あぷらなーと


あぷらなーとの写真ブログ
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カテゴリ:機材( 67 )

ショットノイズの『考察ごっこ』①

★稼働率を上げる企み失敗

いやー。なかなか上手く行かないものですね。
BORG89ED+GPDでコンパクトな機材を組んで、赴任地のベランダ観測態勢を整えようと目論んだものの、諸々の事情で頓挫(涙)。

諸事情①
 実家のうち、江戸時代の築である母屋や土蔵や土塀などが崩落を始め、危険だと行政から警告されたので、しぶしぶ撤去工事に着工
諸事情②
 徳島から香川へ転勤命令が出たので、諸準備開始

・・・正直、全く身動きが取れなくなりました。

★撮影できない夜と言えば、『考察ごっこ』

・・・というわけで、久々に『考察ごっこ』をして憂さ晴らしすることにします。
やれやれ・・・。

★短時間露光+多数枚コンポの優位性を検証していた際に

暗い天体を短時間露光で撮影した場合、ザラザラの画像になりますが、これはノイズと言うよりもむしろ「揺らぎ」に近いモノだと私は解釈しています。
天体から飛んでくる光子1粒のエネルギーは、プランク定数をh・振動数をνとした場合、hνで表されます。
要するに、天体の明るさでは無く光の波長のみで決まります。また、光子1粒のエネルギーによって光電効果(センサーから信号が出るかどうか)の閾値が決まるため、理論的にはどんなに暗い天体であっても、光子が1粒でも入射すれば『感光』します。
ただし、暗い天体は「まばらにしか光子が飛んでこない」ために、「たまにしか写らない」と解釈できます。

光子が飛んでくる頻度が低い場合、特定の時間内にカウントされる光子数はポアッソン分布に従うので、その揺らぎが「ショットノイズ」の主要因だと判断できます。

例えるなら、パラパラと雨が降ってきているとき、短時間だけ紙に雨を当てると『ポツポツ』が写り、長時間雨にさらすと全体が濡れるのと同じ原理です。したがって、短時間露光であってもそのデータを積算(加算コンポジット)すれば長時間露光と同様の絵が写せる「はず」です。

飛んでこない粒は捕獲できませんので、今後「いかに高感度なセンサーが開発されても」短時間露光では、ザラザラにしか写りません。


・・・と、ここまでは以前「考察ごっこ」したのですが・・・。



★そもそも、本当に光子がパラパラ飛んできているのか?

あぷらなーとの(過去の)専門は、「高エネルギー宇宙線物理学」なので、ガンマ線とか諸々の「すんごい高エネルギー」の放射線には詳しくても、天体観測で撮影するときのような「可視光線」に関しては守備範囲外でした。
・・・で、撮影できない憂さ晴らしに、少しだけ勉強を開始することに♪


<注>ど素人の考察なので、以下、色々と間違いや勘違いがあるかもしれません。


①前提条件
 一般的に「天体の等級」と言った場合は、肉眼の感度が高い緑色(550nm付近)の光の強さを指します。
 これをV等級と言います。


②X等級の天体から飛んでくる光子の総エネルギー
 天体の等級を X(等級)
 カウントする波長のバンドパス(許容する波長の範囲)を d(㎛)
 とすると

 1秒当たり1㎠の地表に飛んでくる光子の総エネルギーは

 W=10^(-X/2.5)×4×10^-12×d(J)

 となります。


③X等級の天体から飛んでくる光子のフラックス
 ここで言うフラックスとは、1秒間に単位面積あたりどれだけの光子が流れ込んでくるかを指します。

 プランク定数を h 観測する光の振動数を ν (Hz)
 とした場合の光子1粒当たりのエネルギーはhνとなるので、先ほどのエネルギーを割ると

 1秒間当たり1㎠の地表に飛んでくる光子の個数は

 F= W/hν
  = 10^(-X/2.5)×4×10^-12×d/hν

 となるはずです。


④口径Dcmの望遠鏡で光子を補足すれば
 口径Dcmの望遠鏡の対物レンズの面積は 3.14×(D/2)^2 なので
 この望遠鏡で光子を1秒間観測すれば、

 N= F×3.14×(D/2)^2
  =10^(-X/2.5)×4×10^-12×d×3.14×(D/2)^2/hν

 だけの光子が網にかかることになります。


⑤7.4等級の恒星をVMC260L+ASI1600で観測すれば
 ASI1600MC系のカメラはVバンドのピークがおよそ540nmで半値幅がおよそ100nm(0.1μm)
 VMC260Lの口径は26cmなので、さきほどの数式に代入すると

 7.4等級の天体を1秒間撮影すると、6.44×10^5 個の光子がヒットする計算になります。


⑥M27を想定して試算してみると
 ⑤までの考察ごっこは、あくまで点光源の恒星から来た光が、1ピクセルに全て収まった場合の話です。
 これが、星雲など面積体の場合には全等級の光が淡く広がっていることになりますので、1ピクセルあたりに入射する光子数は激減するはずです。

