SOMMA DI IMMAGINI

Renzo

Cerco di spiegarmi meglio.
I programmi che usiamo possono permettere di lavorare a 15 bit (IRIS), 16 bit (Photoshop vecchia versione), 32 bit (Photoshop CS2), numero di bit illimitato (Maxim DL e Astroart).
Ciò significa che a 15 bit avrò al massimo 32767 livelli di grigio, a 16 bit ne avrò 65535, a 32 bit invece sono 4.294.967.296.
Ammettiamo di avere una singola immagine con un livello massimo di 50000 ADU di intensità e un fondo cielo di 1500. Questa immagine è un'immagine a 16 bit.
Se ne sommo 2 il livello va a 100.000 ADU per le stelle luminose e a 3000 per il fondo cielo (qualcosa di meno per i discorso del rumore casuale ma lasciamo perdere). Se il mio programma, però, lavora al massimo a 16 bit taglierà tutto il segnale superiore a 65536 e avrò molte zone bruciate, cioè interamente bianche.
In questo caso sarà meglio fare la media.
Nel caso in cui il mio porgramma mi permette di lavorare a 32 bit non avrò problemi neanche a sommarne un migliaio. Logicamente a parte i limiti di memoria del PC
Con un numero elevato di ADU a disposizione l'elaborazione verrà facilitata.
Perciò, se il tuo programma ti consente la somma nuda e cruda usala tranquillamente, altrimenti è preferibile una media o una mediana.

Pilolli

Scusa Renzo, ma che cambia se sommi invece di mediare (in 32bit)? Lavorare con un numero di adu alto o basso, conta poco. Non è la dinamica la cosa importante? Sommando immagini identiche tra loro a parte il rumore di fondo, non è che si aggiungono informazioni. O sbaglio?
In altre parole, se sommo 5 immagini non ottengo la stessa cosa di mediarne 5 e "moltiplicare" il livello di luminosità per 5?

Renzo

Io parlo di immagini diverse, logicamente,
Se sommo la stessa identica immagine non ottengo nessun vantaggio ma immagini diverse avranno un rumore di fondo casuale.
La distribuzione dei livelli avrà una distribuzione uniforme (per esempio avrò pixel a 157487 ADU e a 157488. Mentre facendo la media questi valori saranno arrotondati.
Sembra una stupidaggine ma la presenza di artefatti sulle immagini planetarie è proprio dovuta alla scarsa dinamica dei sensori.
Per cui maggiore è il range dinamico "vero" e meglio è.
Una cosa è avere una distribuzione continua di segnale fra 0 e 64000
e una cosa invece è prendere una immagine con distribuzione continua fra 0 e 16000 e moltiplicarla per 4. L'istogramma sarà a scalini.

superpolaris

Ah, Renzo cosa faremmo senza te....
Spiegazione chiarissima e precisa.

Grazie

Paolo

Pilolli

Ciao Renzo. Ovviamente anche io parlo di scatti "diversi" ma sempre della stessa immagine. Se riprendo (ad esempio) M42, l'immagine è sempre la stessa a parte il rumore di fondo, come dicevo nel mio post.

Cita:

Sommando immagini identiche tra loro a parte il rumore di fondo, non è che si aggiungono informazioni.

Il punto è che se io prendo in una immagini un pixel che ha 15036 adu e lo sommo con il pixel dell'immagine successiva che di adu ne ha 15037, il risultato nel caso della somma è 30073. Però la luminosità di quel punto dovrebbe essere fissa e non variare da una foto all'altra. La maggior dinamica (che cmq si traduce in un punto di luminosità su 15mila, un po' pochino per essere notato o avere una qualsiasi utilità) è in realtà opera di un errore indotto presumibilmente da un grano di rumore. In questo caso, l'errore verrebbe cmq mitigato dalla somma di più pose.
Allo stesso modo, se medi i due pixel ti ritrovi con un pixel da 15036 (e mezzo, ma bisogna vedere come il software lo gestisce). Se "moltiplichi per due", il risultato è 15072, 15073 o 15074 a seconda di come il mezzo venga gestito dal software. In altre parole, un valore che possiamo reputare identico a quello ottenuto tramite somma.

La stessa cosa accade a tutti gli altri pixel, quindi non vedo perché dovresti avere una maggior dinamica. Il fatto che io preferisca mediare invece che aggiungere dipende dal fatto che lavorando con programmi free capita di usarne alcuni che non gestiscono le immagini a 32bit e quindi se sommi, bruci dettagli, mediando questo non succede.
Se lavori a 32bit, puoi sommare o mediare perché come dici giustamente tu, devi sommarne proprio tante di immagini prima di bruciare qualcosa.

Se fai due calcoli con una media di 5 immagini o con la media di 5 immagini moltiplicandola per 5, i risultati dovrebbero essere identici in teoria e praticamente identici nella realtà (il praticamente dipende ovviamente da come è distribuito il rumore).

