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ビームスプリッタ効果検証ごっこ

★苦心の末,運用に成功した『珍パーツ』

ようやく、惑星にも星雲にも利用できることが分かった「LRGB同時露光用ビームスプリットシステム」ですが

f0346040_14514600.jpg
f0346040_02403921.jpg


そもそも、
「ぶっちゃけ、撮影の効率は良くなっているのか?」
という根本的な疑問について『検証ごっこ』してみました。

つまり、
MC単独で運用するよりも
「同じ運用時間で良い絵が撮れる」
か、もしくは
「同じ絵を撮るための運用時間が短くて済む」
というメリットが感じられなければ意味がないということですね。


★ビームスプリッタ構成図公開♪

メインパーツのビームスプリッタとフレームは新調したものの、他の部品は基本的に手持ちの『あまりパーツ』を組み合わたものです。
そのため『無理矢理感』が漂う構成ですが、そこは笑ってスルーしてください。

f0346040_17213736.jpg

 ①EdmundOptics キューブ型ビームスプリッタ(分割比50:50)
 ②EdmundOptics Tマウントビームスプリッタホルダー
 ③EdmundOptics Tマウント両オスリング
 ④BORG M42P0.75-M57変換リング 7522
 ⑤BORG M57/60延長筒S 7602
 ⑥BORG M57回転リングDX 7352
 ⑦BORG 2インチホルダ-SⅡ 7504
 ⑧ZWO ASI1600MM-COOL
 ⑨BORG M57-M36.4 AD 7522
 ⑩ケンコー ACクローズアップレンズNo3(52mm)
 ⑪BORG M57-M57ADⅢ 7459
 ⑫BORG M57-M57AD 7457
 ⑬BORG M60-M57AD 7901
 ⑭アイダス LPS-P2フィルタ(52mm)
 ⑮BORG M42ヘリコイドT 7839
 ⑯BORG M42P0.75-M57AD 7528
 ⑰NEEWER マクロエクステンションチューブニコン用(の一部)
 ⑱ZWO ASI1600MC-COOL

※あくまで暫定的に組んだだけで、実際には上記の組み合わせには複数の問題点が残っています。

f0346040_14415879.jpg

★ざっくりと効果を予測すると・・・・

 ①光束を2分割しているため、通常の撮影の2倍の露光が必要になってしまう
 ②ただし、一方の光を(MCよりも感度の高い)MMで受けるため、総露光時間は減るかも知れない
 ③MMの高解像度を活かすには、VMC260Lの焦点距離は(シーイングの影響で)長すぎる

また、昼間に実写してみた感触だと、MMはMCの約2倍の感度を有していることが分かったので、ビームスプリッタを用いて、MMとMCの同時露光を行った場合には、
MCの感度をPとすると

 (P × 1/2 ) + (P × 2 × 1/2)
  MCの運用感度      MMの運用感度

 と考えて、トータルでおよそMC単独の1.5倍の効率を有することが期待できます。



★実写で検証ごっこしてみる

先日ビームスプリッタを用いて撮影したM17オメガ星雲の画像をもちいて、ザックリと比較してみます。
比較対象は、下記の5つです

 A:MM+MCで撮影した画像、各8コマのLRGB合成
 B:MCで撮影した画像8コマのコンポジット
 C:MCで撮影した画像16コマのコンポジット(スプリッタ無しなら8コマコンポジットに相当)
 D:MCで撮影した画像24コマのコンポジット
 E:MCで撮影した画像32コマのコンポジット

それぞれ1コマに15秒露光を与えるとすると、実際の運用時間は

 A:2分間
 B:2分間
 C:4分間
 D:6分間
 E:8分間

となりますが、そもそもビームスプリッタを使わなければ「光量が2倍」になりますので、その分を補正すると

 A:2分間
 B:1分間
 C:2分間
 D:3分間
 E:4分間

と解釈した方が公平な比較と言えますね。
という訳で、今回の新システムで撮影効率が上がったと言うためには、Bは論外として、Cに勝てるかどうかがカギとなります。

さて、比較に用いた画像の共通データは下記の通りです。(ASI1600MM、MCともに)

VMC260L+自作レデューサ+ビームスプリッタ+LPS-P2フィルタ
ゲイン:400 露出:15秒 撮像温度:-15度 出力:16bitFITS


① MM+MC各8コマ VS MC8コマ 
f0346040_18400794.jpeg
 ※左:A 右:B (ピクセル等倍)

新システムの圧勝です。
・・・といっても、スプリッタ無しなら、この運用時間内でMCが16コマ撮影できるので当然ですね、
事実上、MCの「15秒露光×4コマコンポジット」もしくは「7.5秒露光×8コマコンポジット」だと解釈するべきですのでハナから勝負になりません。


② MM+MC各8コマ VS MC16コマ  
f0346040_17494848.jpeg
 ※左:A 右:C

まずは、ここがクリアすべき条件です。
要するに、「スプリッタ無しのMC単独」と「スプリッタ併用のMM+MC」で「同じ時間かけて頑張った」場合の画質比較になるからです。

