あぷらなーと


あぷらなーとの写真ブログ
by あぷらなーと
S M T W T F S
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 31
あぷらなーと
「自然写真大好き」
HNあぷらなーと が

いろんな写真ネタを
のんびり語ります。

気合い入れすぎると
続かないので、
「ぼちぼち」いきます。

生息地:香川・徳島
カテゴリ
最新のコメント
> kem2017さん ..
by supernova1987a at 03:16
面白い事を次々と楽しそう..
by kem2017 at 02:59
> にゃあさん バ..
by supernova1987a at 02:57
なんと、そういうことでし..
by にゃあ at 02:29
> KENさん 暖..
by supernova1987a at 23:47
こんばんは! まるで映..
by KEN at 23:20
> moritoさん ..
by supernova1987a at 22:08
> オヤジさん よ..
by supernova1987a at 21:47
> にゃあさん ネ..
by supernova1987a at 21:40
ふふふ.... こ..
by morito at 21:22
以前の記事
お気に入りブログ

『光跡の途切れを解消する』冷却CMOSカメラを入手したらやろうとしていたこと

★天気が悪いので・・・・

『フルアーマーBORG』によるSAOナローの『一発撮り作戦』を決行しようと目論んでいたのですが、どうも天気が悪いですね。昨夜も途中から雨が降ったり雲が湧いたりで極軸セットすら不可能な状態に(涙)

・・・というわけで、2014年に考案したもののデジタル一眼では(恐らく)画像処理エンジンが余計なことをしてるために『理論通り』には上手くいかなかった案件を忘れないうちに片付けることに。実は、これ、素のRAW画像が得られる(と期待される)冷却CMOSカメラを買ったらすぐに『検証ごっこ』する予定だったのですが、ASI1600MC-COOLの謎が面白すぎて、すっかり後回しになってしまってたのですよー。



★みんな大好き比較明コンポジット・・・だけど

星座の日周運動を固定撮影で写す際の比較明コンポジットは、すっかり星景写真の「ど定番」になりましたね。
町中でも星の軌跡が明瞭に写せるこの手法は、低照度相反則不軌特性が無いが故に背景が飛んでしまいやすいデジカメにとっては、まさに救世主的存在です。

でも、こんな写真になって困ったことは無いですか??

f0346040_15320246.jpg
一見『インスタ映え』しそうな星景写真に見えますが、我々天文ファンが見ると「なにかおかしい」のですね。



★比較明コンポジットでは「色々途切れちゃう」

先ほどの画像はD700を使って撮影したものをステライメージで比較明コンポジットしたものですが、気になるところを拡大してみましょう。

・・・すると・・・
f0346040_15352948.jpg
こ、恒星の軌跡がプチプチ途切れちゃってる!!

コマ間のデッドタイムが悪いのでしょうか?
いやいや、それだと次の例が説明できないのですよ。

f0346040_15374539.jpg
な、なんじゃこりゃーっ!!
雲がシマシマになって気色悪い!!

さすがに、ゆっくり動く雲が途切れて写るほどデッドタイムは無いですよねぇ。



★どんなに高性能のカメラでも「途切れ」は必ず生じる

というわけで、無い頭を振り絞って考えてみた結果、
この「比較明コンポジットにおける途切れ現象」は、「原理的に回避できない」という結論に至りました。
(3年ほど前、あぷらなーとブログは、「このネタ」からスタートしました♪)




