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あぷらなーとの写真ブログ
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PC2台の耐久テストも兼ねて

★なんやかんやで・・・

結局、主力のデスクトップPC1台を新調したついでに、壊れた1台も上手く修理できたので、2台が手元に残りました。

ちなみに、ありがたいことに
 MSオフィスは2台までインストール可。
 一太郎と花子(好きなんですよ、このソフト)は3台までインストール可。
 シルキーピクスも2台まで可。
そして、ステライメージにいたっては
(同時に起動しないという条件付きで)何台でもインストールできます。
そういえば、10数年前に(私、本職のプログラマではありませんが)仕事で必要になってソフト開発してたときに、自腹で買ったDELPHI(オブジェクトパスカル)のライセンスがコレでしたね。
会社と自宅とモバイルの3台にそれぞれ10万円近いコンパイラを買わされたのでは、元がとれませんものねぇ・・・・。ふと思い出しました。

さて、とりあえず、最低限の主要ソフトはインストールできたので、耐久テストも兼ねて、画像処理をしてみました。


★今回のお題は天体ではなく「ホタル乱舞」・・・・

今年はタイミングが悪く、ホタル撮影をあきらめちゃいました(涙)。
・・・悔しいので、PCのテストがてら、昨年処理途中だった画像を仕上げることにします。


★元画像は、こんな感じです

昨年の6月15日に塩江某所で撮影した画像は、こんな感じでした。
ニコンD610に24mmF5.6、ISO1600の20秒露光のRAWで撮影したものです。
高感度ノイズ補正と長秒時ノイズリダクションはかけていません。
f0346040_23173120.jpg
それほど大量のホタルが飛んでいたわけではないのですが、まずまずの写りです。
なにしろ数十枚連写してますので、好きなだけ比較明コンポジットで重ねられます。

しかし、ホタルの光跡だけではなく、背景をうっすら描写しようとすると、問題が山積です。

上記の画像をピクセル等倍で見てみると・・・・
f0346040_23223779.jpg
背景を暗く落としていれば目立ちませんが、暗部を立ち上げた途端、カラフルなホットピクセルまみれになっちゃいます。
また、全体画像をみても明らかなように、D610の弱点であるアンプノイズ(らしきもの)で下半分が真っ赤っかに・・・。
ニコン純正の現像ソフトは優秀で、アストロノイズリダクションを掛ければ、輝点ノイズはほとんど取れるのですが、アンプノイズはどうしようもありません。

★昨年は、ソフトの仕様で無理でした

天体写真もそうですが、ダークノイズを補正したければ、後からダークファイルを撮影して、減算すれば良いわけです。
・・・が、昨年はステライメージが「6」だったので、D610のRAWファイルが読めず、断念しました。
今年はステライメージの「7」がありますので、真面目に処理してみました。

色々試行錯誤した結果、「下ごしらえ」が重要なようです。(最初、これに気付かず、何度もエラーで落ちました)
まず、ステライメージ7を用いて全てのRAWファイル(ダークも)をベイヤー形式のままFITSファイルに変換しておくのが肝心です。
ダークファイル42枚をベイヤーのまま加算平均コンポジットしてダークファイルにし、先ほどの画像にダーク補正をかけると・・・
f0346040_23351912.jpg
完全ではないですが、輝点ノイズがほとんど目立たなくなりました♪
それになにより、モワモワひろがっていたアンプノイズ(らしきもの)がきれいに消えてスッキリしました。
f0346040_23364815.jpg
これなら、背景を持ち上げてもなんとかなりそうですね。

ただし、背景を重視したトーンにすると肝心のホタルの軌跡が「白っぽく」なっちゃいますので、ホタルを重視したトーンでの処理と、背景を重視したトーンでの処理と2パターンで画像を仕上げて、最後に合体させることにしました。

★63コマコンポジットの結果は・・・

さて、63コマ比較明コンポジットしたホタル主体の画像と、63コマ加算平均コンポジットした背景主体の画像を合体させ、
シルキーピクスで色調調整とシャープ処理。キャプチャーNX2(まだ手放せません)で部分カブリ補正など、微調整・・・・・。

すると!
f0346040_23393765.jpg
おお。とても良い感じです♪

なんとかホタル写真の画像処理について自分なりの「答えらしきもの」が見えてきたので、来年こそはがんばります。

ちなみに、肝心のデスクトップPCの調子ですが、
数時間に及ぶ画像処理の間、一度も落ちることなく2台とも走りきりました。
・・・ああ、今までの悪夢が嘘のよう♪
(こんなことなら、やせ我慢せずに、もっと早く処置するんだった・・・・)


by supernova1987a | 2016-06-20 23:56 | 自然写真 | Comments(0)

塩江のホタル②

★月曜日に撮影したホタルの写真を・・・
塩江町某所で撮影したホタルの写真がなかなか良い感じだったので、思い切って60コマ分のデータを比較明コンポジットしてみました。
昔はフォトショップエレメントでコンポジットしていましたが、ステライメージは一気にコンポジットできるので楽です

