ほしぞloveログ

天体観測始めました。

カテゴリ:調整・改造 > 評価

いまの若い人には全く通じないタイトルですが、気分はホントにこんな感じです。

あっかさんのブログ
で、笠井から3倍の星座ビノCS-BINO 3x50が発売されていたことを知って、私も年末に早速注文しました。年越し観望には間に合いませんでしたが、年明けに実家の名古屋から富山に帰ってすぐに届きました。それでも富山は全然晴れなくてなかなか試せません。この日もずっと曇りで、夜もダメかと思ったのですが、22時頃外に出てみたら、少し薄い雲があるところもありますが、結構晴れています。月齢11日の明るい中ですが、早速3倍ビノの見え味を試してみました。

ちなみに、以前7種類の星座ビノの見比べの記事を書いたことがあります。よかったらご覧ください。




笠井の星座ビノたち

笠井からは3 種類、単眼を合わせたら4種類の星座ビノが販売されていることになります。
  • 古くから販売されているWideBino28
  • WideBino28の廉価版と言ってもいいCS-BINO 2x40。2019年春の発売。これはSIGHTRONのStella Scanと色違いの同等品とのことです。
  • 単眼バージョンのCS-MONO 2x40というのもあるので、これも入れたら笠井から販売されている星座ビノ(単眼にビノはおかしい?)は4種になります。
  • そして今回発売されたCS-BINO 3x50です。
前回のまとめ記事ではまだCS-BINO 2x40を手に入れてなかったのですが、5月の連休の時に名古屋のSCOPIOで手に入れ、その後見え味などのレポートも書いています。今回はまとめて3種レビューしてみようと思います。


CS-BINO 3x50と、CS-BINO 2x40のレビュー

CS-BINO 3x50と、よく考えたら前回のまとめ記事以降CS-BINO 2x40はきちんとレビューしていないので、ついでにこちらもまとめて書いておきます。

CS-BINO 3x50、2x40ともにはケース付きの星座ビノで、落下防止の首からかけるヒモがついています。2x40の時には付いてこなかったレンズキャップも、対物側だけですが付属されるようになりました。

品名: CS-BINO 3x50
販売: 笠井トレーディング
倍率: 3倍
口径: 公称48mm (対物側が実測で47.5mm、接眼側が実測で18.5mm)

長所: 倍率が高いので、暗い星までよく見える。CS-BINO 2x40よりは高いが、それでもまだ安価。
短所: 周辺の歪みが多少ある。倍率が高すぎるので、星座ビノというには星座の全景が見えにくい。

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品名: CS-BINO 2x40
販売: 笠井トレーディング
倍率: 2倍
口径: 公称40mm (対物側が実測で40.5mm、接眼側が実測で17.5mm)

長所: 安価。星座ビノの中では最安。星座ビノとしては一般的で十分。 
短所: 周辺の歪みが多少ある。

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では3種を比べてみましょう。上からCS-BINO 3x50、CS-BINO 2x40、WideBino28です。

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付属品なども含めてです。あ、どれもレンズ拭き取り布が付属していますが、今回はケースの中に入れっぱなしです。

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外観を見るとCS-BINOは2x40とCS-BINO 3x50は作りがよく似ています。同じメーカーなのでしょうが、倍率の違いを除けば歪みも含めて見え味もよく似ているので、設計思想がやはり同じなのかと思われます。接眼レンズの大きさはWideBino28がかなり小さいのに比べて、CS-BINOは2x40, 3x50はともに同じ大きさに見えます。ですが実測すると少し違いがある様です。3x50はその名の通り対物レンズが50mmと一番大きいのですが、前後の長さが意外に長いので、比べると大きい印象を持ちます。それでも普通の双眼鏡に比べたら遥かにコンパクトで軽いので、ずっと首からぶら下げていてもそれほど気にならないでしょう。ただし紐が細いので、できればもう少し太い紐だと首に食い込まなくていいかもしれません。


