あぷらなーと


あぷらなーとの写真ブログ
by あぷらなーと
S M T W T F S
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31
あぷらなーと
文系寄りの元理系(?)
「天体」「マクロ」「実験ごっこ」その他諸々の科学写真が大好きな HN:あぷらなーと が いろんな写真ネタをのんびり語ります。あまり気合い入れすぎると続かないので、「ぼちぼち」いきます。
※コメント大歓迎です♪

生息地:香川
カテゴリ
最新のコメント
> moritoさん ..
by supernova1987a at 01:48
こんばんわ 標準の..
by morito at 23:08
> にゃあさん 本..
by supernova1987a at 05:07
さすが沼学部の教授が取り..
by にゃあ at 02:30
> Te Kureさん ..
by supernova1987a at 00:53
あぷらなーとさん、いつも..
by Te Kure at 17:30
> オヤジさん 出..
by supernova1987a at 07:12
寿限無寿限無五劫のすり切..
by オヤジ at 04:04
> kem2017さん ..
by supernova1987a at 20:16
exblog は、ログイ..
by kem2017 at 16:40
以前の記事
お気に入りブログ

『光害チョッパー』制作プロジェクト:その②

★実を言うと・・・

あぷらなーとは、結構小心者なので、
「ブログで大きな事を公言して、失敗したらどうしよう・・・」
などと、心配することも多いわけですねぇ。

だから白状すると、「250円霧箱制作記」の時も、仮実験が成功してから執筆開始
実は、その前に
「PET樹脂を使った積層型シンチレータ作ってミューオンの軌跡を撮る」ことに挑戦して玉砕したり、
アクリル板で製作した霧箱がドライアイス冷却による温度差に耐えられず一瞬で大破したり
その他もろもろの『大失敗実験ごっこ』があったことは、ほとんどヤミに葬ってます
書くとしても、別案が成功した後・・・・・・我ながらズルいなあ(笑)。


★今回の遊びは、リアルタイム連載です

『光害チョッパー』プロジェクト考えれば考えるほど失敗の公算が高いのですが、今回は『あほネタ』となることを覚悟の上でのお遊びなので、まだ結果が見えないうちから、リアルタイム連載にチャレンジします。(だから、期待しちゃダメ・・・・)
ええ、失敗しても笑いが取れたら良いか、という体当たり企画です♪


★『光害が照明と同期して点滅している』のを前提に
さて、高価な機材(位相コントロール機能付き液晶シャッターとか)を使わずに、点滅する光害を軽減して天体写真を撮るために最初に思いつくのは『プロペラ状の回転シャッター』でしょうねぇ。
f0346040_02420058.jpg
F:光害の点滅周波数(1秒に何回点滅するか)
N:回転シャッターの羽の数
X:回転シャッターの(1秒あたりの)回転数

とすると、

F=NX

が成り立つように調整すれば、成功しそうです。
ちょうど光害が明るいときに羽でカメラを隠して、光害が暗くなるタイミングで羽のスキマがカメラを通過するという発想です。
これなら安上がりで、まさに光害を斬って捨てる『光害チョッパー』が完成しそう・・・
・・・ですが・・・

★いや、ちょっと待て

この案は数年前に思いつきましたが、試作することもなく、速攻で却下したんですよー。
却下した理由は主に2つ。

 ①プロペラ式回転シャッターで点滅光源を撮影すると、光量ムラが生じる。
 ②(センサーなど高度な部品を使わないと)回転位相を調整する手段が思いつかない。

では、①について思考実験してみます。
f0346040_02544167.jpg
上の概念図のように、どうしてもシャッターの羽が通過するタイムラグで、撮像素子の部分によって光害のON-OFFに同期できない箇所が出てしまいます。
※光学的には、光学絞りの位置に配置することでこの現象は回避できます。ただし実際には色々と厄介そうです。

望遠鏡のようにレンズ構成が単純な場合は対物レンズの直前に配置すればいけそうな気はしますが、問題は②です。
プロペラの羽が通過するタイミングと光源の明滅タイミングを同期させる仕組み(位相調整)が、どうしても思いつかないのです。
この②の回避法は後ほど詳しく書くとして、まずは改善案をお見せします。


★プロペラのどこをとっても「位相が同じ」になるには

光量ムラや位相調整の困難が生じる原因は、プロペラ型の回転シャッターの構造にあります。
場所によって『羽の角度が異なる』のが諸悪の根源だと判断しました。
要するに12時方向の羽は「位相が0』なのに、3時方向の羽は『位相がπ(90度)』といった具合で、放射状にシャッターを配置すること自体が問題を生んでいます。