・・・うむ。 まだまだ新システムが勝ってます♪
とりあえず、「撮影効率は悪化してはいない」もしくは「同じ運用時間内なら良く写る」と言えそうです。


③ MM+MC各8コマ VS MC24コマ 
f0346040_17500701.jpeg
 ※左:A 右:D

これが「本命」の比較です。
おお、予測通りの結果(この条件で、ほぼ同等の写りになる)ですね!!
正直、ホッとしました♪


④ MM+MC各8コマ VS MC32コマ 
f0346040_17502026.jpeg
 ※左:A 右:E

あ~あ。
ここまでくると、素のMCに負けちゃいましたねぇ。
要するに
「LRGB同時撮影用ビームスプリットシステム」の撮影効率は、運用時間を1/2にするほどではない、
ということです。
・・・ま、予測通りではありますが。


★(暫定的な)結論

あぷらなーとが作製した『珍パーツ』:「LRGB同時撮影用ビームスプリットシステム」を用いると

同等の画質を得るために必要な運用時間が、2/3に短縮される

ということが『検証ごっこ』されました。

「3時間かかる撮影作業が2時間で済む」とも言えますし、「1晩で2対象しか撮れない日に3対象ゲットできる」とも言えますね♪
あんまりハデさはないけれど、とりあえず めでたい♪


★ご注意 その①★
ビームスプリッタの使用により、画質の悪化は免れません。
具体的には、先日の記事で「考察ごっこ」した通り、完全無欠な光学系を用いた場合でもビームスプリッタの通過によって下記のような収差が発生するハズです。
f0346040_04493646.jpeg

★ご注意 その②★
この『珍パーツ』と撮影手法は、まだ完成していません。
例えば、プリズム部分のコバ塗りすらしていなかったり、
レデューサ部分の調整をしていなかったり

・・・近日中には調整する予定ですが、難儀しそうです(泣)


by supernova1987a | 2017-04-29 18:34 | 機材 | Comments(13)

本当の『ファーストライト』は波瀾万丈

★本当にやりたかったのはコレ!

先日、木星の撮影でファーストライトを果たした「LRGB同時露光型ビームスプリット装置」ですが、木星撮影以外のところにも「野望」がありまして・・・・。
それは、ズバリ
「星雲星団をビームスプリッタでLRGB同時露光する!」
という奇想天外な遊びです。

・・・という訳で、ウンウン悩みながら惑星用のシステムを星雲星団用に組み替えました。

f0346040_14393403.jpg
今回ビームスプリッタ本体に装着するのは、左から、「LPS-P2フィルタ」、「回転装置」、「レデューサ代わりのACクローズアップレンズNO3」です。というのも純正のレデューサを用いるにはバックフォーカスが長すぎますし、ビームスプリッタの直前にフィルタを付けると醜いゴーストが出そうだったからです。

さて、これらを組み上げると、

f0346040_14415879.jpg
こんな感じのメカが出来上がりました。
VMC260Lへの接続はM60のネジリングで、これが単独でねじ込み作業できるように回転装置を利用します。

・・・・ところが、この「工夫」が後に悲劇を生もうとは・・・・・。


★好事魔多し

カメラ制御用のノートPCとアトラクスを無理なく長時間駆動させるために投入した、suaoki400Wh電源

f0346040_20101991.jpg
絶好調で動きました。
これ、前面のパネルに現在消費している電力がリアルタイムで表示されるので、あとどれくらいでバッテリーが切れそうかが一目瞭然ですね。ちなみに、アトラクスの恒星時駆動では3~5W程度、満充電したノートPCへのAC供給が8~10W程度で収まってましたので、ざっくり言って30時間程度の連続駆動ができそうです♪

これ、さらにアトラクス制御用のサブノートPCに電源供給しても1晩は余裕で持ちそう。
あとは、2台のASI1600カメラの冷却用の電源としてスゴイバッテリーが1台あれば十分です。

f0346040_14514600.jpg
早速VMC260Lにビームスプリットメカを取り付け、初の星雲撮影に臨みます。

これはもう、「大勝利の予感」♪

・・・・などと思っていたら・・・。



「ドスンっ!!」

正直、一体何が起こったのか把握できませんでした。

実は、突然「ASI1600MC-COOLとASI1600MM-COOLを装着したビームスプリッタ」が「丸ごと」地面に落下したのです!

正直、血の気が引きました。

しばし、全身が硬直した後、地面に横たわるビームスプリッタを拾い上げ、緊急撤収します。
装置を軽く振ると
「カランコロン」
と嫌な音がします。

・・・ひょっとして、ここ数ヶ月の努力が水の泡か?!

★不幸中の幸い

 落下の原因は、先述の、鏡筒へビームスプリッタを接続する際の工夫である「回転装置」でした。これ、カメラ側を手に持ったまま、接続リングだけがフリーで回転するので、強固かつ迅速に接続できるアイディアだったのですが、なんと、「接続リングを鏡筒にねじ込む」作業中に「回転装置が上手く作動せず」に「接続リングが緩んだ」のですね。

 ただし不幸中の幸いで、落下場所が周囲よりも柔らかい赤土だったこと、落下体制が良かった(全パーツに均等に撃力が掛かる)ために、外観のキズと若干の光軸ズレ以外はダメージが無さそうです。ちなみに、「カランコロン」の正体は、カメラの空冷装置部分に入り込んだ土砂でした。


★気を取り直してセッティング

一度全パーツをバラして、内部に損傷が無いか確認した後、丁寧に掃除して、再度セットアップします。

f0346040_15483980.jpg

果たして、上手く作動するでしょうか?


