あぷらなーと


あぷらなーとの写真ブログ
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あぷらなーと
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しばらくやっていた事

★ふと気づけば

週に1回更新を目指しているブログですが、前回更新から1ヶ月もブランクが空いてしまいました。
冷却CMOSカメラがらみで色々と試行錯誤していたのが原因なのですが、残念ながら(?)天体写真撮影がらみでは無く、まさかの『本業』の方(笑)。


★無謀なる(?)挑戦

夏休みに『本業』の方で「実験教室」を開くことになりまして、「ミルククラウン」を題材にしようと1ヶ月ほど格闘してました。
自分が趣味でやるならともかく、生徒達にやらせるとなると、これ、かなり難敵なんですねぇ。(たぶん、これまで実践した同業者さんはいないかと・・・)ここ数年は大学入試対策の現代文講師としての出番が一番多かったのですが、今回は小中学生相手の理科講師の役作りとなります。久々に趣味と実益を兼ねた企画なのでテンションが上がります。


★まずは、形から入る

ミルククラウン自体は、別に特殊な実験用具が必要な訳では無くて、前回の記事↓の通り

三脚か何かに穴を開けたフィルムケースをセロテープで縛り付けて、そこからお皿にでもミルクを滴下すれば事足りるのですが、これだとさすがに『みすぼらしい』ので、『それっぽい』ものをいくつかポチってみました。


★「ミルク滴下装置」完成

 普通のプラ容器に穴を開けたり、熱帯魚用の「水替え点滴装置」の転用とか色々試行錯誤しましたが、イマイチ動作が安定せず断念(少なくとも、子供では制御不可能)。結局、『理科実験御用達』のケニスさんから活栓付きロートや実験スタンドなどを取り寄せました。最近はこんなものもアマゾンからクリック一発で取り寄せできるんですねぇ。良い時代になりました。

 そう言えば小学生の頃、小遣いを貯めては分厚いケニスのカタログを手に近所の薬局に通い、試験管やアルコールランプや各種試薬をコツコツ買いそろえていたなあと、なんだかノスタルジーに浸ってしまいました。(あの頃は1年の大半を理科の自由研究に費やしてましたっけ・・・。)

 ・・・というわけで、こんな装置になりました。

f0346040_22072617.jpg
 うむー。なかなか「それっぽい」装置が組み上がったぞ。良い感じです♪
これなら、子供でも操作できそう。

 滴下するミルクは「教育上の配慮」からポスターカラーを溶いた疑似ミルクを用意。粘性率がすこし低下しちゃいますが、まさか生徒の自由研究ノートに「実験で使用したミルクは、実験後にみんなでおいしくいただきました」とか書かせられないですしねぇ(笑)。


★問題は冷却CMOSカメラ

 「最新鋭の機材を使って・・・」とか広告に書いちゃったので、普通のビデオやカメラじゃダメだろうと、ZWOの冷却CMOSカメラを『簡易版ハイスピードカメラ』として投入します。(『本物』のハイスピードカメラは高価なので無理・・・)
 ・・・ああ、こんなマニアックな製品を『本業』で使うことになるとは・・・・買った当初は、少しだけ想定してました(あれ?)

 ここで問題となるのが、3本の『赤缶』のうち、どれをメイン投入するかです。


★ASI1600MMの弱点

 実際の実験ではモノクロ画像を使用するので普通ならASI1600MMをROIでクロップしてハイスピード動作させたいところですが、ここで問題が生じます。このカメラ(というか、ほとんどの電子シャッターカメラは)ローリングシャッター仕様なのですね。要するに、全画素を一括露光して一気に読み出すCCDカメラと異なり、CMOSカメラでは1ラインごとに露光してそれを順次読み出すのですが、その間に撮影対象が動くと画像が歪んでしまうわけです。したがって「どんなに高速なシャッターを切っても、運動する物体の『瞬間の姿』は写せない」のです。俗に『コンニャク現象』と呼ばれるこの現象は、フォーカルプレーンシャッター搭載のフィルム一眼レフ(スリット走行によって高速シャッターに見せかけている)でも見られた現象でして、原理的に回避することは不可能です。