そこで!!

f0346040_03060505.jpg
放射状ではなく、スリット状のシャッターを2枚組み合わせる方法を考案しました。
上の概念図のようにレンズの前に置く第①スリットはグルグル回転しますが、各スリットは平行なため、どこをとっても位相(傾き)が同じです。
ただし、このままでは、全体的に常に光量が1/2になるだけで点滅に同期できませんので、第①スリットとカメラとの間に第②スリットを配置します。
このスリットは、第①スリットと同じ構造(スリット幅など)ですが、回転せず固定されています。

f0346040_03115661.jpg
すると、上図のように第①スリットが1/4回転するごとに第②スリットのスキマを完全にふさぐことになるので、回転数の2倍の周波数でシャッターのON-OFFが繰り返されることになります。

それになにより、この手法が(我ながら)面白いのは、第②スリットの固定角度を手動で調整することがシャッター全体の動作位相の微調整になり得る点です。

例えば、ですよー。
プロペラ式回転シャッターの通過タイミングを1/1000秒のオーダーで調整するのは神業(と言うか人力ではムリ)ですが、
二重スリット式シャッターなら第①スリットの回転数が毎秒100回転の場合、360度の角度エラーが1/100秒のタイミングエラーに相当します。
ということは、360度÷10=36度 だけ第2スリットの固定位置を回転させれば、1/1000秒の調整が可能となるのです。

言い換えると、仮に第2スリットの角度設定誤差が3度あったとしても、シャッタータイミングの同期精度は実に1万8000分の1秒まで追い込める計算になりますね♪

実際には、格子が太いとそれ自体が格子状のムラを生みそうなので、スリットを無限小に細くする努力は必要そうです。


★無限に細いスリットって、根本的にダメなんじゃ?

ここまで来て、鋭い読者の方は「そんなんダメだ」と思ったかもしれません。
・・・だって・・・極細のスリットって一種の『回折格子』なので、天体が写らずにスペクトルが写っちゃうんじゃ?・・・(笑)

でもね!
身近なところにあるんですよ!
回折が起こらない『無限小のスリット』がっ!!

それは・・・

ででん!!
f0346040_03522730.jpg
PL(偏光)フィルターだっ!

これに・・・

f0346040_03540697.jpg
安物偏光板を組み合わせると・・・

f0346040_03552475.jpg
「平行ニコル」でシャッターOPEN!
f0346040_03570720.jpg
「直交ニコル」でシャッターCLOSE!

※偏光板が通常の偏光仕様のため、デジカメ時代の円偏光フィルタ(サーキュラーPL)ではなくて
フィルム時代の偏光フィルタ(ノーマルPL)を用いる必要があります。

ね?
なんだか実現しそうな気配がしてきませんか?

あとは、いかにして偏光板を高速回転させるかですが、そのための材料は秘蔵の『ガラクタボックス』から発掘済みなんですねー。


★★★以下つづきます★★★

# by supernova1987a | 2018-04-17 05:58 | 機材考案 | Comments(6)

『光害チョッパー』制作プロジェクト始動♪

★数年前から温めていたアイディア

自称『天邪鬼』・他称『ど変態』あぷらなーとは、『妙ちくりんな』アイディアを思いつくことが多いのですが、いざアイディアを実行に移すとなると時間がかかるものですねぇ。

それでも、ここ1~2年は、これまで「あたためていたアイディア」が色々と実現できていて嬉しい限り。
・比較明コンポジットの軌跡の途切れを解消する『イーブンオッド法』
・L-RGB同時露光を実現する『ビームスプリッタシステム』
・モノクロCMOSカメラのクールピクセルを軽減する『クールファイル補正法』
・複数の輝線が混合している領域を鮮やかに写す『リバースパレット法』
・250円で宇宙線などの自然放射線が目視できる拡散霧箱

・・・そしてついに!
『大物』(難敵)と向き合う時がやってきました。

いやー、学生時代から落雷時にパチパチと明滅する空を見る度に妄想してたんですよねぇ。

「光害は大気(中の塵など)に地上の光が反射(や散乱)してるもの。・・・とすれば、夜空がフリッカー現象起こしてるかも??」

もしそうなら(フィルターワークによる)「波長成分の弁別」以外にも『時間成分の弁別』で光害を軽減できるのではないか?
という訳です。


★フリッカー現象を正確に捉えるのは意外に困難

フィルムカメラ時代から室内を撮影する際に縞状の色ムラを生じることでアマチュアカメラマンを悩ませてきた「フリッカー現象」
蛍光灯などを交流電源下で点灯すると、電源の位相変化に伴って点滅するのが原因です。
ただし、よく考えてみると『シマ状』にムラが出るのは奇妙なことです。
実はこれ、光源にムラがあるんじゃなくて、カメラのシャッターにも問題があるんですね。

