Proceso de reducción de ruido
SGBNR
PixInsight LE
Introducción
El algoritmo SGBNR (Selective
Gaussian Blur Noise Reduction) es una herramienta altamente
flexible diseñada para la reducción de ruido sobre imágenes de cielo profundo, basado en la aplicación de un filtro de
suavizado o filtro pasa-bajos en combinación con un eficaz sistema
de protección de bordes. La finalidad de este proceso es suavizar
aquellas áreas de la imagen donde el ruido es más recurrente y donde no existen detalles significativos, pero
preservando las pequeñas estructuras y el contraste al mismo
tiempo.
A continuación se
describen los parámetros incluidos en SGBNR y la forma de
aplicarlos a la hora de realizar en nuestras imágenes una reducción de
ruido.
Modelo de color (Color
Model)
Para imágenes en
color, un sencillo conjunto de parámetros de SGBNR puede ser aplicado
individualmente a cada canal RGB, o bien pueden ser aplicados a la
luminancia y crominancia por separado. En SGBNR hay disponibles tres
modelos de color:
Apartado correspondiente
al modelo de color en la ventana de SGBNR.
RGB/K
Este es el modelo de color por defecto para SGBNR. Un simple juego de
parámetros son aplicados a los canales rojo, verde y azul, o bien al
canal gris para imágenes en escala de grises. Se trata del modelo de
color más sencillo de usar gracias a que solo es necesario un único set
de
parámetros para reducir el ruido. Sin embargo, SGBNR puede ser un
proceso mucho más complejo y preciso, el cual permite además evaluar
y manejar por separado el ruido presente tanto en la luminancia como
la crominancia.
CIE L*|a*b*
En este modo se emplea un juego de parámetros para el canal de la
luminancia (L) y otro independiente para la crominancia (a+b). Es
recomendable este modo de color cuando se desea reducir el ruido a la
luminancia y crominancia por separado, lo cual proporciona excelentes
resultados.
CIE L*|a*|b*
Este otro modo emplea un juego de parámetros independiente para cada
uno de los canales dentro del espacio de color CIE L"a"b".
Está diseñado pues para alcanzar una reducción de ruido altamente
refinada. Sin embargo, si se usa inadecuadamente puede producirse una
descompensación en el balance de color o generarse artefactos en los
canales de la crominancia. Se recomienda pues este modo a usuarios
expertos.
Filtro pasa-bajos (Low Pass
Filter)
El filtro pasa-bajos
es básicamente un filtro de desenfoque con un perfil gaussiano y se emplea en SGBNR para suavizar la
imagen. Contiene los
siguientes parámetros de ajuste:
Ajustes
por defecto del filtro
pasa-bajos.
StdDev
Este parámetro (Standard Deviation) define el tamaño del
filtro en
píxeles que se aplica al proceso.
Valores elevados introducen fuertes suavizados en la imagen.
Generalmente tamaños de filtro en torno a 2.5 píxeles son suficientes en la
mayoría de casos. Valores alrededor de 0.5 pueden en cambio ser muy útiles
para reducir el ruido de imágenes CCD en alta resolución.
Amount
Controla la intensidad con la que se
aplica el filtro de suavizado y se puede ajustar entre 0 y 1. Si empleamos
el valor máximo de intensidad igual a uno, la totalidad de
píxeles procesados con el filtro pasa-bajos son aplicados a la imagen resultado,
mientras que un valor inferior de intensidad mezcla proporcionalmente píxeles
originales y procesados.
Iterations
El número de Iterations define la cantidad de veces que se
aplica al proceso el filtro pasa-bajos. Esto es particularmente útil
cuando se usan valores de intensidad de filtro (Amount)
inferiores a 1. En general se obtienen mejores resultados en cuanto a
preservar el detalle y contraste de la imagen si se usan varias
iteraciones y valores de intensidad moderados en vez de una sola
iteración y valores altos de intensidad. Sin embargo, es necesario
comprobar y definir qué ajuste es más apropiado en cada
caso.
Protección de bordes (Edges
Protection)
El sistema de
protección Edges Protection está diseñado para que no se
provoquen pérdidas de nitidez en los detalles de la imagen cuando
actúa el filtro. Esta opción puede ser activada o desactivada
independientemente para los detalles presentes en las sombras y en las
luces. Contiene los siguientes parámetros:
Apartado
de la protección de bordes en la ventana de SGBNR.
Threshold
Este parámetro es el que controla el umbral de intensidad de protección y está
disponible independientemente para las luces y las sombras. Valores
generalmente bajos protegen más los detalles, pero si son demasiado
bajos pueden generarse artefactos. Por otro lado, valores muy altos
dejan actuar al filtro pasa-bajos en mayor medida, pudiendo destruirse
detalles significativos. Por norma general, cuando se
aplica el filtro pasa-bajos con una elevada intensidad y una sola
iteración, los parámetros de Threshold en las sombras/luces
son menos críticos y el propio mecanismo de protección más
eficiente. En cambio, cuando se aplican mayor número de iteraciones y
una intensidad menor, el ajuste de protección se vuelve más critico.
De nuevo se requieren pruebas en la imagen a base de ensayo y error.
Overdrive
Al igual que Threshold, el parámetro Overdrive puede
ajustarse independiente a las sombras y las luces. Este
parámetro puede exagerar el proceso de protección cuando se usan valores
distintos a cero. Puede funcionar muy bien en algunas imágenes, pero
si se usa inadecuadamente puede provocar efectos desastrosos. Por lo
tanto, valores iguales a cero no modifican el proceso de protección y
puede prescindirse de este parámetro en muchos de los casos.