★60コマのデータを比較明コンポジットすると
f0346040_01442192.jpg
 ※ニコンD610+ニコン24-85mm 絞りF4 ISO1600 30秒露光のRAWデータをキャプチャNX2で現像 ステライメージで60コマ比較明コンポジット後、キャプチャNX2で色むらなどを補正し、トリミング

おお~。とても良い感じです♪
グロくない程度にホタルの乱舞イメージが撮れました♪しかし、まあ、良い時代になったものです。あんなに難しかったホタル写真が超らくちん(笑)

★意外な問題点が発覚?
今回の撮影で、意外な問題点が発覚しました。
D610自体は大変優秀な機体で、輝点ダークノイズも少なめなのですが・・・・
今回のホタル撮影の元データを強めに処理すると・・・
f0346040_01512920.jpg
うあああ!
恐ろしい量のアンプノイズ(らしきもの)がぁ・・・・(泣)

今回はキャプチャNX2のカラーポイントユーティリティで救出したわけですが、本来なら、これ、ちゃんとダークフレーム撮ってダーク減算しないとダメですよねえ。

いや、実際は撮影時気温21度だと分かっているので後からダークフレーム撮って引けばいいのですけれど、その・・・私が持っているステライメージのバージョンは6.5でして、D610のベイヤーデータに対応していないのです。
先日のダークノイズ比較データにD610が抜けていたのも、このせい。
あ~あ。そろそろステライメージ7を買わないとダメですね。


by supernova1987a | 2015-06-18 06:19 | 自然写真 | Comments(0)

塩江のホタル①

この月曜日は、本業はもちろんのこと、部活指導のお仕事も久しぶりのお休みでした。・・・というわけで1年ぶりにホタル撮影に出かけることに♪

★香川県の塩江町某所は・・・
ホタルの名所として知られる塩江町の奥に「お気に入りのスポット」があります。メジャーなスポットから離れているので、見物客も少なく、のんびり撮影できます。
今回は、あまり欲張らずに、ニコンD610と24-85mmズーム一本槍で行きます。

★ホタルの撮影と天体撮影は似ていて
長時間露光をしすぎると背景が明るくなりすぎるのと、車のヘッドライト一発でパーになるため、短時間(15~30秒)露光で連写し、あとから比較明コンポジットするのが楽ちんです。

★ベストタイムは20時から21時くらいなので・・・
まだ明るいうちから現地へ移動。撮影ポジションを物色します。
晴れていれば「星座とホタルのコラボ」とか面白そうなんですが、あいにくの曇天なので、見上げる構図ではなく見下ろす構図にしましょうかね。

★暗くなると・・・
あたりが夕闇に包まれると、お目当てのゲンジボタルがあちこちで明滅しはじめました。・・・ああ、さすがに知ってる人は知ってるかぁ・・・他にカメラを抱えた人も2人ほど・・・。でも、お二人ともデジタル一眼を使用されているご様子なので一安心。(コンデジやスマホで撮影されている方がストロボを光らせちゃうと完全にアウトになりますので・・・・)

★1枚の画像はこんな感じ
f0346040_00552695.jpg
 ※ニコンD610+ニコン24-85mm 絞りF4 ISO1600 30秒露光
 RAW ノイズリダクションOFF キャプチャーNX2でアストロノイズリダクション

・・・撮影中のデッドタイム(ダークフレーム取得時間)を防ぐために、長秒時ノイズリダクションはOFF あとからアストロノイズリダクションで輝点ノイズを消すことにします。

★10枚のデータを比較明コンポジットすると
 現像したデータをJPEGに変換して、ステライメージで比較明コンポジットします。10コマ分のデータをコンポジットするとこんな感じになりました。
f0346040_01101010.jpg
うん。なかなか良い感じです♪
コンポジット作業中に、車のヘッドライトなどで照らされたコマを削除していくのですが、下草がほんのり照らされていたコマは意外ときれいだったので残すことに(笑)。

 ★★★以下続きます★★★





by supernova1987a | 2015-06-16 06:37 | 自然写真 | Comments(0)

光と影シリーズ続行④

なんか、『夕日系』の写真ばっかりが出てきますね。
すこし毛色を変えましょう。

★北斗と架け橋
f0346040_23325973.jpg
 ※ニコンD700+シグマ17-35mmF2.8-4 →F5.6 比較明コンポジット処理

フィルムでは絶対に撮れなかった対象。
まさかライトアップされた瀬戸大橋の背景に北斗七星をくっきりと映し出せる時代が来るなんて・・・・・。

止まっている瀬戸大橋自体は明るさが変わらないので明るくならず、動いている星の軌跡だけが明るくなる・・・。

星の軌跡が短時間露光の蓄積で可能になる点ではなくて、星以外が暗く写せる点こそがスゴイところでして、たとえるなら究極の「低照度相反則不軌特性強調」処理とでも言えましょうか。とにかく星景写真の可能性を限りなく広げた比較明コンポジット法の活用法を編み出した先人達は本当に偉大だと感心します。

