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カテゴリ:科学写真( 7 )

百均パワーで宇宙線を見る④

★前回のエントリーで終幕のハズが・・・

自作霧箱による自然放射線の「検出実験ごっこ」にハマってしまった あぷらなーと ですが、


本来、前回のエントリーでめでたく完結のハズでした。
・・・で、気分を切り替えてオリオン群の準備とかしていたのですが
残念ながら、超大型の台風21号の影響で、天候は大荒れ
とても観測どころではありません(涙)。



★それなら流星群の代わりに・・・!

今回実験ごっこしてみて再認識したのですが、霧箱の放射線軌跡ってなんだか流星群に似てますね。
いや、原理がじゃなくて、そのビジュアルが

「それなら、徹底的に良い感じの宇宙線写真を撮ってやれ!」

と言うわけで、悪天候の中、お家に籠もってひたすら自作霧箱の改良に取り組むことに。
ええと、(諸般の事情で)まだ詳細は明かせないのですが、相当ノウハウを蓄積できました。
自作霧箱、簡単そうに見えて結構デリケートです。少し条件(材質とか形状)が変わると失敗します。
でも、試作機を3機作った過程で無数の失敗を経験したので改善策は直感的に分かるようになってきました。

・・・そして・・・

ででん!


★改良版(4号機)完成!

今回は『自信作』です!(何が変わったか分からないとは思うけれど)
f0346040_22102700.jpg
さらに、さらに
ASI1600MM-COOLとASI1600MC-COOLのデュアルでステレオ動画が撮影可能に♪

f0346040_22125140.jpg
台風で外が土砂降りなので湿度が高く、すんごい結露が撮影をジャマしますが・・・・

f0346040_22141529.jpg
我ながら素晴らしい性能の霧箱が完成しました。
なんと、エタノールなどの補充やイオン除去などのメンテナンス無しで連続90分間以上に渡り放射線が観察できるという、夢のようなオモチャ♪
しかも、これ相当に感度が高いと思います。



★自作霧箱4号機の威力

なにがスゴいと言って、放射線源を一切使わずに自然放射線(と宇宙線)がドバドバ観察できるんですよー。

f0346040_22194716.gif
 ※自作霧箱4号機+ASI1600MM-COOL+ニコン50mmF1.4 8bitRAWのFITS動画から切り出し。(非冷却)

こんなに自然放射線が飛びまくってるなんて、改めてビックリ。

f0346040_22225792.gif
 ※自作霧箱4号機+ASI1600MM-COOL+ニコン50mmF1.4 8bitRAWのFITS動画から切り出し。(非冷却)

ううむ。
ここまで来ると、2001年の獅子座流星群↓を思い出しますねぇ。
ちょうどこんな感じだったなー。

f0346040_22263346.jpg
 ※ニコンF801S+トキナー17mm+スペリア1600+比較明コンポジット

f0346040_22281925.gif
 ※自作霧箱4号機+ASI1600MM-COOL+ニコン50mmF1.4 8bitRAWのFITS動画から切り出し。(非冷却)

上の動画なんか、火球の流星痕↓を彷彿とさせますねぇ。面白すぎ♪

f0346040_22423776.jpg
 ※ニコンFG20+シグマ28mmF1.8+スペリア800+比較明コンポジット



★MCでもバンバン写るぜ♪

同時に撮影したカラー版のASI1600MC-COOLでもバンバン写ります。

f0346040_22475385.gif
 ※自作霧箱4号機+ASI1600MC-COOL+ニコン50mmF1.8 8bitRAWのFITS動画からモノクロ変換して切り出し。(非冷却)

・・・さすがに、3D動画に仕上げるまでには相当な時間が掛かりそうですが、
とにかく、台風にやられちゃったオリオン座流星群の『敵討ち』ができたような気分でした。

さて、ここまで書いたところで風雨が強まってきました。
台風通過前の皆様、くれぐれもお気を付けくださいませ。


by supernova1987a | 2017-10-22 22:53 | 科学写真 | Comments(8)