★MMとMCで星雲を同時キャプチャー

f0346040_15230765.jpg


 M8を対象にして、プリズムの被害を調べます。(左:MC 右:MM の同時キャプチャー画面)
見たところ、ほとんど光軸のズレは無さそうですし、変な光やノイズは出ていないようです。

 大急ぎで、-ゲイン400+15秒露光で連射し、MMの画像100コマとMCの画像100コマを同時に取得してみました。(撮像温度:-15度、MMは16ビットモノクロ、MCは16ビットRAWのFITSでそれぞれ出力)



★1コマ撮りでMMとMCを比較

同時に撮像した1コマ画像を比較してみます。

f0346040_15263768.jpg
 ※左:MC 右:MM (ともにゲイン400の15秒露光一発撮り)

感覚的には、MMの方が2倍ほど感度が高く、画像も滑らかに感じますね。

では早速、コンポジットしてみましょう!


★100コマコンポジットで比較

f0346040_15295672.jpg

 ※左:MCの100コマコンポジット 右:MMの100コマコンポジット(ダーク減算無し)

おお、どちらもかなり滑らかになりましたが、若干MMの勝ちでしょうか。


 ★LRGB合成してみる

 いよいよ、仕上げです。
MMで撮像したL画像(100コマコンポジット)とMCで撮像したRGB画像(100コマコンポジット)をLRGB合成し、さらにシルキーピクスで色調などを調整してみます。

 すると・・・


・・・ででん!
f0346040_15384557.jpg
 おお!とても良い感じです。
市街地からのニワトリのため、以前遠征してD810A撮影して400コマコンポジットした画像には少し負けているようなきもしますが、これはこれでなかなか見応えがありますね。


※4/24追記※

先日、単体でも稼働できることが分かったNikCollectionのHDRを活用すると、こんな↓方向性もアリですね。
ちと画質が荒れますが、星雲内のウネウネがハンパないです♪

f0346040_21293302.jpg
ちなみに、レデューサ代わりに装填したACクローズアップレンズNo3ですが、画像を実測してみた結果、純正レデューサ(1860mm)よりも少し長めの約1950mmになっていることが分かりました。口径が260mmですから、F値は11.4→7.5まで明るく出来たことになります。青にじみが発生していますが、クローズアップレンズによるものかビームスプリッタによるものかはまだ不明です。


★という訳で結論!

ビームスプリッタで生じた「負の球面収差」とキャンセルするよう「正の球面収差が残っているタイプ」のクローズアップレンズを用いてみたり、ゴースト軽減のフィルタ配置にしたり・・・が功を奏しているかどうかは不明ですが、とりあえず、あぷらなーとの「珍パーツ」:「LRGB同時露光用ビームスプリット装置」は、惑星の撮影でも星雲の撮影でも実用になることが分かりましたっ!!

めでたい♪

※ダークの減算とか諸々の真面目な画像処理は、これからゆっくりと・・・。

by supernova1987a | 2017-04-24 15:44 | 機材 | Comments(8)

ビームスプリッタの弊害を「考察ごっこ」する

★ファーストライトには成功したものの

構想(妄想)から数ヶ月を費やして完成したLRGB同時露光用の「ビームスプリットシステム」ですが、
なんとかファーストライトにも成功して、まずまずの成果を得ました。

ただ、どうしても「気色悪い」
40mmもの厚さのガラスが光路中に割り込むんですから、直感的には、かなり弊害が出ると予想してたんです。

・・・・と言うわけで。

★少し真面目に『考察ごっこ』してみる

作成記事を書いたときにも記載したとおり、どう考えても
 ○負の球面収差が発生してしまうハズ
 ○軸上色収差が発生してしまうハズ
なのです。

・・・・ちと、考えてみます。
空気面とビームスプリッタとの間では下記の図のように
f0346040_04121641.jpeg
対物レンズから焦点に集まろうとしている光束が屈折して光路がズレてしまいます。

その結果、

f0346040_04135573.jpeg
このように、ピント位置が後ろにズレる現象が起きます。
また、この現象は対物レンズの周辺部になればなるほど(入射高が大きくなればなるほど)効いてきますので、レンズの周辺部を通る光ほど近くに焦点を結ぶという「一般的な球面収差」とは逆に、「負の球面収差」が発生してしまいます。
また、長波長の(赤い)光ほど遠くに焦点を結び短波長の(青い)光ほど近くに焦点を結ぶという「一般的な軸上色収差」とは逆の方向性を示す特殊な色収差も発生してしまいそうです。


★FORTRANやDelphiを持ち出すのはイヤなので

若かりし頃(理系だった頃)なら、ここでプログラミングしてレイトレーシング(光線追跡)してみるところですが、今はそんな元気はありません。
ただ、収差曲線を描くだけなら結構シンプルに(せいぜい高1レベルの基礎的数学だけで)計算できるハズなので、得意の「EXCEL君に頑張らせる」方向でシミュレートしてみることにしました♪