 それでは、実際にASI1600MMのローリングシャッターが起こす『コンニャク現象』が実験にどんな影響を与えるか見てみます。

下記の撮影パラメータで、滴下するミルク滴を高速撮影して『検証ごっこ』してみました。

[ZWO ASI1600MM-Cool]
Pan=844
Tilt=624
Output Format=SER file
Binning=2
Capture Area=1280x1024
Colour Space=MONO8
Hardware Binning=On
High Speed Mode=On
Turbo USB=100(Auto)
Flip=None
Frame Rate Limit=Maximum
Gain=114
Exposure=0.0001
Timestamp Frames=Off
Brightness=10
Gamma=50

f0346040_23015662.jpg
 ※左:ミルクの滴下方向と垂直にシャッター駆動した場合 右:滴下方向にシャッター駆動した場合
  (それぞれピクセル等倍トリミング)

上記の画像の左は、カメラを90度傾けて撮影したもの、右は水平を出して撮影したものです。
同じように写るはずのミルク滴が全く異なる形に変形しているのが分かりますね。さらに細かく見ると、左の写真では、水面に映った像と実際の滴とがキレイな線対称に写っているのに対して、右の写真では、全く異なる形(実態は縦長で虚像は横長)に写っている点も興味深いです(理論的に正しい挙動です)。



★左の画像は次のように解釈できます
f0346040_00180941.jpg

 このように、1ラインずつ左から右に露光している内にミルク滴が落下していくために、右斜め下に歪んだ像ができる訳ですね。
なお、水面に対して平行方向に走査しているため、実像と虚像が同じ形に歪むことも説明できます。



★右の画像は次のように解釈できます
f0346040_00191391.jpg
 このように、1ラインずつ上から下に露光している内にミルク滴が落下していくために、上下に伸びた像ができる訳ですね。
なお、水面に対して直交方向に走査しているため実像と虚像とではその像の動きが真逆となります。したがって実体と水面に映った像の歪み方が異なることも説明できますね。



★ASI174MCはスゴイ!

画素数が少なかったり、冷却しても消えない盛大なアンプノイズがあったりして『じゃじゃ馬』なASI174MC-COOLですが、このカメラにはCMOSカメラとしては画期的とも言える「グローバルシャッター」が実装されています。要するに、CMOSカメラでありながら、まるでCCDカメラのように全画素一斉露光できちゃうのです!!

では、ASI174MC-COOLを下記のパラメータで撮影したものでグローバルシャッターの実力を見てみましょう。

[ZWO ASI174MC-Cool]
Debayer Preview=On
Pan=568
Tilt=308
Output Format=SER file
Binning=1
Capture Area=800x600
Colour Space=RAW8
High Speed Mode=On
Turbo USB=80(Auto)
Flip=None
Frame Rate Limit=Maximum
Gain=348
Exposure=0.000235
Timestamp Frames=Off
White Bal (B)=90(Auto)
White Bal (R)=99(Auto)
Brightness=1
Gamma=50

f0346040_00263940.jpg
落下するミルク滴が「まんまる」です!! お見事♪
さらに、800×600のROIでも実に300FPS以上をたたき出す点も素敵すぎます。
(ASI1600で同等条件だと120FPS前後しか出せません)

・・・という訳で、使用するメインCMOSカメラは、ASI174MC-COOLに決定しました。


★あとはノートPCを・・・

実際の実験では、色々な条件を変えて大量に動画を撮像するので、ノートPCもできるだけ高速化する必要がありますね。

・・・・で、(万が一生徒に壊されてもダメージが少ない)HPの格安ノートPCを・・・・

f0346040_00345479.jpg
分解して、内蔵HDDをSSDに換装しました。

※このHPのノートPCは、各種オプションの交換を想定していないらしく、SSD換装は相当に苦戦しました。そもそも開腹する方法が(思いもよらぬ手順が必要で)膨大な時間が掛かった上、外装にも結構なキズが残っちゃいました。また、普通にクローニングしただけではOSが走らなくなったりして、いつもならものの2~3時間で完了する作業に2週間も掛かっちゃいました。真似する人がいると危ないので(笑)機種名と分解の手順詳細は伏せておきます(正直、二度と中身を触りたくないです。)

さらに、windows10に特有の、『訳の分からないタスクがCPUリソースを100%食いつぶす』現象が実験中に起こると致命的なので、怪しいプロセスには使用するコアに制限を与えて、いざという時にも無負荷のコアが生き残るように設定しました。(2コアのセレロン機なので、もともと非力ですが、なんとか使えるレベルになったかと・・・)


