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ツインBORGでM31を撮る

★ビームスプリッタは大口径機用で・・・

ASI1600MM-COOLとMC-COOLを同時露光する「ビームスプリット装置」は、あくまで大口径機種用の便法として『開発ごっこ』したものです。
しかし、小口径の望遠鏡を使うのなら、なにもそんな『ややこしい装置』を持ち出さなくても、望遠鏡を2本用意してL画像とRGB画像を同時露光すれば良いわけです。光量も減りませんので露出時間も(ビームスプリッタの)半分で済むはずです。

一応、BORG60ED(絶版モデルですが、個人的に大好きな望遠鏡です)を2本揃えていたので、いつか「ツインBORG」としてLRGB同時露光を決行しようと画策しつつ、お仕事が忙しかったり天気が悪かったり「VML260L+ビームスプリッタ」の誘惑に負けたり(笑)して、ファーストライトが伸ばし伸ばしになってしまいました。



★GPVは『ダメダメ』表示だったけれど

8/27の夜は、GPV予報がずっと白~灰色でして「常に雲が流れている」残念な天気と思われましたが、いざ夜になってみると意外に雲が『薄く』て2~3等星くらいなら目視できるじゃないですか。

・・・こら、ニワトリに出撃せんとあかんでしょー!
所詮「テスト撮影」なので、少々の雲やモヤは気にしない気にしない



★今回のお題は・・・

「比較的高価な機材(BORG89ED+D810A)に、より小さな機材(BORG60ED+冷却CMOSカメラ)が肉薄できるかどうか」
です。
うーむ。これは面白そう♪

・・・というわけで、この日のために構想を温めてきたスペシャル装備でニワトリ出撃です。

f0346040_09535364.jpg
 K-ASTEC改造Newアトラクスにプレートを載せて、その上に
 BORG89ED×1本 + BORG60ED×2本を搭載します。

f0346040_09551900.jpg
・・・で、BORG89EDにはD810A、2本のBORG60EDにはASI1600MM-COOLとMC-COOLをそれぞれ装着
D810AはISO3200のRAWで30秒露光、ASI1600はゲイン300のRAWで30秒露光を繰り返す作戦です。

空の条件はよろしくないので、オートガイドは無し。ノータッチガイドでお気軽撮影です。



★モヤが光害で光ってる中、M31は写るのか?

BORG89ED+笠井フラットナー+D810Aの30秒露光×140枚コンポジットだと、こんな感じになりました。

f0346040_10011182.jpg
ひゃー。フラットは撮影していないので、すんごい周辺減光。
しかも背景の色が左右で異なるという悲惨な写真。(右の方が光害が強いのでしょうかね?)

f0346040_10031682.jpg
それでも、トリミングすれば、「そこそこ見られる」アンドロメダになりました♪



★BORG60ED+MCの一発撮りでは

BORG60ED+純正レデューサ+LPS-P2+ASI1600MC-COOLの組み合わせで、ゲイン300の30秒露光をするとこんな感じ。

f0346040_10061509.jpg
一応、アンドロメダの中心核だけが分かる程度ですね。

トーンをいじってみると・・・・

f0346040_10070890.jpg
ショットノイズまみれでザラザラですが、周辺部まで写っていることは分かります。
今回の『対決』のキモは、「焦点距離600mmのBORG89ED+フルサイズ一眼」に対して「焦点距離約300mmのBORG60ED+フォーサーズCMOS」を戦わせる所でして、ご覧の通り、ほぼ同じ画角になるのですね。当たり前ですが(笑)。



★MCの画像を120枚コンポジットしてみる

ASI1600MC-COOLのゲイン300+30秒の画像を120枚コンポジットして、トリミングしてみると・・・・。

f0346040_10112828.jpg
ウェーブレットやHDR等のような特殊な処理はせず、単にコンポジット+デジタル現像しただけですが、結構良く写りますね。
このコンディションで、これだけ写れば十分満足なのですが・・・・・・



★MMのL画像は強めに画像処理に耐えられそうだったので

ASI1600MM-COOLのゲイン300+30秒の画像を120枚コンポジットして、NikCollectionのHDRやらシルキーピクスのノイズ整列やらを施してみます。
すると・・・・

f0346040_10160349.jpg
おっ!
これ、なかなか良いんじゃないですか?!

では、いよいよ・・・・


★MM+MCでLRGB合成してみる

実はダークは先日撮影したときの使い回しですし、フラット補正も無し。追尾もノータッチガイド。
いい加減な撮影ですが、雲が薄くなるタイミングのみを狙うので、仕方ありません。

ともかく、MMの120枚コンポジットした画像をLに、MCの120枚コンポジットした画像をRGBにして、LRGB合成してみます。
ついでに、若干のマスク処理とルーシーリチャードソン画像復元と軽くHDRを加えて、シルキーピクスでテイストを調整します。

すると・・・


ででん!
f0346040_10221632.jpg

おお、とても良い感じです♪


えーと、たしか前回M31を撮影したのは・・・・・そうだ!
2009年のお盆に、R200SS+コマコレ+ニコンD700(無改造)で2分露光6枚コンポジットしたきり、8年間もご無沙汰!!

ちなみに2009年のM31がコチラ(満濃池に遠征して撮影)

f0346040_10351411.jpg
そもそも露光量が異なりますし、画像処理の手法が全く違うので比較はできませんが、当時、20cm反射で(空の暗いところまで)遠征してようやく写せたアンドロメダが、薄曇りの自宅でしかもたった6cmの屈折で写せるようになった、ということですねぇ。

・・・これ、ちょっと真面目に撮影行きたくなってきました。




by supernova1987a | 2017-08-28 10:55 | 天体写真 | Comments(10)

ビームスプリッタで『超マクロ』システムを組む

★完成したビームスプリットシステムを見ているうちに

惑星・星雲・彗星のそれぞれのテスト撮影が成功し、一通りの成果を上げた「LRGB同時露光用ビームスプリットシステム」ですが、他に使い道はないかなぁなどと妄想していた折、マクロ撮影にも転用できるのでは無いかと思いついた(なんか強引だなぁ)。

別に普通のマクロ撮影なら、デジタル一眼にマクロレンズを付ければ用は足りるのですが、「もっとスゴイ」やつが撮れないものかと思案した結果・・・・


★『超マクロ』撮影用・ビームスプリットシステム

・・・という奇妙な装置を組み上げてみた。

f0346040_00110737.jpg
星雲・彗星用のスプリットシステムと異なるのは主に下記の4点です。

 ①レデューサや光害カットフィルタは撤去
 ②IR/UVカットフィルタを内蔵
 ③対物部にM57ヘリコイドを追加
 ④ニコンAi50mmF1.8Sをリバースリングで逆付け

といったところでしょうか。

ちなみに、④について「おお!あれか!」と言う方は、MFのフィルムカメラ時代にマクロ撮影が趣味だった人ですね。
これまた最近ではトンと話題に上らないネタですが、念のため・・・・

★ニコンAi50mmF1.8Sとは?

