天体写真

ダークノイズ減算の謎②

★今夜は雲が多くて撮影できないので・・・
透明度もシーイングも良好なのですが、あいにく雲が多くて撮影できそうにありません。
よし、こういう夜こそ絶好の『考察ごっこ』日和だッ!

・・・というわけで、いつぞや公言した謎解きを進めてみます。

ちなみに『公言』した謎解き予告は7つ。
 謎①:「ダークノイズには2種類ある?」
 謎②:「ホットピクセルって灯きっぱなしじゃないの?」
 謎③:「従来のダーク減算で消しきれないノイズは如何ほど?」
 謎④:「手動ダーク減算してもダークノイズが残るのはなぜ?」
 謎⑤:「ダークを引くとかえってノイズが増える説の真相は?」
 謎⑥:「ダークフレームって何コマぐらい必要なの?」
 謎⑦:「従来のダーク減算でもうまく作用することがあるのは何故?」
そのうち今回解き明かすのは、謎⑦です。

いやー、なにやら素人の『考察ごっこ』が色々と物議を醸し出しそうな気配でして。
これ、早めに記事にしとかないと早合点して混乱する方とか現れそうなので(笑)。

要するに
「はあ?ステライメージのダークファイル減算機能は負の値をカットしてるのでダークが取り切れない、だと?うちの環境では再現できないんだけど??」
という混乱を避けたいというのが、今回のエントリーの主旨です。

ええと・・・実は、あぷらなーとの思考回路は『理系的思考』『文系的思考』『芸術的思考』がそれぞれ1/3ずつ占めてます。
まあ、本業で小中高生相手に理科・数学・現代文・音楽を教えている(我ながら無茶やってるなぁ)のですからこうなるのも仕方ありません。

さて、天体写真を撮る際には(あくまで個人的なイメージですが)
『理系っぽいアプローチ』:過程重視。成功しても再現性が無い手法は認めない。
『文系っぽいアプローチ』:効率重視。いち早く『最適解』を入手して速攻で成果を出す。
『芸術っぽいアプローチ』:結果重視。美しければ過程は問わない。
3つのアプローチが考えられます。(あくまで『ぽい』ですので、いじめちゃダメ♪)
ある意味どのアプローチも正しいのですが、今回はこのうち『理系っぽいアプローチ』で遊んでみます



★北アメリカ星雲を撮影したときには
長らく悩んでいた「ダークファイルを引いてもダークノイズが残っちゃう」という問題に対して、初心に返ってダークファイル自体を色々と調べて見た結果、次のことが分かりました。
 ①ダークノイズは結構揺らいでいる
 ②個々のライトフレームからダークファイルを減算すると負の値になるコマが生じる
 ③ステライメージのダークファイル減算処理では負の値が強制的にカットされている
よって、(ステライメージを用いた)従来のダーク減算処理では、コンポジット後に正しい値が得られません。
(負の数をカットすることにより、「差分の平均」と「平均の差分」が一致しないから)

そこで苦肉の策として編み出したのが、バッチ処理(ワークフロー)を利用した『手動ダーク減算法』です。

この『手動ダーク減算法』の効果を分かりやすくするために、あえて位置合わせをせずにコンポジットしてみると・・・
f0346040_04064640.jpg
 ※左:従来のダーク減算処理 右:『手動ダーク減算法』

このように、いわゆるホットピクセルが劇的に減少していることが分かります。
ところが・・・・!