明るいところでの見え味

まずは昼間の明るいとことで覗いてみます。
  • 視野ですが、CS-BINO 2x40が倍率2倍、WideBino28が2.3倍、CS-BINO 3x50が3倍なので、当然倍率が高くなるほど見える範囲も狭くなってきます。
  • 明るさの違いは昼間ではほとんど分かりません。
  • 中心像は3機種ともどれもそれほど大差ないように見えます。分解能も特に不満はありません。低倍率なので手持ちで使う分には十分な性能だと思います。
  • WideBino28は光軸中心から目がずれるとボケるのですが、CS-BINOは2x40、 3x50も同様にボケます。さらに周辺の歪みがWideBino28より大きいと感じます。ですが以前のレビューでも書いたように、昼間では気になる周辺の歪みも夜に星を見ている限りは、(少なくとも私は)ほとんど気になりません。
まあ、昼間に見てもただの倍率の低い双眼鏡にしか見えないので、その魅力は全くわかりません。夜の評価に移りましょう。


実際の星を見て

夜の星を見てみました。見比べたのは月齢11日の上弦の月を越えて満月に近づきつつある、かなり月明かりのある日です。ここでもWideBino28が基準になります。

一般的に星座ビノを使うと、この日の月の明るさや自分の目の悪さもあり、肉眼で見るより遥かに見える星の数が増えます。星座早見番をみながら、一つ一つの星が十分にトレースすることができるくらいです。WideBino28は基本性能もしっかりしていて星座を見るという目的は十分に達成することができます。星座早見盤に載っていない様な小さな星も見ることができるので、そこら辺がさらなる星座ビノの面白さと行ったところでしょうか。

それに比べてCS-BINO 2x40は倍率が少し低いため、見える範囲が広がって星座の全景が見やすくなる反面、逆に暗い星が見えにくくなるので見える星の数が減ります。ですが印象としては両方共ほとんど変わらないと言っていいかと思います。歪みも共に昼間に見るときほど気になりません。あえていうなら、CS-BINO 2x40のほうが星を見た時のインパクトが少し小さいかということくらいでしょうか。倍率が少し低いということとほぼ同義なのですが、見える範囲が広くて星座の形がわかりやすい代わりに、細かい所が少し見えないということです。でも繰り返しますが大した差ではないです。むしろWideBino28のバランスの良さを褒めるべきでしょう。

さて、肝心のCS-BINO 3x50です。一言で言うとものすごくよく見えます。いや、はっきり言って想像以上の見え方です。あっかさんがブログで言っていたことがよく理解できます。

まず星の数が圧倒的に増えます。ある明るさの空でどこまで暗い星が見えるかは(口径に依らずに)倍率のみで決まる(理由は以前の評価記事、もしくは望遠鏡で見える星の数の記事参照)ので、2倍と3倍の比較なら単純に3/2=1.5の2乗で、2.25倍暗い星、大雑把にいうと1等分位暗い星まで見ることができます。2等星と3等星の星の数の違い、3等星と4等星の星の数の違いを考えてもわかるように、数で考えると1等暗い星が見えると飛躍的に星の数が増えて見えます。

星座を見ていても細かいところの星までよくわかるようになります。例えばオリオンの小三つ星ですが、CS-BINO 2x40だと「あ、星が縦に並んでいる」というくらいです。これがCS-BINO 3x50だとはっきりと「星が3つある」という感想に変わります。月のすぐ横にあったM45プレアデス星団すばるも、CS-BINO 2x40だと「あ、すばるだ」とひとまとめの感想ですが、CS-BINO 3x50だといくつ星があるか数えたくなってきます。明るい環境でも暗い環境でも単純に見える星の数が増えるので、この日も月明かりに負けることなく十分に楽しむことができました。


星の色がよくわかる

星の数の違いはある程度予測できていて期待通りだったのですが、期待していなかった違いは星の色でした。そこに気づいたのはしし座の首の根本の星Algiebaを見た時でした。Algiebaは赤い星で目立つのですぐにわかるのですが、そのすぐ横にある小さな星が青く綺麗に対比して見えるのです。この対比はCS-BINO 2x40で見ても、WideBino28で見ても、まあ頑張れば見えることは見えるのですが、気付くことはありませんでした。あと、北極星ポラリスはこんなにオレンジなんだとか、すばるって他と比べるとやっぱり青いんだとか、ほかの星と広範囲で見比べることができるので、倍率の高い双眼鏡でその星だけ見ていてもなかなか気づけないことに気づくことができます。星座の形と対比して一つ一つの恒星の特徴が分かるので、例えば牡牛座の角のところのアルデバランもすごく目立ちます。これは今までの星座ビノにない面白さです。