 M27のVバンド等級は約7.4等級
 M27の広がりはおよそ8分×6分

 VMC260L+レデューサ+ASI1600MCでの撮影の場合
 1ピクセルが約0.42秒角に相当するので、

 M27から到達した光は、およそ92万4千ピクセル上に拡散していると予想できます

 したがって、1ピクセル当たりにヒットする光子数は、
 1秒間当たりおよそ 0.697個/秒 と予想されます


⑦カメラ側の量子効率を考慮すると
 マニュアルによれば、
ASI1600のユニティゲイン(光電子1個を1シグナルとするゲイン)は139。
 また、メーカーサイトの資料によれば、量子効率(光子1個から何個の光電子を生み出すか)は(ピーク値で)約60%らしい。
 これらを考慮すると、
 7.4等級の天体をゲイン139で1秒露光すると、
 1ピクセル当たり0.42個の光電子が発生
 することになります。


⑥ゲインと露光時間を考慮すると
 では、実際にM27をVMC260L+ASI1600MC-COOLで撮影したデータのうち
 ゲイン400+露光15秒
 のものと比較をするために、ゲインと露光時間の補正を加えてみます。

 ASI1600MC-COOLの場合、ユニティゲインを139
 撮影ゲインをGとすると
 光電子1個に対するカウント数(出力)は 
 10^((G-139)/200) で表されます。


⑦16bitFITSへの変換過程を考慮すると
 ASI1600MC-COOLは12bitのADコンバータを搭載していますが、実際にFITSデータを出力する際には、これを水増し(間に隙間を入れて)16bitデータにしていることは、以前検証しました。


 すなわち、保存されたデータの輝度は実際のカウント数の16倍( 2^16 / 2^12  )になっています。

これらを全て考慮すると、
VMC260L(レデューサ付)+ASI1600MC-COOLでM27亜鈴状星雲をゲイン400+15秒露光した場合には、
1ピクセル当たり平均2030カウントの輝度データが得られる計算になります。

 
★M27の実写データと比較してみる

実際にVMC260L(レデューサ付)+ASI1600MC-COOLでM27亜鈴状星雲をゲイン400+15秒露光した1枚画像
f0346040_02323220.jpg
を元に、M27が写っている領域の平均輝度データを拾ってみました。

・・・むう。これは緊張しますねぇ。
そもそも、大気による減光、フィルタによる減光、その他諸々を一切考慮に入れていないわけです。
また、ダーク減算は行っていますが、ベイヤー素子の現像処理で「なにか変な」事が起こっている可能性もあります。

ここは、オーダー(数値の桁数)が合えば大成功、としましょう。

・・・・で、G画素(Vバンドのため)のみの平均輝度データを簡易測定してみた結果




・・・ででん!


☆M27が写っている領域:平均7200
☆背景領域:平均4300
☆エクセス(背景を除いたシグナル)は
 平均2900

おお!

『考察ごっこ』で試算した2030に
めっちゃ近い
じゃないですか!!

え?光がロスしているハズの実写の方が理論値よりも値が大きいのは変・・・ですか?

・・・ええと、そもそもV等級のバンドパスとしてASI1600MC-COOLのGフィルタの半値幅を用いたのですが、実際の分光特性では、結構「裾野が」広がってるのでその影響と、市街地で撮影した画像なので光害が加算されている影響と、処理しきれなかった分のノイズが乗っていることなどを考慮すると、オーダーレベルでの一致は大満足、です。はい。

・・・・ああ、面白かった♪
これで、「ショットノイズの正体」に少し迫れたような気がします。

以上、完全に「自分への備忘録」兼「自己満足」のためだけの記事でした。すみません。


★★★★以下(いつか)続きます★★★


by supernova1987a | 2017-02-21 02:50 | 機材 | Comments(19)

最後の1ピース

★フィルター強化作戦の最後の1ピースは

なんだかんだで、結局フィルターワークに「も」走ることに決めたASI1600MM-COOLなのですが、最後の1ピースがようやく届きました。

f0346040_22372311.jpg
早速開けてみましょう。

f0346040_22380877.jpg
はい。
OⅢのナローバンドフィルターでした♪

★早速、ホイールに装填してみる

f0346040_22391790.jpg
1つだけ欠番があった5つの席がOⅢの到着で全部埋まりました。
これで、「ノーマル」「光害カット」「Hαナロー」「SⅡナロー」「OⅢナロー」の5種類の味が楽しめそうです♪

f0346040_22411981.jpg
装填完了♪

★早速試写と行きたいところでしたが・・・

今回のお休みは(本業とは別に担当している)某高校男子応援部の指導日だったのですが、本業が忙しかったために4ヶ月ほど私(コーチ)がサボっていたのが災いして、練習後に体がボロボロになっちゃいました。

ちなみにアップや筋トレから型の練習まで(お手本となるように)部員達と一緒にこなすのが「コーチモード」の あぷらなーと の流儀で、
「こんなオッサンに負けるのかぁ?」
と檄を飛ばすのが好きなのですが、今回は夏の「シーズン」から数ヶ月経って筋力が衰えているので、まあ、苦しいこと。
(・・・片手腕立て伏せや片足スクワットが、たったの10回すらできなくなっていることには大ショック。)
これは、もう手足にウエイトつけるどころの話ではありません。
やはり、継続的に体は動かしておかないと老化の波には勝てませんねぇ。