かくいう私は、流星写真や蛍の写真への活用くらいしか思いつかなかったですもん。

・・・あ、イーブンオッド法の詳細検証は、また、そのうちに(笑)。いや、決して忘れてませんから・・・・・。

・・・とか言っているうちに、よくよく見れば、似たような発想の画像処理プロセスがすでにステライメージに実装されていましたね。
「加算比較明コンポジット法」
だとか・・・・うわあ、ずっとステライメージ使ってたのに、全然気がつかなかった。今度試してみましょうかね。
(偶数コマ群と奇数コマ群を分けて処理し加算処理を1回で済ませるという発想ではないのでイーブンオッドよりもS/N比は下がるでしょうが、光跡とぎれ軽減に効果はあるでしょうね。)

☆ By あぷらなーと ☆


by supernova1987a | 2014-11-15 08:30 | 風景写真 | Comments(0)

比較明でお気軽蛍撮影♪

★イーブンオッド法の検証は、ひと休み♪

先日来、一向に天候が回復しません。

検証用に・・・と、
冷却CCDやらCMOSカメラやら、色々と準備してたのに、がっかり。

というわけで、気分転換に、色々写真を撮ってみました。


★徳島で蛍といえば♪

今年の4月に香川から徳島へ転勤して間もないので
なかなかいい写真スポットを発見できていませんが
まず、美郷の蛍は有名ということで、これは楽しみ・・・・・。

でも、知人に聞くと、

「シーズン中は、蛍よりも見物人の方が多いっすよ~。」

とのこと。

・・・・げげっ。そんなに見物人、出るの?!
・・・・じゃあ、写真撮るのは無謀かも・・・・

というわけで、蛍祭りも終焉を迎えた6/22に偵察に出かけました。

あまり、期待できないので、装備は軽く、D610とD7000だけ。
レンズも「普通の」にしておきましょう。

さて、
「シーズンを過ぎているので乱舞は見られないかなあ」
などと思いながらも、とにかく、車を走らせ、現地に到着。
外に出てみると、カジカガエルが鳴いていて、
いかにも「いい感じ」のポイントがありますねぇ・・・・

早速、川をのぞき込んでみると・・・・

おおっ、結構たくさんのゲンジボタルが飛んでいるじゃないですか!
十分、十分♪

さすがに見物人もほぼ皆無だったので、
のんびりと撮影開始です。

D610に24-85の標準ズームをセット
ISOは800に、絞りはF5.6に
長秒時ノイズリダクションはOFFに
ファイル形式はRAW
ホワイトバランスは自然光
ピクチャースタイルはスタンダード
アクティブDライティングはLow
露出を30秒にして、ひたすら連写♪
(お気軽蛍撮影時のMY定番設定です)


自宅に帰ってから、比較明コンポジットで12枚を合成してみると・・・・

f0346040_02474169.jpg
うん!
まずまずの仕上がりですね。
来年は、背景もきれいに写るように工夫して再チャレンジしてみましょう♪

By あぷらなーと☆

by supernova1987a | 2014-07-09 03:07 | 自然写真 | Comments(0)

イーブンオッド法の問題点考察

★イーブンオッド法の問題点の解消に向けて

先日来、色々と実験しているイーブンオッド法なのですが、ここで問題点をまとめておきましょう。

<比較明コンポジット法では>
f0346040_03261123.jpg
明るい星はつながりますが、暗い星に「黒い切れ目」ができます。

<イーブンオッド法では>
f0346040_03262088.jpg
暗い星はつながりますが、明るい星に「白い切れ目」ができます。

まとめると
「イーブンオッド法の弱点は」
①比較明コンポジット一発にくらべてS/N比が1/2に低下する
(バックグラウンドが明るくなる)
②比較明で問題となる暗めの星はうまくつながるが
 逆に明るい星でつなぎ目が「明るく」なりすぎる。

①については、比較明の1/2の露出にとどめ
イーブン群とオッド群の合成を行う際に
加算平均ではなく、加算を選べば回避できるのですが

②については、頭を抱えてしまう問題で
正直、納得がいきません。

★犯人は誰だ?
詳しい考察&実験に入る前に
考えられる原因を列挙してみましょう。

①そもそもイーブンオッド法などという手法が幻想
②レンズ光学系上の問題(レンズの収差)
③撮像素子上の問題(ベイヤー素子の特性)
④カメラ光学系上の問題(ローパスフィルタの特性)
⑤カメラ内ソフト上の問題(RAWデータ生成プロセスの特性)
⑥現像ソフト上の問題(ベイヤーデモザイク処理の特性)

本当は、③④⑤の検証のため
 A:ローパスフィルタを取り除いたデジタル一眼で実験
 B:天体用冷却カラーCCDで実験
 C:天体用モノクロCCDで実験

をやろうと意気込んでいたのですが、どうも天候が回復しません。
(本業の関係で、撮影は週に1回が限界です。)

★できることからやってみよう♪
しかたがないので、⑥から検証してみることにします。
実は、先日の考察で、強引な仮定がありました。
 <撮像素子は>「モノクロ」のラインセンサーで
 <ローパスフィルタで>2×2もしくは3×3に拡散
明るさを想定する上で必要な事とはいえ、むちゃくちゃですね(笑)
もしも、ここできちんとベイヤー型のセンサを仮定するとどうなるでしょうか?

