 은하의 광시야 촬영을 하고싶어 합니다만, 대부분 그렇게 하지 못하고 있습니다.
CCD의 크기가 필름에 비하여 대단히 작기 때문입니다.
일반적인 가격대에서 구할 수 있는 CCD 칩의 크기는 35mm 필름의 1/4~1/3정도의 크기밖에 안됩니다.
따라서 CCD로 광시야 촬영을 하기 위해서 다음 세 가지 중 하나를 선택해야만 합니다.
더 크고 비싼 CCD를 사거나, 광학계의 초점거리를 줄이거나, 아니면 모자이크 사진 합성 기법을 사용하는 것입니다.

모자이크 사진은 70년대와 80년대에 당시의 우주 탐사선이 보내온 이미지를 하나로 연결하기 위해 사용되었던 기법입니다.
그러나 이 기법은 오늘날, 아마추어들이 몇 개의 이미지를 붙여 더 큰 이미지를 만드는 방법으로 사용되고 있습니다.
이 기법을 사용하면, 적은 비용으로 간단하게 넓은 구역을 찍어낼 수 있습니다.
모자이크 사진을 합성하기 위해 사용할 수 있는 소프트웨어는 매우 많습니다.
우리는 포토샵을 사용했습니다.
포토샵은 대부분의 사람들에게 친숙하면서도 매우 뛰어난 프로그램입니다.
모자이크 사진을 만드는 것이 그리 어려운 것은 아닙니다.
그러나 매뉴얼을 읽어보면, 대부분의 프로그램들이 이를 처리하기 위한 자기들만의 독특한 기능들에 대해 충분히 설명하고 있지 않다는 것을 알 수 있습니다.
이 글의 목적은, 모자이크 사진을 만드는 과정을 독자들에게 하나하나 단계적으로 알려주는 것입니다.
또한 만드는 과정에서 나타날 수 있는 많은 문제점과 주의할 점에 대해서도 설명할 것입니다.
이 글을 이용하여 빠른 시간내에 이 기법을 터득할 수 있기를 바랍니다.

모자이크 사진을 만들 때에는 어떤 초점거리의 광학계를 사용하든 상관이 없지만, 처음 해보는 것이라면 FOV(역주: 시야각, field of view)가 큰 것으로 시작하는 것이 좋습니다.
이상적인 장비로 단초점 굴절을 들 수 있습니다.
이 글의 이미지는 4인치 다카하시 굴절과 SBIG ST8 CCD 카메라를 사용하여 찍은 것입니다.

모자이크 사진의 장점은 넓은 FOV와 높은 해상도를 동시에 만족시킬 수 있다는 것입니다.
일단 CCD가 결정되면, 광학계의 초점거리가 짧아질 수록 FOV는 커지지만 해상도는 떨어지게 됩니다.
그러나 모자이크 사진을 만들게 되면 장초점 광학계의 사용이 가능하게 되어 높은 해상도를 유지할 수 있게 됩니다.
또한 이미지의 픽셀 수가 증가하여 파일의 크기가 더 커졌기 때문에, 고해상도 출력이 가능해집니다.
이를 이용하면 포스터 크기의 출력도 가능합니다.

모자이크 사진을 만드는 데 필요한 이미지의 갯수는 몇 개든 상관없지만, 작업을 간단하게 하기 위하여 여기에서는 네 개의 이미지를 이용하여 설명하겠습니다.
좋은 모자이크 사진을 만들기 위해서는 계획을 잘 세워야 합니다.
각각의 이미지는 약간씩 겹쳐져야 합니다.
즉 각각의 이미지가 서로의 상대적인 위치를 찾기 위하여 참조할 수 있는 공통적인 부분을 가져야 한다는 것입니다.
일반적으로 한 쪽 구석의 밝은 별을 사용합니다.
그러나 너무 많이 겹칠 필요는 없습니다.
겹치는 부분이 크면 클 수록 전제 이미지의 FOV는 작아지기 때문입니다.
살짝 겹치는 것으로도 서로의 위치를 맞추는 데에는 충분합니다.
각 이미지의 노출값은 모두 똑같아야 합니다.
노출이 서로 다르면, 나중에 각각의 이미지의 콘트라스트와 밝기를 일치시키기가 힘들어지기 때문입니다.
또한 각각의 이미지를 찍을 때 카메라가 돌아가서도 안됩니다.