 1980年代に初心者向けのニコン一眼レフの標準レンズ(今で言うキットレンズ)として流行ったレンズで、当時のニッコールレンズの中では最安値のレンズでありながら、非常にバランスの取れた描写とそのコンパクトさが魅力のレンズでした。何を隠そう、私が(中学生の頃に)最初に買ったレンズで、非常に思い入れがあるため未だに愛用しています。いわゆる『パンケーキレンズ』の走りだとも言えますね。
 
 そして、このレンズ、ニコンによれば「リバースリングで逆付けすればマクロ撮影にも好適」なのだそうで、「本式のマクロレンズは手が出ないがクローズアップレンズでは不満」という人にとっては非常にありがたい万能レンズだった訳です。ちなみに「逆付け」とはマウント側とフィルター側をあえて逆にしてカメラに取り付けるウラ技でして、最短撮影距離が大幅に縮まるとともにマクロ撮影時の画質も良くなるという手法です。

ただし、いくつか欠点があって
 ①全群繰り出し式のレンズの場合、レンズ側のヘリコイドが効かない
 ②自動絞りが効かなくなる
(一応、専用のパーツが用意されてはいますが、ベローズ用です)
という訳で、実質ピント合わせが非常に困難になります。

・・・・で、今回は
f0346040_00284635.jpg
こんな感じで、BORGのヘリコイドでピント合わせが出来るように改良してみました。
また、カメラとしては冷却CMOSカメラを用いますので、ピント合わせ時にゲインを上げればF22などに絞り込んでいても明るい像が得られます。


★なんだか仰々しい装置になりましたが

f0346040_00315096.jpg
こんな感じでマクロ撮影をスタート♪
もちろん、L画像はASI1600MM-COOLで撮影し、RGB画像をASI1600MC-COOLで同時撮影します。

まずは「お約束」の「物差し撮影」で、撮影倍率をチェックします。

f0346040_00325483.jpg
おお!これはスゴイっ!!
5mmのエリアがマイクロフォーサーズの長辺いっぱいに広がるではないですか♪
フルサイズ換算で言うと「7倍マクロ」ですね。


★もう一つの壁は・・・

以前にも書きましたが、マクロ撮影時には次のようなジレンマがあります。

 ○絞りを開けると、被写界深度(ピントが合う範囲)が浅くなってボケボケになる
 ○でも、絞りを絞り込むと、回折ボケが発生して全面がモヤモヤになってしまう

そこで、ですねぇ。

ビームスプリットシステムを用いて(いや、用いなくても良いんですが)ASI1600MM-COOLのL画像をレジスタックスでウエーブレットすることで回折ボケを回避しようという訳です。



★「MCのRGB画像」と「LRGB+ウェーブレット」の比較

普通に撮った場合と、今回の手法を比較してみましょう。
撮影対象は上記の撮影風景のとおりタツナミソウなのですが、あまりにも撮影倍率が高すぎて花にとりついたアリマキ(いわゆるアブラムシ)しか写りませんでした(笑)

・・・・あ、ここで念のため注意。注意ですー。

グロい昆虫写真が苦手な方は撤退してくださいね~。




-----------------------------





あ・・・・大丈夫なんですね?
ムシのドアップ写真




では行きます。

f0346040_00464026.jpg
※左:MCの10枚コンポジット 右:MMの60枚コンポジット+ウェーブレットを用いてLRGB合成
(ビニング画像のピクセル等倍)

どうです、左の画像に見られるモヤモヤが回折ボケなんですが、右の画像ではこれがほぼ消えて微細構造が明瞭になりました。

これをシスキーピクスでゴニョゴニョ微調整すると

・・・ででん!
f0346040_00550931.jpg

アリマキのドアップポートレート(?)の完成です。

上記の例は逆光気味で、ちと難しい条件だった上に撮影中にアリマキが少し動いてしまったので、楽勝で写せる茎部分を処理してみると、こんな感じでした。


f0346040_01454188.jpg
たぶん、アリンコさんから見ると草花もこんな風に見えているんでしょうねぇ。



by supernova1987a | 2017-05-08 21:40 | 自然写真 | Comments(8)

オヤジさんのご依頼を受けて♪


★皆さん頑張りますねぇ

 ASI1600つながりで最近情報交換をしている皆様方は、それぞれ独自のアイディアをお持ちのようで、ブログを巡回するのが楽しいのですが、その内の1人、オヤジさんからご依頼を受けましたので、「ASI1600MM-COOLとASI1600MC-COOLをフリップミラーでワンタッチ切り替えして撮影できる装置」を手持ちパーツを元に試し組みしてみました。(パーツのリスト紹介だけのつもりだったのですが、実際に試し撮りしてみないと、ピントが出ないとかのトラブルが怖かったので・・・・)


★LRGB切替撮影用フリップミラーシステム

 極力、『個人の趣味』的要素のパーツは排除して、シンプルに組んでみました。

f0346040_15303672.jpg
<上記図中のパーツ名称>
 ①ビクセン フリップミラー(31.7mmアイピースホルダーは外す)
 ②BORG M42P0.75-M57変換リング 7522
 ③NEEWER マクロエクステンションチューブ・ニコン用(のうちNo3)※代用品有
 ④NEEWER マクロエクステンションチューブ・ニコン用(のうちNo1)※代用品有
 ⑤BORG 2インチホルダ-SⅡ 7504
 ⑥ZWO ASI1600MM-COOL
 ⑦BORG M42ヘリコイドT 7839
 ⑧BORG M42P0.75-M57変換リング 7522 7528 (ミスタイプでしたので訂正しました)
 ⑨NEEWER マクロエクステンションチューブ・ニコン用(のうちNo2)※代用品有
 ⑩BORG 2インチホルダ-SⅡ 7504
 ⑪ZWO ASI1600MC-COOL

※上記の組み合わせの「キモ」は、③④⑨です。
ここで直視方向と直交方向の光路差を調整しています。
ちなみにM57系の延長筒はBORG純正だと結構な出費となりますが、上記のマクロエクステンションチューブは、
 M57準拠の延長リングが×3個 + ニコンFマウントがオス・メス各1個
がセットになった商品で、(私が買ったときは)この5点セットが『まさかの1136円』だったのです。
アマゾンでざっと調べたところ、現在はこの商品が見当たりません
見た感じだと、
Pixcoのマクロエクステンションチューブ ニコンFカメラ対応
が同等品の『様に』見えたのですが、仕様不明なので自信がありません。
(注:Neewerの製品でも、M57ネジとなっているのはニコン用だけで、それ以外はM60だったり色々で使えません)

ところで、
 直視方向の③+④は光路長合計が39mm
 直交方向の⑨は光路長が19mm
なので
これらをBORG純正品で置き換えるなら
③④の代わりに
 BORG M57/60延長筒M 7603(光路長40mm)
⑨の代わりに
 BORG M57/60延長筒S 7602(光路長20mm)
を使ってみても、上手くピントが出ました。

さて、この構成で、実際に組んでみると・・・・


★実際に組み立ててみた

上記のパーツを組み立てると、こんな感じです。

f0346040_16094831.jpg
 ビームスプリッタシステムに比べると相当に軽量です。

直視方向から覗いてみると・・・
f0346040_16112599.jpg
こんな感じで、向かって左側は跳ね上げたミラーのせいでケラレそうに見えますが、こちらにカメラの短辺を向ければ問題ないでしょう。ミラーの裏面とミラー回転ノブの背面がテカっているので、適宜植毛紙などを貼るべき『かも』知れません。


直交方向から覗いてみると・・・
f0346040_16142738.jpg
こんな感じです。
あきらかにミラーが小さく見えるので『ひょっとすると』周辺減光が出る『かも』知れません。

 対物側は・・・
f0346040_16165814.jpg
このように、49mmのフィルターネジが切ってあるのですが、けむけむさん情報によると、ココに49-48mmの変換リングをかませば48mm径のフィルタが使えたとのこと。