フィルム時代のカメラなら、フォーカルプレーンシャッターで高速シャッターを切る時に幕速が追いつかないので、スリット状のスキマを走行させることで「見かけ上」高速にシャッターが切れるように見せかけています。

また、近年の主流であるCMOSカメラの大半は、電子シャッターとして「ローリングシャッター」が実装されていますが、これも撮像素子全体を一気に露光するのではなく、1列ずつ順次露光する仕様になっています。ちょうどスキャナーのヘッドが動いていくイメージですね。

これらのカメラで高速移動している物体を撮影するとグニャリと曲がって写る「コンニャク現象」が有名ですが、これと似たような現象がフリッカーを撮影したときにも起こっています。ローリングシャッターは、画素列ごとに撮影タイミングがズレているので、蛍光灯が光っているときに作動する列と、蛍光灯が消えているときに作動する列が生じてしまうのです。その結果、シマシマ状のムラが写ってしまうわけで、別にフリッカー現象自体がシマシマになっているわけではありません。フリッカー現象自体はあくまで「画面全体の明滅」です。

★ASI174MC-COOLの最大の長所は

ZWOの冷却CMOSカメラASI174MC-COOLは、アンプノイズ(アンプグロー)やライン状のノイズなどが盛大に出るジャジャ馬ですが、他のカメラにはない機能を有しています。それが、全画素を同時に露光できる「グローバルシャッター」です。
ASI174MC-COOLは、このグローバルシャッターのおかけで、ASI1600などと異なりコンニャク現象が起きません。

という訳で、以前ミルククラウンの高速撮影を試みた際には、ASI174MC-COOLが大活躍しました。

さて、今回は、『夜空のフリッカー現象』が実在するか確かめることに挑戦してみます。


★街灯のフリッカー現象を捉える装備

夜空がフリッカー現象を起こしているかどうかを確かめる前に、そもそも、町中の街灯が『同時に』点滅しているのか?
を確かめるのが先決ですね。むろん、街灯の仕様(水銀灯?蛍光灯?LED?)によって点滅タイミングが異なるのは予想できますが、同じ仕様の街灯なら同時に点滅しているのかどうか見てみようというわけです。

実は数年前に試みたことがあるのですが、その際はローリングシャッター仕様のデジカメを使ったので、画面内の位置によってタイムラグがあったので確かめられませんでした。

そこで・・・

ででん!
f0346040_05315977.jpg
ASI174MC-COOL「街灯フリッカー調査装備仕様」出撃♪
ほぼ1インチフォーマットなので、20mmF1.8 レンズを装着すると、だいたい標準レンズくらいの画角になります。
適宜ROI(クロップ)を併用して8bitRAWのSER動画で撮影すると、1秒間に500コマ以上の超高速連射が可能です。


★LED街灯のフリッカー

まずは、近所のLED街灯のフリッカーを580FPSのハイスピード動画で捉えて、スロー再生してみます。

f0346040_05472493.gif
おおー、ハッキリと点滅してますなー。
正確な計算をしたわけではありませんが、1秒間に120回の周期で点滅しているようです。

次に、遠くのLED照明を撮影してみます。
f0346040_05530879.gif
やはり1秒間に120回の周期で点滅しています。

さて、面白いのはここからです。

f0346040_05542000.gif
上記画像の右端は近所のLED街灯、左上隅の光群が遠景のLED照明です。

おおっ!
同時に点滅しているではないか!
よし、やる気が出てきた♪
※見づらいですが画像右の上方にも遠方のLED照明が同じタイミングで明滅しているのが分かります。


★蛍光灯照明のフリッカー

さて、次に近所の蛍光灯照明のフリッカーを観察してみます。
なぜLEDから蛍光灯に話を移すかというと・・・

先日、回折格子を用いた自作『なんちゃって分光器』で夜空を撮影してみた結果、あぷらなーとの自宅周辺の光害は、LED照明よりも蛍光灯(など)の影響が大であることが判明したからです。


残念なことに、点滅タイミングはLED街灯とは異なっていました。
f0346040_06042097.gif
※ちなみに、ご覧の通りシマシマ状ではなく全体が同時に明滅していることが分かりますね。