★話はそう単純ではない
先日、邪道・新兵器として投入した『とりぷる☆みるとる』で撮影したハート星雲の画像処理をしていた時、「従来のダーク減算法」と『手動ダーク減算法』とで、その結果に全く(といっていいほど)差異が無いのを見つけました。
たとえば、こんな感じです。
f0346040_04105547.jpg
 ※左:従来のダーク減算処理 右:『手動ダーク減算法』

ね?従来のダーク減算法で十分に『ホットピクセル』が除去されていて、『手動ダーク減算』の必要性が全く感じられません

げげっ!
これ再現性が無いやんかー。気色悪い~。


★俄然面白くなってきたー♪
えー。ベテランの方はすでに答えが見えてると思うんですが、一見矛盾しているように見える2つのケースですが十分有り得る話です。
要するに、ライトフレームからダークファイルを減算するときに『負にならなければ、どうということはない』のですよ。
ということは、バックグラウンドの輝度がダークノイズの揺らぎよりも十分に大きければ良いわけです。

では、最近お気に入りのマカリを使って「北アメリカ星雲」の時と「ハート星雲」の時で何が違うのか『解析ごっこ』してみましょう。
f0346040_04241454.jpg
 ※上:北アメリカ星雲のダーク減算後画像 下:ハート星雲のダーク減算後画像

ああ、なるほどね♪
やっぱりハート星雲の時はたまたま透明度が悪かったので背景が明るかったんですねぇ。だから「従来のダーク減算」で十分なノイズ除去効果が出た・・・と。
では、その差を分かりやすくグラフにまとめてみます。

すると・・・

ででん!
f0346040_04301288.jpg
 ※水色:北アメリカ星雲撮影時の背景輝度の分布例 オレンジ:ハート星雲撮影時の背景輝度の分布例

ダークノイズの揺らぎはASI1600Proを-15℃・ゲイン300・30秒露光で運用した場合、ザックリと見積もって400~800カウントくらいあります。
したがってライトフレームのバックグラウンドの輝度が400を切るあたりから「従来のダーク減算」に大きな不具合が生じます
逆に言うと、バックグラウンドの輝度が800以上なら「従来のダーク減算」でもほとんどリスクが無いんですね。
・・・で、先日の『とりぷる☆みるとる』で撮影したハート星雲はこの条件を楽々クリアしていたので、『手動ダーク減算法』を持ち出すまでもなかった(効果が見えない)ということですね♪


★謎⑦に関する暫定的結論はっ!
というわけで、
 謎⑦:「従来のダーク減算でもうまく作用することがあるのは何故?」
の解答としては、概ね
露光時間が長い・背景が明るい・撮影対象が明るい などの要因により、
対象となるエリアの輝度が概ね800カウントを越えた場合はダークノイズの揺らぎによる負の値が生じないため。
といったところで正解だと思われます♪
ま、あぷらなーとのように『邪道』(短時間露光+多数枚コンポジット)がお好きな方以外はそんなに気にすること無いってことですね。



★黒い縮緬ノイズの軽減法に関しては揺るがず
ちなみに、バックグラウンドが明るい場合でもASI1600MMシリーズにおける『クールファイル補正法』の効果は絶大でして・・・
f0346040_04485428.jpg
 ※左:ダーク減算のみ 右:『クールファイル補正法』を適用

このように、ダーク減算やフラット補正では原理的に消せない『クールピクセル』が効果的に除去できていることが分かります。
『クールファイル補正法』はその手順が結構ややこしいのですが・・・・・
これを一発でバッチ処理できる機能をFlatAideProに実装された ぴんたんさん には頭が上がりません。
(しかも無料ライセンスのままでも使えるという大盤振る舞い!)


★さて・・・と
なんだか巷で『ナローバンド・ハート星雲祭り』が展開されていて、みなさん凄いのを撮られているご様子。
むう・・・明日の晩(というか今日だけど)晴れたら、リベンジするかな?

な、なにッ?
f0346040_05242374.jpg
くわとろ☆みるとる』・・・だと?