※5月5日追記:
 追加情報をいただきました。 マルミのステップダウンリング49mm→48mmでOKとのこと。
 けむけむさん、ありがとうございました




★実際にピントが出るか試してみた


主鏡移動式のVMC260Lはバックフォーカスが変幻自在なので特殊。
BORG系の鏡筒は伸縮自在で、やはり特殊。

・・・というわけで(一般的な特性と思われる)ビクセンの70EDSSに取り付けてピントが出るかテストしてみました。

f0346040_16210567.jpg
・・・といいつつ、実際には、仮組みしてキャプチャしてみるとMCかMMかどちらかのピントが出なかったり、パーツが干渉したしして失敗で、色々とパーツ交換して試行錯誤したのですが(笑)。
最初の構成図は、その結果「実用になる」ことが判明した最終解です♪

 というわけで、上記パーツの組み合わせで直視方向のMM、直交方向のMCともにピントが出ました。

f0346040_16490657.jpg

 左:MCの画像 右:MMの画像


★センタリングのズレはいかほどか

 拡大率を上げて、センタリングのズレを見てみます。

f0346040_16510184.jpg
 それぞれ200%で表示したものです。十字線がクロスしてところが写野中心なので、少しのズレはありますね。
ここは個体差が大きいかも知れませんので数値化は控えておきます。


★LRGB合成を試してみる

MCとMMの画像比較をしてみましょう
f0346040_16551711.jpg
 ※左:MC 右:MM

200%表示ですが、MMの方が圧倒的にシャープですね。

では、これらをLRGB合成してみます。

f0346040_16571079.jpg
うん。良い感じで合成できました。
色はMC、シャープさはMMの「いいとこ取り」成功です。

・・・・というわけで、オヤジさん、これで行けそうですか??


by supernova1987a | 2017-05-04 18:05 | 機材 | Comments(34)

久しぶりの『遠征』

★思えば、ずいぶんと月日が・・・

たしか、前回遠征したのは2016年の8月でした。
楽しみにしていたGW休暇もどうも天候がよろしくありません。

・・・が、ともかく今回は「遠征すること」が目的なので、
晴れてはいるものの、どうもモヤっぽい空の元、プチ遠征にでかけました。

場所は「いつもの」満濃池。
ところが、あんまり星が見えません。空全体が霞んでいる感じです。
たぶん、これだと、好条件時での市街地ニワトリの方がマシかも(涙)
しかし「ビームスプリット装置を遠征で運用してみる」という目標を達成するため一応がんばってみます。


★今回の装備は・・・・

ビームスプリット装置以外にも、suaokiの400Wh電源や、これまでよりも大型のアルミテーブルセットや、スカイメモ用の「強固な足下」などなど、新兵器が目白押し。

・・・というわけで、今回の装備は
VMC260L+ビームスプリット冷却CMOSカメラをアトラクスに
D810A+85mmF1.4とIR改造D5000+30mmF1.4をスカイメモに
それぞれ搭載してテスト撮影開始です。

f0346040_21064008.jpg
 ※・・・といいつつ、機材写真は薄明後の撤収時に撮影した物ですが


★フルアーマーVMC260L

f0346040_21074153.jpg
今回は色んな装備品が付いています。
まずは、メインパーツである「LRGB同時露光用ビームスプリット装置」ですね。

f0346040_21093370.jpg
相当重量がありますが、主鏡移動式のVMC260Lならタワミがでることも無いでしょう。



そして、自作直交ファインダーです。

f0346040_21112328.jpg
ずいぶん前に作製していたのですが、今回初運用です。天頂付近の天体を導入する際には直交型に限りますね。
ちなみに対物レンズは、ケンコーのクローズアップレンズNo5です。


今回は真面目にオートガイドをしてみます。
ガイド鏡はBORG45ED+QHY5LⅡ+PHD2での運用です。

f0346040_21175176.jpg
タワミが出るのはイヤなので微動装置は無し。
いわゆるコバンザメ方式で鏡筒のアリガタに装着しています。

さて、デジタル一眼の方は年代物のスカイメモNSに載せてノータッチガイドするのですが、三脚と微動架台を強固な物に換えました。

f0346040_21213877.jpg
まず三脚はスリックのフリュードビデオマスターⅡの脚だけを用います。定価は6万円近くしますが、耐荷重は驚異の8kg!良い三脚なんですが、なぜかアウトレットで1万円台で叩き売られています。

 実はコレ、いくらねじってもフリュード雲台が外れなかったため、もっぱら昼間の撮影用と、BORG89EDや7cm双眼鏡で観望する際の脚としてしか活用方法が無かったのですが、雲台底部のゴムの留めリングをずらしてみたら何のことはありません。大ネジで雲台を取り付けた後に台座の下から小さなネジで圧着固定してあっただけでした。

そこにK-ASTECの微動架台を装着し、そこにアリミゾ台座をとりつけました。

f0346040_21283343.jpg
これまで使用していた物とは比較にならないほど安定性が増しました♪


★・・・で、肝心の成果は??

うーん。
それが・・・あまりにも空の透明度が悪く、しかもシーイング(シンチレーション)も最悪だったのですねぇ。

でもでも、一応の成果はありました。

まずは、りょうけん座のM51子持ち銀河です。

この日のコンディションでは、ASI1600MC-COOLのゲイン400・30秒露光「一発撮り」だと、

f0346040_21333991.jpg
暗部を必死で持ち上げても、せいぜいこの程度しか写りませんでした。

ここで、ビームスプリッタを用いて撮影したMMのL画像:30秒露光×90コマとMCのRGB画像::30秒露光×90コマをLRGB合成してみると



・・・・・ででん!
(と言うほどの写りではありませんが)

f0346040_21362889.jpg
うむー、まずまずですね。
透明度が悪いため露光量が不足し、かつシーイングが悪いため星像もオートガイドも「暴れまく」ってました。また、今回の画像処理は暫定処理なのでダーク減算もしてません。

それでも、今後の可能性を感じさせる写りだとは言えますね♪


★さて・・・と

とりあえず、素材は色々と釣り上げてきたので、あとは真面目に料理しないといけませんね。
今日から当分天気が悪そうなので、ちょうど良いかも知れません。

あ、その前にダーク撮らなきゃ!!

by supernova1987a | 2017-05-01 21:44 | 天体写真 | Comments(9)

ビームスプリッタ効果検証ごっこ

★苦心の末,運用に成功した『珍パーツ』

ようやく、惑星にも星雲にも利用できることが分かった「LRGB同時露光用ビームスプリットシステム」ですが

f0346040_14514600.jpg
f0346040_02403921.jpg


そもそも、
「ぶっちゃけ、撮影の効率は良くなっているのか?」
という根本的な疑問について『検証ごっこ』してみました。

つまり、
MC単独で運用するよりも
「同じ運用時間で良い絵が撮れる」
か、もしくは
「同じ絵を撮るための運用時間が短くて済む」
というメリットが感じられなければ意味がないということですね。