사진을 찍었으면 다크 프레임(dark frame)과 플랫 필드 프레임(flatfield frame)을 사용하여 각각 캘리브레이션(calibration)을 합니다.
( 역주:
calibration, Image Reduction이라고도 합니다. CCD 칩의 한계로 인하여 발생하는 노이즈를 제거하기 위하여 raw 이미지를 처리하는 작업입니다. bias, dark, flat-field 프레임을 찍어 다음의 계산을 하여 처리합니다.
(raw frame - bias frame - dark frame) / flatfield frame
bias frame, CCD 칩과 주변 회로에서 기본적으로 발생하는 노이즈를 제거하기 위한 프레임으로, 셔터를 닫은 상태에서 0초의 노출을 주어 찍습니다. 그러나 실제로 0초의 노출을 주는 것은 불가능하므로, 가능한 한 짧은 노출을 주어 찍습니다.
dark frame, 온도로 인하여 발생하는 노이즈를 제거하기 위하여 사용하는 프레임으로, 셔터를 닫은 상태로 원래 이미지와 같은 온도 상태에서 같은 노출을 주어 찍습니다.
flatfield frame, CCD의 각 픽셀마다 감도가 조금씩 다른 것, 비네팅, 칩에 묻은 먼지 등에 의한 효과 등을 보정하기 위하여 사용하는 프레임으로, 균일한 빛에 임의의 시간동안 노출을 주어 찍습니다. )
캘리브레이션을 한 후, 필요없는 가장자리는 잘라냅니다.
그런 후 이 이미지를 이미지 프로세싱 프로그램에서 사용할 수 있는 포멧으로 변환합니다.
여기서는 포토샵을 사용하므로 8비트의 TIFF 이미지로 변환하였습니다.
각각의 이미지에 대한 파일명은, 이미지의 주제와 각각이 후에 모자이크 사진에서 차지할 위치에 대한 정보를 포함하는 것이 좋습니다.
특히 이미지의 숫자가 4개가 넘어 더욱 많아지면 반드시 필요한 작업입니다.
예를 들면 왼쪽 위에 있는 M31의 이미지는 M31UL이라 이름을 짓습니다.
로그 스케일링(log scaling)을 모든 이미지에 똑같이 적용하는 정도는 상관없지만, 콘트라스트나 밝기는 아직 조정하지 마십시오.
(역주:
scaling, stretching이라고도 합니다. 이미지의 감마 곡선(gamma curve)을 조정하여, 너무 밝아 탄 부분은 어둡게 해서 디테일이 살아나도록 하고, 노출이 부족하여 흐린 부분은 강조하여, 두 부분 모두 잘 나타나도록 해줍니다. 일반적으로 은하에 사용하면 가장 효과적이지만, 성운이나 성단에서도 효과를 볼 수 있습니다. 감마 곡선을 조정하므로 gamma scaling 또는 gamma stretching이라고도 합니다.
gamma curve, 데이터가 가지는 명도에 대한 정보와, 출력 매체(출력 용지, 모니터 등)에 나타낼 명도값의 관계를 나타내는 그래프입니다. 포토샵에서는 curves를 이용하여 gamma curve를 직접 조정할 수 있습니다.
linear scaling, linear stretching, 감마 곡선의 모양을 직선으로 유지하면서 조정하는 경우 선형 스케일링, 혹은 선형 스트레칭이라 합니다.
log scaling, log stretching, 감마 곡선의 모양을 로그 함수의 모양으로 하여 조정하는 경우 로그 스케일링, 혹은 로그 스트레칭이라 합니다. )
여기에서는 네 장을 합성하여 M31의 모자이크 사진을 만들었고, 서로의 상대적인 위치를 맞추기 위하여 은하의 핵을 사용하였습니다.

Step 1

첫번째 이미지를 연 후, 캔버스의 크기를 최종 모자이크 사진이 들어갈 정도로 늘려두십시오. (Image | Canvas Size...)
Width(폭)와 Height(높이)를 적당히 크게 쳐넣고, Anchor에서 이미지가 캔버스의 어느 부분에 위치할 지를 결정합니다. (그림 1.)