百均パワーで宇宙線を見る③

★霧箱が面白すぎる

当初、天体撮影時にイレギュラーな輝点ノイズが生じる要因を「検証ごっこ」するために始めた「霧箱作り」ですが、思いの外高性能な物ができちゃったので、正直『当初の目的』を忘れかけて迷走気味のあぷらなーとです。





★静止画では伝わらないこと

D5000 → ASI174MC-COOL → ASI1600MM-COOL
と色々テスト撮影してみた結果、霧箱の放射線軌跡撮影は『圧倒的に』ASI1600MM-COOLが有利との結論に至りました。
(照明を強烈に明るくできてゲインを下げられれば話は別ですが)

ただし、静止画では、この面白さが伝えきれないんですよねー。

・・・と言うわけで
(エキサイトブログ単体では400kBまでのGIF動画しかアップロードできないので、極限までデータを軽くして)
自作霧箱+ASI1600MM-COOLによる「自然放射線動画ギャラリー」を公開します♪

※以下、撮影は全てASI1600MM-COOL+ニコン35mmF2です。(おおむね60FPS)



★『素直』な放射線例

まっすぐ長ーく伸びたヤツですね。
パスレングス(飛程)が長いのと軌跡がくねっていないことから、エネルギー高めと思われますが、地上起源のものか宇宙線起源のものかは分かりません。

f0346040_16302057.gif



★間違いなく電子かな?

途中で3回ほど向きを変えています。
霧箱中の大気原子から相互作用を受けたものと思われます。
地上由来の典型的な電子線(ベータ線)かな?

f0346040_16334276.gif

★まるで火球と流星痕のような・・・

今回検出できた最も明瞭な軌跡です。
微動だにしないまっすぐな軌跡から宇宙線由来かも知れませんが、この映像からは分かりません。
それにしても、何も言わずにこの映像をみたら大流星の映像かと思いますね♪

f0346040_16381562.gif

★高角度から入射したと思われる例

拡散型霧箱の場合、軌跡ができるエリア(過飽和層)は水平に薄く広がっていて、その間を通過しないと軌跡が生じません
ですから、軌跡が短い場合は「本当に飛程が短かった」のか「過飽和層の厚みを見ているだけ」なのか判別できません。
ただし、過飽和層の上下に生じた対流の差によって、垂直成分が含まれていた「らしい」ことが推測できるケースがありました。
(地上から出たのか、上空から降ってきたのかは判別不能です)

※放射線は一般的に「ほぼ光速」で通過するので、カメラでその通過時間差を感知することはできません
軌跡が早く生じている部分と遅れて生じている部分は、入射粒子の挙動では無く周辺の過飽和エタノールの状態などに起因すると思われます。

f0346040_16460751.gif

★相互作用したっぽい例

高エネルギーの荷電粒子が大気原子に『衝突』すると、色々な相互作用が起こります。
例えば・・・

 電子が原子核に引かれて急カーブした際にガンマ線を放出する「ブレムスストラールング」(制動輻射)
 (イメージとしては、急カーブしたトラックから荷物が遠心力で振り飛ばされるような感じ)

 ガンマ線がその運動量の一部を原子核に渡すことで電子と陽電子を生み出す「ペアクリエイション」(電子対生成)
 (イメージとしては、目に見えないボールが赤インクの中に飛び込んだときに、上には赤インクの水滴、下には赤インクのへこみが生じて目に見えるようになった感じ)

 大気原子核そのものを破砕して別な核種に変えてしまう「フラグメンテーション」(原子核破砕)

その他、入射粒子そのもののディケイ(崩壊)など、挙げていくとキリがありませんが、ともかく今回の「実験ごっこ」でも、いくつか相互作用したらしき形跡が写りました。

f0346040_17001815.gif
もちろん、荷電粒子が通過した際に軌跡が写ること自体も、大気原子をイオン化するという相互作用の一種です。 




★泥沼化の予感・・・・

ともかく、久しぶりに「大興奮」した『実験ごっこ』でした♪
マズいです。
なんか、面白くなってきました。

カメラを複数台配置して軌跡を3D解析することで、到来方向を推測したり
遮蔽板や減衰材を入れて進行の向きを推測したり
強力な磁場を与えて電荷の正負と質量を判定したり
いやいやプラスチックシンチレータとフォトマルを・・・・・

・・・はっ!
泥沼化・ダメ!絶対!