★★★お約束★★★
①各種『検証ごっこ』の結果は、あくまであぷらなーと保有のASI1600MMーProの特性を示した物に過ぎません。
②ASI1600MMシリーズは個体差が大きいので最適な処理方法は異なる可能性があります。
③素人ゆえに『解析ごっこ』の途中で致命的ミスをやらかしている可能性は否定できません。
④現在MILTOL200ニコン用の最安値はケンコーのオンラインショップのジャンク品ですが、カテゴリーは「望遠鏡」ではなくなぜか「双眼鏡」です。
 ※情報をいただいた せろおさん に感謝♪(おかげでまた一匹増えちゃったという・・・)
 ※「キズ有り外箱無し」の表記だったのに、なぜか箱入りの新品(?)が届いちゃってラッキー♪

Commented by kem2017 at 2018-11-03 06:32
くわとろ☆みるとる... クワトロ・バジーナに無理矢理持って行く伏線と見たッ! ビシィ!
ってのは、置いといて、なんすか、L画像でも撮るんすか?

ノイズ、一定時間経過後に現れて、以降継続するようなヤツもいるみたいです。タイムラプスもどきやってると見かけます。

昨夜、撮影しようとしたら、曇りだったのでフラットをゴソゴソやったら、「思ってたよりずっと明るい」のが「合うフラット」みたいで...

ライト画像も「かなり露出した明るいのだとこれまでの手法でも大丈夫」ってのを読んで、ああ、そうか、冷却CMOS使って、以前では考えられないような短時間露光・多枚数処理が蔓延(?)しつつあるので、諸々な課題が浮き出してきているのかなぁ?と思っちゃいました。

長文コメント失礼
かしこ
Commented by supernova1987a at 2018-11-03 06:51
> kem2017さん
あうー。読まれてたかっ!
いや別に本体金色に塗って百ってマークを入れたり、冬場なのにノースリーブで撮影したりしたいわけではありませんが、まだ終わらんよ(笑)。
さて、ミルトルはアクロマートなのでRGBとかLとかは無理。4本目はHβ狙いです♪
と言いつつ、いずれどうしても200mm級レンズが多数必要だったのでこの機会に揃えちゃった。近いうちにMILTOLとBORGの混成艦隊を編成して「アマチュア初の対象」撃破にチャレンジ予定。

ダークノイズ色んなのが居ますね。こちらも近日中に面白そうな事を計画してします。
Commented by オヤジ at 2018-11-03 08:24 x
本題は、難し過ぎて頭ポリポリですが、ハードの世界は。(笑)
同じ鏡筒を2本そろえるって、何故か、今、難しくて嫌になります。
BORG36ED全く同じパーツで、もう1本。対物レンズでしょうか。メーカーの在庫も底を突いているというか、倉庫が小さいの鴨。
それとも、売りたくないのか。(笑)
軽いので、2本で撮影なら36EDしか考え付かないのです。
BORF71FLやFS-60CBは、2本だと重すぎますよね。
納期未定の見積もりメールばかりで、機材の調達で難儀してます。
所で、3本鏡筒ですが、基準の1本は微動雲台は付けず、他の2本は右へ習え!で微動雲台を使いますよね。
どんな雲台をお使いですか。
軟いと、鏡筒の向きによってはたわむのではないかと、色々、ネット徘徊してます。(笑)
Commented by supernova1987a at 2018-11-03 09:14
> オヤジさん
そうですね。おんなじ鏡筒を揃えるのは意外とタイミングが難しくて、迷ってるスキに製品自体が無くなることも多々(ミニBORG60EDも、カプリ102EDも、ビクセンED70SSも未遂)その点、MILTOLはジャンクならフラットナーとカメラアダプタ込みでも1セット7800円なので、エイヤと揃えちゃいました。勿論アクロマートなのでナローバンド以外は使い物にならないですが。

さて、微動雲台はスリックのSMH-250を愛用しています。無論たわみが出ますので、時間とともに各鏡筒がそれぞれ違う方向にズレていきます。よって、長時間露光もオートガイドも完全に捨て去る勇気がないとオススメできません。私は元々短時間露光+ノータッチガイド派なのでヘッチャラですが・・・。