ええと・・・
メーカーさんによると、今回のキューブ型ビームスプリッタの素材はBK7です。
むう・・・中学生~高校生の頃は、望遠鏡光学にハマってた時期で、主要な光学ガラス(BK7はもちろんF2とかSF2とかBaK4とかKzF5とかCaF2とかFK01とか・・・・ね。)の波長ごとの屈折率やアッベ数は5~7桁くらいの精度で全部暗記していて、関数電卓片手にハルチング解を解いて対物レンズの設計ごっこをしていたものだけど、もはや何も思い出せないなあ。(いや、今思い返すと当時の自分、アホです。そんなことやってるから学校の数学で赤点ばかり取るんですねー。ああ、他に頑張るべき事があったろうになぁ・・・・。)

よし、昔の勉強ノートや教科書が見つからないので、ガラスメーカーのデータシート以外「カンニング無し」という条件で頑張ってみます。


★・・・小1時間ほど悩んで

「ビームスプリッタの仕様と設置位置と撮像素子の位置を打ち込むだけで収差曲線を自動作成するEXCELのワークシート」

f0346040_04434017.jpeg
ほどなく完成♪

早速、今回自作したビームスプリットシステムによる弊害を定量的に「検証ごっこ」できる収差曲線を計算させてみましょう。
想定した初期条件は下記の通り

 ○望遠鏡はVMC260Lと同等の口径260mm・焦点距離3000mm
 ○望遠鏡は無収差であると仮定(色収差も球面収差も)
 ○ビームスプリッタを構成するガラスはホウ珪クラウンガラスBK7
 ○用いる光は、C線(赤)・d線(黄)・e線(緑)・F線(青)・g線(紫)
 ○ビームスプリッタから撮像素子までのバックフォーカスは100mm

すると・・・・


・・・ででん!
f0346040_04493646.jpeg

おお!
なんか、直感的に考えていたとおりの収差曲線が出てきましたよ♪

ふむ。
計算の結果、やはり負の球面収差は発生していますねぇ。いわゆるオーバーコレクションってヤツですなあ。
天体とは関係ないけど、これ後ボケが二線ボケ起こして汚くて、前ボケはフンワリ滑らかになるレンズになりますなあ。

ええと、
色収差は思ったよりも少なめだなあ。
感覚的には口径10cmF10程度の屈折望遠鏡を素人が設計した場合、ざっくり言ってアクロマートならd線からg線までの二次スペクトル(色収差)量が2mm程度、EDレンズを用いた場合でも0.5mm程度はあるはずなので、口径260mmのF11.4 なら単純にその2.5倍程度、すなわちアクロマートの場合で5mm程度、EDアポの場合でも1.2mm程度の色収差は発生するはずです。

今回のシミュレーションではd線~g線までの色収差量として0.2mm以下に収まっていますので、ある意味「EDアポよりは高性能」と言えますね♪


★というわけで・・・

収差の発生する「方向性」は予想通りだったけれども、心配したよりもその「絶対量」が少なかったため、ほとんど影響なしと考えて良さそうです。
・・・そりゃまあ、実際に木星があれだけ写ったんですものねぇ。


★あっ!そういうことか!!

本題とは関係ないですが、今、気づきました。子供の頃、何かの本で

「屈折望遠鏡に天頂プリズムが付いている場合、天頂プリズムを使った方が、素の状態よりも良く見えることがある」

という感じの記載を見つけたことがあって、

「そんな馬鹿な・・・・」

などと思って笑っていたのですが、今回真面目に計算してみて「分かり」ました。
平面ガラスって、実は一般的な望遠鏡の収差の出方と逆の方向性を持っているのですね。
とすると、ビームスプリッタ(をはじめ天頂プリズムなどの『分厚いガラス』)を通過させると「素の屈折望遠鏡」よりもよく見える可能性、アリアリですね。

さて。
もしも、数日後に天気が悪かったら、さらにEXCEL君に頑張ってもらって『なんちゃってレイトレーシング』することでスポットダイアグラムまでシミュレートしてみましょうかねぇ??


★★★ お 約 束 ★★★

本記事はあくまで考察『ごっこ』です。
現在のあぷらなーとは理系と言うよりも文系のため、多々間違いが含まれている可能性があります。
結果は鵜呑みにしないことをオススメします。



by supernova1987a | 2017-04-19 07:02 | 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)

月夜の楽しみ?検証ごっこ③


ゲインと露光時間にまつわる「検証ごっこ」第3弾です♪

★短時間露光のデータを見ていると・・・

あらためてシーイングの影響を受けていることを実感します。
以前の記事↓で
シンチレーションにより、星が不規則に動き回る様子をチェックしてみましたが、今回は星の位置では無くて変形の様子を見てみます。

ゲイン400+0.5秒露光を4秒間連写する間の星像の変形は下記の通りです。
f0346040_23000881.jpg
いやー。ハデに変形してますなぁ。
ちなみに4秒露光の場合はこれらが積算されて写っていることになるので、ボケボケの像になるのも仕方ありませんね。

では、変形していつつも0.5秒露光の位置合わせコンポジットで多少なりともラッキーイメージング的な効果は得られるのでしょうか?

f0346040_23163386.jpg
 左:ゲイン400+4秒露光
 中:ゲイン400+0.5秒露光×8枚加算コンポジット(位置合わせ無し)
 右:ゲイン400+0.5秒露光×8枚加算コンポジット(位置合わせ有り)

位置合わせをした右の星像が若干シャープになったような「気も」しますが、大差ないですね。
むしろ、ダーク引きもホット&クール除去処理もしていない素の画像を処理しましたので、コンポジットの最中に「天然ディザリング」された結果、右のノイズが非常に少なく見える点はメリットと言えましょうか・・・。

ノイズが・・・ノイズが・・・・ノイ・・・

・・・んっ?!
よく見ると、
真ん中の画像だけ変だぞ!!