ゴタゴタした『考察ごっこ』がお好きな方は、お暇なときに上記のリンクを見ていただくとして、今回は直感的な説明を試みます♪



★「途切れ」が起こる仕組みを直感的に・・・♪

まず、一本の紙テープがあったとします。
この紙テープが本来の光跡だと思ってください。ちなみに、このテープの太さは明るさを表します

f0346040_16434792.jpg
短時間露光をすることは、このテープを細かく切っていく作業に相当します。
ここで問題なのは、「恒星像がピクセル上を移動している最中に露光が終わる」ため、コマの境目は「斜めに切られてしまった」状態に相当するという点です。

f0346040_16481296.jpg
これを元に戻すには原理上「加算コンポジット」をすべきですが、残念ながら加算コンポジットしてしまうと、背景が明るくなりすぎるので比較明コンポジットを行うというの主流ですよね。
比較明コンポジットでは、本来2つのパーツに分かれている部分(切れ目)を貼り付けずにより幅が大きい方のみを採用します。
これは、本来平行四辺形であるパーツを台形に変形して糊付けしてしまう行為に相当します。

f0346040_17001770.jpg
したがって、つなぎ目には「原理上かならず」凹み(途切れ)が出てしまうわけですね。
撮像素子上を移動していく像をモデル化して簡単にシミュレーションしてみると、実際の途切れ像が再現できます。

f0346040_17040946.jpg
これは、比較明コンポジットして得られた実際の像の輝度分布と良い近似を示します。

f0346040_17105151.jpg
      ※比較明コンポジットして得られた光跡の輝度を簡易測定したグラフ



★『イーブンオッド・コンポジット法』のイメージ

この途切れの現象を軽減するには、2つのポイントがあります。
 ①同じピクセルに同一天体の像が重なったコマ同士を比較明合成してはいけない
 ②加算合成処理は最小限にとどめないといけない
①に反すると「途切れ」が生じ、②を守らないと背景がトンでしまう訳ですね。

そこで、撮影した元画像を「イーブン群」(偶数Noコマ)と「オッド群」(奇数Noコマ)の2群に分け、
まずそれぞれの群を比較明合成した後、最後に「1回だけ」加算合成する手法を思いつきました。
で、これを「イーブンオッド・コンポジット法」と勝手に命名しました♪
(すみません。変な造語を作るの好きなんです。)

f0346040_17180832.jpg
こうすることで、バックグラウンドの輝度上昇を最小限に止めつつ、光跡の途切れを「原理的に」押さえ込むことが可能だと目論んだわけです。

詳細にシミュレーションしてみると、
 背景光(バックグラウンド)に対する恒星の軌跡のS/N比は、単純な加算コンポジットよりも高く
 光跡の途切れは比較明コンポジットから飛躍的に改善
されることが予測されました。

f0346040_17225046.jpg
これで「万事めでたし」と思ったのですが・・・

・・・が、しかし!


★現実は甘くない

自信満々で考案した『イーブンオッド・コンポジット法』なのですが、『比較明コンポジット星景写真の権威』でもある知人に試してもらうと、どうもこれが上手くいかないらしい
実際に、あぷらなーと自身も
 JPEGからだと暗めの星は途切れずに上手くつながるが
 明るい星は過剰補正でつなぎ目が明るくなってしまう。
 RAWのままだと偽色まみれのシマシマになってしまう。
という怪現象に悩むことになります。

色々と考えた末、暫定的に下した結論は
「デジカメの画像処理エンジンが変なことをしてる」
です(笑)

ちなみに、(一般的な認識とは逆だと思いますが)、あぷらなーとの仮説は、
デジカメの画像処理エンジンは「途切れを目立たせる方向」に働いているのではなく、(像のエッジを強調することにより)「途切れを軽減する方向」に作用しているのではないか(上のモデルでいう「台形型」の裾野を高めにして長方形に近づけようとする効果)
というものでした。

とすれば、画像処理エンジンの作用を受けない冷却CCDカメラや冷却CMOSカメラのRAW画像で試してみるしかありません

実は、ASI1600MC-COOLを購入した理由の一つがこの件の『検証ごっこ』だったのですよー。




★といいつつ、色々と他に魅力的なネタが多くて・・・

「FITSファイルの解読アプリ作り」やら「ビームスプリッタ」やら「クールファイル補正法」やら「霧箱実験」やらが面白すぎて、イーブンオッドの『検証ごっこ』が後回しになってしまってました。