※フォトマルとかに手を出すと、『BORG沼』どころの騒ぎではなくなります。

(注)目が覚めたので、この企画はこれにてめでたく終了と致します(笑)


by supernova1987a | 2017-10-16 19:02 | 科学写真 | Comments(12)

百均パワーで宇宙線を見る②

★百均霧箱が素晴らしく良く見えるので

前回の記事で書いた『百均霧箱』が非常に良い感じです♪


試運転ではD5000の動画機能を使って640×480ピクセルで撮影したのですが、解像度を上げるため冷却CMOSカメラを投入してみました。



★対霧箱撮影仕様の冷却CMOSカメラ

まずは、ASI174MC-COOLです。
グローバルシャッターのおかげで『コンニャク現象』が出ないのが魅力で、ミルククラウンの撮影では大活躍しました。

f0346040_03513442.jpg
今回は、こんな装備で行きます。
ASI174MC-COOL+ニコン35mmF2で、画角の微調整のためにベルボンの微動雲台を装着。

※どうでも良いことですが、この機材写真、いつもより良い感じで写ったと自画自賛。最近、にゃあさんがブツ撮り用ボックスを使ってスゴく格好いい機材写真をアップされているので、負けじと(笑)新兵器『LEDトレース台』(本来はフラット撮影用に買った物)を拡散光源として用いたのですよー♪

f0346040_03535589.jpg
三脚は、変幻自在の変形機能を持ち、真上からの撮影に強いマンフロット190を投入。

速射性を優先して、冷却温度-10度・ゲイン400・8bitモノクロ・HighSpeedMode-ONで撮像。
ところが(ここがASI174MCの最大の弱点なのですが)盛大な横シマノイズが発生してトーンを持ち上げられません。
また、霧箱の運用ミスで底面にホコリが混入して光っていたり、開口部に微少な水滴が付いて丸いボケになったり、もうダメダメ



★一応、アマチュア天文家なので

ま、普通はここであきらめる所ですが、「こういう時に天体写真のテクニックが活きてくる」んですねぇ(笑)。

まずは、背景のゴミとか余計な光:『ダークノイズ』
と見立てて、処理してみます。

撮影した動画は1000コマのSerファイルなので、これをコンポジットして「位置の変わらない光」をノイズとして認識できるようなファイルにします。
ただし、空中に漂う霧粒が流れているので、そのままではその軌跡が悪さをして『縮緬ノイズ』になってしまいます。
そこで、2コマ飛ばしで333コマのコンポジットを行い、出来上がったファイルを『ダークファイル』に見立てて処理

さらにASI174系のシマシマノイズは位置がめまぐるしく変動するので補正は無理と判断してシルキーピクスの「ノイズ整列」(バンドノイズ軽減機能)を掛けます。

その他、ステライメージのホット除去フィルタやNikCollectionのDefineなどを用いて、余計な明暗を目立たなくさせます。

f0346040_04000702.jpeg
 ※左:撮って出し 中:背景減算処理後 右:ノイズ処理後

これで随分見やすくなりました。

なかなか良い感じです♪  

f0346040_04151101.jpg
いやー、この軌跡は面白いですね。
明らかに途中でインタラクション起こしてますよ。
・・・いつか「こんなん」撮ってみたかったんだー。


★ASI1600MMだと、さらに

ASI174で良い感じの放射線が撮影できて悦に入っていたものの、「ASI1600MMの方が良く写るんではないか?」と気になったので、早速機材組み替え。
今度は、ASI1600MMーCOOLで霧箱撮影をしてみます。
たしかに、モノクロで撮影するなら最初からモノクロカメラの方が良いですし、ASI1600MMにはほとんど横シマノイズがありませんものねぇ。

・・・すると・・・

f0346040_04215347.jpg
えっ!?

撮って出しのトリミングのみで、コレですか?!