欠点

一方、拡大率が大きいので、これまでの2倍程度のビノで楽しめた星座の全景が入らなくなりがちで、どの星座を見ているのか分かりにくくなることがあります。オリオン座とか、あからさまに星座の形がはっきりわかっているもはいいのですが、星座自身は知っていてもその形まで覚えていないものは、途中で迷ってしまうことがありました。加えて星の数も増えるので、特に初心者だと少し混乱してしまうかもしれません。


CS-BINO 3x50は買いか?

では、はじめての星座ビノとしてCS-BINO 3x50は買いかどうかということですが、これが最初だとしても間違いなく面白いと思います。でも、できるなら通常の2倍程度の星座ビノを一度見てから、もしくは併用しながら見ると、その違いや星座の全景と細かいところが交互に見えるなど、より「星座」というものを認識できると思います。私個人の意見としては、3x50は2台目の星座ビノとしてが一番のお勧めでしょうか。

こうやって考えるとWideBino28のバランスの良さがよくわかります。倍率2.3倍というのは星座全景も多く楽しめて、細かいところまで見える、絶妙なバランスなのかもしれません。

実は星座ビノではないのですが、MIZARの倍率4倍という双眼鏡を持っています。普通の双眼鏡としてはかなり低倍率の部類です。星座用にと2017年の原村星まつりでたまたま見つけたものです。これ確かに星の数が増えるのですが、4倍だともう拡大しすぎで星座の形を捉えること自体が困難になってきます。なので、結局あまり使っていなくてお蔵入りになってしまっています。4倍は星座全景を見ようとすると倍率が高すぎることは確かで、そういった意味では3倍という倍率はギリギリの線なのかもしれません。

値段的にはCS-BINOシリーズは星座ビノとしては最安の部類に入ります。最初から2x40と3x50をまとめて買ってしまっても、得られる感動と実用度から考えたら相当パフォーマンスがいいのかもしれません。


まとめ

結論ですが、星座ビノを既に持っていてその性能を実感できる人にはCS-BINO 3x50は絶対お勧めです。見え方の違いを存分に楽しめるでしょう。初めての星座ビノとしてCS-BINO 3x50を使う場合、星座の全景を見るのに少し慣れは必要ですが、夜空にはこんなに星があるのかと実感できることでしょう。特に都会や、月夜の明るいときに見ると劇的な星の数の増加にびっくりするはずです。CS-BINO 3x50で天の川はまだ見ていませんが、これも夏になった時の楽しみの一つです。

レビューを兼ねたCS-BINO 3x50のファーストライトでしたが、感想はとにかく「あー面白かった」です。この値段なら間違いなく「買ってよかった」です。常時車の中に入れておいて末長く使うこととなりそうです。 

梅雨の合間にも関わらず珍しく晴れたので、久しぶりの撮影です。といっても平日なので宅撮り。

今日の課題は白濁したレンズのFC-76で撮影を試してみて、実用で耐えうるかどうかです。比較しやすいようにFS-60Qでも同様の撮影をしてみます。白濁したレンズでも電視観望では問題なさそうという結果でした。果たして撮影レベルではどうなるのでしょうか?


機材、撮影条件など

鏡筒1: タカハシ FC-76 (口径76mm, 焦点距離600mm、対物レンズが白濁) + 新フラットナー(x1.04)
鏡筒:2 タカハシ FS-60Q (FS-60CB+エクステンダー相当、口径60mm, 焦点距離600mm) 
赤道儀: Celestron CGEMII
センサー: Canon EOS 6D HKIR改造
フィルター: サイトロン QBP(Quad Band Pass) filter
日時: 2019年6月25日、22時頃から
場所: 富山市下大久保
月齢: 22.1、ほぼ下弦の月
撮影対象: M8干潟星雲とM20三裂星雲、猫の手星雲を同画角内に 