・・・で、ここからが本題です。(ようやく?)

f0346040_17423189.jpg
ASI1600MC-COOLにシグマ10-20mmF4.5-5.6を装着!

f0346040_17441337.jpg
所詮お気軽固定撮影ですから、装備は最小限に♪
天候は雲がワラワラと流れている状態ですが、気にせずゲイン200の30秒露光を1時間継続してデータを取ります。


★まずは普通に比較明コンポジット

今回は、「決着」させたかったので、きちんと冷却(-10度)して、同一条件でのダークファイル(120枚コンポジット)も減算。
デモザイクの影響を受けないようにRAWのまま比較明コンポジットしてみます。

すると・・・・
f0346040_17465549.jpg
一見、上手く撮れたように見えますが、
オリオンの三つ星からM42付近を拡大してみると・・・・

f0346040_17481257.jpg
ああ、やっぱり!
ご覧の通り、見事にブチブチに途切れてます。
 ※大きな隙間は雲の通過によるもの

さて、いよいよ『イーブンオッドコンポジット』を実行してみます。



★イーブンオッドよ、今こそ真の力を見せるがいい!


撮影した120コマの画像のうち、
 奇数番号の60コマを「オッド群」として比較明コンポジット
 偶数番号の60コマを「イーブン群」として比較明コンポジット
します。

f0346040_18001682.jpg
このように、それぞれが点線になりますが、理屈上この二つを加算すれば「スキマ無くピッタリつながる」はず・・・・・。

では、早速この2つを加算コンポジットし、最後にデモザイクしてカラー画像にしてみます。

すると・・・・

ででん!!

f0346040_18061362.jpg
キたぁー!!
暗い星から明るい星まで、一発でつながりました!!


通常の比較明コンポジットと比べると、こんな感じ♪
f0346040_18085947.jpg
 ※左:比較明コンポジット 右:イーブンオッドコンポジット


ああ、ここまで長かった~。
今日はよく眠れそうです♪

え?「よく見ると、ちょっぴり途切れてるぞ?」ですか。
ええと・・・
その方が(デジタル一眼のように重なり過ぎるより)納得しやすいんです。

f0346040_18270001.jpg
ASI1600MC-COOLをフル解像度の16bitRAWで連続撮影した場合、上のように実測で約0.34秒のデッドタイムが存在していて、しかもそれが揺らぎますので。さらに、(今回浮上した問題ですが)突発的ホットピクセルがダーク減算では消しきれないためホット&クール除去フィルターをベイヤーデータに作用させる必要があるのですが、この処理は若干の『星喰い』現象をもたらしますので・・・。
※この件については、いずれまた・・・・♪

 

by supernova1987a | 2017-12-11 18:09 | 天体写真 | Comments(10)
Commented by morito at 2017-12-11 20:55 x
こんばんわ

実は....

記事を拝見するまでプチプチ全く気付いていませんでした.....
そこで、以前撮ったグルグルを拡大してみたら。。

なっなんと....

プチプチでした。

あっ、記事とは全く関係ありませんが....
あぷらなーと さんの擬音 ででん!!
どうしても耳について離れません。(;^_^A
Commented by supernova1987a at 2017-12-11 21:36
> moritoさん

こんばんは。
比較明の『プチプチ途切れ』問題、あんまり言及されている方を見かけませんね。
たぶん、小さくプリントすれば目立ちませんし、画面で見たときには『プチプチ途切れ』よりも画面表示で生じるモアレに起因する途切れの方が強いので、皆さん気にならないのかな・・・と。
私は気になって仕方が無かったのですが、これでようやくスッキリしました。