ちと考えてみましょう。
デジカメ内の撮像素子は(シグマのFOVEONなど特殊な例をのぞき)
およそ下記のようなベイヤー配列をしています。
f0346040_00580844.jpg
もし、理想的な超高性能レンズを用いて撮影した白色の恒星像が下記のように、1ピクセルに収まってしまうと
f0346040_00580332.jpg
センサーのGだけが感光したことになり、本来白色であるはずの星が緑に写ってしまいます。
(これが、いわゆる偽色とかモアレの主要因です。)
そこで、ほとんどのデジカメは(ごく最近の機種を除き)複屈折現象などを利用したローパスフィルタが2枚装着されていて、たとえば、1枚目で像を上下に『分身』させて、さらに2枚目で像を左右に『分身』させることで、結局下記のように
f0346040_00575855.jpg
1つの像を4つの素子で共有できるように分散させます。
f0346040_00574691.jpg
これにより、偽色やモアレが出るのを防止しているというわけですね。
(※最近のデジカメでローパスレスが流行っているのは、撮像素子の高画素化にくらべ、撮影レンズの解像度が低いため、レンズによるボケがローパスフィルタの代わりになっているからだと思われます。)

さて、問題は、上記のようなベイヤー型センサーから実際の画像データを生成するために何が行われているかです。
本来ならば、上記のGRBGの4画素で1ピクセル分のデータとなりますので、たとえば、ベイヤー素子1200万画素のデジカメなら300万ピクセルのデータを吐き出すはずなのですが、実際には、「補完処理」によってデータを水増しして画素数と同等のピクセル数データが出力されています。この処理を、ベイヤーデータの「デモザイク」と呼びます。

ベイヤーのデモザイク処理にはいろいろな手法が考えられるのですが、一例として(素人の)私が考えるなら、
f0346040_01265404.jpg
上記のように①(赤のエリア)→②(青のエリア)→③(緑のエリア)→④(紫のエリア)
という具合にデータを読み出して、RGB合成して、9画素から4ピクセルの画像を得る、などということを一番に考えます。(この手法なら、たとえば、4000×3000の1200万画素データから理論上、1200万-4000-3000+1=1199万3001ピクセルのデータが手に入る計算になります。
また、人間の目は輝度差には敏感でも色の差には鈍感であるという性質を利用して、もっと大胆に画像を補完する方法も考えられます。

たとえば
f0346040_01501257.jpg
こんなベイヤー配列を
f0346040_01501712.jpg
こんな3つのマトリックスにわけて、それぞれのマトリックスの隙間(白いセル)を
 Gなら近傍の上下左右4つのセルの平均値、
 RとBなら対角上の4つのセルの平均値を真ん中に埋めてからGと同じ処理をする
など、です。

素人なりの勝手な予想なのですが、おそらく、上記のようなプロセスをさらに洗練させたバイリニア方式やバイキュービック方式で画素補完しているのではないかと想像します。(※注:あくまで素人なので、勝手な妄想です。)

--------------
・・・・書いてて、ちと疲れてきましたが、なんかこういうお話って、大昔に、宇宙線使って天体の『撮影めいた』ことをしているときに、「レゾリューションをもっと上げろ!!」って教授に言われて、泣きながら色んな『怪しい処理』を考えていた頃を思い出しますね(笑)。ま、たった40個あまりの撮像素子(フォトマル)使って全天を『撮像』して、最終的には0.5~1度位の解像度を得ていたんですから、研究の執念ってたいしたもんですねえ。懐かしい。
・・・最近の学生も、こんなことで悩んだりしてるのかなあ?
--------------

さて、気を取り直して行きましょう♪

そうすると、今回の仮定で理論的には下記のように感光すると考察した恒星像は
f0346040_03052246.jpg
実際には
f0346040_03054288.jpg
このように感光していることになり

さらに補完処理が行われると
f0346040_03055193.jpg
こんな感じのデータになってしまうので

本来、
f0346040_03052921.jpg
このように写るはずの恒星像は
f0346040_03102260.jpg





こんなGチャンネル像と
f0346040_03103876.jpg
こんなRチャンネル像と
f0346040_03104252.jpg
こんなBチャンネル像を合成した
f0346040_03100226.jpg
こんな嫌な画像になってしまうことになります。
・・・・・肥大してるわ、偽色まみれだわ、どうしようもない画像です。要するに、固定撮影による恒星像撮影の場合、恒星像が刻一刻と色んな色の素子を渡り歩いている上に、恒星像の先端通過時と末端通過時には不十分な露光となるために、一般的な写真では起こらないはずの色ズレが起こってしかるべきなのではないでしょうか?