★ビームスプリッタ構成図公開♪

メインパーツのビームスプリッタとフレームは新調したものの、他の部品は基本的に手持ちの『あまりパーツ』を組み合わたものです。
そのため『無理矢理感』が漂う構成ですが、そこは笑ってスルーしてください。

f0346040_17213736.jpg

 ①EdmundOptics キューブ型ビームスプリッタ(分割比50:50)
 ②EdmundOptics Tマウントビームスプリッタホルダー
 ③EdmundOptics Tマウント両オスリング
 ④BORG M42P0.75-M57変換リング 7522
 ⑤BORG M57/60延長筒S 7602
 ⑥BORG M57回転リングDX 7352
 ⑦BORG 2インチホルダ-SⅡ 7504
 ⑧ZWO ASI1600MM-COOL
 ⑨BORG M57-M36.4 AD 7522
 ⑩ケンコー ACクローズアップレンズNo3(52mm)
 ⑪BORG M57-M57ADⅢ 7459
 ⑫BORG M57-M57AD 7457
 ⑬BORG M60-M57AD 7901
 ⑭アイダス LPS-P2フィルタ(52mm)
 ⑮BORG M42ヘリコイドT 7839
 ⑯BORG M42P0.75-M57AD 7528
 ⑰NEEWER マクロエクステンションチューブニコン用(の一部)
 ⑱ZWO ASI1600MC-COOL

※あくまで暫定的に組んだだけで、実際には上記の組み合わせには複数の問題点が残っています。

f0346040_14415879.jpg

★ざっくりと効果を予測すると・・・・

 ①光束を2分割しているため、通常の撮影の2倍の露光が必要になってしまう
 ②ただし、一方の光を(MCよりも感度の高い)MMで受けるため、総露光時間は減るかも知れない
 ③MMの高解像度を活かすには、VMC260Lの焦点距離は(シーイングの影響で)長すぎる

また、昼間に実写してみた感触だと、MMはMCの約2倍の感度を有していることが分かったので、ビームスプリッタを用いて、MMとMCの同時露光を行った場合には、
MCの感度をPとすると

 (P × 1/2 ) + (P × 2 × 1/2)
  MCの運用感度      MMの運用感度

 と考えて、トータルでおよそMC単独の1.5倍の効率を有することが期待できます。



★実写で検証ごっこしてみる

先日ビームスプリッタを用いて撮影したM17オメガ星雲の画像をもちいて、ザックリと比較してみます。
比較対象は、下記の5つです

 A:MM+MCで撮影した画像、各8コマのLRGB合成
 B:MCで撮影した画像8コマのコンポジット
 C:MCで撮影した画像16コマのコンポジット(スプリッタ無しなら8コマコンポジットに相当)
 D:MCで撮影した画像24コマのコンポジット
 E:MCで撮影した画像32コマのコンポジット

それぞれ1コマに15秒露光を与えるとすると、実際の運用時間は

 A:2分間
 B:2分間
 C:4分間
 D:6分間
 E:8分間

となりますが、そもそもビームスプリッタを使わなければ「光量が2倍」になりますので、その分を補正すると

 A:2分間
 B:1分間
 C:2分間
 D:3分間
 E:4分間

と解釈した方が公平な比較と言えますね。
という訳で、今回の新システムで撮影効率が上がったと言うためには、Bは論外として、Cに勝てるかどうかがカギとなります。

さて、比較に用いた画像の共通データは下記の通りです。(ASI1600MM、MCともに)

VMC260L+自作レデューサ+ビームスプリッタ+LPS-P2フィルタ
ゲイン:400 露出:15秒 撮像温度:-15度 出力:16bitFITS


① MM+MC各8コマ VS MC8コマ 
f0346040_18400794.jpeg
 ※左:A 右:B (ピクセル等倍)

新システムの圧勝です。
・・・といっても、スプリッタ無しなら、この運用時間内でMCが16コマ撮影できるので当然ですね、
事実上、MCの「15秒露光×4コマコンポジット」もしくは「7.5秒露光×8コマコンポジット」だと解釈するべきですのでハナから勝負になりません。


② MM+MC各8コマ VS MC16コマ  
f0346040_17494848.jpeg
 ※左:A 右:C

まずは、ここがクリアすべき条件です。
要するに、「スプリッタ無しのMC単独」と「スプリッタ併用のMM+MC」で「同じ時間かけて頑張った」場合の画質比較になるからです。

・・・うむ。 まだまだ新システムが勝ってます♪
とりあえず、「撮影効率は悪化してはいない」もしくは「同じ運用時間内なら良く写る」と言えそうです。


③ MM+MC各8コマ VS MC24コマ 
f0346040_17500701.jpeg
 ※左:A 右:D

これが「本命」の比較です。
おお、予測通りの結果(この条件で、ほぼ同等の写りになる)ですね!!
正直、ホッとしました♪


④ MM+MC各8コマ VS MC32コマ 
f0346040_17502026.jpeg
 ※左:A 右:E

あ~あ。
ここまでくると、素のMCに負けちゃいましたねぇ。
要するに
「LRGB同時撮影用ビームスプリットシステム」の撮影効率は、運用時間を1/2にするほどではない、
ということです。
・・・ま、予測通りではありますが。


★(暫定的な)結論

あぷらなーとが作製した『珍パーツ』:「LRGB同時撮影用ビームスプリットシステム」を用いると

同等の画質を得るために必要な運用時間が、2/3に短縮される

ということが『検証ごっこ』されました。

「3時間かかる撮影作業が2時間で済む」とも言えますし、「1晩で2対象しか撮れない日に3対象ゲットできる」とも言えますね♪
あんまりハデさはないけれど、とりあえず めでたい♪


★ご注意 その①★
ビームスプリッタの使用により、画質の悪化は免れません。
具体的には、先日の記事で「考察ごっこ」した通り、完全無欠な光学系を用いた場合でもビームスプリッタの通過によって下記のような収差が発生するハズです。
f0346040_04493646.jpeg

★ご注意 その②★
この『珍パーツ』と撮影手法は、まだ完成していません。
例えば、プリズム部分のコバ塗りすらしていなかったり、
レデューサ部分の調整をしていなかったり

・・・近日中には調整する予定ですが、難儀しそうです(泣)


by supernova1987a | 2017-04-29 18:34 | 機材 | Comments(19)

本当の『ファーストライト』は波瀾万丈

★本当にやりたかったのはコレ!

先日、木星の撮影でファーストライトを果たした「LRGB同時露光型ビームスプリット装置」ですが、木星撮影以外のところにも「野望」がありまして・・・・。
それは、ズバリ
「星雲星団をビームスプリッタでLRGB同時露光する!」
という奇想天外な遊びです。

・・・という訳で、ウンウン悩みながら惑星用のシステムを星雲星団用に組み替えました。

f0346040_14393403.jpg
今回ビームスプリッタ本体に装着するのは、左から、「LPS-P2フィルタ」、「回転装置」、「レデューサ代わりのACクローズアップレンズNO3」です。というのも純正のレデューサを用いるにはバックフォーカスが長すぎますし、ビームスプリッタの直前にフィルタを付けると醜いゴーストが出そうだったからです。

さて、これらを組み上げると、

f0346040_14415879.jpg
こんな感じのメカが出来上がりました。
VMC260Lへの接続はM60のネジリングで、これが単独でねじ込み作業できるように回転装置を利用します。

・・・・ところが、この「工夫」が後に悲劇を生もうとは・・・・・。


★好事魔多し

カメラ制御用のノートPCとアトラクスを無理なく長時間駆動させるために投入した、suaoki400Wh電源

f0346040_20101991.jpg
絶好調で動きました。
これ、前面のパネルに現在消費している電力がリアルタイムで表示されるので、あとどれくらいでバッテリーが切れそうかが一目瞭然ですね。ちなみに、アトラクスの恒星時駆動では3~5W程度、満充電したノートPCへのAC供給が8~10W程度で収まってましたので、ざっくり言って30時間程度の連続駆動ができそうです♪

これ、さらにアトラクス制御用のサブノートPCに電源供給しても1晩は余裕で持ちそう。
あとは、2台のASI1600カメラの冷却用の電源としてスゴイバッテリーが1台あれば十分です。

f0346040_14514600.jpg
早速VMC260Lにビームスプリットメカを取り付け、初の星雲撮影に臨みます。

これはもう、「大勝利の予感」♪

・・・・などと思っていたら・・・。



「ドスンっ!!」

正直、一体何が起こったのか把握できませんでした。

実は、突然「ASI1600MC-COOLとASI1600MM-COOLを装着したビームスプリッタ」が「丸ごと」地面に落下したのです!