※本編は難解ですが、『手動ダーク減算法』と『クールファイル補正法』を用いれば、短時間露光+ノータッチガイドでも、長時間露光+オートガイド+ディザリングに肉薄できるハズ、という主旨です。
Commented by 上杉蒼太 at 2018-11-03 14:22 x
くわとろ☆みるとる……。ティターンズと戦うのに相応しい装備ですね!(謎)
冗談は置いといて、手動ダーク減算自分も試してみましたが、効果がほとんど無くて首を傾げたのですが、これで納得いきました。まあ、そもそも縮緬ノイズが出るようなガイドをしなければいいのですが、どうしても上手くいかないです。PHD2を使っているのに焦点距離1800mmで1分が限界とか……。
あ、前回の話(?)ですが、自分はマミさん派です(なぜか周囲からはほむほむ派だと思われていましたが。なんで?)
Commented by supernova1987a at 2018-11-03 19:11
> 上杉蒼太さん

結局、色んな手持ちパーツを取っ替え引っ替え、数時間格闘してついに完成しました。『くわとろ☆みるとる』ついでにRGB用のBORG60EDも同架して、まさに強襲用重火力モビルアーマーの様相です。昼間の内にあらかた設定をしていたのですが、たった今雲がどいて晴れ上がりましたので・・・「くわとろ☆みるとる、出るっ!!」

さて、結局短時間露光+多数枚コンポジットでどうしても長時間露光よりもノイジーになっちゃう原因の1つがダークノイズ減算のロジックにあったという訳で、長時間露光の場合には影響ないですね。まあ、逆に考えると、これで短時間露光でも長時間露光に迫れる可能性が出てきたというところでしょうか。

P.S.
ははー。上杉さんはマミさん派でしたかー。マミさん、主役級にエレガントな戦闘を行いますものねぇ。ちなみに私は「ゆゆゆ」から入って「まどマギ」に移行したので、マミさんがシャルロッテにマミられたときには軽い鬱になりました。あれ、子供には見せられないすねぇ。
Commented by uto at 2018-11-03 22:30 x
ミルトルジャンク、お値段上がってましたー・・(泣)
200mmはアクロマートながらフラットナー内蔵でちょっと面白そうですよねー
撮影結果、楽しみにしています。大佐。
Commented by にゃあ at 2018-11-03 23:07 x
黒が4つも並ぶと壮観ですね。暗殺集団のような雰囲気。クアトロ・バジーナは想定の範囲内なので、、、クアトロ・フォルマッジにしませんか? あ、おなか減ってきた……。
Commented by kem2017 at 2018-11-03 23:10
美味しいよねぇ。蜂蜜で。
Commented by supernova1987a at 2018-11-03 23:13
> utoさん
ああっ、ほんとだ。しれっと値上げされてる!!
ちなみにアマゾンの某では、私が1本買う毎に値段が上がっていってたりして、なんか在庫が少なくなって希少価値が出てくると連動して相場が変わる仕組みなのかなぁ・・・と思っちゃいました。
MILTOL200、ヘリコイドにストッパーが無かったり、三脚座の位置が重心と大幅にズレてたり、色々とアレなところがあるのですが、(定価ではなく現在の)値段を考えると、良くできていると思います。ビクセンの62mmのヤツも4枚玉だけど、どうなんでしょ?・・・あちらは相当にお高いですが。

さて、ハート星雲撃破のため出撃中の『くわとろ☆みるとる+α』、戦況を見に行ったら夜露による集中攻撃を受けてたので、急遽「iフィールド」(ドリンクウオーマー)を巻き付けてきました。危ない危ない。とりあえず各波長につき240コマずつ確保したけど・・・まだ終わらんよ(笑)
Commented by supernova1987a at 2018-11-03 23:20
> にゃあさん

調べて見たら「フォルマッジ」ってチーズの意味だったんですね。
クワトロはスペイン語と同じなのに、チーズはケソ(スペイン語)とフォルマッジでは全然語感が違うので気づかなかったー。ああ、お腹が減ってきた。
Commented by supernova1987a at 2018-11-03 23:22
> kem2017さん
うどんの食い過ぎで糖尿の治療も受けている身としては、夜食は厳禁なのですよー。
ううー。でも天体観測している時くらいは・・・・ダメ??
Commented by Te Kure at 2018-11-04 10:09 x
確かに狂気の沙汰の様な・・(笑)
でも壮観でしょうね〜!
結果を楽しみにしております。