えっ?ひょっとして、本来暗い星を写したとき、ベイヤーでは偽色は回避できないものなの??
いやいや、機種によっては、うまく偽色が出ないように処理してくれているし・・・・・
処理して・・・・・・あ!

「そもそも、デモザイク処理が原因なのではないか?」


★ともかく、論より証拠


というわけで、ベイヤーデータをデモザイクする前のRAWデータを用いて、ベイヤーデータのまま「イーブンオッド法」をやってみました。
f0346040_03262088.jpg
上記のように、RAWデータを現像しJPEGにしてから「イーブンオッド法」に持ち込まず、RAWデータをベイヤーのまま「イーブンオッド法」の最終処理まで演算し、最後にデモザイクすると、次のようになりました。
f0346040_03330650.jpg
おおっ♪
明るい星も暗い星も、切れ目が消えたっ!

あ・・・でも偽色まみれですね。
でも、これは、先ほどの考察で想定済み。
こんなときは・・・・・

ベイヤーデータを「イーブンオッド」した画像をL画像にし、
JPEGデータを「イーブンオッド」した画像をRGB画像にし
LRGB合成すればっ!

f0346040_03331260.jpg
おおっ♪
偽色も消えました!

f0346040_05160268.jpg
「満濃池と東天の日周運動」
ニコンD300+シグマ10-20mmF4.5-5.6
焦点距離10mmF5.6
露出30秒×100コマを「イーブンオッドコンポジット」
撮影:あぷらなーと

★今後の課題
①ベイヤー処理のままだと途中にキャプチャーNX2を挟まないのでアストロノイズリダクションが使えない
別処理を考えないと・・・。

②LRGB合成の前だとあまりにもすさまじい偽色が出る。
色んな意味で、これ、大丈夫か?

③星の色が出にくいような気がする・・・。

④現像後のデータと異なりアンチエイリアシングされてないので、
なんか、光跡データがガクガクして見える。

⑤ステライメージのデモザイク処理は、処理後もベイヤー構造っぽい格子が見える。
(私の勉強不足??)

-------------
注)あくまで「素人」の考察です。
特にカメラ内での処理・現像ソフトの動作などは「妄想」のレベルです。

BYあぷらなーと☆


by supernova1987a | 2014-06-03 04:14 | 天体写真 | Comments(2)

イーブンオッド法の詳細

★イーブンオッド法の詳細手順紹介

比較明コンポジット法で星景写真を撮影した時に発生する「恒星の光跡に途切れが生じる」現象の軽減策として考案した『イーブンオッドコンポジット法』の詳細をご紹介しましょう。

<ニコン製デジタル一眼を用いてRAWで撮影した場合を想定しています>

<撮影時>
設定上の留意点は、私の場合下記の通りです。
※カラーバランスのバラツキ回避やデッドタイムの縮小のため、
 ・カラーバランスは「自然光」に
 ・露出は5~30秒に
 ・ドライブモードは最高速連写に
 ・長秒時ノイズリダクションは、必ずOFFに
といったところでしょうか

<画像処理の流れ>
①撮影したデータを用意します(厳密には合計枚数は偶数枚が良いのですが、奇数枚でもかまいません)
②キャプチャーNX2で現像します
 ※アストロノイズリダクションをかけることで輝点ノイズ(いわゆるホットピクセル)はほとんど除去できます。
 ※青ハロなどが気になる場合は軸上色収差補正の実行で軽減されます♪
 ※画面周辺の色ズレが気になる場合は倍率色収差補正の実行で軽減されます♪
 ※1枚だけ色々といじくりながら、お気に入りの設定を絞り込んだらバッチファイルとして保存して、すべてのファイルにバッチ処理をかければ楽ちんですね♪
 ※現像後データは、JPEGの最高品質で保存します
③ステライメージなどで、コンポジット処理します

<イーブンオッドコンポジットの詳細>
①撮影時刻順にファイルを並べます。

撮影時刻順にファイルに通し番号を振ります
 ※たいていはファイルネームから判断できるはずです。ちなみに、キャプチャーNX2なら、デフォルトでファイル名の末尾に000、001、002・・・などと通し番号を振ってくれるのでそれを利用します。