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FC-76のセットアップ。

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FS-60Qに交換後。赤道儀は反転。


FS-60Qとの共通オプション

FC-76での撮影をしてみてまず気づいたのが、これまで集めたFS-60Q用のオプション器材がかなり共通で、そのまま使えることです。
  • 具体的にはまずはカメラの回転装置。これはSKY-90用となっているのですが、タカハシのシステムチャートによるとFC-76もFS-60Qも接眼部へのネジの径が共通なために、これが標準の回転装置となります。
  • 同様に、ワイドタイプのカメラマウントDX-60Wもシステムチャートによると共通で使えます。
  • さらに新フラットナーもアダプターさえFC-76用を買い足せば使い回しがききます。アダプターは数千円と安価なので気軽に買うことができます。
実際今回撮影用途で購入したのはこのアダプターだけで、あとは何も買い足す必要がなかったのはありがたかったです。

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このように、FS-60CB用の機材がほぼそのまま使えます。


実際の撮影

実際の撮影ですが、久しぶりのこともあり、少し手間取りました。

今回撮影用のコンピュータとしてStick PCを使ったのですが、StickPCの動作がなぜか重い。64bit版のSharpCapはポーラーアラインメントを開始するとすぐに止まってしまいます。仕方ないので32bit版にしたら、こちらはなんとか最後まで動きました。あと、PlateSolvingで使っているAstroTortillaがうまく位置を検出してくれません。仕方ないので、All Sky Plate Solverを使いましたが、こちらは位置検出まではしてくれるものの、赤道儀へのフィードバックがうまくいきません。時間もあまりないことなので諦めて、何度かテスト撮影をして位置を決めました。でもFS-60Qに交換した時にPlateSolvingがなかったことが原因で、位置ズレと、さらにピンボケを導入してしまいます。

あと、これもStickPC関連かもしれませんが、BackYardEOS(BYE)が安定しなくなる時がありました。なぜかBYEが立ち上がらなくなること、接続はうまくいっているのになぜか撮影ボタンが押せなくなることでした。前者はPCを再起動することで、後者はBYEを再度立ち上げることで解決しました。これまであまりなかったことなので、少し気になります。

さらに、鏡筒をFS-60Qに切り替える時に、対象が南天を超えていたので赤道儀反転したこともあり、今一度アラインメントからやり直しました。その際、CGEMIIのハンドコントローラーにStickPCからのケーブルが繋がっていて電力が多少供給されていたので、赤道儀本体の電源スイッチを落としても電源が完全に落ちません。それに気づかずに、再度スイッチを入れた時にコントローラの明かりが半分暗いような状態になってしまって、あ、故障かも!と少し焦りました。電源を落として、かつハンドコントローラーに繋がっているケーブルを抜くことでこれも回避です。

これに加えて、もう一つ関連した問題が発生しました。FS-60Qに交換したた時に、鏡筒が軽くなりすぎてしまって、赤経方向の重量バランスが取れなくなり、初期アラインメントの途中でトルク不足で止まってしまうのです。ウェイトを一番内側まで持っていってもまだバランス不足でだめでした。今回はCelestronのパワータンクでなく、40000mAhくらいの大容量のリチウムイオンバッテリーを使ったのですが、このせいかもしれません。結局、ハンドコントローラーにUSBケーブルをつないで電力を少し加えたらなんとうまく初期アラインメントができました。FS-60QにCGEMIIは大げさすぎるのかもしれません。いずれにせよもう少し軽いウェイトを用意しておいたほうがよさそうです。

撮影時間はFC-76の180秒露光が10枚で計30分、300秒露光が6枚で計30分、FS-60Qでは300秒露光が6枚で同じく計30分となります。その他、ISOは全て3200で固定。撮影時間の違いの影響をできるだけなくすために、撮影対象の位置をちょうど南天を挟んで前半がFC-76、後半がFQ-60Qというようにしてあります。なので赤道儀も前半と後半で反転しています。

惜しむらくは、次の日仕事ということもあり、時間があまりなかったので、FS-60Qでのピントが少し甘くなったことです。途中で気づいてやり直そうか迷ったのですが、もう月が昇ってくるのと、対象が木の陰に隠れそうだったので泣く泣く諦めました。後で見たらやはり少し星像が肥大していました。