Máscara de
luminancia (Luminance Mask)
En la actualización
1.0.2.143 de la versión gratuita de PixInsight LE se incluye además
una máscara de luminancia. Dentro del proceso SGBNR esta función
extrae el canal de luminancia para filtrar el proceso y aumentar el nivel de protección. Se disponen de dos parámetros de ajuste para la máscara:
Ajustes
por defecto para la máscara de luminancia.
Clipping
El ajuste clipping
sirve para dar un mayor o menor nivel de protección al recortar en la
máscara los
extremos del histograma. Los valores de ajuste son
entre 0 y 0.80.
Gamma Con
valores de ajuste entre 0.1 y 3.0, este parámetro controla la suavidad
de transición entre las zonas que serán enmascaradas durante la
reducción de ruido.
Procedimiento
para aplicar SGBNR
El
procedimiento descrito a continuación muestra una forma sencilla de
aplicar una reducción de ruido en una imagen de cielo profundo.
Evidentemente el usuario puede
definir cualquier otro procedimiento similar a este a partir de su propia experiencia adquirida
con SGBNR.
Un
ejemplo práctico
La
imagen del siguiente ejemplo es un recorte a tamaño original, aumentado
el zoom a 2:1 y pertenece a una zona de la nebulosa IC1318 de la
constelación del Cisne realizada con un
objetivo Canon FD 135mm a f/4, película Fuji Provia 400F y
digitalización a
2.700 d.p.i. con una profundidad de 12 bits/canal. Posteriormente se han
ajustado los
histogramas para hacer visible el ruido y el grano de la película.
Filtro pasa-bajos (Low Pass
Filter)
Vamos a
tratar de aplicar en primera instancia el filtro pasa-bajos y definir qué ajustes son necesarios para suavizar convenientemente la imagen. Para ello deshabilitamos primero las funciones Edges
Protection y Luminance Mask. Los parámetros por defecto del
filtro pasa-bajos en SGBNR constituyen un buen punto de partida. En
todo el procedimiento se ha usado el modelo de color RGB/K.
Tal y como
se describe en el apartado referente al filtro pasa-bajos, valores
de StdDev entre 0.5 y 2.5 consiguen suavizar la imagen lo suficiente como para remover
el ruido. A continuación podemos decidir la
intensidad del filtro utilizando generalmente valores moderados y un
diverso número de iteraciones.
Protección de bordes (Edges
Protection)
Una vez
decididos los ajustes del filtro pasa-bajos, el siguiente paso es
decidir si queremos proteger los detalles bien inmersos en las sombras y/o
en las luces, y en una proporción concreta. Activamos pues las
casillas correspondientes (Dark Sides y Bright
Sides) y a continuación aplicamos distintos valores de Threshold hasta conseguir un nivel
de protección que mantenga la suficiente nitidez como para no
perder detalle.
No es
estrictamente necesario usar el parámetro Overdrive; aquí se ha
dado un valor de cero, aunque se puede probar el efecto que distintos valores pueden afectar a
la protección durante el proceso.
Máscara de
luminancia (Luminance Mask)
En la
mayoría de casos el mecanismo de protección de bordes o Edges
Protection funciona muy bien protegiendo detalles relevantes. Esto
sucede generalmente cuando los pequeños objetos brillantes deben ser
preservados bien sobre zonas muy oscuras o muy brillantes. Sin embargo, en
algunos casos concretos hace falta una protección adicional. Pequeñas
variaciones de brillo en áreas fuertemente iluminadas pueden no ser
detectadas por el sistema de protección, y por lo tanto este
tipo de detalles pueden quedar borrados al aplicar el filtro de
suavizado.
Afortunadamente
estas situaciones pueden solucionarse fácilmente con la protección
adicional que ofrece la aplicación de una máscara a partir de la
luminancia. Es normal que las
áreas brillantes de la imagen tengan una mayor relación
señal/ruido que las áreas oscuras. El uso de una máscara puede suavizar o eliminar
pues completamente la reducción de ruido en las
zonas más brillantes mientras se aplica en mayor medida sobre las
regiones más oscuras.
Así una vez definidos los parámetros del filtro y de la protección,
activamos también la casilla Luminance Mask y ajustamos los
parámetros Clipping y Gamma dependiendo de la protección
que deseemos conseguir. De nuevo los ajustes por defecto son un buen punto de partida,
pero los hemos variado ligeramente aquí para conservar algunas ligeras variaciones
de brillo presentes en la imagen.
Aplicando
todo el juego completo de parámetros, incluida la máscara de luminancia y un
posterior ajuste del
rango dinámico desde los histogramas, el resultado queda así:
Resultado
Este
procedimiento que hemos descrito consigue eliminar eficazmente el ruido en
la imagen sin sufrir pérdidas de detalle. La ventaja de este proceso es
que tras SGBNR obtenemos una mejor relación señal/ruido que permite
distinguir después claramente aquellos detalles que antes quedaban
prácticamente ocultos por el propio ruido.
Comparación antes (izquierda)y
después (derecha) de la reducción de ruido con SGBNR en el modo de color
RGB.
SGBNR es una
herramienta de reducción de ruido diseñada por Pleiades Astrophoto,
actualmente en
desarrollo y en constante evolución, por lo que se esperan mejoras de
este algoritmo en futuras versiones del programa.
Para más
información escribe a astro35mm@astrosurf.com