通し番号が000、002、004・・・など偶数番号のものをまとめて
 「イーブン群」と命名します。

通し番号が001、003、005・・・など奇数番号のものをまとめて
「オッド群」と命名します。

⑤ステライメージのバッチ処理で「コンポジット」を選択します

⑤合成方法として「比較明」を選択します

⑥イーブン群のファイルすべてを読み込ませます

⑦コンポジットを実行します
 ☆こんな画像ができます♪
f0346040_09282050.jpg
「イーブン群合成」などと命名して保存します。

⑧「オッド群」のファイルについて⑤から⑦を実行します
 ☆こんな画像ができます♪
f0346040_09282734.jpg
「オッド群合成」などと命名して保存します。

⑨「イーブン群合成」と「オッド群合成」を読み込んで、この2つをコンポジットします この際の合成方法としては決して「比較明」を選んでは「いけません」
・背景が明るめなら「加算平均」
・背景が暗めなら「加算」
を選ぶと、良い感じになります(あとでトーンカーブを選べばどちらでも良いですが・・・)
 こんな画像ができあがり、きれいに光跡がつながります。めでたい♪

f0346040_09283305.jpg

※100コマあたりの実行時間は、Core i7 3GHz (950)の場合で、
⑦⑧それぞれについて約1分でしたので、それほど時間がかかるものではありません。

比較明コンポジットの場合とイーブンオッドの場合を比べると
f0346040_09285297.jpg
※上図:比較明コンポジットで処理した画像
※下図:イーブンオッドで処理した画像

このように、光跡の切れ目が大幅に改善されたことが分かります。
もちろん、前回の考察の通りバックグラウンドが比較明の2倍になるため、S/N比は悪くなります。
上記の比較図で光跡が暗く見えるのはそのためです。

<今後の課題>
実は、今回の実験で『イーブンオッド法』の弱点も見つかりました。

前々から、比較明コンポジットしただけで「なぜか途切れない」例というのがありまして・・・・。
たとえば、明るい星がレンズの収差で肥大している場合などで、本来切れ目になるところまで光が拡散しているのですね。
そのケースで『イーブンオッド』をやってしまうと、逆に「つなぎ目が明るくなりすぎる」のです。
暗い星は比較明だと『黒く』途切れ、明るい星はイーブンオッドだと『白く』途切れる、ということです。)

「折衷案」としては
『イーブンオッドデータ』:『比較明データ』を2:1(S/N比が1:2だから)で「加重平均」したり、『イーブンオッドデータ』:『比較明データ』を「乗算」(論理積を取ることになるので、明るすぎるデータが飛びます)するなどすれば軽減されますが、なんだかすっきりしませんね。

詳細の考察は後日行うことにしましょう。

※注:『イーブンオッド法』は私が考案して個人的に命名しただけなので
一般的用語ではありません。念のため。

---Byあぷらなーと☆---

by supernova1987a | 2014-05-30 09:04 | 天体写真 | Comments(0)

比較明コンポジットの弱点③

・・・・・第3弾です。

★バックグラウンドがあった場合の考察

それでは、より差がわかりやすくなるために、バックグラウンドがあった場合に何が起こるか考察してみましょう。
たとえば、40秒露出を行うと、これまでで仮定した恒星の光跡の明るさと同等までバックグラウンドが明るくなってしまうという条件を仮定すると、各タイムラインにおける露光量は下記のようになります。
f0346040_04502026.jpg
この条件下で、加算平均・比較明・イーブンオッドのそれぞれの手法でコンポジットすると下記のようになります。
f0346040_05242429.jpg
ちなみに、この条件下でバックグラウンドのみ(星の見えない空域)を処理してみると
f0346040_05255366.jpg
このようになり、どの手法でもまったく同じ明るさになることが分かります。

ここで、各手法の効果を検証するために、S/N比を取ってみると
f0346040_05271168.jpg
f0346040_05432348.jpg
となり
 ①加算平均はコントラストが低いが光跡は途切れない
 ②比較明はコントラストが高いが光跡が途切れる
 ③イーブンオッドはコントラストが中程度で光跡は途切れない

と結論づけることができます。

★撮影枚数が増加すると・・・・

ここまでの考察は、撮影枚数が4コマという極端に少ないデータを処理するケースでした。イーブンオッドは、撮影枚数がいくら多くなっても加算平均的な処理をするのが1回ですむため、撮影枚数が増えれば増えるほど、加算平均との差が開きくはずです。
露光時間10秒のコマを16コマ用意し、それをそれぞれの手法でコンポジットした場合のS/N比をグラフにまとめると次のようになります。
f0346040_05334882.jpg
バックグラウンドの影響で加算平均コンポジットは著しくS/N比が低下し、イーブンオッドの優位性が際立つことがわかります。

★まとめ

撮影した画像を、いきなり比較明コンポジットをせず
 ①奇数コマのみを比較明コンポジットする
 ②偶数コマのみを比較明コンポジットする
 ③①と②の結果をさらに加算平均コンポジットする

この手法『イーブンオッドコンポジット法』によって
光跡の途切れは大幅に『改善』(多少は残るので)されることを見つけました。
今後の作品作りに活かしていきたいと思います♪