撮って出し

撮って出しJPG画像です。それぞれ撮影の1枚目の画像になります。このブログにアップロードするのに画像サイズが大きすぎたので、縦横2分の1に縮めました。

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FC-76、180秒露光。

M8_LIGHT_6D_300s_3200_+25cc_20190625-22h45m11s577ms_cut
FC-76、300秒露光。

M8_LIGHT_6D_300s_3200_+27cc_20190626-00h42m55s063ms_cut
FS-60Q、300秒露光。星がはっきりしているように見えますが、
単にピンボケで星像が肥大しているだけです。拡大するとダメなのがよくわかります。

それぞれFC-76、FS-60Qが、干潟星雲、三裂星雲、猫の手星雲ともに綺麗に出ています。透明度は悪くなかったのですが、自宅でもこんなに出るのはやはりQBPの威力かと思います。後半のFS-60Qでは午前1時半頃まで撮影していたので月が少し上っていたはずですが、その影響もQBPのおかげかほとんど無いようです。これをみる限り、露光時間の違いによる明るさの違いはきちんとFC-76の300秒>FS-60Qの300秒> FC-76の180秒と順番通りになっていることと、FS-60Qでのピンボケ以外に、撮って出し画像ではほとんど差はわかりません。FC-76の周辺減光が少し目立ちますでしょうか。

少なくとも撮って出しだけではFC-76の白濁の影響があまりよくわからないという、ポジティブな意味です。



ダークとフラット画像

その後、次の日に180秒と300秒のダーク画像を撮影、さらにその次の日もかけてFC-76とFS-60Qのフラット画像を撮影しました。フラット画像はiPadのColor Screenというソフトを使い、モノクロ色にして最大の明るさで撮影しまして。全てISO100、露光時間1/4秒です。不思議なのは撮影条件を同じにしてもFC-76とFS-60Qでヒストグラムで見てヒストグラムのピークの位置がほとんど変わらないことです。口径で76/60=1.26倍の違いがあるので、光量ではその2乗の1.6倍の違いがあるはずです。この口径差がピーク位置に出てこないのが不思議です。

ただし、ピーク位置は変わりませんが、その広がりは雲泥の差があります。FC-76のヒストグラムがかなりブロードなのに対し、FS-60Qが非常に鋭いピークなのです。


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FC-76ではフラット画像のヒストグラムが広がっている。

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FS-60Qのフラット画像のヒストグラム。もう、全然鋭いです。

最初これが白濁の影響かと思いました。でもどうやらそれも間違いで、周辺減光の違いが大きいということがわかりました。下の画像、出すのも恥ずかしいのですが、適当にストレッチするとセンサー面のゴミがFC-76ではまだはっきり見えていないのに、周辺減光がすでに顕著です。一方FS-60Qでは相当余裕を持ってストレッチできていて、センサー面のゴミがはっきり見えていますが、まだ四隅は暗くなっていません。

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FC-76のフラット画像。まだあぶり出しきっていないのに、
周辺減光が大きく、ゴミもはっきり見えきっていません。

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一方FS-60Q。かなりあぶり出していて、ゴミがくっきり見えていますが、
まだ周辺減光は顕著ではありません。

これはちょっと意外でした。単純にFC-76のほうが口径が大きいので、周辺減光も余裕があると思っていたのですが、カメラの絞りと同じで、より絞ってあるFS-60Qの方がより均一に撮影できるということでしょうか。


リニア処理後の画像

画像処理の準備が整ったので、PixInsightでそれぞれリニア処理です。同様の手順がFC-76の180秒と300秒、FS-60Qの300秒と3通りあるので、手間を省くためにScriptのBatchPreProcessingを使います。バイアス、ダーク、フラット補正をしています。

出てきた結果をPhotometricColorCalibrationを使い、色を合わせます。それらをScreenTrasferFunctionでオートストレッチし、JPEGで保存したものを示します。まだ彩度を出す前の過程なので派手やかさはないですが、比較するには十分かと思います。