分かりましたでしょうか?
ちと中心部を拡大してみますね。

f0346040_23252326.jpg
  左:ゲイン400+4秒露光 右:ゲイン400+0.5秒露光×8枚加算(位置合わせ無し)

位置合わせ無しで加算コンポジットした方は、至る所に「黒いポツポツ」が出てる!

ぎゃー!
なんだこりゃ?

以前見つけたクールピクセルだと判断するのは簡単ですし、ステライメージのクールピクセル除去を使えば一発で消えるんですが、どうも腑に落ちません。
だって、ほんとうにクールピクセル(デッドピクセル)なら、左の4秒露光の画像にも現れないと変です。

・・・・これは謎です。
ここまできて、ついに「短時間露光+多数枚コンポジット」の致命的弱点を見つけてしまったのか??
うーむ。今回ばかりは、仕組みを推測することすら不能。・・・・降参です(涙)。

ま、実害はほとんどなさそうですが、気色悪い。

行き詰まったので、以下、続きません(汗)

by supernova1987a | 2017-01-15 22:07 | 天体写真 | Comments(8)

月夜の楽しみ?検証ごっこ②

ZWOの冷却CMOSカメラASI1600MM-COOLについて
ゲインや露光を変えた場合の星雲の写りについて「検証ごっこ」の続きです。

★対決③ゲインと露光の両方を変えた場合

 ゲイン200+16秒×1コマ
  VS
 ゲイン400+0.5秒×1コマ
  VS
 ゲイン400+0.5秒×32コマ加算

を比較してみます。
f0346040_22260356.jpg
  左:ゲイン200+16秒露光 右:ゲイン400+0.5秒露光

当然のことながら右の方が暗くなります。また、シンチレーションの影響で星像がいびつに変形していることが分かります。
また、ゲイン400のままだと4秒露光程度でトラペジウムはサチってしまいますが、左はゲインを200まで下げているので16秒露光でもサチっていません。前回の記事の通り、この設定はゲイン400なら約1.6秒露光に相当するからです。

次にゲイン400+0.5秒露光のコマの輝度値を4倍に処理してみます。
f0346040_22295897.jpg
  左:ゲイン200+16秒露光 右:ゲイン400+0.5秒露光(レベル調整)

だいたい同じくらいの明るさになりましたが、当然ザラザラです。

次に0.5秒露光のコマを4コマ加算コンポジットしてみます。

f0346040_22422254.jpg
  左:ゲイン200+16秒露光 右:ゲイン400+0.5秒露光×4コマ加算

これでレベル調整無しでもほぼ同じ明るさになりましたが、画像の滑らかさはG200+16秒の方が圧倒的に上ですね。
ちょうど前回比較したゲイン200+16秒露光とゲイン400+2秒露光の比較と同様の結果となりました。

では、0.5秒露光のコマを32コマ加算コンポジットしてみましょう。
f0346040_22325820.jpg
  左:ゲイン200+16秒露光 右:ゲイン400+0.5秒露光+32コマ加算(レベル調整あり)

この場合、4コマ加算した段階で目標の明るさに達してしまいますので32コマ加算処理の後、レベルを下げています。
いかがでしょう??
ほとんど両者の見分けがつかなくなりました。

最後に、それぞれデジタル現像して暗部を少し炙り出してみます。
f0346040_22482311.jpg
  左:ゲイン200+16秒露光 右:ゲイン400+0.5秒露光+32コマ加算(両者デジタル現像処理)

やはりほとんど見分けがつきませんね♪

★というわけで今回の「検証ごっこ」の結論は

ゲインと露出の両方を変えても、総露光時間が同じなら、ほぼ同等の写りとなる。

ということが分かりました。


撮影が進まないので、まだ「検証ごっこ」続きます♪








by supernova1987a | 2017-01-12 23:33 | 天体写真 | Comments(4)

モノクロCMOSの解像度は活かせないの?

★実はガッカリしてたり

分かってはいたんですがねぇ、日本のシーイングの悪さは。

ASI1600のカラー版MCとモノクロ版MMの解像度の差について、
先日、昼間の風景で比較した際には、圧倒的にMMの解像度が高いことが確かめられました。

f0346040_15313874.jpg
  ※左:MM 右:MC (いずれもシャープ処理なし)

ところが、いざ天体で撮影してみると そんなに差が無いんですよねぇ。
恐らくは、シンチレーションの影響が大きいのでは無いかと推測されるので、すこしゴソゴソ『考察ごっこ』してみます。


★0.5秒露光のM42の挙動は・・・

いざ撮影してみてビックリしました。トラペジウムがですね、まさに踊り狂ってるんですよ。・・・風も無いのに。
・・・で、どれくらい踊り狂っているのかを数値的に見てみることに♪