※「ででん!!」いつの頃からか多用してます。けっこうヘビのように長い記事を書くことが多いので、お急ぎの時は、「ででん!!」の直後だけご覧ください(笑)。
Commented by にゃあ at 2017-12-12 00:14 x
そういう理屈だったのですか! 台形のたとえ分かりやすかったです。(誰もやらないだろうけど、頭の体操として)フィルムカメラで多数枚を撮影した際、イーブンオッドコンポジットをしないとプチプチ途切れるんだろうか、どうなるんだろうかと考え始めると寝られなくなりそうです(汗)
Commented by supernova1987a at 2017-12-12 01:41
> にゃあさん
フィルムからのスキャニングでも、多分プチプチ途切れるでしょうね。
ただし感光粒子が完全に分離できるほどの高解像度スキャナなら結果が変わるかも?
そもそもフィルムなら背景がサチり難いので短時間露光自体しないとは思いますが、実際にやってみるとどうなんでしょうねぇ。

あ!過去に固定撮影で5~10分露光を延々繰り返したネガがあったなぁ。
でも、休眠中のィルムスキャナが起きてくれるかどうか・・・。

Commented by オヤジ at 2017-12-12 07:40 x
点線で、グルグル回るのは、一度、撮ったことがありました。
「ででん!!」以前は、読み飛ばして、「ででん!!」以後で、理解できるかと、手に汗を握りましたが、やっぱりわかりませんでした。2台のカメラで交互に撮影して、それを合わせるなら、オヤジの溶け出し始めた頭でも・・・・・(汗)
冷やかしの書き込みになってしまいました。(笑)
Commented by voyager_camera at 2017-12-12 08:35 x
こんにちわ。

最近はあまり明比較合成をやらなかったのですが、大変興味深く拝見しました。
以下は質問です。

Q1:
ASI1600MM-Coolではイーブンオッドコンポジットが成功したまでは理解できたのですが、結局DSLR(この場合はニコンD700)では切れ切れになることは避けられないということでしょうか?

Q2:
画像処理エンジンはカメラメーカーや機種ごとに違うので、他のDSLRではイーブンオッドコンポジットが使える場合もあるということでしょうか?

Q3:
JPEG保存でも色々と設定のパラメータ調整ができると思いますが、どのような調整でもうまくゆかないのでしょうか?

Q4:
「RAWままだと・・・」とありますが、一旦RAWを現像してからでもうまくゆかないのでしょうか?
また、RAWからTIFFなどへの現像にもパラメータ調整が色々あります。更に現像ツールにも色々ありますので、どれでも同じ結果になるのでしょうか?

 明晩はGeminidsですので、先ずは撮影しておいてゆっくり明比較合成方法を考えても良いので、とりあえずRAW/JPEG同時保存で撮影しておきますね。
私はキャノンEOS-6Dなので、連写モードで撮影してもデッドタイムは記事のようにms単位での計測などできないし、もっと長いかもしれませんので、やっぱり切れ切れは免れない鴨?
Commented by supernova1987a at 2017-12-12 09:31
> オヤジさん

ぎゃっ!
>2台のカメラで交互に撮影して、それを合わせるなら
鋭い!これ、いずれやってみるつもりだったんですよぉ。
もし完璧にデッドタイムの影響を避けるならこれしかないので・・・。
まあ、実際は写野が少しでもズレると歪曲収差(ディストーション)の影響で失敗しそうなので現実的ではありませんが。

とりあえず細かいことを言わなければ、普通の比較明で十分ですね。
Commented by supernova1987a at 2017-12-12 09:54
> voyager_cameraさん

以下、私見ですので、ゆるーくお読みになってください。

Q1:D700ではイーブンオッドでも途切れは解消できないのか?
→下記の方法で、ほぼ途切れは改善します。
 ①撮影はRAWで行う。
 ②RAWのまま(ベイヤー配列のまま)イーブンオッド合成を行う
 ③②をモノクロ化してL画像にする
 ④RAWをTIFFに現像する(シャープネスは低めに)
 ⑤④を通常の比較明コンポジットし、RGB画像にする
 ⑥③と⑤をLRGB合成する