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FC-76、180秒露光。

light-BINNING_1_PCC
FC-76、300秒露光。

light-BINNING_1_PCC
FS-60Q、300秒露光。

検討

3枚を見比べます。
  • まずFS-60Qはピントが甘かったので星像が肥大しています。
  • 同じ600mmの鏡筒ですが、フラットナーが1.04倍の倍率があるので、FC-76の方が画角が少し狭いです。
  • ノイズに関してはFS-60Qが一番ザラザラしているように見えます。これは口径の違いからくる明るさの違いで説明できそうです。
  • 一見FS-60Qがコントラスト良く見えます。これらはオートストレッチが影響しているのかと思います。オートストレッチはフラット補正がどれくらいうまく当たっているかなど、最大/最小輝度に大きく依存するので、まあ誤差の範囲かなと。FC-76でも180sの方が一見コントラストがよく見えているので、白濁の影響でコントラストが悪くなっているとはこれだけで言うことは難しいと思います。
それ以上のことは、私の目ではほとんど差を見い出すことができません。


とりあえずの結論

できるだけ同じ撮影条件にしようとしましたが、それでもまだなかなか結論めいたことを言うのは大変そうです。ただ一つ言えることが、たとえ多少白濁があっても、撮影レベルで使ってももそれほど遜色なく写ってしまうということでしょうか。これは結構意外というか、驚きの結果です。

白濁が一番効果に現れるのはコントラスト低下かと思います。眼視の場合にはなかなか避けることは難しいでしょうが、それでもこのFC-76では多分よほど目の肥えている人でないと気づかないのではというのが、以前の記事の結論でした。一方、画像処理の過程では、低下したコントラストを補正するのは難しくありません。もちろんノイズとの交換条件になりますが、撮影の方が白濁の不利さは少なくなるのではというのが今回考えたことです。少なくとも私の画像処理のレベルでは、コントラスト差が問題になる程、結果に影響が出てこないようです。

白濁も、レンズについたゴミなども、どれくらい汚いと本当にダメになるのか、一度きちんと検証したほうがいいのかもしれません。特にニュートン反射の主鏡とか、汚れやすいけれども分解しないと綺麗にできないような部分も結構気にせず使ってしまっているので、意外なほど許容範囲は広いのかもしれません。撮影への影響まで含めて、何か定量的に評価できないものなのでしょうか?反射系の副鏡のMTFへの影響なんかは、うまい評価方法なのかもしれません。

今回は一応これで一区切りです。せっかく撮影したので、次の記事でこれら3枚を合わせて、最後まで画像処理をした結果を見せます。


星座用のビノがたまってしまいました。いつの間にやら7個です。今回は実際に見たときの感想も含めて、それぞれレビューしてみます。

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左上から下に向かって、
WideBino28(新)、WideBino28(旧)、星座望遠鏡(双眼)、星座望遠鏡(単眼)、
右に移ってテレコンビノで、cokin、JAPAN OPTICS(?)、Nikonです。

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接眼レンズ側です。cokinのレンズ径の大きさが群を抜いています。



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ケースやキャップなども一緒に。順序は上と同じです。

タイトルには星座用ビノと書きましたが、正式な一般名称がよくわかりません。もともと2倍テレコンを利用して自作していたのが主流だったこともあり「テレコンビノ」と呼ばれていることもあります。商品名になるのでしょうが「星座望遠鏡」は分かり易い名前だと思います。でも一般の人にはそれでもなんのことやら、星座用の望遠鏡って???だと思います。「星座観察用双眼鏡」なんて長い呼び方もあるようです。とりあえずここでは「星座ビノ」と呼ぶことにします。


星座ビノとは

ここで少し、どれくら星座ビノがすごいのか説明しようと思います。まずこれらのビノを昼間にのぞいてもほとんどその価値はわかりません。ちょっと拡大されるだけで目で見るのとあまり変わらない。なんでこんなものにこんな値段を出すのか、全くわからないと思います。実際私がそうでした。原村の星まつりで昼間にのぞいても全然理解できなかったのです。でもこれを夜に、しかもある程度の光害地で使うと評価は全く変わります。大抵は「何これ!」「めっちゃくちゃ見える!」「こんなに星があるの!」と驚嘆の声を上げることでしょう。