正直、血の気が引きました。

しばし、全身が硬直した後、地面に横たわるビームスプリッタを拾い上げ、緊急撤収します。
装置を軽く振ると
「カランコロン」
と嫌な音がします。

・・・ひょっとして、ここ数ヶ月の努力が水の泡か?!

★不幸中の幸い

 落下の原因は、先述の、鏡筒へビームスプリッタを接続する際の工夫である「回転装置」でした。これ、カメラ側を手に持ったまま、接続リングだけがフリーで回転するので、強固かつ迅速に接続できるアイディアだったのですが、なんと、「接続リングを鏡筒にねじ込む」作業中に「回転装置が上手く作動せず」に「接続リングが緩んだ」のですね。

 ただし不幸中の幸いで、落下場所が周囲よりも柔らかい赤土だったこと、落下体制が良かった(全パーツに均等に撃力が掛かる)ために、外観のキズと若干の光軸ズレ以外はダメージが無さそうです。ちなみに、「カランコロン」の正体は、カメラの空冷装置部分に入り込んだ土砂でした。


★気を取り直してセッティング

一度全パーツをバラして、内部に損傷が無いか確認した後、丁寧に掃除して、再度セットアップします。

f0346040_15483980.jpg

果たして、上手く作動するでしょうか?


★MMとMCで星雲を同時キャプチャー

f0346040_15230765.jpg


 M8を対象にして、プリズムの被害を調べます。(左:MC 右:MM の同時キャプチャー画面)
見たところ、ほとんど光軸のズレは無さそうですし、変な光やノイズは出ていないようです。

 大急ぎで、-ゲイン400+15秒露光で連射し、MMの画像100コマとMCの画像100コマを同時に取得してみました。(撮像温度:-15度、MMは16ビットモノクロ、MCは16ビットRAWのFITSでそれぞれ出力)



★1コマ撮りでMMとMCを比較

同時に撮像した1コマ画像を比較してみます。

f0346040_15263768.jpg
 ※左:MC 右:MM (ともにゲイン400の15秒露光一発撮り)

感覚的には、MMの方が2倍ほど感度が高く、画像も滑らかに感じますね。

では早速、コンポジットしてみましょう!


★100コマコンポジットで比較

f0346040_15295672.jpg

 ※左:MCの100コマコンポジット 右:MMの100コマコンポジット(ダーク減算無し)

おお、どちらもかなり滑らかになりましたが、若干MMの勝ちでしょうか。


 ★LRGB合成してみる

 いよいよ、仕上げです。
MMで撮像したL画像(100コマコンポジット)とMCで撮像したRGB画像(100コマコンポジット)をLRGB合成し、さらにシルキーピクスで色調などを調整してみます。

 すると・・・


・・・ででん!
f0346040_15384557.jpg
 おお!とても良い感じです。
市街地からのニワトリのため、以前遠征してD810A撮影して400コマコンポジットした画像には少し負けているようなきもしますが、これはこれでなかなか見応えがありますね。


※4/24追記※

先日、単体でも稼働できることが分かったNikCollectionのHDRを活用すると、こんな↓方向性もアリですね。
ちと画質が荒れますが、星雲内のウネウネがハンパないです♪

f0346040_21293302.jpg
ちなみに、レデューサ代わりに装填したACクローズアップレンズNo3ですが、画像を実測してみた結果、純正レデューサ(1860mm)よりも少し長めの約1950mmになっていることが分かりました。口径が260mmですから、F値は11.4→7.5まで明るく出来たことになります。青にじみが発生していますが、クローズアップレンズによるものかビームスプリッタによるものかはまだ不明です。


★という訳で結論!

ビームスプリッタで生じた「負の球面収差」とキャンセルするよう「正の球面収差が残っているタイプ」のクローズアップレンズを用いてみたり、ゴースト軽減のフィルタ配置にしたり・・・が功を奏しているかどうかは不明ですが、とりあえず、あぷらなーとの「珍パーツ」:「LRGB同時露光用ビームスプリット装置」は、惑星の撮影でも星雲の撮影でも実用になることが分かりましたっ!!

めでたい♪

※ダークの減算とか諸々の真面目な画像処理は、これからゆっくりと・・・。

by supernova1987a | 2017-04-24 15:44 | 機材 | Comments(8)

1キロ手前から「お花見」


★念願の・・・・

なんやかんやで徳島から香川に転勤した結果、通常期は「日月が連休」(!!)という夢のような勤務体系になりつつあります。
(これまでは月が休日、その他週2日が半休という体系でした。)
連休の良いところは、なんといっても遠征しても翌日に休息できることですね。
これなら、徹夜で天体観測しても体調が崩れることもなさそうです。


★しかし肝心の天候は・・・

せっかくの休日でしたが、あいにく天候は曇り・濃霧・小雨の繰り返しで月さえ見えそうにありません。
また満開の桜も光が良くないので冴えない写りになりそう。

・・・こんな日は機材の調整に限りますね。


★1km先にある丸亀城の桜を・・・

「扇の勾配」としてその石垣の美しさが有名な丸亀城は、桜の名所でもあります。
しかし天候が悪いので出かける気にもならず、1km手前にある実家からBORG89EDを使って「遠隔お花見」することにしました。

先日、後先考えずに(無謀なる挑戦として)組み上げたビームスプリッターシステム↓で・・・・

f0346040_21281513.jpg
ASI1600MM-COOLとASI1600MC-COOLの同時露光。約1km遠方の丸亀城を狙います。


★ASI1600MCの一発撮りでは

f0346040_15433167.jpeg
 ※BORG89ED直焦点(600mm)+ASI1600MC-COOL ゲイン139 露出4ms

さすがに600mm+マイクロフォーサーズではフルサイズ換算で1200mmの超望遠になりますので、でっかく写りますね♪
赤外カットフィルターを付け忘れたので赤外線の影響で発色が悪かったりモヤッとしているのはご愛敬。

★MMとMCを比較する

 同時露光したMCのカラー画像とMMのモノクロ画像を200%拡大で比較するとこんな感じです。

f0346040_15484438.jpeg
 ※左:ASI1600MC 右:ASI1600MM (画像処理無し)

ほぼ水平に向けての撮影ですので、大気がユラユラしており、シーイングは良くありませんが、かろうじてMMの方がシャープであることが分かります。


★惑星撮影の絶好の練習になる?