Renzo

Le cose non sono esattamente così.
Faccio un esempio a 8 bit invece che a 16.
Hai una nebulosa con le sue variazioni di luminosità.
Un pixel ha 132 ADU, quello accanto ne ha 132 e quello successivo 133.
Nella seconda foto abbiamo 134,134,136
Nella terza 132, 135,138
Se io opto per la somma avrò 398, 402, 407
La media mi darà per arrotondamento 133, 134, 136
Ma se poi utilizzo un programma che mi permette una dinamica maggiore degli 8 bit e moltiplico per 3 i valori mediati per ridare la stessa ampiezza avrò 399, 402, 408, cioè valori diversi.
Questo, in certi casi, può dare origine ad artefatti perché ci saranno degli scalini discreti e non passaggi continui fra i vari livelli di adu
E' logico usare la media se non possiamo saturare la dinamica ma è necessario usare la somma se non abbiamo questi limiti.
Altrimenti non ci sarebbe motivi di creare applicazioni con sempre più bit disponibili.

Pilolli

Mah, veramente nel tuo esempio succede esattamente quello che ho detto nel mio: una differenza trascurabile che cmq andrebbe a morire sommando più immagini.
Il primo pixel differisce di 1, il secondo è uguale e il terzo differisce di nuovo di 1.
Non è possibile che ci siano scalini considerevoli tra una ripresa e l'altra perché altrimenti vuol dire che c'è un qualche problema e l'informazione "in più" (o in meno) sarebbe sbagliata. Nel "lungo periodo" cioè con la somma di più immagini, il valore del singolo pixel deve normalizzarsi non andare a impennarsi.

Cita:

Altrimenti non ci sarebbe motivi di creare applicazioni con sempre più bit disponibili.

L'incremento dei bit da usare nei programmi di grafica è da imputare a fattori che vanno oltre il tema della somma: innanzitutto siamo passati da 8 a 16 perché adesso abbiamo ccd con dinamiche a 12 e 16 bit. Poi siamo passati a 32 per poter gestire quei 16 bit con maggior ampiezza quando applichiamo filtri e altri processi di miglioramento. Soprattutto in caso processi che necessitino di un oversampling.

Renzo

Ho fatto un esempio semplice ma se vogliamo possiamo approfondire il discorso in questo senso.
Se sommi venti immagini con adu che variano in modo continuo da 100 a 2000 avrai una immagine somma che varierà da 2000 a 40000 con variazioni continue.
Lasciamo da parte ovviamente in questa fase il rapporto s/n
se invece faccio la media delle stesse 20 immagini avrò una immagine media con adu da 100 a 2000 (logicamente più pulita).
A questo punto elaboro l'immagine. La media è un po' ridotta come dinamica per cui moltiplico ogni pixel per 20 così ho un range da 2000 a 40000. Ma se guardo l'istogramma sarà a scalini perchè i miei pixel saranno concentrati tutti in multipli di 20 mentre nell'immagine somma avrò una distribuzione più lineare.
Cosa significa? Che se uso dei filtri passa alto un po' potenti avrò degli artefatti.
Logicamente ho un po' estremizzato la situazione ma spero di essermi spiegato meglio, ora.
Fra l'altro è un problema molto comune nell'elaborazione delle immagini planetarie con la webcam

setisklak

scusate ragazzi, io cerco di starvi dietro ma non è facile. ritornando nel mondo "umano" la cosa che vorrei chiedervi è (ovviamente Renzo, appena posso provo, ma il cielo è nuvoloso e sono curioso di sapere) :

se riprendessi, ad esempio, 20 img di m42 posando per 60 sec ogni volta e le mediassi con photoshop (con quel sistema di percentuali di opacità gia descritto da renzo), alla fine avrei migliorato il rapporto s/n ma non andrei ad "aggiungere luce" alla debole nebulosa che si vede in un singolo scatto. L'unico modo per far risaltare la nebulosa, a questo punto, è agire su luminosità/contrasto e sui livelli.

C'è qualcosa di giusto in quello che ho detto?
(speriamo...)
Grazie

Pilolli

Credo di aver afferrato il concetto alla base del tuo discorso ma secondo me c'è qualcosa che non va e in particolare due dettagli:
1) come fa un pixel a variare nella ripresa dello stesso soggetto da 100 a 2000? Non possiamo tralasciare il rapporto S/N perché è solo quello il discriminante. In condizioni perfette, le riprese successive sarebbero tutte identiche. Noi invece combattiamo col seeing (e lì c'è poco da fare, anzi la somma, o media che sia, purtroppo peggiora il risultato) e col rumore termico. E' solo per combattere quest'ultimo che madiamo/sommiamo. Non possiamo trascurarlo.
Questo significa che su grandi numeri (anche l'esempio da 20 che hai citato tu) il gap tra di un pixel mediato e uno sommato non può essere molto ampio ma al limite contenuto proprio nel numero di adu pari al numero di somme effettuate. Se però si raggiunge questo caso limite, c'è un problema di ripresa. Questo ci porta direttamente al secondo punto.

2) La dinamica dell'immagine dipende dalla sensibilità del CCD. Dove non c'è dettaglio, non lo puoi ricreare con una somma/media. Del resto ce lo dici sempre e questo, secondo me, è il motivo teorico per cui è vero. Se il valore di adu di un pixel ti cambia da una posa all'altra solo per effetto del rumore, non puoi sperare che ti aumenti la dinamica perché si tratta di un errore di misurazione e non puoi costruire dettaglio sui dati generati da un errore.

E infatti si arriva alle riprese planetarie: gli artefatti saltano fuori quando le riprese a 8bit non garantiscono abbastanza dinamica per catturare dettagli in alcune zone dell'immagine.
In questo caso, gli artefatti saltano fuori tanto con la somma quanto con la media perché il problema sta nella ripresa, non nella tecnica di somma.

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