ちなみに、コンポジットの速度がVer6.5と比べて15倍以上低速なステライメージ7は個人的に好きになれないのですが、それでも非常にありがたい機能があります。
それは、基準星を指定して位置合わせをした際にサブピクセル単位での並進ズレ量を表示してくれるという機能です。

f0346040_14354276.jpg
こんな風にX座量とY座標について、どれだけ位置がずれたかを表示してくれます♪
この数値を(残念ながらコピペできない仕様なので)手作業でEXCELに打ち込むと、ズレの挙動が視覚化できます。


★0.5秒露光×24コマの挙動

VMC260L(1860mm)+ASI1600MM-COOLで撮像したM42について、上記の手法で並進ズレの様子を視覚化してみます。

f0346040_14445148.jpg
ちょっと分かり難いですが、横軸がY方向のズレで縦軸がX方向のズレです。(単位はピクセル)
ざっくり言って、横軸が赤経方向に近く、縦軸が赤緯方向に近いです。
・・・ぎゃー!
まるでランダムウオーク。ダメだこりゃ。

さて、ASI1600MMとVMC260Lの組み合わせの場合、1ピクセルの角度は約0.42秒となりますので、上記のグラフを秒角単位に変換してみると

f0346040_14484074.jpg
こんな感じになりました。
これを元に最小自乗法で回帰直線で近似して、そこからの偏差をスキャッタプロットしてみると

f0346040_14583383.jpg
システマチックな運動(今回の場合は主として極軸エラーに伴う並進運動)以外のふらつきが上記のようになると推定できます。
ちなみに横軸の方がふらつきが大きいのは主として赤道儀のピリオディックモーションの影響かと思われますが、それにしてもシンチレーションの影響が非常に大きく、たった12秒間の間にこんなに動き回られたのでは、せっかくのMMの高解像度も活かせるわけがありません
また、10~15秒露光した際に星像がボテッとしてしまうのも仕方ありませんね。なにしろ、肝心の被写体が動き回っているのですから(笑)。


★標準偏差を求めてみる

実際の撮像素子上における星像のふらつきを視覚化して、(データ数がたったの24個ですから有意性は低いですが)ばらつきの尺度として標準偏差を求めてみます。

f0346040_15221831.jpg
ざっくり言って、今回の撮影条件だとシステマチックな並進運動を排除したとしても、
 X軸方向に約±1.5ピクセル分のふらつき
 Y軸方向に約±3.0ピクセル分のふらつき
があることが分かりました。

・・・ということは、
横方向に3ピクセル、縦方向に6ピクセルにわたって星の光が分散してしまっていることになりますので、MMの解像度が活かせるわけが無い・・・・てな結論に達してしまいました。

あ~あ。

要するに、ASI1600MM-COOLの解像度を無駄にしたくないなら焦点距離はおよそ600mmが限界で、それ以上長焦点の望遠鏡を使ってもボケるだけ、てなことになっちゃいますね。(ベイヤー構造を持つMCの場合は、1200mmくらいまで焦点距離が伸ばせる?)もちろん補償光学系を使えば別でしょうが・・・。

いや、待てよ。
逆に考えると、MCで1200mmで撮影したのとMMで600mmで撮影したのが、ほぼ同じ解像度ということになるなあ。

・・・BORG89ED(600mm)とか、カプリ102ED(700mm)とか、R200SS(800mm)とか、結構相性が良いのかも・・・・。
あるいはVMCにレデューサ2枚重ねとか、何らかの形での縮小光学系を構築するとかも考える必要があるかも、です。


(注)春から夏にかけての高シーイング時には別の結果が出ると思います。
また、最大エントロピー法などの画像復元処理によって解像度はアップできるとは思いますが、果たしてMCとMMの差が出るほどかというと・・・・。


<お約束>
あぷらなーとは統計処理に関しては素人なので、色々と勘違いしている可能性があります。
あくまで『検証ごっこ』という名のお遊びなので、結果は鵜呑みにしないでください♪



by supernova1987a | 2017-01-02 23:10 | 天体写真 | Comments(13)

「長露光&少数枚」VS「短露光多数枚」の検証ごっこ

・・・目論んでいた『年越しバラ星雲撮影作戦』が失敗したので、ごそごそと「考察ごっこ」です。 

★永遠の課題かも知れません

フィルム時代と異なりデジタル機器が発達した今日では、昔は考えもしなかった疑問が出てきて頭を悩ませます。

例えば、
 総露光時間が同じ時、「長時間露光+少数枚コンポジット」と「短時間露光+多数枚コンポジット」とでは、どちらが良いのか??
などという。
これ、悩んでいる人多いと思うんですが・・・。

ここで火を見るよりも明らかなのは
 露光が多すぎてサチって(飽和して)しまった画像は救いようが無い
ということです。

また、逆に、
 露光が少なすぎて写ってないものは、いくら重ねても出てこない
ということも予想されます。


★そもそも光とは・・・

高校物理で習った通り、光には波動性と粒子性の両方を有しています。
このうち、デジタル素子の「感光」に関わってくるのは主に粒子性で、基本的には

 波長が短い(振動数が高い)光=1粒のエネルギーが高い
 波長が長い(振動数が低い)光=1粒のエネルギーが低い

 明るい光=単位時間当たりの粒子数が多い(たくさん粒々が飛んでくる)
 暗い光=単位時間当たりの粒子数が少ない(粒々が時々しか飛んでこない)