おまけに、部員達から
「自主練するので、お手本動画ください」
との申し入れがあって、急遽自分をビデオ撮影することに。
「え?このコンディションの俺を手本にするの?体も出来上がってないよ?」
と言いつつ、しぶしぶ許可。

・・・・昔は先輩後輩間で、いわゆる「一子相伝」的に見よう見まねで伝承したものだけど、これが「今風」かぁ・・・。
まあ、確かに何度も見ながら練習出来ますしねぇ。・・・あまり手本にして欲しくない動画でしたが、まだ部員には「違い」が分からないはずなので良しとしましょう。

・・・・というわけで、たぶん明日は足腰が立たない状況で本業にいそしむことになりそうなので、天体観測は諦めて、おとなしく寝ることにしました。
(反省して、普段から多少はトレーニングすることにします)



by supernova1987a | 2017-02-13 23:08 | 機材 | Comments(10)

実写できないので気分だけでも・・・

★ASI1600MM-COOLを活かすため

早速Hαのナローバンドフィルタなどを使ってみたかったのだけど、あいにくの悪天候なので憂鬱。
せめて気分だけでも・・・と思い、遠征用を想定して機材を組んでみた♪

想定したのは、赴任地のベランダに持ち込むか、気軽に遠征するか、いずれにしても最小限の機材で臨むケース。

★魅惑のフィルターホイール

f0346040_00035969.jpg
先日購入したZWOのフィルターホイールにフィルターを色々とセット。
ちなみに5枚セットできるタイプのホイールなので
 1番:IR/UVカットフィルタ
 2番:ケンコーの光害カットフィルタ
 3番:Hαナローバンドフィルタ
 4番:SⅡナローバンドフィルタ(あれ?いつの間に?)
 5番:欠番(なんだか近日中にOⅢとか入りそう・・・)
などを装填。

うーん。なんだか、テンションが上がりますね♪

★BORG89でコンパクトに組むなら

手持ちのパーツをゴソゴソ出してきて・・・・
f0346040_00084694.jpg
 左:BORG純正フラットナー+M57回転装置
 中:オフアキ装置+ヘリコイド
 右:フィルターホイール

この組み合わせでなんとかなりそう。
これをBORG89ED+V-Power接眼部に取り付けてみることに。

★仮組み決行
f0346040_00110658.jpg
おお。なかなか かっちょええ ではないですか。
BORG89EDの焦点距離600mmなら、ASI1600MMの解像度も無駄にならないかな??
ディザリングは無理だけど、手持ちのGPDはオートガイド対応版なので、オフアキも行けるかな??

・・・・ともかく、休みの日に晴れて欲しい(涙)


by supernova1987a | 2017-02-08 06:00 | 機材 | Comments(6)

ベイヤー素子は悪いことばかりじゃない?

※だいぶブログ更新をサボっていたので、今回の記事の前半はこれまでのまとめです。

★そもそもMMを追加購入したのは・・・
ASI1600MC-COOLに加えて、ASI1600MM-COOLを購入したのには色々な目論見があったわけですが、その内の一つに
「ベイヤー素子のMCよりも非ベイヤー素子のMMの方が解像度が高いはず」
というものがありました。

★ベイヤー型で撮影すると・・・
※以前VBAで組んだベイヤー素子シミュレートプログラムに若干のバグがあったので、再処理。

f0346040_22094029.jpg
簡単なシミュレーションの結果、左のような天体があったとして、中のようなベイヤー配列(GRBG型)の撮像素子で撮影すると、右のようなRAWデータ(ベイヤーデータ)が得られる事が分かりました。

このRAWデータを元に、R,G,B各素子ごとのデータに色を付けてみると、
f0346040_22123972.jpg
こんな感じになります。当然ですが、スカスカですね。

これを普通にRGB合成すると・・・

f0346040_22135998.jpg
こんな画像になります。
イメージ的には、ちょうどテレビやモニターをルーペで拡大したような感じですね。

さすがに、これでは汚いので、先ほどのRGBデータの隙間を補完処理で埋めると
f0346040_22175012.jpg
こんな感じになります。

最後に、これらをRGB合成すると

f0346040_22223086.jpg
このような綺麗な画像になります。
実際にベイヤー素子を持つカメラで撮影したRAWデータを『現像』処理(デモザイク処理、ディベイヤー処理)した場合は、およそ上記のような処理が現像ソフト内でなされていると思われます。

★モノクロカメラで撮影すると

ASI1600MMなどのモノクロカメラの場合、撮像素子にカラーフィルタがついていませんのでベイヤー処理の必要がありません。
たとえば、上記のテストモデルの場合、撮影したRAWデータが、いきなり
f0346040_22322412.jpg
こんな画像になるため、『現像』の必要が無いわけです。