あまりシーイングが良くない素材なので、次の機会に挑戦予定の「ビームスプリット・LRGB同時露光システム」を用いた惑星撮影の画像処理練習になりそう。
・・・という訳で、少し画像をいじってみます。

まずは、MMのモノクロFITS画像32コマをAutoStackert!2でスタッキングします。
画面全体が波打つようなシーイングでしたので、良像40%で切ります。

f0346040_23041729.jpeg
※ちなみにモノクロのFITS画像をスタッキングするときはAutoStackert!のカラーメニューから「モノクロ」を選択しておくことが重要です。
そうしないと、カラーベイヤーだと勘違いしてモザイク状の偽色まみれ画像が生成されてしまいます。

出来上がったスタック画像はTIFFに落として、レジスタックスに読み込み、ウェーブレット処理を行います。

f0346040_23074305.jpeg
さらにステライメージで軽くアンシャープマスクをかけます。
すると、モノクロ画像の解像度が飛躍的にアップしました。

f0346040_23091704.jpeg
 ※左:スタック直後 右:ウェーブレット+アンシャープマスク適用後

そして、MCで撮影したカラー画像をRGBチャンネルとしてLRGB合成をしてみます。

すると・・・・

・・・ででん!!
f0346040_23112588.jpeg
 ※左:MCの画像 右:MMのL画像とMCのRGB画像のLRGB合成

おお!とても良い感じです♪
相当にシャープになりました。

他の場所でも比較してみます。

f0346040_23141646.jpeg
石垣のディテールも出てますね。1km先の画像とは思えません♪
あ、人物がぶれたようになっているのはスタッキングの宿命ですのでしかたありません。

f0346040_23133957.jpeg
けっこう素晴らしい解像度になりました。
松の葉や芝生が1本1本分離しているかのように見えますね。
風に揺れていた桜はイマイチですが、タイトル通り「1キロ手前からお花見」大成功です♪

PS 赤外線の影響で発色が悪いのでIRカットフィルタを付けて撮り直そうとした矢先、雨が降ってきたので撤退。
・・・残念。

by supernova1987a | 2017-04-10 23:21 | 機材 | Comments(11)

ASI1600MCのゲイン検証ごっこ

★まだまだ落ち着きません

一向に天体写真撮れそうに無いので、今日は「検証ごっこ」で遊んでみます。
今回の検証ごっこテーマは、以前(まるで決定事項のように)書いてた

「ゲインを+60するごとに感度が倍々にアップする」のはホントか?

です。

使うツールは、以前、四苦八苦してDelphiでゴリゴリ書いたFITSファイル解析用プログラム♪
円形のグラデーションをPCモニタに表示させたものをASI1600MC-COOLでゲインを変えながら撮影し、解析ツールにかけます。

f0346040_23555531.jpg
★露光量を揃えてゲインのみを変えて比較

今回の比較では、できるだけ素直なデータを得るため-10度まで冷却し、
ガンマ補正を50、色補正(カラーごとの感度補正)は無しでいきます。
露光は4msで統一。
ゲインについては
139(これがユニティゲイン)
199、259、319
という風に60ずつゲインをアップして差を見てみます。

撮像データは次の通り
[ZWO ASI1600MC-Cool]
Debayer Preview=Off
Pan=0
Tilt=0
Output Format=Fits files (*.fits)
Binning=1
Capture Area=4656x3520
ColourSpace=RAW16
Hardware Binning=Off
High Speed Mode=Off
Turbo USB=80
Flip Image=None
Frame Rate Limit=Maximum
Gain=139 ←ここだけ変えて比較
Exposure (ms)=0.004
Timestamp Frames=On
White Bal (B)=50
White Bal (R)=50
Brightness=1
Gamma=50
Sensor Temp=-10
Cooler Power %=14
Target Temperature=-10
Cooler=On

さて、目論見通り、ゲインアップ60が感度2倍になっていますでしょうか??


★G素子についての輝度分布は・・・

f0346040_00422854.jpg
各ゲインの輝度分布はリニアで見るとこんな感じです。
ちなみにASI1600系のカメラはFITSファイルを吐き出す際に、
12ビットで量子化した輝度データを16倍して(隙間をあけて配置して)16ビットデータに見せかけていることは以前確かめました。
ゲインを変えてもこの挙動が変わらないかを見るために、輝度データを拡大してみます。

f0346040_00511127.jpg
おお、どのゲインでもとても行儀良く16輝度間隔に散らばってますね。
ガンマ補正や色補正をかけない状態(ガンマ:50 R:50 G:50)なら、輝度データは単純に16倍されているだけのようです。

★ゲイン別の比感度を推定する

ゲイン別の輝度データの傾向を見やすくするために、対数グラフを作ってみます。
横軸(輝度値)を対数表示すれば、横のずれ幅が比を表すので、理論通りならピーク位置が等間隔になるはずです。
というわけで、輝度データを両対数グラフにしてみました。
f0346040_00544091.jpg
おおー。ピーク値が綺麗に並んでます!
良い感じです。ちなみに、ゲイン139(ユニティゲイン)のときは光電効果で生じた光電子1個を「1」とカウントするはずなので、FITSデータではこれに16をかけた「輝度16」として記録されていると考えられます。上のグラフの左端が10ですので最初のプロットがこの「光電子1」に相当する信号ですね。

※「ゲインを上げたら、このプロットは消えてしまい(右にズレてしまい)もっとまばらなデータになるかも」と邪推していましたが、そうでは無さそう。

ちなみに片対数グラフだとこんな感じです。
f0346040_01040358.jpg
ゲイン別のピーク値がとても見やすくなりました。
本来これらのピーク値を読むことで、およその比感度が分かるのですが、
今回は、低輝度側からの積分値で比較することにします。

低輝度側からの累積ピクセル数を解析すると、下記のようになりました。
f0346040_01065465.jpg
もし、ゲインを60アップするごとに感度が2倍になるなら累積輝度分布が左右等間隔になるはずですが、とても良い感じで等間隔になってますね♪
・・・これは期待できそうです。

つぎに、上記のグラフでヒットしたピクセル数が1500万画素に到達するまでの累積輝度をゲインごとに分析してみます。

f0346040_01381180.jpg
うししし。
とても綺麗なリニアリティが得られました。

★最終結論(めいたもの)

というわけで、今回の「検証ごっこで」はASI1600MC-Coolを-10度で運用した際のゲインと比感度の関係は次のようになりました。

f0346040_01143958.jpg
結論として、ゲイン139を基準とすると、ゲインを60上げるごとに感度は「ほぼ」2倍になることが分かりました。

えっ?
「理論値とズレてるぞ!」
ですか?