と解釈されます。
ここでややこしいのは、暗い星からは暗い光が飛んできているのではなくて、明るい星と同じエネルギーを持った光の粒が飛んできているんだけれど、その数が少ない(頻度が低い)ということです。(スペクトル型が同じという仮定で)

<飛んでくる光のイメージ>

f0346040_07422383.jpg
CCDやCMOSなどのセンサーは、この飛んでくる光の粒を1粒受け取るごとに光電効果によって光電子を生成し、その光電子の数をカウントして「輝度情報」として出力していると考えられます。

f0346040_07434982.jpg
ということは、短時間露光の場合には対象が「全く写っていない」のではなくて「時々写っている」と解釈することもできます。
加算コンポジットでは、各時系列のシグナルを全て合計することになりますので、下記のように理論上は一気に露光した場合と同じ結果が得られるはずです。
(通常の加算平均では低輝度部分の荒い階調が丸められてしまうのでダメ。ステライメージの加算平均は、内部で上手く処理しているので大丈夫らしい)。
f0346040_07504199.jpg
★ただし、実際には・・・

ここまでの考察は、あくまで「ノイズが無い場合」に「カメラ側が余計な処理をしていない」ことを想定していますので、実際は色々とおかしな事が生じると思われます。例えば、ASI1600の場合、ゲインを139に設定することで光電子1個が輝度値1に相当するようにカウント(ディスクリレベルを1粒子にした状態?)してくれますが、そもそも検出できる光子数の閾値(スレッショルド)がいくらなのかは不明です。そのため、光子数が0~10までは輝度値が0、光子数11で輝度値1、光子数12で輝度値2・・・・などということが起こっているかも知れません。この場合は、短時間露光で閾値に達しない場合は、いくら加算しても、文字通りゼロのままと言うことになり得ます。
(フィルム時代のアヤシいテクニック「前露光処理」とかでスレッショルドまで撮影前に引き上げれば解決したりして・・・・(笑))


★検証ごっこ開始♪

というわけで、以前撮りためたデータを使って、「検証ごっこ」をやってみた。

<共通データ>
望遠鏡:VMC260L+レデューサ+LPS-P2フィルタ
カメラ:ASI1600MM-COOL
赤道儀:ニューアトラクスノータッチガイド
対象:オリオン座大星雲M42
※ダークファイル減算は行わない
※ステライメージでホット&クールピクセル除去は行う

<ASI1600MM-Cool撮像データ>
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=84(Auto)
Flip=None
Frame Rate Limit=Maximum
Gain=400 ←ここは共通にして
Exposure=0.499999 ←ここだけ変える
Timestamp Frames=Off
Brightness=1
Gamma=50
Temperature=-10.1
Cooler Power=7
Target Temperature=-10
Cooler=On



★撮って出しで比較
f0346040_08041679.jpg
  ※左:8秒露光 右:0.5秒露光

同じゲイン400で1コマ撮りですから、当然8秒露光の方が明るく写りますね。

さらに中心部を拡大するとこんな感じです。

f0346040_08055139.jpg
  ※左:8秒露光 右:0.5秒露光

ゲイン400だと、8秒露光でもトラペジウム付近がサチっていることが分かります。反面、0.5秒露光ではシンチレーションの影響で星像が不規則に歪んでいます。


★コンポジットで比較

それではいよいよ本題です。

8秒露光のコマは12コマ分コンポジットします。(総露光時間は8×12=96秒)
0.5秒露光のコマは192コマ分コンポジットします。(総露光時間は0.5×192=96秒)

さて、両者の間に差は生じるでしょうか??

f0346040_08183861.jpg
※左:8秒露光×12コマ 右:0.5秒露光×192コマ
(ステライメージでデジタル現像処理)

ん??
これ、ほとんど差がありませんよ?
・・・ていうか、中心部がサチってない分、0.5秒露光の方が良さげにも見えちゃいます。

さらに拡大して比較してみます

f0346040_08211233.jpg
※左:8秒露光×12コマ 右:0.5秒露光×192コマ

やっぱり、ほとんど同じです。

ただし、詳細に見ると0.5秒×192コマの方は、いわゆる「縮緬ノイズ」が出ています。極軸合わせを適当にしたためガイドエラーをコンポジット時に補正したことになりますので、ノイズが一方向に流れて描写されたものかと思われますが、よく考えると8秒露光も同じだけのガイドエラーを拾っているハズなので、結果として「ノイズの差はある」と解釈できますね。


★暗い部分を炙り出してみる

それぞれの画像を2×2ビニングして、暗部を炙り出してみます。
f0346040_18474855.jpg
※左:8秒露光×12コマ 右:0.5秒露光×192コマ

強引な処理を施したので短時間露光の方は縮緬ノイズがさらに目立っちゃいましたが、暗部の描写自体は遜色ないかと・・・。


★今回の「検証ごっこ」まとめ

ASI1600MM-COOLを-10度+ゲイン400で運用した場合、
 8秒露光×12コマコンポジットした場合と
 0.5秒露光×192コマコンポジットした場合とでは
M42の描写はほとんど差が無いが、
詳細に見ると
 ☆階調は(サチらない分だけ)0.5秒露光の方が有利
 ☆シャープさは(ラッキーイメージング効果で)0.5秒露光の方が有利
 ☆ノイズは(スレッショルドの影響?)8秒露光の方が有利
といったところでしょうか。