★・・・というわけで

約1ヶ月かかった実験教室の準備もヤマを越えました。
・・・あとは・・・生徒用のシナリオと、助手の先生用のシナリオと、想定される破損事故に備えたサブシステムの構築をやらなきゃ・・・・。

・・・ともかく、似たような機材を使う撮影であっても「趣味」と「お仕事」とではプレッシャーの差がハンパないことを再認識した1ヶ月でした。

え?公開天体観測教室は、ですか?・・・・いつかやりたいですね。
(本業では20年くらい前に一度だけ開催したことがありますが、色々としんどかったです)。



# by supernova1987a | 2017-06-25 23:44 | 科学写真 | Comments(6)

ビームスプリッタで大赤斑を撮る

★久々に晴れたので・・・

お仕事が立て込んでいた日曜日だったのですが、良い天気だったので帰宅後すぐにニワトリ開始することに。
空はどんよりしていて北極星が目視できない状態でしたが、なんとなくシーイングが良さそう♪

早速、VMC260Lにビームスプリット装置を装着して、ASI1600MC-COOLとMM-COOLの同時露光で木星を狙うことにしました。

今回は、ビームスプリッターにADC(大気差補正装置)とIR/UVカットフィルタとショートエクステンダーメタルを加えて撮影してみます。


★SERファイルの1コマキャプチャ
f0346040_09121856.jpg
 ※左:MCの1コマキャプチャ 右:MMの1コマキャプチャ
  (MCはビームスプリッタの影響で鏡像になっています。)

最近ご無沙汰していた大赤班がちょうど良いところにありました。
しかも、画像処理前の動画を再生しただけでも、いつもよりもシーイングが良いことがうかがえます。
さっそくAutoStackert!2で1000コマスタックしてみます。

★MCとMMで同時露光した各1000コマのスタック
f0346040_09162484.jpg
 ※左:MCの1000コマスタック 右:MMの1000コマスタック
  (MCは左右反転処理しました。)

ぐっと滑らかになり色んな模様が見えてきました♪
では、レジスタックスに回してウェーブレット処理してみましょう。
これは期待できそうで、ワクワクします。


★MCとMMのウェーブレット処理画像
f0346040_09190808.jpg
 ※左:MC 右:MM
 
おお。細かい模様がウジャウジャ現れてきましたよ。
良い感じです♪
若干ですがMMの方がシャープに見えますが、それほど差はありません。
いつもよりはシーイングが良いとはいえ、木星像はユラユラしていましたのでベイヤー処理の弊害が見えにくいのでしょうね。


★LRGB合成して仕上げます

f0346040_09215958.jpg
 ※左:MC単独 右:MMのL画像とMCのRGB画像のLRGB合成

大きな差では無いですが、明らかにLRGB合成した画像の方が解像感が高いですね♪


★シルキーピクスで微調整して完成
f0346040_09241028.jpg
うむ。
一応自己ベストの木星像ですなぁ。
ベテランの方の解像度には及びませんが、ここまでくると、あとはシーイングの問題ですね。


★気にすべきかどうか微妙ですが

そういえば、素のVMCもビームスプリット装置込のVMCも、一体どれくらいシャープなのかは検証したことがありませんでした。
機会があれば『検証ごっこ』してみたいのですが、あいにくフーコーテスターもロンキーテスターも持ってないので、もしやるとすればハルトマンテストか焦点内外像テストくらいしか思いつきません。

というわけで、撤収前に焦点内外像を(テキトーに)撮影してみました。

f0346040_09405657.jpg
 すみません。どっちが焦点内像でどっちが焦点外像か忘れてしまいましたが、とにかく「非対称」であることだけはハッキリと分かりました。
ちなみに、この像はADCやらビームスプリッタやらエクステンダーやらが途中に入ってきている状態(要するに、上記の木星を撮影した条件)で撮影したので、複合的に収差が出ているんだと思いますが、はあー。『ダメな望遠鏡の見本』にような非対称性ですねぇ。
さらに奇妙なことには、たいていの『ダメ望遠鏡』は、回折リングの間隔が「徐々に」広がっていくか「徐々に」狭まっていくかのどちらかだと思っていたのですが、なんかある一定の輪体に達すると急激に悪くなっているような感じで「気色悪い」。
 でも、ある程度のレベルまでは惑星も写せるし、望遠鏡の収差よりも小さなシーイングには出会ったことが無いことだし、ま、いっかー。
あ、そうだ!
「内外像ともに「同心円」にはなってるので、光軸がバッチリ合っていることが確かめらた」
ということにしておこう(笑)。

(『超絶良シーイング』に遭遇したときに「泣きを見そう」な気がしないでもないけれど・・・・・。)

 あの・・・み、皆さんの望遠鏡って、焦点内外像がちゃんと「対称」になってます???