また、デモザイク時の補完処理が入りませんので、素の解像度がそのまま反映される点もメリットです。
カラーカメラで撮影した画像をモノクロ処理した場合と、モノクロカメラで撮影した場合を比較すると、例え画素数が同じだったとしても、下記のように解像度の大きな差が生まれます。
f0346040_22395835.jpg
 左:カラーカメラで撮影してモノクロ化したシミュレーション
 右:モノクロカメラで撮影したシミュレーション


★昼間の風景で比較すると

実際に、昼間の風景で撮影して比較してみた場合でも、まさにシミュレーション通りの結果が得られました。

f0346040_22504030.jpg
 ※左:BORG60ED+ASI1600MC-COOL
 ※右:BORG60ED+ASI1600MM-COOL

等倍以上に拡大すると、圧倒的にモノクロの方がシャープなことが分かります。


★ところがどっこい

実際に星雲などを撮影して比較すると、カラーでもモノクロでも、その解像度にほとんど差が無いのですねぇ(泣)
色々考察した結果、主たる要因は2つありまして、
VMC260L(1860mm)直焦点撮影の場合
 ①そもそもシーイングの影響で撮影前に対象がボケている
 ②ガイドエラーで画像がブレている
の2点により、モノクロカメラの解像度は無駄になっていると結論づけられました(涙)

★結局シャープになったのは

というわけで、モノクロカメラの導入で「飛躍的にシャープ」になったのは、
なんと「ノイズ」だけ!!
という大爆笑の結果になりました(笑)

★それならば、逆転の発想で・・・・

ようやく本題です♪
さて、下記の画像、どちらがお好きですか??

f0346040_23122751.jpg
これ、どちらもVMC260L+ASI1600MC-COOLでゲイン400+2秒露光で撮影したM42の中心部です。
コンポジットもノイズ処理も一切無しの素のデータです。

しかし、明らかに右の方がノイズが少なくて滑らかですね。
一体何が違うのでしょう??

実は、右の画像はモノクロカメラで撮影したデータを
「あえて」ベイヤー現像したものなのです。
一応GRBG型を選びましたが、そもそもフィルターが存在しませんので無意味です。
本来なら、ベイヤー処理の弊害で解像度が低下するはずなのですが、
 ○肝心の天体自体がシーイングの影響でボケボケ
 ○各種ノイズはシーイングの影響を受けないのでバリバリシャープ
という現状なら、いっそのことデモザイクしてノイズの解像度を下げてしまえ!
という「お遊び」です。本末転倒な処理ではありますが、緊急用としてノイズを滑らかにする効果はありますね♪

★何が言いたいかというと・・・

シーイングの影響が大きい環境下では、一概にベイヤー素子が悪いとは言えず、むしろノイズ低減には寄与しているとも解釈できますよ~。
ということでした♪

(注)当然、下記の場合はモノクロカメラにメリットがあります。

 ①焦点距離が短い場合に解像度を上げる
 ②シーイングが良い場合に解像度を上げる
 ③そもそも感度が高いことを活用する
 ④G以外の解像度(RやB)を上げたい(ベイヤーはGだけ解像度が高い)
 ⑤フィルターワークを活用する場合

PS.
あーあ、この休日も2夜連続で曇り+雨・・・・・


by supernova1987a | 2017-02-06 23:30 | 機材 | Comments(4)

少しだけ現実逃避して夢想

★今は本業が忙しくて・・・

まあ、職業柄この時期は毎年そうなんですが、
身動き取れません(涙)。

・・・で、しばらくは実際に撮影できそうにもないのですが・・・

★次の一手に向けて・・・

小物を色々とポチってしまってたヤツが、届いていました。
現実逃避がてら、開封してみることに♪

『小物』とは何かというと・・・

・・・ででん!
f0346040_02510487.jpg
ああ、魅惑的な光を放つ色んなフィルター群♪
・・・でも
「あ、結局、あぷらなーともナローバンドに走っちゃうんかいっ」
とか思わせておいて、ちと違うんですね。


★フィルターその①
f0346040_02530717.jpg
ZWO純正の(ASI1600MMに最適化されているという触れ込みの)RGBセットです。
そのセット内容は、
 ☆UV/IRカットフィルタ
 ☆Rフィルタ
 ☆Gフィルタ
 ☆Bフィルタ
というわけで、モノクロ冷却CMOSカメラASI1600MM-Coolにコレを使うと、撮影時にジャマになる赤外線と紫外線をカットしたり、RGB分解撮影したりできる。


★フィルターその②
f0346040_02570496.jpg
ZWO純正のIRカットフィルタです。
こちらはMMの方ではなくMCの方に使う予定。
ASI1600MC-COOLは発売当初のアナウンスと異なりIRカットフィルタではなくARフィルタ装着仕様だったので、LPS-P2などの光害カットフィルタを使わない月面撮影や惑星撮影に使おうとすると、どうしても赤外線の影響を受けてしまいます。・・・で、その影響を排除しようというわけですね。


★フィルターその③

f0346040_03012410.jpg
オプトロンのHαナローバンドフィルタです。
・・・高いので、あれほど「手を出さない」宣言していたのに、とうとうポチってしまいました。

ちなみに、(Hα線を中心としてどの程度の幅の波長を透過するかを示す)半値幅が12nmの製品なので、ナローバンドフィルタの中では相当に安価な部類に属します。

本来ならば、コイツに加えてOⅢフィルタとかSⅡフィルタとかHβフィルタとかを組み合わせてギンギラギンの星雲を撮るのが筋でしょうが、当面は「自然な描写」を狙うのを目標として、ASI1600MMのL画像をHαで撮像して、星雲のコントラストを上げるという算段。


ああ、早く実写で試してみたいものですが、
本業が忙しい今は、魅惑的なフィルターを机の上に広げて眺めるだけでも幸せ・・・・。


by supernova1987a | 2017-01-24 06:08 | 機材 | Comments(4)

ASI1600MC-COOLの謎⑩.