그림 1.

Ctrl - 를 눌러 이미지를 축소하여 캔버스 전체가 보이도록 합니다. (그림 2.)

그림 2.

Step 2

이제 다음 이미지를 연 후, 전체 선택을 합니다. (Select | All)
이 다음의 단계는 안해도 상관은 없지만, 연결 부위를 자연스럽게 하는 데 도움이 될 것입니다.
우선 선택한 영역의 가장자리 부분만 5픽셀 정도 선택합니다. (Select | Modify | Border...)(역주: border, 현재 선택되어 있는 영역의 가장자리를 주어진 픽셀만큼만 선택합니다.) (그림 3.)
그 다음 이 부분에, 선택된 가장자리의 너비와 같은 정도의(5픽셀) feather 값을 줍니다. (Select | Feather...)(역주: feather, 선택한 영역의 외곽을 부드럽게 처리해줍니다.)
이제 반전 선택을 하면(Select | Inverse) 주변이 부드럽게 처리된 전체 선택을 할 수 있게 됩니다.

그림 3.

Step 3

전체 선택된 이미지를 잘라 낸 후(Edit | Cut) 두 번째 이미지가 있던 윈도우를 닫고, 처음 만들었던 캔버스에 잘라낸 것을 붙여넣습니다. (Edit | Paste)
이제 캔버스에는 두 개의 Layer가 생기게 되었습니다.
새로 만들어진 Layer의 Opacity(역주: 불투명도, 100%이면 완전히 불투명하여 그 Layer보다 아래에 있는 Layer는 보이지 않게 됩니다. 반대로 0%에 가까워질 수록 그 Layer는 점점 투명해져 0%가 되면 보이지 않게 됩니다. 오른쪽 Layers 윈도우의 상단 왼쪽에 있습니다. 이 윈도우가 떠있지 않을 경우 Windows | Show Layers 를 하면 나타납니다.)를 약 50% 정도로 줄이고, 각 Layer에서의 같은 두 별이 정확하게 겹쳐지도록 Layer를 정렬합니다.
Layer는, 이동하고자 하는 Layer에서 우클릭을 하고 Free Transform을 선택하여 움직일 수 있습니다.
많이 이동시킬 때에는 마우스로 드래그하면 되고, 정밀한 조정은 키보드를 이용하면 픽셀 단위로 이동시킬 수 있습니다.
가끔 이미지의 회전이 필요할 때도 있습니다.
이는 특히 마지막 이미지를 맞추면서 필요하게 되는데, 극축이 정확히 맞지 않은 상태에서 찍었을 때 발생합니다.
Layer에서 우클릭을 한 후 Rotate를 선택하면 회전 이동이 가능해집니다.
가운데에 있는 아이콘을 드래그하면 회전의 중심을 바꿀 수도 있습니다.
나중에 Layer를 하나로 합치기 전까지는(Layer | Flatten Image), 아직 밝기와 콘트라스트를 조정해서는 안됩니다.
두 개의 이미지가 완전히 일치하게 되면, Enter를 누르고(위에서 설정하였던 Free Transform이 해제됩니다.) Opacity를 다시 100%로 돌려놓습니다.
그리고 남은 2개의 이미지에 대해서도 같은 작업을 반복합니다.

그림 4.

Step 4

이번 단계는 매우 중요합니다.
각각의 이미지의 연결부위가 표시나지 않도록 하기 위하여, 서로의 콘트라스트와 밝기를 맞추는 작업이 필요합니다. (Image | Adjust | Brightness/Contrast...)
커브를 조정할 수도 있습니다. (Image | Adjust | Curves...)
이미지의 밝기와 콘트라스트가 완전히 일치하여 이음매가 보이지 않게 될 때까지, 한 이미지에서 옆의 이미지로 시계 방향이나 반시계 방향으로 돌아가며 계속하여 조정해나가야 합니다.
이 과정은 어려워서 많은 연습을 필요로 합니다. (그림 4.)

그림 5.