なんという高感度、なんという低ノイズ!!
まるで流星群を撮影したみたいに鮮明な放射線軌跡。
ローリングシャッターとは言え、霧箱の場合はその軌跡がしばらく「漂う」ためにコンニャク現象は起こりません。

f0346040_04435178.jpg
うーむ。

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うーむ。

f0346040_05385580.jpg

うーむ。
画像処理なしでも、とんでもなく良く写るなあ、ASI1600MM-COOL
こうなると、300FPSくらいが必要となる(ミルククラウンなどの)高速度撮影以外では、もうASI174MCの出番が無いかもなぁ。



by supernova1987a | 2017-10-16 06:00 | 科学写真 | Comments(4)

百均パワーで宇宙線を見る

★先日のエントリーで・・・


先日、突発的なホットノイズの一要因としてミューオンなどの二次宇宙線荷電粒子のダイレクトヒットの可能性を考えて遊んでみたのですが、今ひとつ『面白い結果』が出なかったので、それ以後、色々とゴソゴソしていました。

なにしろ、大学院時代とは異なり、現在は「ふつうのオッサン」(しかも文系寄り)なので、『武器』が一切ありません。フォトマルやプラスチックシンチレータも無ければ、デジタルオシロもありませんし、そもそもハイボル(高圧電源装置)やCAMAC(データ記録装置の一種)も無いのでは、何もできそうにありません。

先日のようにデジカメを使って「何か写らないかなぁ」と目論んだり、PET樹脂を用いた積層型シンチレーションディテクタ『まがい』の物を作って『玉砕』したりしたのですが、ここらで一度「初心」に返ってみようかと・・・・・。



★宇宙線の素人実験と言えば、コレでしょう!

学校で習う宇宙線実験の定番と言えば、なんといっても「ウィルソン霧箱」ですね。
荷電粒子が通過した際に生じる軌跡が飛行機雲のようにたなびく様は、見ているだけで楽しいものです。

しかし、これ、意外と難しいと思うんですよねぇ。
気体アルコールをいかにまんべんなく充満させるかとか、いかにして過飽和状態に持ち込むかとか、どうやって見やすく(写りやすく)するかとか・・・・・。
ちなみに、学生時代は放射線源と拡張型の霧箱を使って1回だけ遊んでみたことがありますが、それ以来霧箱自体触っていません。(そもそも宇宙線の研究者は霧箱など使いませんしね・・・)

さて、どうしようか・・・・。



★困ったときの百均とアマゾン

一応、色々と無い知恵を絞って装置を考えてみました。
実は放射線の軌跡を「生じさせるだけ」なら結構簡単なのですが、「視認しにくい」んですね。

できるだけ「手抜き」実験にしたいので、材料集めに百均に出かけました。

買ってきたのは
 書道用の下敷き・PET製の蓋付き容器・クラフト用紙・セロテープ・両面テープ
です。

さらに、アマゾンの日時指定便でドライアイスを発注。
あとは、手持ちの機材でなんとかします。



★ドライアイス到着!

f0346040_16291477.jpg
なんとも便利な時代ですね。
5kgのドライアイスが指定時間帯ピッタリに届きましたよー。
配達員さん、ご苦労様です♪
運送中の「目減り」分も想定の範囲内でした。

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今回は、この1kgのドライアイスプレートを使います。



★主役の百均グッズ

今回の主役は、PET製の蓋付き容器です。
f0346040_16331324.jpg
・・・「なんでそれなの?」と思われるかも知れませんが、
ホントはここまで道のりが遠かったのですよぉ。

アクリルボックスで作った「1号機」は、ドライアイスで冷却した瞬間にバリバリと音を立ててクラックが入り破損。
ガラスビンで作った「2号機」は、ドライアイスで冷却しても過飽和点に達せず断念。

その他、結露してアウトだったり、反射光がジャマして軌跡が見えなかったり、エタノールの充填方法で四苦八苦したり、意図するアングルでライティングできなかったり、過飽和層が薄すぎて軌跡が短かったり・・・・とにかく失敗多数・・・・。



★幾多の困難を超えて・・・

やはり、自分で試行錯誤するのは楽しいですね。
恐らくネット上では入手できないであろう沢山の「ノウハウ」を身につけまして、ついに・・・

・・・ででん!!
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「あぷらなーと流・PET霧箱」完成っ♪

では、早速、D5000で試写してみましょう。
f0346040_17321745.jpg

・・・すると・・・・


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お!