★昼間は良い天気でした・・・が

夕方から突然薄雲が広がってしまって、本日の「ASI1600MM-COOLデビュー戦」は延期となりました。
ここまでタイミングが悪いと、もはやイジメとしか・・・・。ううう(涙)。

★というわけで、勘を取り戻すために

過去のMCで撮影したデータを色々と画像処理してリハビリしているのですが、ふとその途中で「のっぴきならぬ」事に気づきました。

ちなみに、「ノータッチガイドによる短時間露光+多数枚コンポジット」は私が最も得意とする「手抜き撮影法」ですが、その際に重要なのは、コンポジット時に「加算平均」ではなく「加算」を用いることです。(アストロアーツの公式コメントでは加算平均でも良いそうですが、これはステライメージが特殊なだけでしょうね)
たとえば15秒露光の元データが著しく露光アンダーである場合、暗い部分は階調が破綻しているので普通はいくらコンポジットしても「写ってないものはあぶり出せない」ハズです。ところが、加算コンポジットの場合は値をどんどん加算していきますので、言ってみれば単なるコンポジットというよりはむしろ、露光を何段階かに分けて行ったものを最後に合算するという行程を行っている訳で、フィルム時代の多重露光に相当すると把握しています。

実際の処理はこんな感じですね
f0346040_20063068.jpg
 左:15秒露光元データ 中央:40枚加算コンポジット後 右:さらにレベル調整

実は、加算コンポジットの場合は注意点があります。
左の元画像を加算コンポジットした段階(中央)で画像が「真っ白け」になりますので、一瞬「げ、サチった!!」と早合点してしまいがちなのですが、実はサチって「いない」のです。ステライメージは96ビットの画像処理空間を有しているため、いくら足し算しても事実上飽和しません。そこで、輝度グラフを見ながら適切なレベル調整をしたりデジタル現像処理する等によって、右のように良い感じの画像が得られます。また、単純に加算するだけですから、多段階露光した場合でも一気に処理して大丈夫ですし、手動でコンポジットする場合のように、「2枚目は50:50、3枚目は66.6:33.3、4枚目は75:25・・・・」などと加重平均の比率を計算しながらチマチマと処理する必要性も、いわゆる「トーナメント方式」で多段階に処理する必要性も皆無です。
ステライメージの最も優れた点を上げるとすれば、ひとえにこの広大な画像処理空間が使えることでしょうね♪

★「のっぴきならぬ」事とは・・・・

さて、いつものように加算コンポジットしている最中に、ノイズの出方などを見たくて「RAWのまま&位置合わせ無し」で加算処理した画像を拡大すると、「のっぴきならぬ」事に気づきました。まあ、下記の画像を見てやってくださいな。
f0346040_20211078.jpg
ASI1600MC-COOLでゲイン400・15秒露光の画像をベイヤーのまま40枚加算コンポジットして400%に拡大したものです。

な、なんだこの黒いポツポツは?!

40枚も単純加算しているんですから、普通は画面のどこをとっても一見サチったように真っ白けになるはずです。・・・・が、この黒いポツポツは40枚加算しても「一向に明るくならない」ということになりますね。

ああ、これって・・・

デジタル一眼レフなどではメーカーや機種によって「ピクセルマッピング」機能が実装されていたり、サービスセンターで「ピクセルマッピングサービス」をしてくれる場合があります。例えば、ニコンの場合、ニコン1シリーズだけには「ピクセルマッピング機能」があります。ここでいうピクセルマッピングとはいわゆるキャリブレーションの一種でして、永続的に出る輝点(本来の意味のホットピクセル)や永遠に黒いままの点(本来の意味のクールピクセル)に対してその該当ピクセルを「殺す」処理を指します。ただしその処理過程はブラックボックス化されているので、なんだか怖くて私は手持ちのニコン1シリーズ(ニコワン大好きで4台も持っていたりする)に対しても一切「ピクセルマッピング機能」を実行したことが無いのですが、どうやらASI1600MC-COOLに見られる黒いポツポツはクールピクセル(デッドピクセル)である可能性が浮上してきました。

だって、ランダムノイズなら、40枚も重ねて消えないハズが無いですからねぇ。(ちなみに、上記画像はダーク引きをする前の『素』のベイヤーデータを加算したものですので、ダークの引きすぎではありません。)