Step5

모자이크 사진을 하나의 이미지처럼 다루기 위해서 Flatten Image(역주: 모든 레이어를 합성하여 하나의 레이어로 만듭니다.)를 합니다. (Layer | Flatten Image)
Flatten Image를 하기 전에 이미지를 포토샵 문서로 저장하십시오.
일단 Flatten Image를 하면, 각각의 Layer에 대한 작업을 할 수 없게 되기 때문입니다.
Flatten Image를 하면 하나가 된 이미지를 얻을 수 있습니다. (그림 5.)

Step 6

이제 이미지를 크롭하고, 하나의 이미지로서 이미지 프로세싱을 계속합니다.
필요에 따라 다른 포멧으로 저장할 수도 있습니다.

요약

1) 첫 번째 이미지를 열고 모자이크 사진을 만들 캔버스를 준비합니다.
2) 다음 이미지를 열고, 캔버스에 오려붙입니다.
3) 두 이미지를 일치시키기 위해, Opacity를 50%로 줄이고 Free Transform에서 드래그와 화살표키를 사용하여(회전이 필요할 수도 있음) 상대적인 위치를 일치시킨 후, Enter를 누르고 Opacity를 100%로 다시 돌려놓습니다.
4) 남은 이미지에 대해서 위의 작업을 반복합니다.
5) 밝기와 콘트라스트, 그리고 커브를 조정하여, 경계부분을 보이지 않게 합니다.
6) Flatten Image를 하기 전에 포토샵 문서로 저장합니다.
7) 크롭을 하고 하나의 이미지로서 이미지 프로세싱을 계속합니다.

모자이크 사진은 새로운 장비를 구입하지 않고도 쉽게 자신의 천체사진의 범위를 확장시킬 수 있도록 해줍니다.
독자들이 이 글을 통해 모자이크 사진을 만들어 낼 수 있고, 또한 이를 즐길 수 있었으면 좋겠습니다.

==역첨==

참고한 사이트..

캘리브래이션의 원리
이건호님이 NADA에 쓰신 캘리브래이션 정보
스케일링과 DDP에 대한 정보

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이하 원문

This article appeared in the June 1999 issue of "Sky and Telescope".
This was the final draft.

Widefield Deepsky CCD Imaging:

Creating Mosaics using Photoshop

by: Robert Gendler and Joel Gelber

Most of us would like to do widefield CCD imaging of large nebulas or galactic fields but are limited by the small size of our CCD chips. This is a situation shared by most astroimagers. Affordable CCD chips are in general one fourth to one third the size of 35mm film.The CCD imager desiring wider fields has three choices: buy a larger more expensive chip, decrease the focal length of the imaging system, or use the technique of creating mosaics.

Making mosaics is an old technique used back in the 70"s and 80"s to splice together images sent to us by the space probes of those days. Today, mosaics offer the amateur astroimager an easily available and affordable method of capturing a wide region of sky by piecing together several smaller images to make a larger one. There are many software packages available today that are capable of creating mosaics. The authors have used Adobe Photoshop successfully to piece together mosaics in addition to performing many other image processing applications. Photoshop is an outstanding program familiar to most astroimagers. Creating mosaics need not be an intimidating process. In our experience many program manuals do not fully explain how to use some of their complex features. The object of this article is to take readers step by step through the mosaic process using Photoshop. We will explain many of the nuances and pitfalls you need to know in order to make a successful mosaic. In this way we hope to shorten the learning curve.

Mosaics can be done using instruments of variable focal length but it does help to begin with a sizable field of view. Short focal length refractors are ideal instruments for creating widefield mosaics. The images provided by the authors were taken with a 4" takahashi refractor and ST8 CCD camera (SBIG).

An attractive feature of mosaics is conservation of resolution. For a given CCD chip, a shorter focal length will result in a dropoff in resolution as each pixel covers a larger area of sky. Creating a mosaic conserves the resolution by maintaining a longer focal length. Also due to the increased number of pixels the larger file sizes of mosaics generally give higher quality prints, sometimes up to poster size.

Mosaics can be made with any number of images, but to keep things simple we will discuss the creation of a mosaic from four individual images. Proper planning is critical in the pursuit of a successful mosaic. Individual frames need to be overlapped slightly. In other words each frame needs to have a common reference point, usually a bright star that will be present in the corner of each image. It is desirable to overlap only slightly to match up the frames but not too much so as to maximize the effective field size. Exposure values need to be consistent for all images. Different exposure times will make it difficult to match contrast and brightness of each frame later on. Also the camera should not be rotated between frames.