ところで、うどん好きの糖尿ですか・・
糖質制限療法が注目を集めつつ有る昨今、ご愁傷様です。(笑)
Commented by supernova1987a at 2018-11-04 12:24
> Te Kureさん
わはは。まさに『邪悪』ここに極まれりといった様相です。(実は、今後の大きな目的があって、その予備実験です。)フィルム時代から複数カメラの同時運用には慣れているので何とかなりますが、清く正しい天文ファンがコレをやろうとすると、(その煩雑さで)気が滅入るかもしれません。今回は(MILTOL以外)全て手持ちのパーツで組んだので撓み対策とかが皆無で、撮影する天体の方向を変える度に各鏡筒の向きを微調整しないといけません。要するにアライメントもオートガイドも意味を成さないので、「短時間露光+多数枚コンポジット」しか運用方法がありません。

さて、血糖値は前々から高めだったのですが、肩を怪我して全く運動ができなくなったこともあり悪化。肩の怪我の入院と合わせて治療中です。ああ、以前のようにうどん屋のハシゴとかしたい・・・けど我慢ガマン。
Commented by せろお at 2018-11-04 20:51 x
「そんな大人、修正してやるぅ~~~」で殴られちゃう人ですね!
お役に立てたようで何よりです。
「とぅえるぶ☆みるとる」も期待していたのですが(笑)

KENKOジャンクは、ジャンクという名のアウトレットで、
実質、保証無しの新品です。
と思わせといて、付属品がなかったり、傷があったりすることもあるので、何が来るかはお楽しみです(笑)
いずれも使用できなかったということはほとんどないです。
(レンズのAF効かなかったり、三脚のネジが締まらなかったりはありましたけど)

> utoさん
値上がりではなく、価格が元に戻っただけです。
待っていればそのうちまた30%ビキニなりますよ。
Commented by ゴットハンド at 2018-11-04 22:35 x
なるほど、読んでいて腑に落ちたような感じがします。
これはこれで、短時間、多数枚のデメリットなんですかね。
でも、原因と対策が分かれば物の数ではないですね。(笑)
ウチの写真でシマシマノイズが出た原因は、単にダーク不足が原因でした。アドバイスありがとうございました。m(__)m
ところで、クワトロミルトル、黒くてかっこいいですね。一本1万とは思えない。
しかし、どこにつけるんだろう? もしかして裏面?
Commented by supernova1987a at 2018-11-05 05:01
> せろおさん
いやー。ホント助かりました。
1万円だったハズが、翌週には1万4千円、その翌週には2万円になってたんですもの。
ジャンクコーナーは愛読してるんですが、まさか双眼鏡カテとは思わなかったもので・・・。
『12機』に関しては・・・・たぶんいずれ『混成部隊』で組んじゃうと思います。
冷却CMOSカメラ×5機+デジタル一眼×7機を使って計画中の作戦があるので。理論上たぶん失敗するんですけど、万が一ってこともありますので冬休みに決行予定です。今回の企画はその準備データを取るのが目的だったりもします。
Commented by supernova1987a at 2018-11-05 05:07
> ゴットハンドさん
おっしゃるとおり、どうも自分の写真は『縮緬ノイズ』が出まくるなぁ・・・と皆さんの作品を見ながら「ディザリングで消せるとか、そういうレベルでは無い」と悶絶してたんですよねぇ。
まあ、これで長時間露光のメリットも分かったことですし、短時間露光の不利要素を回避する方法もハッキリしたので満足です。

『くわとろ☆みるとる』の配置、なんと正解です。プレートの裏面に装着して上手くバランスが取れるように工夫しました。最新記事にその禍々しい姿をタップリと掲載しましたので、大笑いしてやってください♪

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by supernova1987a | 2018-11-03 05:33 | 天体写真 | Comments(18)

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