ASI1600MC-COOLの謎④

★ここまで長かったぁ

結局、「エンディアン形式」「FITSの書式」「補数表現」の３匹のモンスターと３週間ほど格闘していたことになりますが、おかげさまで、ようやくまともにASI1600MC-COOLのFITSファイルが読み出せるようになりました。

これで、いろんなパラメータを変えたときに、輝度分布がどうなっているのかとか、シグナルとノイズの見分け方はあるのかとか、色々遊べそうです。

ちなみに、RGBそれぞれの画像データを抜き取るルーチンも実装済みなので、その気になれば「自前RAW現像」できそうです。うひひ・・・・。

★おっと、その前に！！

色々と楽しむ前に、基本を固めておかないとダメでした。

ご承知のようにASI1600MC-COOLは、撮像したアナログデータを12ビットADCで量子化して、最終的に16ビットFITSを吐き出します。

ただし、格納できる輝度空間（明るさのレンジ・階調）が、(2^16)／(2^12)＝16　となり　１６ビットの１６分の１しかありません。さてどのように記録されてるのでしょうか？

・・・・というわけで、やってみた♪

★G素子の輝度分布の「超」拡大

前回のトーンカーブを描いた元データからG1素子（GRBGグループに含まれる２個のGのうち片方）の輝度データを抜き出して、その一部を拡大表示させてみると
はい。
こんな感じで輝度分布が『飛び飛び』になっているのが分かります。
理論的には、「１６」離れた間隔でデータが散らばっていると想像できますが、本当にそうなのでしょうか？今度は少し別な角度から分析してみます。

★輝度間がどれだけ離れているか集計してみる

ヒットしたピクセル数がゼロの輝度値を削除して、「輝度間隔がいくらのデータが多いのか」「輝度と間隔との相関はあるのか」を視覚化してみます。

※横軸は輝度値、縦軸は輝度間隔を示します。
たとえば、３００という値の次が３２０ならば、間隔は２０となりますので、座標（３２０,２０）に１つ点が打たれます。
数値軸は、より広範囲について相関が見やすいように、両対数グラフにしてあります。

これを見ると、輝度が高くなればなるほど、間隔が狭くなっていることが分かります。高輝度データがサチったりトーンジャンプしないように、ガンマ値を調整したと考えればつじつまが合いますね。

ところが、「きれいな相関を示す群」（オレンジ囲い）の上下には「奇妙な分布を示す群」（ブルー囲い）が見られます。これは一体何なんでしょう？？

別に根拠があるわけではありませんが、たいていこういったイレギュラーな分布を示すデータは『個人的に』ゴミデータだと思いたいのが心情。その正体がショットノイズなのか、ダークノイズなのか、はたまたリードノイズなのかは分かりませんが、１２ビットADCからは『出るはずのない』値が吐き出されているのは間違いありませんねぇ。


★もっと細かく見てみます

実際に、等間隔であるべき狭い領域に、不自然に割り込んできたデータの実例をお見せします。
表の黄色セルは、他の白いセルに１万個前後のピクセルがヒットしているというのに、たった１～２個のピクセルしか該当していません。どうも胡散臭いですね。右の方対数グラフでも、ほぼ等間隔に並んでいる上の群と異なり、下の群は異質です。

そういえば、前回のブログでお見せした輝度分布図の中に現れてきていた、「変なところにあるデータ」↓と同一なのではないかと推測。

★あらたな謎も・・・・

もっと比較データを取らないと、はっきりしたことは言えませんが、今のところ暫定的結論として

＜ASI1600MC-COOLのADCを12ビット駆動して１６ビットFITS出力すると＞

　①１６ビットの輝度空間に１２ビット分の輝度データが分散配置される。
　②分散配置される感覚は一定ではなく、輝度値と相関関係がある（ガンマ値次第？）
　③想定される輝度値と異なる数値を示すピクセルが混じっている（ノイズの影響？）


★ではノイズが出そうにもない条件ならどうだ？

ASI1600MC-COOLは元々ノイズが少ないので、冷却した上に超短時間露光ならノイズの影響はほとんど受けないと思われます。

・・・・で、やってみた。

ディスプレイに映し出したグラデーションをASI1600MC-COOLで撮影して分析する・・・という・・・。

★★★以下続きます★★★