Once the images are taken they should be individually calibrated (darkframe and flatfield). Defects should be removed and unwanted edges should be cropped out. The image should then be converted to a format usable by the image processing software. In our case we converted the images into 8 bit tiff format for use in Photoshop. Labeling each image with a code to identify the subject and position of each sector will assist in the later construction of the mosaic, especially if the number of layers increases beyond four. For example an image of M31 upper left corner would be labeled M31UL. Do not make major contrast and brightness adjustments at this point although log scaling can be done if it is applied equally to all images. In our example, a four image mosaic of M31, the core of the galaxy served as the central common reference point.

Step 1

Open the first image and expand the canvas size to an approximate dimension that will allow the mosaic to fit on it. On the menu click "image" and then "canvas size". Enter appropriate dimensions for with and height. Make sure the anchor point is clicked on to place the image in its appropriate position on the canvas (see fig. 1)

Figure 1

You can zoom out to show the entire canvas by holding "Ctrl" and "-" to shrink the image.(see fig 2)

Figure 2

Step 2

Then open the next image. On the control panel click "select" and then "all". The next step is an optional one but will assist in blending the seams imperceptibly together. Under the select menu click on "modify" and add a border of 5 pixels and then "feather" (also under select menu) the same number of pixels. (see fig 3)

Figure 3

Step 3

Invert the selection and under edit menu click on "cut". This will store the second image in the paste queue. Close the second image now and paste the stored image on the canvas. You now have your second layer to work with. Reduce the second layer opacity to about 50% and align the two layers by precisely superimposing the common stars. The easiest way to align the two layers is to right click on the layer and then choose "free transform" . Large movements are accomplished by dragging. Fine movements are accomplished (single pixel steps) by using the arrow keys. Often some rotational correction is necessary (if you were not precisely polar aligned) especially with the last image taken at the telescope. This is accomplished by right clicking the layer and choosing rotate. You can also change the center of rotation by dragging the center icon to the desired center point. Do not adjust brightness and contrast until all the images are merged. When the two images are merged to your satisfaction press "enter" and don"t forget to restore the opacity to 100%. Repeat this process for all the other images.

Figure 4

Step 4

This next step is a critical one. It is desirable to make the seams between the images imperceptible by matching the contrast and brightness of each image to the next image. For each image layer go to "image" and then "adjust". We found that by alternating between "brightness and contrast" and "curves" the seams could be made invisible. You should go in order, either clockwise or counterclockwise from one image to the next adjacent one until all the images are matched and the seams are gone. This step is difficult, requiring practice and patience.(see fig.4)

Figure 5

Step5

In order to work with the mosiac as a single image you need to "flatten" the image (by selecting "flatten image" under the layer menu). Before flattening the image you need to save the image as a Photoshop document. This will allow you to work with the individual layers in the future which cannot be done with the flattened image. Once the image is flattened it becomes a single image.(see fig. 5)

Step 6

The last step is to crop the image and continue processing it as a single image. In order to save it in a different format you may need to use "save a copy".

Summary

1) Open the first image and creat the canvas
2) Open the next image, cut and paste onto the canvas.
3) Merge the images (decrease opacity to 50%) then "free transform" then "drag and arrow keys" (may need to rotate), then "enter", restore opacity to 100%.
4) Repeat for all images.
5) Using "brightness and contrast" and "curves" create imperceptible seams.
6) Save as a Photoshop document before "flattening" the image.
7) Crop and process as one image.

Adobe Photoshop is one of the most versatile and well received programs for processing astroimages. We are currently using the most recently released version 5.0. The package is somewhat expensive, but it is very inclusive and well worth the price. Often an older version may be purchased at a local computer show for a fraction of the cost. If you own another company"s graphic product, Adobe may offer you a competitive upgrade purchase price to buy their product which could translate to hundreds of dollars saved.

Creating mosaics is an easy and affordable way to expand your astroimaging repertoire without the hassle of purchasing new equipment. It is our hope that this article will give you the skills to successfully perform and enjoy the process of making mosaics.