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おお!!

f0346040_17144967.jpg
お、面白れー!!!

たかだか4分間の撮影で、なんと200個以上の放射線イベントを記録!!
しかも、明らかに宇宙線由来の高エネルギーミューオンっぽい長い軌跡や、途中でインタラクション(相互作用)してディケイ(崩壊)したっぽいイベントもクッキリ♪
しかも、10分以上ベストな過飽和状態が継続するという・・・・。

こ・・・これは、『超高性能』霧箱が作れたのでは??

めでたい♪

さて、次は、グローバルシャッター仕様の高速冷却CMOSカメラASI174MC-COOLを投入するとしますか・・・・♪


by supernova1987a | 2017-10-15 17:28 | 科学写真 | Comments(8)

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)

冷却CMOSカメラでミルククラウンを撮る

★皆さんの冷却CMOSカメラは・・・

天気が悪い日に大人しく寝ていますか?

さて、天候不順に泣いているうちにあぷらなーとのGW休暇は終わってしまいました。
しかし、なにか新しい課題を撮影しないと面白くないので、冷却CMOSカメラASI174MC-COOLの特性を活かした屋内の撮影対象を狙ってみることにしました。
それは・・・・ずばり「ミルククラウン」です!!

一滴のミルクが着水した瞬間に花開く刹那の『王冠』・・・美しいですね。
実はこれ、ひと昔前なら相当に難敵でして、いわゆる『職人芸』が必要でした。
ちなみに、あぷらなーとは高校~大学生時代に試行錯誤の末「フィルムカメラ+ストロボでミルククラウンを撮影」するコツを(ある程度)会得したのですが、それはおよそ次のようなものでした。
(無論、本来なら光電センサーと遅延装置を組み合わせて効率よく撮影するのが正解でしょうが、そいういう『反則ワザ』は無しという方向で)


★フィルムカメラでミルククラウンを撮るコツ

デジタル時代の今、その大半はもう時代遅れでしょうがネタ的には面白いので特別公開♪

①ミルクを落下させるのは、平たいお皿。かつミルクは極力薄く張る。
 お皿の表面がミルクでうっすら隠れる程度でよく、決してミルクをなみなみと『溜め』てはいけない。 

②ミルクを落下させるのはおよそ30~50cm上方から。
 できれば一定の間隔で滴下させる。
 (例えば、上下に小さな穴を空けたフィルムケースにミルクを詰め、上の穴に画鋲を刺してその刺さり具合で滴下間隔を調整するなど)

③立体感を持たせるため、ストロボの光は斜め前方から逆光気味に当てる。

④レンズのピントは、部屋を明るくした状態でファインダー内の落下予想地点に目視で合わせる。
 またレンズの絞りは極力絞り込む(F11~22が目安)

⑤ストロボは落下予想地点までの照射距離と実効F値とフィルムISOからガイドナンバーを計算し、マニュアルで発光量を調整する。

⑥実際の撮影は完全な暗闇の中で行う。

⑦カメラのシャッターをバルブにし、シャッターを開放したらポタポタ落ちるミルク滴の音を耳で聞き、着水タイミングを推測してストロボを手動で発光させる。

⑧ストロボの発光が完了したらカメラのシャッターを閉じる。

⑨ストロボの閃光で、上手く撮れたかどうかは視認できるので、納得がいくまで⑦⑧を延々繰り返す


このうち①~③はデジタル時代の今でも使える『超重要』ノウハウではないかと思います。
特に①で失敗する人が多いんじゃないかと思います。
受け皿のミルクが多いと、ミルク滴が「ドボン」って落ちて『王冠』では無く『丼』型とか『こけし』型になります。実は成功した場合の『王冠の底』は、お皿が写っているんです!(ここに気づくまで、いったい何本のフィルムを無駄にしたことか・・・)