<早速、眉山の夜景入れた星景写真撮ってみました>
f0346040_05595198.jpg
薄雲があっても、「シマシマ」が出ないので安心ですねぇ♪

PS
 「『イーブンオッド』って・・・・宇宙線物理系の人ですか?」
いや、昔、高エネルギー宇宙線の空気シャワーをシンチレーションアレイで観測していたことがあって・・・ですね。
それで今回の手法をひらめいたのかもしれない・・・・です(笑)。


★実際の処理プロセスの詳細は、次回アップします♪

---Byあぷらなーと☆---


by supernova1987a | 2014-05-29 09:47 | 天体写真 | Comments(0)

比較明コンポジットの弱点②

前回の続きです♪

これまでに、簡単なモデルケースについて考察してみて
比較明コンポジットでは
f0346040_04005686.jpg
このように、そもそも光跡が途切れる可能性が見えてきました。
上記の表をプロットしてみると、
f0346040_04253888.jpg
実際に比較明コンポジットしてできた恒星の光跡部分の明度分布の実測データ↓とよく似た傾向を示します。
f0346040_04274477.jpg
★新しいコンポジット法

私が『イーブンオッドコンポジット法』と勝手に名付けたコンポジット方法は
次のようなものです。


 ここまでの考察から、比較明コンポジットで光跡が途切れるのは、たとえば本来10で有るはずの明るさが、6と4というように前後のコマに分散された結果、それらの最大値をとっても本来の10には戻らず6になってしまうという、ロジック上の問題が効いているようです。これを合計して本来の10に戻すことができればいいのですが、単に加算したり加算平均をとったのでは、夜空のバックグラウンドも強調されるため、恒星が背景に消されてしまいます。

 そこで、撮影したデータを2群に分けることを思いつきました。
  撮影番号が奇数であるものを「オッド群」と命名します
  撮影番号が偶数であるものを「イーブン群」と命名します
それぞれの群の中で比較明コンポジットを行うと、どうなるでしょうか?

<奇数グループ(オッド群)>
f0346040_04370900.jpg
<偶数グループ(イーブン群)>
f0346040_04371672.jpg
ここで重要なのは、コマ間を1つ飛ばしたため、比較明合成する際にコマ同士のデータが重ならないことです。したがって、たとえばオッド群の1コマ目の5番センサーの「1」というデータですら、棄却されずに残っています。

次に、各グループの比較明コンポジットデータを加算平均することを考えましょう。
f0346040_04372843.jpg
平均したため、合成後の値が小さくなりましたが、光跡の途切れはなくなりそうです。


★単なる加算平均と何がちがうのか?


 確かに、単なる加算平均コンポジットした値を2倍すると、「イーブンオッド法」でコンポジットした値と全く同じになったように見えます。
f0346040_04444211.jpg
しかし、それは夜空のバックグラウンドを考慮に入れていないためで、実際にバックグラウンドがあった場合、加算平均値を2倍した段階でバックグラウンドも2倍されてしまい、SN比が悪くなります。

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次回は、バックグラウンドがあった場合について考察します♪

---Byあぷらなーと☆---


by supernova1987a | 2014-05-28 09:10 | 天体写真 | Comments(0)

比較明コンポジットの弱点

前回のブログで、比較明コンポジットで生じる星の光跡の途切れを解消するための秒案を思いついたと書きましたが・・・・。

そもそも、なぜ、比較明で星の光跡が途切れるんでしょう??
いや、星だけではないのです。実は、もっと顕著にこの現象が現れるケースがありまして
たとえば、

f0346040_03090524.jpg
こんなケースですね。
これは瀬戸大橋と北斗七星の日周運動を狙ったものですが、途中から雲にやられて大失敗!という写真です。
33コマの画像を比較明でコンポジットしてあります。
・・・・・が、よく見ると、星よりもなにより、この「雲」が奇妙なのです。
拡大してみます。

f0346040_03124197.jpg
・・・あまりにもシマシマすぎます(笑)
コマとコマとの間のデッドタイムにしては、切れ目が長すぎますよね?
カメラ内のシャープ処理などの影響にしては、現象が巨大すぎます。

さっそく、今回の妙案『イーブンオッドコンポジット法』で再処理してみました。
・・・すると・・・

f0346040_03174057.jpg
おお♪
完璧ではないにしろ、
ほとんど切れ目が消えちゃいましたよ!残るムラは、デッドタイムの影響と言っても納得できるレベルです。
やはり『イーブンオッド法』使えそうです♪

★そもそも、なぜ光跡が途切れるの??