★さて、いよいよ核心に迫ってみます♪

自宅周辺の(光害の主要因であることが判明した)蛍光灯系の明滅と、実際の夜空の光害が『同期』しているのかどうかを見るため、次のような解析を行いました。

①1/1000secの高速シャッターで蛍光灯と夜空を同時に露光する。
②仕様上、1秒間あたりの撮像コマ数は正確に設定できないので(揺らぎはでるが)可能な限り高速に連写する。
③撮影したSER動画をSerPlayerで現像し、TIFF出力する。
④TIFFファイルを目視でチェックし、蛍光灯が明滅のピーク(最も明るい)とボトム(最も暗い)であるコマを手動で弁別する。
⑤両者を別々にコンポジットし、夜空の輝度分布を比較する。

f0346040_06154726.jpg
※左:蛍光灯明度が最大の時 右:蛍光灯明度が最小の時 (いずれも画面右が天頂方向です)

輝度グラフを重ねて比較すると・・・

ででん!!
f0346040_06174864.jpg
 ※赤:蛍光灯明度最大時 青:蛍光灯明度最小値

左の大きな山は、蛍光灯が直接照らしている建物の輝度を拾ったものですが、右側に伸びるグラフは夜空の明るさを見たものです。
劇的な差とは言えないまでも、十分に有意な差が出たと思いませんか??

というわけで、

今回の『実験ごっこ』の暫定的結論は:
(少なくとも、あぷらなーと自宅周辺の)
光害は蛍光灯と同期して点滅しているっ!!

さあ、いよいよ画期的変態アイテム『光害チョッパー』の制作に入るとしますか!


★★★お約束★★★
<今回の検証ごっこについて>
①蛍光灯と同期している光害は、自宅のごく近傍のみかも知れません
②輝度グラフで拾った差異がゴースト・ハレーションに起因する可能性も捨てきれません
③コンポジットした枚数は高々30枚程度ですが、手作業ではこの辺が(忍耐の)限界でした。

<「俺も測定してみよう」という酔狂な方へ>
①街灯の明滅が写っても、それが正しい周期とは限りません
②たいていは『何周期かに1回』うまくカメラと同期しただけですので注意が必要です
 例:1秒に5回点滅する光源を毎秒2コマ連写のカメラで撮影すると、原理上1秒に1回点滅しているように写ります
③シャッタースピードは極力短くしておかないと、同じFPSでも明滅は写りません
 ※すくなくとも1/250sec、できれば1/1000secの高速シャッターが望ましいです。
 ※これは残光の影響を避けるための工夫です
④高速連写が不可能な場合、②を逆手に取ることにより点滅周期を推定できます。
 ※バーニア(ノギス)の原理と同じです。(モアレの様子から素子間隔が推定できるのとも似てますね)

<『光害チョッパー』について>
①正確にインターバルを制御できる装置があればライブスタックで事足りますが、現実にはムリそうです。
②正確に位相操作できる液晶シャッターがあれば、それをカメラの前にセットするだけで良さそうですが、あまりに高価です。
③(流星撮影などに用いる)回転シャッターはまさに『ローリングシャッター』なので成功しないと思います。
④『軍拡終了宣言』した身なので、手持ちのパーツ以外の出費は「2000円以内」での開発を目論んでいます。
⑤『光害チョッパー』は、単にあぷらなーとの造語です(最近、こんなのばっかり・・・汗)
⑥たぶん光害カットフィルタほどの効果は出ないと思いますので、期待は禁物です。
⑦次回記事から制作に入りますが、失敗したら、元気よく笑い飛ばしてください(これ、重要)。


# by supernova1987a | 2018-04-16 06:42 | 機材 | Comments(6)

怪我に負けない②

★世間は「春の銀河祭り」絶賛開催中ですが

哀れなあぷらなーとは、怪我のため全く観測ができず、それはもう指をくわえて天リフさんのピックアップ記事あたりを眺めている毎日です。

ただし、趣味の方はそれでいいとして、本業は止められないので
アヤシげな『電子黒板もどき』を構築して、動かない右腕の手首から先だけで講義を決行
なんとか急場をしのいでいます。


ただ、実際に講義をしてみると、フリーハンドで板書する局面は良いとして、印刷されたテキストに加筆する作業が上手くいきません
起死回生の『電子黒板もどき』システムの中核を占めるYogaBookは、リアルペンによるメモ用紙への描画からのデジタル化は極めてスムーズなのですが、液晶画面への直接書き込みをする際には、その仕様が異なるため、誤作動が多いんですね・・・。
YogaTab2はじめその他のタブレット(計4機)を試したものの、誤作動が多いかミラキャストへの転送が不安定かで、事実上『全機壊滅』
・・・使い物にならん(泣)。


