개미 천문학자

최근에 찍은 큰개+작은개 일주 사진을 합성했다. 맥에서 적당한 프로그램을 못찾다가 기본적인 개념은 일종의 maximum 합성을 하면 되는게 아닌가? 해서 IDL로 코딩을 해서 작업을 해봤다.

모든 이미지를 하나의 array에 저장해놓고 시간 축에 대해 median을 구한다던지 maximum을 구한다던지 하는 작업을 하는게 제일 직관적이고 간단한데 이미지가 크기때문에 (3x3888x2592) 약 100장의 이미지를 다 실수형 array에 저장해놓고 작업을 하려면 4byte * 3 * 3888 * 2592 * 100 /(1024^3) ~ 11GB의 메모리를 요구한다. 컴퓨터 메모리가 4GB밖에 안되는 관계로 편의상 전체 이미지를 4x4격자를 쳐서 나눠서 작업을 한 뒤에 합쳤다.

1. dark frame 제거.

장시간 노출에 dark를 제거하는 건 필수라고 할 수 있다. 하지만 이날 날씨가 너무 밝았고 달도 보름이여서 ISO 400에 30초만 해도 적정노출이 맞춰지는 상황이라 생각보다 dark가 강하진 않았다.

Fig. Canon 400D, ISO400, 30초 노출

max를 10으로 조절했을 때 보이는 영상인데 전박적을 낮은 레벨의 녹색의 dark frame이 깔려있고 곳곳에 점점이 dark pixel이 있다. 당연히 빼주는게 더 나을거다. 

2. maximum/median

Fig. ISO400, f/5.6, 30초 노출을 준 사진

한장의 사진을 보면 다크를 빼기 전인데도 크게 거슬리는 부분이 없다. 뭐 그래도 각 사진에서 dark를 빼준다.

각 사진을 시간순으로 모으면 4차원 array가 되는데 시간축으로 maximum, median을 취하면 기본적으로 별의 궤적과 노이즈가 감소한 배경을 얻을 수 있다.

Fig. maximum으로 합성한 결과

Fig. median으로 합성한 결과

문제는 단순히 maximum으로 합성한 결과는 별이 끊어져 보이는데 이는 "아마도" 별이 감광될때 점으로 (delta function)으로 감광되지 않고 퍼진상 (point spread funciton)을 만들기 때문에 시작과 끝이 흐려져 있기 때문이다. (+ read-out interval?) 이를 그냥 이어붙이면 점선같이 나온다. 그나마 매우 큰 원본 이미지를 축소시켜 놓아 그럴 듯 하게 보이지만 여전히 거슬린다. 게다가 배경에 보면 maximum을 취했기 때문에 noise는 증폭되어 있고 중간에 차에서 비친 헤드라이트의 영향으로 나무도 밝아져 있다. (나무를 밝게 하는건 개인의 취향일 수도 있겠다.)

median으로 합성한 사진으로 부터 매우 부드러운 배경을 얻을 수 있기에 이를 포기하기 좀 아깝다. 여기서 배경은 하늘을 말한다. (많은 일주사진 tutorial에서 이를 포기하는데 다들 오두막 써서 노이즈가 없어서 그런가? -_-;;)

기본적으로 maximum으로 합성한 결과를 단순히 축소시키지 않고 smoothing해서 축소하면 아래와 같이 좀 더 그럴듯 한 결과가 얻어지긴 한데 여전히 만족스럽진 않다. 

Fig. maximum으로 합성후 4x4 boxcar smoothing을 한 결과

3. future work (?)

역시 그냥 단순히 합친다고 되는게 아니다. photoshop에서 합칠 때 lighten으로 합친다는데 그게 실제로 어떤식으로 이루어지는지 잘 모르겠다. 별을 포함해서 합쳐진 결과에서 별만 잘 추출해서 median으로 합성된 배경위에 얹고 싶은데 생각보다 어렵다. 배경이 변하지 않았다면 그냥 빼준뒤에 평균적인 요동의 표준편차를 구한뒤에 적당히 (1-sigma) 밝은 영역만 취하면 될 거 같은데 지나다닌 차들이 라이트를 하도  비춰서 이것도 불가능하다.

Fig. maximum 합성 - median 합성

시작은 뭔가 남들이 만든 프로그램이 내 구미에 맞지 않고 (dark를 제거한다거나 배경을 median으로 합성한다는 것) 맥에서 쓸 수 있는 공짜 프로그램이 없는 것 같아서 한번 만들어 보자고 시작한 건데 뭔가 image processing과 관련된 전문적인 지식의 필요를 느꼈다. 결론은 Photoshop을 사던가 윈도우 깔아서 남들이 만든 프로그램을 갖다 쓰는거. 

+ 작업을 한 뒤에 열심히 구글링을 해보니 이런 저런 tutorial 동영상이 있다. 그 중에 포토샵을 이용한 프로그램은 

http://russellbrown.com/tips_tech.html

여기서 볼 수 있다. 보다보니 결국은 maximum 합성을 한다. 그리고 필요한 부분만 따로 layer masking을 통해서 나타내는데 결론은 수작업이다. IDL로 하려면 결국 GUI를 써야 할 거 같은데 그까지 할 정성은 없다. 아니면 IDL을 돌린 결과물을 gimp로 작업해도 될 것 같다. 근데 결국 별이 점선으로 나타나는건 극복 할 수 없는 문제인가 보다. 400D의 read-out time이 너무 길어서 그게 도드라 지는거 같기도 하고... 결국은 장비 뽐뿌로 이어지는 것인가. 

++ 사이트에 있는 동영상에서 보여주는 포토샵 작업이 너무 인위적으로 보여 마치 사진을 조작하는 것 같은 인상을 준다. 과거 DIP의 철학(?)을 논하던 생각이 났다. 필름 사진을 스캔해서 최대한 정보를 뽑아내는 작업을 넘어서 이제는 기본적인 사진자체가 디지털이니 한층 수월하고 할 수 있는 처리도 엄청 다양하다. 좋은 사진을 얻기 위한 조건이

1. 좋은 장비
2. 최적의 장소
3. 찍는 기술
4. 후보정 기술

인 셈인데 갈수록 후보정 기술의 비중이 높아지는 느낌이다. 찍는 기술이 좋은 사진을 만들어 낸다는 것은 쉽게 인정하면서 뛰어난 후보정 기술로 좋은 사진을 얻는 것은 사진을 조작한다는 느낌을 받는 것은 왜일까? 결국 시간들여 노력하고 얻어낸 노하우고 실력인건 마찬가진데 말이다. (사실 내가 maximum 합성하고 스무딩 한 것도 따지고 보면 다 후보정인데. ㅋ) 어쨌든 사진 욕심을 부리기엔 장비를 구할 돈과 장소를 찾아갈 돈과 시간, 그리고 기술을 익힐 시간이 필요한데 포닥이 없는 (없어야 하는) 두가지가 바로 돈과 시간이니... 뭐 나는 시간은 많다만 결국 이렇게 여유부리다간 천문학 때려쳐야 할지도 모를 일이지. ㅎㅎ

+++ gimp로 할 수 있네!

maximum 합성 + 4x4 smoothing

median 합성
 

 maximum + median masking (호수에 비친 불빛을 주목해서 보면 차이가 보임)

그래도 결국 부드러운 하늘을 얻기는 힘들다.