ええと・・・・たぶん下記のどれかかと

仮説①
ゲインの設定値と実際のゲインが微妙にズレている。
※ゲイン60で1.995倍(理論値)では無く2.021倍になる仕様なら、2.021の3乗が8.25なので結構良く合ってます。

仮説②
ゲインと連動して増加するなんらかのノイズが加算されて輝度が増している。
※ありそうなお話です。(ダークも引いていませんしねぇ)

仮説③
あぷらなーとのポンコツ頭で考えた「検証ごっこ」なので、そもそも手法が間違っている。
※大いにあり得ます(笑)

・・・・とにかく、細かいことを言わなければ、
ASI1600系の感度は、ゲインを約60上げるごとに約2倍になっている
ということが、実際に確かめられました。

めでたい♪

心のつぶやき
「ああ、久しぶりにASI1600に触れたと思ったら、撮影したのがPCモニタ上のグラデーションだけだなんて・・・・」



by supernova1987a | 2017-03-07 01:32 | 機材 | Comments(8)

ショットノイズの考察ごっこ②

★やはりドタバタして実写できないので・・

年度末は元々忙しいのですが、今年はさらに色々と重なったので毎日ドタバタで天体観測できません。
・・・というわけで、前回の(意外なことに反響が大きかった)考察ごっこを進めることにしました。

★前回のまとめ
f0346040_22523585.jpg
VMC260L+ASI1600MCで撮影した場合を想定して、M27亜鈴状星雲から飛んで来る光子の粒々の到来フラックスを色々と考察ごっこした結果、
ゲイン400で15秒露光すると、1ピクセル当たり約2030カウントの輝度値が得られることが予想されました。
さらに過去の実写データを解析すると、バックグラウンドが約4300カウントでM27上の値が約7200であることから、M27から飛来した光は約2900となり、オーダーレベルでの比較的良い一致を見ました。

★ということは・・・

前回のシミュレーションのロジックは、あながち間違ってはいないと言えそうです♪
・・・で、いよいよショットノイズの正体に一歩迫ることにしてみます。

前回仮定したのは、明るい天体からは間断なく、暗い天体からはパラパラと光子が飛んできており、その飛来頻度は光子がポアッソン分布にしたがっているというものです。
その仮定に基づき実写データと比較した結果として前回得たバックグラウンドの明るさを元にして、どのように光度分布しているのかをシミュレートしてみました。

f0346040_00334318.jpg
バックグラウンド(天体が無い夜空の明るさ)を元に、実際の撮像素子上に飛来する光子数がどのように分布したのかをシミュレートしたのが上のグラフです。
これは、F7.1の光学系にマイクロフォーサーズ1600万画素のカメラを用いて、15秒露光した場合に相当します。
(背景光は面積体なので、光学系の口径は関係なく、F値のみで光子数が決まります)


★ショットノイズをシミュレートするために

「単位時間当たりの光子数が一定ではなく、揺らいでいることがショットノイズの原因」だという仮定の下で、実際のノイズが再現できるかを試みてみます。
私がまだ『理系』だった頃、ランダム性を持つ事象のシミュレーションにはモンテカルロシミュレーションを用いていたはずなのですが、ポアッソン分布のモンテカルロのやり方を完全に忘れてしまっていたので(すでにアホになった頭で)泣く泣く考えてみることに・・・。

f0346040_23124409.jpg
ポアッソン分布を規格化(全イベント数の合計が1になるように調整)した場合には、上の図のようにA~Fの事象が起こる確率を示すグラフになります。
そこで、下の図のようにそれぞれのグラフを短冊のように切り出して・・・・・
f0346040_23145239.jpg
こんな風に下から繋げます。
すると、ちょうどポアッソン分布の確率密度関数を積分した事になるはずので・・・・・

f0346040_23164244.jpg
0~1までの数値を乱数を用いて与え、その値に相当する高さの短冊の名前を読むことにします。
そうすると、各事象の短冊の長さは発生確率に一致しているため、乱数から得た事象の登場頻度はポアッソン分布に従うはずです。

・・・・うーん。『理系』だった頃は、これを「積分モンテカルロシミュレーション」とか「1次元化モンテカルロシミュレーション」とか呼んでたっけなぁ・・・。
本当は、確率密度関数を積分したものについてその逆関数を求めてから乱数をぶち込んでいたはずなのですが、今回のような離散的な関数の逆関数は厄介なので、短冊接続方式で行きます♪


★ここに来て、壁に・・・

さて・・・と。どうやって各短冊に該当したかを判定するかなぁ・・・・。
コーディングはしたくない気分なので、できるだけ手抜きしたいなぁ・・・。
・・・という訳で、
f0346040_23300866.jpg
こんな演算テーブルをEXCELで作って各セルから参照し、ヘビのように長~いIF文で条件分岐させるという、ベタベタな方法で行ってみます。

★背景光の揺らぎ推算結果は・・・・
f0346040_23331357.jpg
量子効率の補正、ゲインの補正、16ビット変換補完、などなどを行った結果として、
ゲイン400で背景を15秒露光した場合に50×50ピクセルの撮像素子から得られる出力イメージは上記のようにシミュレートされました♪

★でもASI1600MCはベイヤー機なので

実写データと見比べるために、このシミュレーションデータをRAW画像として、以前作ったデモザイク(ディベイヤー)処理ツールに通してカラー画像化を試みます。
f0346040_23410084.jpg
左がRAWデータのシミュレーションで、右がデモザイク後のシミュレーションです。
なにやら、実際の撮影画像でよく見る感じのモヤモヤしたノイズが再現できていそうですね♪

★実写データと比較してみる

最後に、実写データの中から、天体が写っていない領域を強トリミングしてシミュレーションと見比べてみましょう。

・・・すると・・・

f0346040_18540284.jpg

左がシミュレーションで、右が実際にASI1600MCで撮影した背景ノイズです。
一応、ダークファイル減算のみ行っています。
ガンマ補正を考慮していなかったり、カメラ側のリードノイズなども考慮していないので、全く同じとまではいきませんが、
どうでしょう?
いつも背景に現れるモヤモヤした雲状のカラーノイズらしきものが、バッチリ再現できたのではないかと、自画自賛♪

・・・という訳で、
ASI1600MCで短時間露光撮影した画像に見られる「背景のモヤモヤ」は、主として、飛来する光子の揺らぎを捉えたショットノイズだと結論づけられそうです。

★注★ このノイズはあくまで自然現象に起因するノイズなので、ディザリングの有無を問わず、コンポジットのみで改善します。

P.S.
今後、相変わらず天体観測できなかった場合は、さらに、

「明るい夜空から対象天体を弁別できるスレッショルド(閾値)はいかほどか」
「カメラのビット数はどのように寄与するか」
「短時間露光×多数枚コンポの利点はなにか」
「リードノイズ、ゲインノイズを考慮した場合のスレッショルドは?」

などなど、「考察ごっこ」を継続してストレスを発散させます。

普段の本業では、超文系作業(生徒の小論文の添削や、大学入試予想問題としてオリジナルの評論文とか小説とか随筆とかの執筆)ばかりやってるので、たまに理系『ぽい』ことをやると疲れが取れますねぇ。



by supernova1987a | 2017-02-28 00:01 | 天体写真 | Comments(12)

ショットノイズの『考察ごっこ』①

★稼働率を上げる企み失敗

いやー。なかなか上手く行かないものですね。
BORG89ED+GPDでコンパクトな機材を組んで、赴任地のベランダ観測態勢を整えようと目論んだものの、諸々の事情で頓挫(涙)。

諸事情①
 実家のうち、江戸時代の築である母屋や土蔵や土塀などが崩落を始め、危険だと行政から警告されたので、しぶしぶ撤去工事に着工
諸事情②
 徳島から香川へ転勤命令が出たので、諸準備開始

・・・正直、全く身動きが取れなくなりました。

★撮影できない夜と言えば、『考察ごっこ』

・・・というわけで、久々に『考察ごっこ』をして憂さ晴らしすることにします。
やれやれ・・・。

★短時間露光+多数枚コンポの優位性を検証していた際に

暗い天体を短時間露光で撮影した場合、ザラザラの画像になりますが、これはノイズと言うよりもむしろ「揺らぎ」に近いモノだと私は解釈しています。
天体から飛んでくる光子1粒のエネルギーは、プランク定数をh・振動数をνとした場合、hνで表されます。
要するに、天体の明るさでは無く光の波長のみで決まります。また、光子1粒のエネルギーによって光電効果(センサーから信号が出るかどうか)の閾値が決まるため、理論的にはどんなに暗い天体であっても、光子が1粒でも入射すれば『感光』します。
ただし、暗い天体は「まばらにしか光子が飛んでこない」ために、「たまにしか写らない」と解釈できます。