★CCDと比べてCMOSには経年変化のウワサもあって・・・

一説によると、CMOSセンサーの場合、宇宙線被爆などによる破壊と経年劣化などにより欠陥ピクセルが増えていくという「恐ろしいウワサ」も聞きますので、別日程の画像でも同じようなクールピクセルが見られるか試してみました。

f0346040_20365404.jpg
 ※左は8/13に撮影した15秒露光×40コマの加算 右は8/31に撮影した15秒露光×40コマの加算

上記画像は、それぞれ別日に撮影した画像を600%に拡大したものですが、ぱっと見て黒いポツポツの位置は一致していないように見えます。
ところが、よーく見てみると・・・・

f0346040_20392107.jpg
赤丸で印を入れたところなど、別日程でしかも別対象を写したにも関わらず、完全に一致するポツポツが多数見られることが分かりました。

・・・という訳で

「ASI1600MC-COOLには、元々デッドピクセルが存在し、メーカー側では特にピクセルマッピングは施されていない」
可能性が浮上してきました。


★ちなみにデッドピクセルが存在すると・・・

MCはベイヤー型のカラー撮像素子ですので、1つのピクセルが死んでいることは、輝度情報のみならず「その色情報が失われる」ことにつながります。

たとえば、上記の画像をそのまま現像(デモザイク)してしまうと

f0346040_20462417.jpg
 左:ベイヤーデータのまま 右:デモザイク(ディベイヤー)処理後

死んだピクセルの色に対する補色(Rが死ぬとシアン、Gが死ぬとマゼンタ、Bが死ぬとイエロー)が生じた上に、デモザイク補完処理によってその影響が周辺のピクセルに波及します。

これまで、いわゆる「縮緬ノイズ」↓
の原因は「ダーク除去の過不足」と思い込んでいましたが、そもそもデッドピクセルが効いてきている可能性が出てきましたね。

え?「どのピクセルが死んでいるのかは数値化できるのか?」ですか?
ええと、先日来やっているDelphi遊びでプログラミングした「なんちゃってFITS画像解析ソフト」↓

には、容易に実装可能でして、その気になればあとからピクセルマッピングできるのですが、いかんせん処理速度が遅すぎて実用化は遙か遠い未来です(泣)。

※ステライメージの「ホット・クールピクセル除去」フィルタである程度は緩和できると思いますよ。念のため。



by supernova1987a | 2016-12-19 20:54 | 機材 | Comments(10)

MCでMMに迫る試み

★先日の比較で・・・

冷却CMOSカメラASI1600MC-COOLとASI1600MM-COOLの解像度比較を行いましたが

f0346040_15393173.jpg
  ※左:MM 右:MC

圧倒的にモノクロ版のMMの方がカラー版のMCよりも解像度が優れていることが分かりました。
ただし、2×2ビニングして400万画素運用をする際には、カラー版MCでもRAW画像を直接ソフトウェアビニングしてL画像とすることにより、原理的にベイヤー構造のデモザイクに起因するボケを回避できるはずなので、実験してみることに・・・・。

★ベイヤー現像の有無による差

少々分かりにくいかもしれませんが、次の2系統の処理を比較してみます。

<処理A>
 ①MCのRAW画像(FITS)をステライメージでデモザイク処理(ディベイヤー処理)してカラー化
 ②カラー化した画像をモノクロ化
 ③2×2ソフトウェアビニング

<処理B>
 ①MCのRAW画像(FITS)をステライメージでRAWのまま2×2ソフトウェアビニング

処理Aでは一度ベイヤー構造のデモザイク処理による補完が入りますので、ここでボケが生じますが、処理Bでは隣接4素子の輝度データを直接加算しますので原理的にボケが生じることが無いはずです。むろん、どちらも1600万画素から400万画素へ画素数がダウンする点は同じです。

さて、目論み通り、解像感に差は現れるでしょうか??

f0346040_23011779.jpg
 ※左:処理A(通常) 右:処理B(補完無し)

うーん。微妙ですね。
ただ、詳細に見ると、若干ですが右の方が解像感が高いように見えます。


★MMのビニング画像と比較

次に、モノクロ版MMの画像を2×2ソフトウェアビニングしたものと上記の処理Bとを比較してみましょう。
果たして、MCはMMに迫れているでしょうか??

f0346040_23044404.jpg
 ※左:MMのビニング処理画像 右:MCの処理B

ああ、かなり肉薄してますね。
ただし、正確に言うとMCが迫ったというよりも、1600万画素のままでも十分にシャープなMMをあえて400万画素にすることによってMCの解像度に『降りてきた』という表現が適切かもしれませんが・・・・。


★画像復元で肉薄させる試み

ステライメージには強力な画像処理機能が満載な訳ですが、(月面など)比較的シャープな画像に対してはウェーブレット処理よりも最大エントロピー法の方が好みです。そこで、今度はカラー版MCの画像に最大エントロピー法を2段階で掛け、モノクロ版MMの解像度に肉薄させてみます。