★というわけで、予定外の『軍拡』を・・・

ででん!
f0346040_23463242.jpg
ASUSの10インチwindowsタブレットとASUSペンの組み合わせを新規投入
ついでに、掌底での誤タッチを防止する手袋状のアイテムもポチっと。

全く想定外の出費ですが、背に腹は代えられませんので・・・・。
いや、天文への転用可能性からスペックを絞り込んだ訳じゃないんだからね!
・・・たぶん



★まずは、液晶への直接描画に慣れなければ!

近年は、主としてマンガなどのイラスト職人さんは、紙ベースでは無くいわゆる『液タブ』を使った電子描画をしているようです。
あいにく、あぷらなーとは絵心が無いので、「文字」で練習してみます。

ええ、およそ30年ぶりのレタリング作業ですな。

まずは、ザックリと線を引いてスペーシング(文字の場所取り)してから、液晶にASUSペンで下書きをば・・・・。
f0346040_23573940.jpg
さて、書体(PCでいうフォントね)はどうするかな・・・。
・・・うむ。
中学生の頃に(生徒会のお仕事の一環として)最初に習った「バウワ・ボドニ・ボールド」をイタリックにアレンジしたものにしよう
・・・あかん。
もうアッセンダーラインとかエックスハイトとかディッセンダーラインとかの比率忘れた・・・・。
5~6冊あったハズのレタリング教科書も、どっかに行っちゃったしなぁ・・・。
ええい。適当にやっちゃえ!

f0346040_23514466.jpg
このタブレット、スゴいね。
まるで紙に鉛筆で下書きしてるみたいにスラスラ書ける!
しかも誤作動しない!!

f0346040_23525724.jpg
設定をサインペンに変えて墨入れを進めていきます。


すると・・・・

ででん!!
f0346040_00020694.jpg
あっという間に、レタリング完成♪
f0346040_00064191.jpg

うーむ。
下手くそだなぁ(汗)
あまりにもブランクが長過ぎ(30年)た上に、まだタブレット描画に慣れていないので、かなりいびつですが、紙ベースでは無くタブレット上でレタリングできることは分かりました。

え?
「そんなん、ワープロで書いてフォント充てたら一瞬で上がりやん」
・・・ですと?

いやいや、それを言ったらお終いですよ~。

だって、天体写真なんて(突発現象は別として)いつ誰が撮っても、基本的には同じ物が写るけれど、面白いじゃないですかー。
お手本となる画像はいつでもネットでダウンロードできるけれど、やはり(下手でも)自分で撮影した写真は格別ですからねー。
はい。それと同じです(ホントかなー?)。

・・・という訳で、『BORG沼』という題字のレタリングを通じて、タブレットの液晶面に細かな加筆をするワザは習得しました。
これで、講義中「ミジンコの絵」とか「数学の公式集」とか「現代文の本文」へのマーキング作業は楽勝ですなー。


PS
あぷらなーとの特技(というほどでもないけれど)のうち、もはや過去の遺物となってしまったものリスト
 ①レタリング
 ②和文タイプライター(パンライター)の早打ち
 ③暗室での手動コンポジット
 ④半自動ガイド撮影
 ⑤星図もPCも使わず手動で主要メシエ天体を高速導入
 ⑥モータードライブ使わずに手巻きで秒間4コマ連写
・・・うーん。なんだか朽ち果てた『昭和の青春』って感じがするなぁ・・・

そういえば、昔、宇宙物理研究室のボスが
「僕の特技は穿孔記録テープに空いた穴を直接読める(翻訳できる)ことだけど、もう披露する場が無いよ・・・」
と寂しそうに言っていたのを思い出しました。
(当時の記録メディアはすでにフロッピーとハードディスクになってました)

「ウルトラマンとかの劇中で学者が『コンピュータが吐き出した紙テープを直接読んでる』シーンがある。そんなわけねーだろー。お馬鹿だなー。」
なんてコメントを以前見かけたことがあるのだけれど、
実際に居たんだよ、そういう(2進数を一瞬で翻訳できる)学者さんが。

# by supernova1987a | 2018-04-10 00:36 | 機材 | Comments(8)


検索
タグ
最新の記事
記事ランキング
ファン
ブログジャンル
画像一覧
外部リンク