Q2:ニコン以外のDSLRではイーブンオッドが使える可能性があるのか?
→すみません。ニコン以外のデジカメを使ったことがほとんど無いので、全く不明です。
 
Q3:JPEG撮影ではイーブンオッドは成功しないのか?
→恐らく困難と思われます。
 完全に全てのパターンを実験したわけではありませんが、
 白いシマシマ(明るい星が重なりすぎる)か、
 黒いシマシマ(暗い星が途切れる)のどちらかになることが多いです。
 ただし、撮影時のパラメータと露光時間を適切に設定すると、あるいは・・・??

Q4:RAWを一度現像(デモザイク)してから処理すればどうか
 →ニコンのDSLRでイーブンオッドをするには、Q1の回答の通り、
  その処理も併用する必要があるようです。

どうも歯切れが悪いですが、
「比較明合成でプチプチ途切れが起こるのはカメラのせいではなくて、原理上そうなる」
ということさえ理解していただければ、今回の『検証ごっこ』は成功と考えます。

P.S.
・双子群は固定撮影でチャレンジですか?
  後から色々と加工できるように、とりあえずRAWでも撮影されることをオススメします。
・DSLRでのイーブンオッドの有効性は、
 むしろ色々な方の検証を見てみたいというのが本音です。
・最近のステライメージには、比較明合成時のオプションに「加算する」というのがありますね。実際に使ってみたことは無いのですが、私の発想に近いロジックなのかも知れません。
Commented by voyager_camera at 2017-12-14 19:45 x
昨晩はふたご座流星群を撮影に行ってきました。撮影はEOS6Dですが、ファイルはRAWとJPEGで保存してきました。(30秒露出の連写)
JPEG画像もSI7やSiriusComp64でそのまま明比較合成して、切れ切れ星像になることを確認し、次にsi7でイーブンオッド法を実行しました。
結果から申しますと、イーブンオッド法までの合成は星像が切れなくて良いのですが、拡大したとき線状星像がモノクロのベイヤー配列パターンに色がついた状態で、遠目でも何となく色乗りが悪い感じがしました。
si7はあまり使わないのですが、何か他に方法はないかと考えた末に、手順③の後はそのままsi7でベイヤー・RGB変換して④~⑥を省略しました。
どうも、その方が結果が良いようです。
 ここに画像を沢山貼っても仕方ないので、当方のブログで説明させていただきますので、ご覧になって問題がありましたらコメントをください。
尚、現在徹夜明けでフラフラしているので、記事は明日投稿しますのでよろしくお願いいたします。(もう寝ます)
Commented by supernova1987a at 2017-12-16 06:44
> voyager_cameraさん

すみません。すこし言葉足らずでした。
①撮影はRAWで行う。
 ②RAWのまま(ベイヤー配列のまま)イーブンオッド合成を行う
 ③②をモノクロ化してL画像にする
 ④RAWをTIFFに現像する(シャープネスは低めに)
 ⑤④を通常の比較明コンポジットし、RGB画像にする
 ⑥③と⑤をLRGB合成する
上記の③はベイヤー配列の状態からデモザイク(ディベイヤー)してモノクロ化するという意味です。ステライメージなら「ベイヤーRGB変換」→「モノクロ」を実行する作業となりますね。
もちろん、本来は③で「ベイヤーRGB変換」→「カラー」を実行して全課程が終了します。(voyager_cameraさんのやり方で正解です。)

不具合がなければ、それで問題はありません。ニコンD700の場合は、このやり方では偽色が酷かったため、LRGBに持ち込む必要があっただけですので・・・。
名前
URL
削除用パスワード
<< ○十年ぶりに「ふたご群」を撮ってみる 『フルアーマーBORG』用「電... >>


タグ
最新の記事
記事ランキング
ファン
ブログジャンル
画像一覧
外部リンク