<お約束>
あぷらなーとは電子機器のド素人なので、この記事はあくまで『遊び』です。
よって、図示した概念はほとんど『妄想』のレベルですし、結果に関してもあまり真に受けない方が良いかもしれません(笑)。

PS
新課程になっても、この分野(光電効果とか)がほとんど大学入試に出題されませんね。
面白い分野なのに、残念。

<1月10日訂正>
上記の撮影データに重大なミスがあることが発覚しました。
「ゲイン400+8秒露光」とある画像は全て「ゲイン200+16秒露光」の間違いでした。
申し訳ございません。
検証のやり直しは、下記をご参照ください。



by supernova1987a | 2017-01-01 22:03 | 天体写真 | Comments(14)

ASI1600MM-COOLファーストライト①

★8月31日から・・・長かった

前回天体写真を撮ったのが8月31日。それからというもの休日の度に悪天候で、まさかの110日もの欠測日が続くという大惨事。

ところが大阪出張から帰ってくるバスの中でGPVを見てみると「真っ黒け」じゃないですか!

これは、強行ニワトリ、行くしかないでしょう♪

★今日のテーマは

先日入手したモノクロ冷却CMOSカメラ「ASI1600MM-COOLのファーストライト」が目的です。
ところでGPVの「快晴」予報は正しいと言えば正しかったのですが、湿度が90%を超えており、霧が出るかどうかの瀬戸際。あきらかに夜空はガスってて透明度が最悪。その上、シーイングも悪いという劣悪な条件でしたが、とりあえず「ちゃんと写るか」を調べたかったので「超手抜き」撮影に徹することにします。

 ①極軸セッティング:極軸望遠鏡のみ
 ②ガイド:アトラクスのノータッチガイド
 ③露光:とにかく短時間露光あるのみ
 ④夜露対策:結露したら考える
 ⑤天体導入:手動

★ブランクが長すぎて、まさかの悪戦苦闘

いやー、さすがに4ヶ月近くもブランクがありましたので、あらゆる勘が鈍ってしまっていて完全に『ど素人状態』。思いの外悪戦苦闘してしまいました。
まず、ピント合わせのためにシリウスを導入しようとしたら、いくら頑張っても写野に入ってきません。・・・よくよく調べると・・・ファインダーが狂ってました(笑)。

気を取り直して、いざ撮影を開始してしばらく経つと、妙に星像が斜めに伸びてきました。これはおかしい。光軸?スケアリング?・・・・あ!!
鏡筒を前からのぞき込んでみると、VMC260Lの副鏡が見事に結露していました。さすが湿度90%越え・・・・。

★こんなこともあろうかと

ただし、これは想定内でした。

出でよ!
中華木炭っ!!
・・・じゃなくて、
ドリンクウオーマーっ!!

f0346040_07302708.jpg
f0346040_07303820.jpg
接眼部と副鏡セルにドリンクウオーマーを巻き付けて、モバイルバッテリーで通電。ほどなく曇りは全て解消しました。格安製品でしたが、これ「当たり」です♪


★超短時間露光でM42を狙う

シーイングも透明度も最悪ですし、まずは0.5秒という超短時間露光でM42を試写してみます。

<撮影データ>
[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=84(Auto)
Flip=None
Frame Rate Limit=Maximum
Gain=400
Exposure=0.499999
Timestamp Frames=Off
Brightness=1
Gamma=50
Temperature=-10.1
Cooler Power=7
Target Temperature=-10
Cooler=On

1コマ画像をトリミングするとこんな感じです。
(ダーク減算は無し。代わりにステライメージでホット&クールピクセル除去処理)
f0346040_07345206.jpg
うむ-。一応写ってはいるけれど、星像がグニャグニャ。シンチレーションの影響をモロに受けちゃってます。これではさすがにステライメージの1点アライメントコンポジットでは無理っぽいので、AutoStackert!にFITSファイル200個をロードしてスタッキングすることにします。

200コマスタックした画像に対して、
 ①ステライメージでデジタル現像+トーン修正
 ②A:ステライメージで最大エントロピー画像復元処理
 ②B:レジスタックスでウェーブレット処理
 ③ステライメージで②Aと②Bをコンポジット
 ④ステライメージで軽くアンシャープマスク処理
 ⑤今回の画像をL、8/13にASI1600MC-COOLで撮影していたM42の画像をRGBとしてLRGB合成
 ⑥シルキーピクスでノイズ除去とテイスト調整
 ⑦ステライメージでスターシャープ処理とLab色彩調整

・・・すると・・・・

・・ででん!!
f0346040_07495156.jpg
おお!
なかなか良い感じです♪

と言うわけで、約4ヶ月ぶりの天体撮影は、無事ASI1600MM-COOLのファーストライトと相成りました。
めでたい♪

PS ホントは0.5秒露光200コマに加えて、1秒露光200コマ、2秒露光100コマ、4秒露光100コマ、8秒露光100コマ の合計700コマの撮像データを取得したのですが、画像処理する元気がありませんでした。次の休みにでもゴソゴソしてみます。



by supernova1987a | 2016-12-21 07:59 | 天体写真 | Comments(11)

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)


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