★ASI174MC-COOLの最大の武器は・・・

ZWOの冷却CMOSカメラASI174MC-COOLの特徴は、その超高速なフレームレートと、グローバルシャッターにより歪みの無い高速シャッターが切れることです。

ちなみに、800×600にROI(クロップ)し、HighSpeedModeをON(ADCが10bitで駆動)にした上で、出力形式を8bitRAWのSER出力にすれば、高速シャッターでのフレームレートは実測でおよそ350FPS(1秒間に350コマ連写)にまで上がりました。

今回は、その特性を活かしたミルククラウン撮影を試みることにします。



★実際の撮影風景は・・・

f0346040_23220039.jpg
 ※ASI174系はASI1600系と異なり、メーカーからカメラレンズを装着するアダプタが発売されていないので、手持ちの色んな部品を組み合わせてアダプタを自作しました。用いたレンズは、ニコンのAFマイクロ60mmF2.8(Gタイプは絞りが操作できないのでNG)です。

f0346040_23233865.jpg
今回の場合ストロボが使えない(同期できない)ので、LEDライトなどを複数用いて十分な明るさを確保します。
(ノウハウの③に準じて配光位置をセットします。)

※少なくとも1/2000秒以上の高速シャッターを切らないとミルククラウンがブレてしまいますので、相当な明るさが必要です。


★ASI174MCの撮像パラメータは

試行錯誤の末、下記のパラメータで撮影すると上手く行きました。

[ZWO ASI174MC-Cool]
Debayer Preview=On
Pan=484
Tilt=304
Output Format=SER file
Binning=1
Capture Area=968x608 (※この程度の解像度は欲しいところですが、ここはお好みで)
Colour Space=RAW8 (※この設定が最速です)
High Speed Mode=On (※ADCを通常の12bitから10bitに変わり高速駆動します)
Turbo USB=80(Auto)
Flip=None
Frame Rate Limit=Maximum
Gain=244
Exposure=0.0002 (※1/5000秒のシャッター速度ですね)
Timestamp Frames=Off
White Bal (B)=79(Auto)
White Bal (R)=99(Auto)
Brightness=1
Gamma=50


★撮像データの現像処理は・・・

RAWデータのSER動画ですので、複数のソフトを使う必要があります。
色々と試行錯誤した結果、

 ①SER Player でSERファイルを開く
 ②上手く写ったコマだけを抽出してTIFFで吐き出す
 ③シルキーピクスで色調や階調を整え、適宜ノイズ処理とシャープ処理を行う

という流れで良い感じに仕上げることが可能でした。



★まずは、NG例からどうぞ(笑)

f0346040_23372359.jpg
 ○照明が足りていない
 ○シャッターが遅く、ブレている
 ○ホワイトバランスが合っていない
 ○ピントがミルククラウンの前面に来ていない(後ピンになっている)
 ○構図が悪く、ミルククラウンが切れている(近すぎ)

f0346040_23403499.jpg
 ○ゲインを上げすぎて、ノイズまみれ
 ○まだシャッターが遅く、ブレている
 ○ホワイトバランスが合っていない
 ○階調が乏しく高輝度部がサチっている
 ○ミルクのシズル感(瑞々しい質感)が出ていない

 ※ライティングの方向、映り込みの出し方、陰の方向、撮影像の大きさはバッチリなのにもったいない(涙)



★では成功例をどうぞ♪

1.ミルク球が落下してきます。
f0346040_00091640.jpg

2.着水の瞬間! 飛沫が上がり始めます。
f0346040_00124204.jpg

3.誕生したミルククラウン
f0346040_00140395.jpg

4.成長するミルククラウン
f0346040_00153820.jpg

5.王冠の『角』が開き始めます
f0346040_00162420.jpg

6.ミルククラウンの完成♪
f0346040_00170471.jpg

7.でも、一瞬で崩れます
f0346040_00190854.jpg

8.無数の玉が飛び散ります
f0346040_00201546.jpg

9.王冠は消滅し、飛び散った玉だけが宙を舞います
f0346040_00205368.jpg
・・・この間(1~9まで)実に0.032秒の出来事です!