実際の撮影データから判断して、比較明コンポジットで恒星の光跡が途切れる原因は撮影間のデッドタイムが主要因ではないことがはっきりしました。
そこで、単純なモデルで何が起こっているのかを考察してみました。

たとえば
 28mmのレンズを APS-Cデジタル一眼で使った場合
 ①水平(撮像素子の長辺))画角は約45度となります。
 ②天の赤道上の天体は約24時間で360度移動します。
 ③ニコンD7000の水平方向の画素数は4928画素です。
モデルを単純化するために、次の条件を設定します
 (実際はベイヤー配列なので、正確には4画素で1ピクセル相当でしょうが)
モノクロのセンサーが水平方向に4928個並んでいるとします。

以上の条件で天の赤道付近の天体を固定撮影した場合、
 天体の点像が撮像素子上を移動する速度は、約0.45ピクセル/秒となります。
さらに、実際の天体の像がレンズの収差やローパスフィルタによって(R×1+G×2+B×1の)4画素上に拡散されていると仮定します。

そうすると、
 像の先端が1個のセンサーを横切るのにかかる時間がおよそ2秒
 像が完全に1個のセンサーを覆っている時間がおよそ2秒
 像の終端が1個のセンサーを横切るのにかかる時間がおよそ2秒

という非常に単純なモデルができあがります。そこで、センサーが受け取る露光量を見積もるために、下記の3つの状態に分けて考えてみます。
 A:センサーを像の先端が横切る間
 B:センサー全体が像に覆われる間
 C:センサーを像の後端が横切る間


Bの場合、
 この場合、センサー全体に2秒間光が当たっている状態ですので、これを露光量「2」と定義します。

Aの場合、
 センサーの1辺を1と定義すると、像の先端がセンサーを通過し始めてからの経過時間をtとして、センサー上に光が当たっている面積は0.5tとなります。
露光量は光が当たっている面積と時間との積に比例しますので、光が当たっている面積をtで積分すれば0.25t*tとなり、先端が横切る2秒間の露光量は「1」となります。

Cの場合、
 時間を反転させれば、Aと同じなので露光量は「1」となります。

以上をまとめると、このモデルでは
1つのセンサーについて、恒星の像が通過する間
 0~2秒で露光量1
 2~4秒で露光量2
 4~6秒で露光量1

を得ることになります。


<記載ミスがありましたので以下加筆修正しました(5/30)>
同様に、下記の理想的モデルでは
 ①星の像が3×3ピクセルに拡散
 ②センサー上の像移動速度は0.5ピクセル毎秒
 ③センサー上のベイヤー配列は無視
 ④横に(像面の移動方向に)20個並んだラインセンサーを想定
 ⑤像にセンサー1個が1秒間おおわれた場合の露光量を1と定義
露光量を得るタイムラインは下記のようであると推測できます
(横がセンサーの番号、縦がタイムライン)

f0346040_03483004.jpg
ここで、カメラ側で10秒間の露光を4回行い、ドライブモードがデッドタイム無しの連写であるという理想的条件を想定すると、たとえば、1コマ目の露光は、上記のタイムラインの0~2、2~4、4~6、6~8、8~10をそれぞれのセンサーについて加算したものとなるので
f0346040_03514186.jpg
1コマ目の画像をピクセル等倍で観察すれば、
1番センサーから5番センサーまでに像が写っており、その明るさは
 8・7・5・3・1

となっているはずです。
 ※あくまで単純かモデルのためベイヤー素子の画素混合プロセスは無視しています。

重要なのは、センサー番号1~5まですべてのセンサーの明度が異なることです。この点が、今回の新しいコンポジット技法考案のヒントとなりました。

 さて、同様に、2コマ目の撮影では
f0346040_03535568.jpg
 となり、2番センサーから10番センサーまでが
 1・3・5・7・8・7・5・3・1

という明るさの像をとらえているはずです。
以下同様に、4コマ目露光までをまとめるとこのようになります。

f0346040_03552173.jpg
次に、これらの4コマの画像をコンポジットすることを想定してみましょう。

加算平均は、まさに、上記の表を縦に足し、4で割るだけだけですので
f0346040_03585120.jpg
このようになることが予想され、この明度データの列が、恒星の光跡像と考えられます。
次に、比較明コンポジットでは、比較した画素データのうち、明度が最も高い値が採用されるというものですので、上記の表を縦に見て、最大値を拾うと

f0346040_04005686.jpg
となります。この表から明らかなように、恒星の光跡は一様の明るさではなく、このケースなら3番4番や8番9番などのセンサー値が暗くなっており、おそらく光跡が途切れる主要因になっているのではないかと推測されます。
このように、
比較明コンポジットでは、
 ①デッドタイム
 ②ベイヤー素子の画像生成処理
 ③各種の輪郭強調処理
 ④各種のノイズリダクション
などなど、数々の(画像を劣化させる恐れのある)要因をすべて排除したとしても、そもそも「原理的に恒星の光跡が途切れる」
コンポジット法であるということがはっきりしました。

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ふう・・・長くなったので、以下次回に続けます♪

---Byあぷらなーと☆---



by supernova1987a | 2014-05-27 04:03 | 天体写真 | Comments(0)


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