処理過程は次の通りです。

 ①MCのRAW画像(FITS)をステライメージでデモザイク処理(ディベイヤー処理)してカラー化
 ②カラー化した画像をモノクロ化
 ③ステライメージで第1段階の最大エントロピー法を実行
  (想定PSF半径1.2 ノイズ10 再帰計算回数5)
 ④ステライメージで第2段階の最大エントロピー法を実行
  (想定PSF半径0.6 ノイズ10 再帰計算回数5)
 ⑤ステライメージでアンシャープマスク処理

これをモノクロ版MMの素画像と比較してみます。

f0346040_23271518.jpg
       ※左:MMの素画像 右:MCに画像復元処理

強力な画像復元処理により、かなりMMの解像度に迫ったことが分かります。
いつもながら、こういった素材に対する最大エントロピー処理ってスゴイですねぇ。魔法みたい♪

★でも、結局・・・・

では、モノクロ版MMの方にも同様の画像処理を加えてみるとどうなるでしょうか。
やってみます。ただし元々のボケが少ないのでPSFはMCの半分で演算。

f0346040_00481102.jpg

       ※左:MMのに画像復元処理 右:MCに画像復元処理

ああ、MMの解像度がさらに上がった分、また引き離されてしまいました。当然と言えば当然ですね。

★というわけで・・・・

シーイングの影響をあまり受けない画像の場合、

①最終的に400万画素にビニング加工することを前提に運用するなら、MMとMCの解像度上の差異はほとんど無い。
②1600万画素をフルに生かすことを前提に運用するなら、画像処理してもその差は埋まらない。

といったところでしょうか。それにしても、MMは最大エントロピー画像復元が「恐ろしいほど」上手くキマりますねぇ。改めてビックリ。

・・・・・で、肝心の天体は、今回の休みでも曇天のため撮影できず、満月期が迫ってきました。
あ~あ。ストレスばかりが積もりますねぇ。


by supernova1987a | 2016-12-13 02:44 | 機材 | Comments(8)

ASI1600MM-COOLを使ってみる③

ASI1600のMCとMMの画像比較、第3弾です。
今回は惑星撮影を想定して、大気の揺れでユラユラしている低空の建物を題材にしてみます♪

★SER動画からのスタッキングではどうだ??

800mmほど遠方の電波塔をツインBORGで撮影し、MMとMCそれぞれの画像をスタッキングしたものを比較してみます。(今回はMCで撮像した動画をスタッキングした後、モノクロに変換して比較しています)

f0346040_15544593.jpg
※左:ASI1600MM-COOL 右:ASI1600MC-COOL (それぞれ元画像の300%表示)

おっ!さすが150枚スタックの効果絶大で、一見MCの画像とMMの画像の区別がつきません。

★画像復元を試みてみます

上記の画像それぞれに、最大エントロピー法(多段階)とアンシャープマスクを施して、限界まで解像度を上げて比較してみます。

f0346040_21502899.jpg
一見同じように見えますねぇ。なにしろ、もともとが陽炎のようにユラユラしている低空の風景ですからカメラの性能差が出にくいのかも知れませんが、それでもよく見るとMMの方には偽解像が見られず自然な描写になっていることは分かります。

おそらく、シーイングが悪い(シンチレーションが大きい)時にはMMとMCの差が出にくいことが予想されます。


★というわけで、今回の成果

ASI1600MC-COOLとASI1600MM-COOLについて

 ①MCよりもMMの方が同じゲインでも明るく写るが、昼間での比較は難しい
 ②MCよりもMMの方が解像度が高い
 ③解像度の差は画像処理しても埋まらない
 ④MMのLとMCのRGBを合体してLRGB合成する手法は理解した
 ⑤シーイングが悪いとMMとMCの差が見えにくいかも知れない

といったところでしょうか。
ふう・・・。面白かったけれど疲れたぁ。

そんなことよりも、肝心の天体は?

いやー、ここまでの撮影は全て月曜に行ったのですが、昼間晴れてたのに夜になるとドン雲りでアウト。
いつになったら、実戦投入できるのでしょうかねぇ・・・・・。


by supernova1987a | 2016-12-10 06:40 | 機材 | Comments(8)

ASI1600MM-COOLを使ってみる②

★今回ツインBORGで狙うのは・・・
f0346040_15061166.jpg

あいにく昼間なので、遠くの建物を撮影してみます。
せっかくですから、期待通り
 「同じ画素数でもカラーよりもモノクロの方が感度が高く、解像度も高いのか??」
を簡単にチェックしてみます。

だいぶ前にEXCELのVBAを使ってベイヤー画像のデモザイク処理のシミュレーションをした際、思いの外デモザイク処理による解像度低下が見られたので、そもそもデモザイク処理が不要なモノクロカメラであれば、相当に解像度が上がるのでは無いか?というわけです。
ちなみに、シミュレーションの結果、(一切のノイズが無い場合に)モノクロカメラで下記のように写せる対象は
f0346040_22343212.jpg
ベイヤー型カラーカメラで撮影してモノクロ現像すると、下記のようになることが分かりました。
f0346040_22353681.jpg
さてさて、実写でも
カラーカメラとモノクロカメラとで上記のような差異は出てくるのでしょうか??


