機材

ASI294MCの謎⑥

★本業が忙しい時期なので・・・
年度末はドタバタする時期なので、やむを得ず天体観測も冷却CMOSカメラASI294MC-Proの『検証ごっこ』も一時休止中です。
でもSamさんの検証がバリバリ進んでいて、次々と興味深いデータが公開されています。
う・・・うらやましすぎるぅ・・・・。


★Samさんのエントリーを拝見して
少し気になった事があったので、少し『考察ごっこ』してみることにしました。
Samさんによれば、特定の色チャンネルデータについて「デモザイク(ディベイヤー)の前後で輝度値のバラツキ(ノイズ)が変化している」とのことです。

たしかに、ベイヤーセンサーで撮像したある色データについてデモザイク処理する際には補完処理が行われますので、直感的にはデータが『均されて』ノイズ量(標準偏差)が小さくなるような気がします。

というわけで、簡単なシミュレーションを行ってみることに♪



★手抜きシミュレーション決行!


残念ながらあまり時間が無いので、DelphiやPythonでコードを書いているヒマはありません。
そこで、EXCEL君で簡易的なモンテカルロシミュレーションを行ってみることにしました。

ASI294MCのベイヤー構造は「RGGB型」ですので、下記のような色配置だと考えられます。
ASI294MCの謎⑥_f0346040_00584795.jpg
この素子で撮影したFITSデータをデモザイクした場合には、たとえばGチャンネルなら
ASI294MCの謎⑥_f0346040_01001325.jpg
このようにスカスカになっている部分(上の図の白いセル)について隣接する4つのセルの値の平均値を格納することによって画素補完していると予想されます。

この補完作業(ディベイヤー)によって、果たして輝度データのバラツキ(標準偏差)が小さくなるのでしょうか?
早速シミュレーションしてみましょう。


★シミュレーションの前提
前提①
 G素子の平均輝度データは9800とする(Samさんの実測データ)
前提②
 輝度データは正規分布にしたがい揺らぐと仮定する
前提③
 デモザイク前の輝度揺らぎ(標準偏差)は66であると仮定する(Samさんの実測データ)
前提④
 簡単のため、固定ノイズの影響や周辺減光の影響は想定しない
前提⑤
 総画素数4356ピクセル、有効画素数4096ピクセルを想定する。
 ※再外周部のピクセルは隣接ピクセルが不足するため有効画素数に含められないから。

では、行ってみましょう。

まず、下記のようなイメージの66×66の配列をEXCELに設置します。
ASI294MCの謎⑥_f0346040_01155945.jpg
緑色のセルがG素子だと仮定して、そこに平均値9800・標準偏差66の正規乱数を入力します。
これでG素子の『素のデータ』がシミュレートされました。

次に、デモザイクの処理をシミュレートしてみます。
ASI294MCの謎⑥_f0346040_01180249.jpg
黄色のセルはG素子が無い空白なので、隣接する4つのセルの値(赤い丸)の平均値を代入します。
ASI294MCの謎⑥_f0346040_01175328.jpg
すると、上記のような補完結果が得られます。
前述のように、再外周部(グレーのセル)は無効データとして捨てます。


★デモザイク前のG素子輝度分布は
ASI294MCの謎⑥_f0346040_01154664.jpg
このように、平均輝度9806・標準偏差67というシミュレート結果が得られました。


★デモザイク後のG素子輝度分布は

ASI294MCの謎⑥_f0346040_01231800.jpg
このように、平均輝度9806・標準偏差53というシミュレート結果が得られました。


★シミュレーションを10回繰り返すと・・・
同様のシミュレーションを10回繰り返してその平均を取ってみます。

すると・・・

ででん!!


★デモザイク無し
輝度平均:9804
標準偏差:65.7

★デモザイク有り
輝度平均:9801
標準偏差:52.5

・・・というわけで、
カラーカメラの各種性能を『検証ごっこ』する際には、
「デモザイク前なのかデモザイク後なのかという条件を揃える必要がある」
ということみたいですね。


★さて・・・と
また当分は本業で忙殺されそう。
今日は終日シトシト雨だったけれど、激安MILTOL200+D7000でお家の木々をスナップ。
ASI294MCの謎⑥_f0346040_01421008.jpg
ASI294MCの謎⑥_f0346040_01422160.jpg
ASI294MCの謎⑥_f0346040_01422849.jpg
アクロマートレンズの200mmF4なので色収差も残っているし像も甘いんだけれど・・・
こういうシットリ系の写真にはむしろ好都合なのかもしれないなぁ♪
特にトロトロの後ボケは神がかってるし。


Commented by Sam at 2019-03-05 19:16 x
あぷらなーとさん、こんばんは。非常にわかりやすい説明と、シミュレーション素晴らしいです。
やっぱりdebayerでばらつきが少なくなるのは一般的みたいですね。しかも私が得た結果とほとんど同じくらいのばらつき具合の減り方になるとは、別の方法でも検証もできたということで、ある程度正しいということもよくわかりました。

やはりSharpCapもdebayerした結果を使っているのでしょうか。そうでないとあのばらつき具合の少なさは説明できないと思います。

いやあ、なかなか面白い展開になりつつあります。測定沼、めちゃくちゃ楽しいですねー!
Commented by にゃあ at 2019-03-05 19:18 x
あぷらなーとさん、束の間ですが復活ですね!難しいところは分からないのですが、最後の地上の写真は、だれもアクロマートレンズの200mmで撮ったとは思わないですよね。雨上がりの写真は雰囲気があって好きですが、外に出るのが億劫になってしまいがちです(><)
Commented by 是空 at 2019-03-06 19:21 x
実機を使わなくても、実機測定と同等のシミュレーションができるのがすごい。
ただただ関心するだけ。

MILTOL、いいボケしてますね。
私はボケに対して特別なこだわりがある方ではないので、自分の感性だけの感想ですけど。
ボケに特別なこだわりがある人のこだわり方は本当にすごいと思う。
レンズを改造(APDフィルターを入れる?)するサイトなんかもありますしね。
まぁ、天体もIRや冷却改造があるので、同じようなもんなのかな?

おかえり~、またいってらっしゃい~。(^^)ノシ
Commented by supernova1987a at 2019-03-10 00:24
> Samさん
目論見通りの結果が出ると嬉しくなりますね。
冷静に考えてみれば、今回の結果は、Gチャンネルのディベイヤー処理を「素の標準偏差を持つ群」と「4ピクセル平均して標準偏差が半分になった群」をコンポジットする事と同等と考えることで、容易に解ける問題で、シミュレーションするまでもなかったんですが、こちらはいずれ記事にまとめてみますね♪
Commented by supernova1987a at 2019-03-10 00:28
> にゃあさん
いやー、改めてミルトルって面白いと思いました。
でも、このユルユル加減だと眼視観望用にはキツそうです。天体用途にはナローバンドフィルターが必須ですね。
Commented by supernova1987a at 2019-03-10 00:36
> 是空さん
エクセルを使ったモンテカルロシミュレーション、やってる人をほとんど見かけませんが、面白いんですよー。
お仕事が落ち着いたら、色々と進めてみますね~。

ああ、学生時代の自分を召喚できれば、あらゆるノイズをシミュレートにて、実測データと比較検証できるのになぁ・・・。
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by supernova1987a | 2019-03-05 01:44 | 機材 | Comments(6)

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