<補足>
カメラのレンズなら、上記の写真のうち左の状態が「二線ボケ」で右の状態が「芯のある柔らかなボケ」ということになって、前ボケか後ボケのどちらが良好という点で『個性(味)』として評価されますが、望遠鏡の場合は「ボケ味」は評価対象外なので内外像が完全に一致するのが理想(球面収差が無い)ですよねぇ・・・。

<参考>
ニコンの60mmマクロはボケ傾向が真逆となる2機種↓が併売されていて「好みで選べたり」しますが、ねぇ・・・・


# by supernova1987a | 2017-05-22 09:53 | 天体写真 | Comments(8)

D5000の天の川も再処理してみた

★GW中の唯一の遠征日だったので

モヤモヤした空でしたが、IR改造D5000+シグマ30mmF1.4で撮影した天の川も再処理してみました。
撮影データはISO1600F4の30秒露光で、スカイメモNSのノータッチガイドです。

今回は、キャプチャNXDでアストロノイズリダクションを掛けて現像したTIFF画像と、ステライメージでホットクール除去して現像したFITSファイルを最後に合成することと、ステライメージ7のマスク処理に加えて、新たに導入したフォトショップ+NikCollectionでのレタッチも施してみました。

ちなみに、撮影した画像は148コマ。せっかくですのでコンポジットの効果も比較してみることに。

★コンポジットの枚数による差異

コンポジット枚数による違いは次のとおり
f0346040_02425767.jpg
 ※左から順に、1コマ/2コマ/4コマ/8コマ/16コマ/32コマ/64コマ/128コマ
ビニングしたものをピクセル等倍にしていますので、一般的に言う「50%」に相当しますね。1コマは論外として、8枚コンポあたりから実用的に見えます。

さらに拡大してみます。
f0346040_02452661.jpg
 ※左から順に、1コマ/2コマ/4コマ/8コマ/16コマ/32コマ/64コマ/128コマ

ビニングしたものを300%拡大したものです。やはり8枚コンポあたりから滑らかになっています。

すこし別の場所も見てみます。

f0346040_02483229.jpg
 ※左から順に、1コマ/2コマ/4コマ/8コマ/16コマ/32コマ/64コマ/128コマ

ビニングしたものを300%拡大したものです。これだと16枚コンポあたりからが実用域でしょうか。


★NikCollectionで処理してみると

さきほどのコンポジット比較ですが、さらに強めの画像処理をした場合には状況が変わります。

f0346040_02522639.jpg
 ※左から順に、1コマ/16コマ/128コマ

これもビニングしたものを300%拡大したものです。強めの画像処理をかけると16枚コンポでもザラザラになることが分かりますね。


★というわけで結局・・・

手持ちの148コマを全て処理してみました。
ついに買ってしまったフォトショも使って仕上げます。
先日、単体でも動くことが判明したNikCollectionですが、やっぱりプラグインとして使うと格段に楽ちんですね(あたりまえか)。

ちなみに、元「キャプチャーNX2使い」だったあぷらなーととしては、NikCollectionで一番ありがたいのが「コントロールポイント」が使えることです。
キャプチャーNX-Dが無料化されたのは良いんですが、大好きなコントロールポイント機能が無くなったので困っていたわけです。



フラットは撮影していないので若干トリミングして周辺部を捨てましたが、なんとか仕上がりました。

f0346040_03455120.jpg

※148枚コンポジット 画像処理は、NX-D+SI7+SI6+シルキーピクス+フォトショ+NikCollectionで色々と♪

デジカメで天の川をガイド撮影したのは今回が初めてなので、『天の川ビギナー』にしては良い感じかな?

・・・肉眼で天の川がほとんど視認できないモヤモヤ条件ではなくて、スカッと晴れた空で再チャレンジしてみたいものです。

# by supernova1987a | 2017-05-16 06:34 | 天体写真 | Comments(16)


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