★同時に撮影したMMとMCの画像(無加工)の比較

遠くの建物を撮影した画像を、200%で比較してみると、こんな感じです。

f0346040_15313874.jpg
★左画像
[ZWO ASI1600MM-Cool]
Pan=0
Tilt=0
Output Format=Fits files (*.fits)
Binning=1
Capture Area=4656x3520
Colour Space=MONO16
Hardware Binning=Off
High Speed Mode=Off
Turbo USB=76(Auto)
Flip=None
Frame Rate Limit=Maximum
Gain=50
Exposure=0.0004
Timestamp Frames=Off
Brightness=1
Gamma=50
Temperature=24.7
Cooler Power=0

★右画像
[ZWO ASI1600MC-Cool]
Debayer Preview=Off
Pan=0
Tilt=0
Output Format=Fits files (*.fits)
Binning=1
Capture Area=4656x3520
ColourSpace=RAW16
Hardware Binning=Off
High Speed Mode=Off
Turbo USB=80
Flip Image=None
Frame Rate Limit=Maximum
Gain=50
Exposure (ms)=0.00046
Timestamp Frames=Off
White Bal (B)=80
White Bal (R)=50
Brightness=1
Gamma=50
Sensor Temp=26.2

実際にはMCの方がかなり暗かったので後からレベル調整を加えてあります。

MCの画像に比べてMMの方が圧倒的に解像度が高いことが分かります。恐らくこの辺がベイヤー配列素子のデメリットなのでしょうね。



★比較しやすいようにMCの画像をモノクロ化してみます
f0346040_15393173.jpg
やはり左画像(MM)のほうが数段シャープです。恐るべきはMMのシャープさでして、これ、ウェーブレットはもちろんのこと、アンシャープマスクやレベル調整すらしてない素の画像なんですよねぇ。シミュレーションで予想されたこととは言え、かなりビックリ。

短焦点BORG特有の浅い被写界深度も明瞭で、ピント合わせがすごく楽でした。




★「素のMC」対「MMのL+MCのRGBでLRGB合成」
天体と違い、昼間の風景ですのでウェーブレットは(局所的には良いですが)全体的に画像が荒れるので見送り、本題の下記比較をやってみます。

 左:L画像:MMの素画像 RGB画像:MCの素画像 でLRGB合成したもの
 右:素のMC画像

f0346040_15475372.jpg
おお!良い感じです♪
ちゃんと目論み通り、MMの解像感を保ったままMCの色情報を使ってカラー化が成功しました。

そうそう。念のためお断りしておくと、全体像はお見せできません。
ツイン鏡筒は原理上パララックス(視差)が避けられませんので、被写体との距離により記録位置が異なるため、無理矢理合成すると周辺部のLとRGBがズレまくって悲惨なことになったからです。

無論、天体ならパララックスは生じませんので大丈夫だと思います。

★★★以下続きます★★★



by supernova1987a | 2016-12-08 00:11 | 機材 | Comments(14)

ASI1600MM-COOLを使ってみる①

★ASI1600MM-COOLをとりあえず・・・

昼間の風景で動かしてみることにしました。
ただし、本命の天体撮影ではMCとMMのダブル運用を目論んでいるので、その軽いテストも兼ねて頑張ってみます。


★小口径だけど、これはこれでアリかな??

目論むのは、ASI1600MM-COOLでL画像(輝度データ)、ASI1600MC-COOLでRGB画像(色データ)をそれぞれ撮影し、後からLRGB合成するという戦法です。
1本の鏡筒でいちいちカメラを付け替えるのは大変なので、色々と運用方法を考えたのですが、今回は「王道」を行ってみます。この日に備えて、BORG60EDは同一鏡筒を2本確保していたのですよぉ♪

というわけで、

出でよ!ツインBORGっ!!

f0346040_15055507.jpg
f0346040_15061166.jpg
それぞれのBORG60EDには、(軍資金が足らなくてレデューサ2個は買えなかったので)レデューサ代わりのケンコーACクローズアップレンズを組み込んであります。
そして一方にはASI1600MM-COOL、他方にはASI1600MC-COOLを装着しました。


★今回はノートPCにも無茶してもらいます

おそらくこんなアホな使い方をしている人は居ないと思いますが、
 ASI1600MC-COOL → USB3ポート → SharpCap2.8
 ASI1600MM-COOL → USB2ポート → SharpCap2.9
と接続して、1台のノートPCで「同時撮像」が可能か、ダメ元で試してみます。
いや、無謀なのは分かってますが、使用するポートとソフトを別々にすれば変な衝突も回避されたりして・・・・などという「お遊び」です。

すると・・・・

あれれ!?

f0346040_15134810.jpg
 ※画面左がMC-COOL、画面右がMM-COOL

ど、同時に動いちゃった♪

ちなみに、上記画面はそれぞれ5~8FPS位で同時にキャプチャしている様子ですが、1600×1200のROI(クロップキャプチャ)を掛けているのが幸いしたようです。さすがにフル画素で試してみるとそれぞれ0.1FPS前後になっちゃったので、ちと苦しそうです。


★★★以下続きます★★★



by supernova1987a | 2016-12-07 01:03 | 機材 | Comments(10)


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