ASI174MC-COOLの超高速グローバルシャッターの威力、しかと見届けたっ!

という訳で、
今回は、あぷらなーとがお届けする「刹那のドラマ」でしたー♪

※注:ASI174系以外のCMOSカメラ(ASI1600系など)の場合はグローバルシャッターではなくローリングシャッター仕様のため、いわゆる『コンニャク現象』で王冠が歪むと思われます。(王冠が変形し、左右対称でなくなる可能性がある)ただし、ローリングシャッターの『走行方向』が鉛直方向に一致するようにセットすることで、(ミルククラウンの撮影においては)歪みの影響を目立たなくなることが予想されます。



by supernova1987a | 2017-05-07 23:14 | 科学写真 | Comments(10)

ミルククラウンに時代の進歩を感じて・・・

★高校生の頃
一時期、ミルククラウンの撮影に悪戦苦闘していたことがありました。
色々と試行錯誤した結果、編み出したノウハウは次の通り

 ①フィルムケースの上下に小さな穴を空け、その中にミルクを入れる
 ②フィルムケースの上の穴にピンを刺し、滴下間隔を調整する
 ③受け皿は平たいものを用いて、できるだけ少量のミルクを張る
 ④部屋は真っ暗にし、バルブであらかじめシャッターを開いておき、手動でストロボを照射した後シャッターを閉じる
 ⑤クラウンに立体感を持たせるために、ストロボの光はクラウンの斜め後方から当てる

実は特に大切なのは③でして、受け皿のミルクは少ないほど好結果が得られるのですが、これに気づくのに随分時間がかかりましたっけ・・・・。
また、撮影のタイミングは実質ストロボを照射することで調整するのですが、こればかりは「勘」と「運」ですね。
撮影機材はニコンのFG20に50mmF1.8レンズと中間リング。それにサンパックの安物ストロボでした。もちろん、撮影はネガフィルムです。

・・・とにかく、初めてきれいなミルククラウンが撮れたときは感激したものです。

★時代は変わって・・・
今はデジカメの時代。
ISO感度も好きなように上げられますし、高速連射も思いのまま。
さらに、お手軽なLED照明もありますので、思いの外簡単にミルククラウンが撮れそうです。
そこで、久しぶりににミルククラウンを撮影してみたくなりました。

★というわけでやってみました
1秒間に60コマの超高速連射が可能なニコン1V3にマウントアダプターをかましてマイクロ40mmを装着します。前述の①と②はそのままですが、ここは現代風にLEDで光量を稼いで普通に高速連射でシャッターを切ってみます。
f0346040_00432380.jpg
撮影風景はこんな感じです♪

★現代風お手軽撮影によるミルククラウン
ニコン1V3+マイクロ40mmF2.8 絞りF8 絞り優先オート ISO3200
f0346040_00445635.jpg
着水の瞬間です。ちとブレていますが、お手軽撮影なので仕方ありません。
f0346040_00464797.jpg
きれいに開いたミルククラウン。美しいですねぇ。
※本当は、もう少し「突起」が長く出て欲しいのですが、たぶんミルクの量が多すぎるか、滴下高度が低すぎたかと・・・。
f0346040_00545251.jpg
「角」を残してクラウンが低くなり、次の球が落下してきます。
f0346040_00560350.jpg
菊の文様のような独特な形状の中、2滴目のミルクにより小さなクラウンが開いています。
f0346040_00570991.jpg
全体に広がっていきます。

★しかし、まあ・・・
驚きました。試行錯誤するまでもなく、一発で撮影できちゃいました。
・・・なんとあっけない・・・。

もう少し照明を明るくして絞りを絞り込むことと、滴下高度の最適化、そして受け皿にたまるミルクの量の調整を工夫すれば、もっと美しいクラウンが撮れそうですが、とにかく撮影機材の進歩に脱帽です。


by supernova1987a | 2016-04-19 06:28 | 科学写真 | Comments(2)


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