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이 글은 저자의 허락을 받지 않았습니다.
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로우패스(Low-Pass) 필터를 이용한 노이즈 제거
이미지에서 노이즈를 줄이기 위해서는 stack을 하는 것이 가장 좋습니다.
그러나 어두운 대상의 경우에는, 어두운 부분을 살리기 위해 과도한 이미지 처리가 필요하기 때문에, 이로인하여 이미지에 노이즈가 발생하기도 합니다.
그 대표적인 예가 바로 아래의 이미지로써, 대상은 카시오페이아 자리의 Sharpless 2-170 입니다.
교외에서 H-alpha 필터를 사용하여 촬영한 이미지인데, 이 이미지는 48인치 슈미트 카메라를 이용하여 찍은 Palomar Sky Survey의 이미지보다 더 좋은 디테일을 보여줍니다.
그러나 콘트라스트를 억지로 높였기 때문에, 성운 바깥쪽의 어두운 부분에 약간의 노이즈가 보입니다.
( 역주:
Sharpless Catalog of H II Regions, 1959년, Stewart Sharpless가 천구의 북극에서부터 적위 -27도 사이에 존재하는 발광성운 313개를 모아서 만든 목록. 여기에 가보시면 발표 논문의 원문을 다운받아 보실 수 있습니다. 유명한 대상으로는 Sh 2-045(M17, 오메가성운, 고니성운), Sh 2-281(M42, 오리온성운), Sh 2-117(NGC7000, 북아메리카성운), Sh 2-220(NGC1499, 캘리포니아성운), Sh 2-229(IC405, 마차부자리의 Flaming Star Nebula), Sh 2-125(IC5146, 백조자리의 Cocoon Nebula), Sh 2-276(오리온자리의 버나드 루프) 등이 있습니다.
H II Region, 정의는 "10,000K 정도의 온도를 가지는 이온화된 수소 원자 구름"입니다. 저자의 의도를 보기 위해 저자가 발표한 논문의 서문을 발췌해보면 다음과 같습니다. "여기에서는 "발광성운"이란 용어 대신 "H II Region"이라는 용어를 사용하였습니다. H II Region은 이온화된 성운 뿐만 아니라, 이온화를 유발시킨 뜨거운 별들까지 포함합니다."
Palomar Sky Survey, 1950년대, 팔로마 산에 있는 48인치 슈미트 카메라를 이용하여 하늘의 지도를 만들었던 프로젝트. 천구의 북극에서 적위 -24도까지 하늘을 879개의 구역으로 나누어 사진을 찍었습니다. 정식 명칭은 Palomar Obervatory Sky Survey로서 POSS라고 줄여서 부르지만, 현재 진행중인 POSS II과 대조하여 POSS I이라 부르기도 합니다. )
그림설명: 4인치 굴절 망원경으로 촬영한 Sh2-170의 이미지.
성운 바깥부분에 노이즈가 보입니다.
로우패스 필터(low-pass filter)는 노이즈를 줄여줍니다.
그러나 이 필터는 이미지를 흐리게 만들기도 합니다.
이미지에 가우시안 블러(gaussian blur)와 같은 표준 로우패스 필터를 적용하면, 노이즈가 제거되기는 하지만, 이미지의 선명함을 떨어지고 디테일이 잘 드러나지 않게 됩니다.
그림설명: 가우시안블러는 노이즈를 제거하지만, 이미지의 디테일과 선명함도 감소시킵니다.
이를 해결하기 위하여, 이미지에서 노이즈가 있는 부분만 블러를 적용하는 방법이 있습니다.
노이즈는 이미지의 흐린 부분에서 주로 나타나는 경향이 있기 때문에, 이러한 부분만을 선택하여 여기에만 로우패스 필터를 적용하면 됩니다.
여기에서는 이 기능을 설명하는 데 포토샵을 사용할 것입니다만, 비슷한 기능을 가지고 있는 다른 프로그램으로도 이 방법을 사용하는 것이 가능합니다.
