天文攝影的數位影像 (1) : 數位影像與直方圖
最後修訂時間: 2023年03月07日 oldmiow 天文攝影單元式入門教學系列 天文攝影的數位影像 (1) : 數位影像與直方圖 而如今的 天文攝影乃至觀測 ，多半使用半導體感光元件記錄影像， 相比底片 (膠片) 或感光板之類的元件 ，除了使偵測光子的性能大幅提升，也使影像處理難度和成本的大幅下降。 由望遠鏡、鏡頭之類的光學端所成像 的光，會抵達「成像面」上的不同位置，從而被感光元件上 不同位置的 像素記錄下來 ，不同位置的亮暗以光所產生的信號電荷 (電子) 多寡所反映，這些電子儲存在像素內。 當不同像素內的電子被分別讀出，並轉換成以數字表示強度的形式，就可以形成電腦中的數位影像 (數字圖像) ，瞭解 數位影像 與其對應的 直方圖 ，就能幫助我們判讀和處理數位影像。 § 數位影像 (數字圖像) (圖一) 左上是一個假想的感光元件，一個灰色方格表示一個像素，其中的黃色圓點表示像素中儲存的信號電荷，也就是電子。若這個感光元件的信號電荷以一個3bit解析度 ( 分辨率 ) 的ADC (Analog to Digital Converter，類比數位轉換器，或稱模擬數字轉換器) 來轉換 ，表示ADC可以分辨出8 「格」 ( 2³ = 8 ) 亮暗數值，在電腦中最暗的強度通常以0表示，因此記錄的範圍是0到7，共8格數值。此處假設增益 (Gain)爲 1 e⁻/ADU ，表示1個電子 ( e⁻ ) 產生數位強度爲1，數位強度通常被稱爲ADU (Analog to Digital Unit)。 (圖一) 右上就是將左上的電子轉換成數字表達之後的樣子，如果再將之以亮暗重新顯示出來，就成了下方那樣。 (圖一)，數位影像示意圖 ADC的解析度通常無法修改，一個16bit解析度的ADC可以輸出65536種亮暗數值，倘若要完整記錄下所有可能的亮暗數值，就需要16bit位深 (位元深度) 的數位影像。倘若使用位深更低的數位影像，比如採用8bit位深的數位影像來紀錄，因爲8bit影像只能記錄256格強度數值，所以原本16bit影像可以區分出不同亮暗的像素，在8bit影像下可能一樣亮。像是16bit影像下的強度0到255，在8bit影像下記錄成0，1 6bit下的256到512，在8bit影像下記錄成1。 不同