光子が飛んでくる頻度が低い場合、特定の時間内にカウントされる光子数はポアッソン分布に従うので、その揺らぎが「ショットノイズ」の主要因だと判断できます。

例えるなら、パラパラと雨が降ってきているとき、短時間だけ紙に雨を当てると『ポツポツ』が写り、長時間雨にさらすと全体が濡れるのと同じ原理です。したがって、短時間露光であってもそのデータを積算(加算コンポジット)すれば長時間露光と同様の絵が写せる「はず」です。

飛んでこない粒は捕獲できませんので、今後「いかに高感度なセンサーが開発されても」短時間露光では、ザラザラにしか写りません。


・・・と、ここまでは以前「考察ごっこ」したのですが・・・。



★そもそも、本当に光子がパラパラ飛んできているのか?

あぷらなーとの(過去の)専門は、「高エネルギー宇宙線物理学」なので、ガンマ線とか諸々の「すんごい高エネルギー」の放射線には詳しくても、天体観測で撮影するときのような「可視光線」に関しては守備範囲外でした。
・・・で、撮影できない憂さ晴らしに、少しだけ勉強を開始することに♪


<注>ど素人の考察なので、以下、色々と間違いや勘違いがあるかもしれません。


①前提条件
 一般的に「天体の等級」と言った場合は、肉眼の感度が高い緑色(550nm付近)の光の強さを指します。
 これをV等級と言います。


②X等級の天体から飛んでくる光子の総エネルギー
 天体の等級を X(等級)
 カウントする波長のバンドパス(許容する波長の範囲)を d(㎛)
 とすると

 1秒当たり1㎠の地表に飛んでくる光子の総エネルギーは

 W=10^(-X/2.5)×4×10^-12×d(J)

 となります。


③X等級の天体から飛んでくる光子のフラックス
 ここで言うフラックスとは、1秒間に単位面積あたりどれだけの光子が流れ込んでくるかを指します。

 プランク定数を h 観測する光の振動数を ν (Hz)
 とした場合の光子1粒当たりのエネルギーはhνとなるので、先ほどのエネルギーを割ると

 1秒間当たり1㎠の地表に飛んでくる光子の個数は

 F= W/hν
  = 10^(-X/2.5)×4×10^-12×d/hν

 となるはずです。


④口径Dcmの望遠鏡で光子を補足すれば
 口径Dcmの望遠鏡の対物レンズの面積は 3.14×(D/2)^2 なので
 この望遠鏡で光子を1秒間観測すれば、

 N= F×3.14×(D/2)^2
  =10^(-X/2.5)×4×10^-12×d×3.14×(D/2)^2/hν

 だけの光子が網にかかることになります。


⑤7.4等級の恒星をVMC260L+ASI1600で観測すれば
 ASI1600MC系のカメラはVバンドのピークがおよそ540nmで半値幅がおよそ100nm(0.1μm)
 VMC260Lの口径は26cmなので、さきほどの数式に代入すると

 7.4等級の天体を1秒間撮影すると、6.44×10^5 個の光子がヒットする計算になります。


⑥M27を想定して試算してみると
 ⑤までの考察ごっこは、あくまで点光源の恒星から来た光が、1ピクセルに全て収まった場合の話です。
 これが、星雲など面積体の場合には全等級の光が淡く広がっていることになりますので、1ピクセルあたりに入射する光子数は激減するはずです。

 M27のVバンド等級は約7.4等級
 M27の広がりはおよそ8分×6分

 VMC260L+レデューサ+ASI1600MCでの撮影の場合
 1ピクセルが約0.42秒角に相当するので、

 M27から到達した光は、およそ92万4千ピクセル上に拡散していると予想できます

 したがって、1ピクセル当たりにヒットする光子数は、
 1秒間当たりおよそ 0.697個/秒 と予想されます


⑦カメラ側の量子効率を考慮すると
 マニュアルによれば、
ASI1600のユニティゲイン(光電子1個を1シグナルとするゲイン)は139。
 また、メーカーサイトの資料によれば、量子効率(光子1個から何個の光電子を生み出すか)は(ピーク値で)約60%らしい。
 これらを考慮すると、
 7.4等級の天体をゲイン139で1秒露光すると、
 1ピクセル当たり0.42個の光電子が発生
 することになります。


⑥ゲインと露光時間を考慮すると
 では、実際にM27をVMC260L+ASI1600MC-COOLで撮影したデータのうち
 ゲイン400+露光15秒
 のものと比較をするために、ゲインと露光時間の補正を加えてみます。

 ASI1600MC-COOLの場合、ユニティゲインを139
 撮影ゲインをGとすると
 光電子1個に対するカウント数(出力)は 
 10^((G-139)/200) で表されます。


⑦16bitFITSへの変換過程を考慮すると
 ASI1600MC-COOLは12bitのADコンバータを搭載していますが、実際にFITSデータを出力する際には、これを水増し(間に隙間を入れて)16bitデータにしていることは、以前検証しました。


 すなわち、保存されたデータの輝度は実際のカウント数の16倍( 2^16 / 2^12  )になっています。

これらを全て考慮すると、
VMC260L(レデューサ付)+ASI1600MC-COOLでM27亜鈴状星雲をゲイン400+15秒露光した場合には、
1ピクセル当たり平均2030カウントの輝度データが得られる計算になります。

 
★M27の実写データと比較してみる

実際にVMC260L(レデューサ付)+ASI1600MC-COOLでM27亜鈴状星雲をゲイン400+15秒露光した1枚画像
f0346040_02323220.jpg
を元に、M27が写っている領域の平均輝度データを拾ってみました。

・・・むう。これは緊張しますねぇ。
そもそも、大気による減光、フィルタによる減光、その他諸々を一切考慮に入れていないわけです。
また、ダーク減算は行っていますが、ベイヤー素子の現像処理で「なにか変な」事が起こっている可能性もあります。

ここは、オーダー(数値の桁数)が合えば大成功、としましょう。

・・・・で、G画素(Vバンドのため)のみの平均輝度データを簡易測定してみた結果




・・・ででん!


☆M27が写っている領域:平均7200
☆背景領域:平均4300
☆エクセス(背景を除いたシグナル)は
 平均2900

おお!

『考察ごっこ』で試算した2030に
めっちゃ近い
じゃないですか!!

え?光がロスしているハズの実写の方が理論値よりも値が大きいのは変・・・ですか?

・・・ええと、そもそもV等級のバンドパスとしてASI1600MC-COOLのGフィルタの半値幅を用いたのですが、実際の分光特性では、結構「裾野が」広がってるのでその影響と、市街地で撮影した画像なので光害が加算されている影響と、処理しきれなかった分のノイズが乗っていることなどを考慮すると、オーダーレベルでの一致は大満足、です。はい。

・・・・ああ、面白かった♪
これで、「ショットノイズの正体」に少し迫れたような気がします。

以上、完全に「自分への備忘録」兼「自己満足」のためだけの記事でした。すみません。


★★★★以下(いつか)続きます★★★


by supernova1987a | 2017-02-21 02:50 | 機材 | Comments(19)


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