메인 메뉴에서 Select | Color Range... 를 클릭합니다.
이는 선택한 곳의 밝기를 기준으로 하여 영역을 선택할 수 있도록 해줍니다.
옆에 스포이드 모양으로 생긴 Eyedropper Tool을 사용하여, 이미지 내에서 중간정도 밝기를 가지고 있는 부분을 선택합니다.
그리고 미리보기 창에 성운의 대부분(그러나 전부는 아님.)이 나타날 때까지 Fuzziness의 값을 높여줍니다.
이렇게 하면 대부분의 별들도 같이 선택이 되었을 것입니다.
이제 오른쪽에 Invert를 체크하면, 성운의 밝은 부분과 별을 제외한 나머지 부분, 즉 노이즈가 있는 부분이 선택될 것입니다.
그림설명: Color Range 다이얼로그.
노이즈가 있는 부분을 선택하기 위하여, 먼저 노이즈가 없는 부분을 선택한 후 Invert를 체크합니다.
그림설명: 노이즈가 없는 부분이 선택되었습니다.
주의: Fuzziness값을 너무 높으면, 포토샵은 Fuzziness값의 상승으로 인하여 넓어진 선택 영역을 제대로 나타내지 못합니다.
따라서 실제로 선택된 영역은 미리 보기 창에 보이는 것보다 언제나 더 커지게 됩니다.
이제 가우시안 블러를 적용하면, 선택된 부분, 즉 노이즈가 있는 부분만을 부드럽게 만들 것입니다.
따라서 성운의 밝은 부분이나 별은 이 필터의 영향을 받지 않습니다.
그림설명: 최종 이미지.
노이즈가 있는 부분만을 선택하여 로우패스 필터를 적용합니다.
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이하 원문
Low-Pass Noise Removal
Stacking images is the best way to reduce noise in an image. However, images of faint objects, which must be significantly enhanced, can often still be noisy in the dimmer areas of the image. A perfect example of this is the image below of the very faint nebula Sharpless 2-170 in Cassiopeia. Imaged from a suburban location through a hydrogen-alpha filter, this picture shows more detail than the Palomar Sky Survey image taken through the 48" Schmidt telescope! But there is some noise visible in the faint outer areas of the nebula because the image was contrast stretched.
Above: Nebula Sh2-170 imaged through a 4" refractor. Notice the noise in the outer regions of the nebula.
A low-pass filter reduces noise. However, it also blurs the image. Running a standard low-pass filter such as a Gaussian blur on this image eliminates the noise but reduces the sharpness of the image and reduces the amount of visible detail.
Above: A Gaussian blur smooths out the noise but reduces the detail and sharpness in the image.
A better method is to blur only the noisy part of the image. Since noise tends to appear in the faint areas of the image, it is possible to select only these parts of the picture and then apply the low-pass filter to that selection. Photoshop has the best features for this application, so it will be used to demonstrate the technique. Other program may have similar capabilities.
Begin by choosing Select > Color Range from the main menu. The Color Range selector allows you to select portions of the image based on the brightness of that area. Use the eyedropper tool to select a medium-brightness portion of the image. Then drag the Fuzziness slider up until the preview window shows most (but not all) of the nebula selected. You will notice that the stars have also been selected. Click the Invert checkbox. This will select everything in the image except the bright nebulosity and stars--in other words, only the noisy parts should be selected.
Above: The Color Range window after selecting the non-noisy parts of the image and then inverting the selection to choose the noisy areas.
Above: The image now shows the selected regions.
Note: Remember that by running the Fuzziness slider up so high, parts of the image are selected but Photoshop cannot display that selection. The actual selection will always be larger than what is shown if the Fuzziness slider is raised.
Running the Gaussian blur filter now smooths only the selected portions of the image, which should be the noisy parts. The other areas, such as bright nebulosity and stars, are unaffected.
Above: Final result after blurring selected regions of the image.