見える星が増える理由 

見える星の数が増える理由はひとえに低い倍率にあります。普通双眼鏡というと10倍とかそこそこの倍率で、一見倍率が高い方がいいと思ってしまうかもしれません。ところが星座ビノの倍率はどれも2倍程度です。この2倍というのが非常にバランスが取れた倍率なのです。2倍の倍率ということは、2x2=4で4倍暗い星まで見ることができます。これはビノをのぞいたときに一辺2倍の長さに拡大してみるということなので、面積で考えると4倍に拡大してみることになります。すなわち明るさは4分の1になるわけです。ところが星は点光源なので、面積がなく広がらないために明るさは変わりません。星の明るさは変わらず周りの明るさを4分の1にするので、4倍暗い星まで見えるということになります。

では4倍暗い星(明るさが4分の1倍の星)とはどういうことでしょう?星は等級という単位で明るさを表します。都会や光害地では肉眼ではせいぜい2等星程度までしかみることができません。3等星まで見ることができればまだそこそこ暗いところになりますい。この等級という単位、2等級の差があると明るさは5倍違います。星座ビノでは4倍くらいの暗い星を見ることができるので、ざっくり2等級近く暗い星まで見ることができます

では等級ごとにいくつくらいの星があるのでしょうか?

1等星:21個、2等星:68個、3等星:183個、4等星:585個、5等星:1858個、6等星:5503個

だそうです。たとえば2等星までしか見えない都会や光害地では約90個の星が見えます。これが2等級余分に見えるようになって4等星まで見えるとすると、約850個にまで見える数が増えます。なんと約10倍の数の星が見えるのです。実際には上の表には南半球で見える星も入っているので、数としては半分程度ですが、10倍近くの数の星が見えるようになるということは変わりません。高々2倍倍率を上げるだけで、10倍近くの星の数が増えるというのだから効率がものすごくいいのです。

では調子に乗ってさらに倍率を上げたらどうでしょうか?確かにより暗い星までみえるので、見える星の数は増えます。が、今度は視野が狭くなって「一度に」見える星の数が減ってきます。しかも狭い範囲を見ることになるので、いったい空のどこを見ているかがわからなくなってくるでしょう。この2倍程度という倍率は、大多数の星座の一つ一つがすっぽり視野に入るくらいの倍率なので、自分がなんの星座を見ているかすぐにわかるのです。しかも星座にある小さな星まで見えてくるので、星座早見盤と見比べながら星座を自分で一つ一つ確認して形をトレースすることができます。自分でやってみるとわかりますが、これはかなりおもしろいですよー。星座ってホントにこんな形を結んでできているんだと実感することでしょう。こんな理由から「星座」ビノなんて呼ぶのが適しているのかと思います。

2倍という倍率は本当に微妙で、覗いてみてもあまり視野が狭くなった気がしません。もちろん視野は狭くなっているのですが、人間の目が焦点を合わせられる範囲はそれほど広くはないので、ちょうどそこらへんの範囲と、星座ビノで視野が狭くなる範囲が一致するくらいにあるためだと思います。一方星の数は上の理屈通り、本当に増えて見えます。これはびっくりするくらい増えたように感じます。「わー、こんなに星が隠れてたんだー」という言葉を発したくなるくらいです。

さて長くなりましたが、いよいよレビューといきます。まずは現行機種で、簡単に手に入れらるものからです。


現行機種

WideBino28

販売: 笠井トレーディング
倍率: 2.3倍
口径: 公称40mm (対物側が実測で39mm、接眼側が実測で8mm)
入手方法: アマゾン、各種天文ショップ
値段: 1万6千円程度

長所: 入手しやすい。歪みは少ない。おすすめ。
短所: 接眼側の径が小さい。ピント合わせが軽いので首からぶら下げておくと服とかに当たってずれる。光軸中心から目がずれると大きくぼやける。現行機種の中では少し値段が高いほう。


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私が一番最初に手に星座ビノです。星を始めた年の原村の星まつりで見たのが最初です。もっとも、その時は価値を全く理解できずに、「なんだ大して拡大もしないのに高い双眼鏡だなと」思ってしまいました。望遠鏡で暗い星が見えるようになる理由がわかってから、天の川を倍率の低い双眼鏡で見たらどうなるのだろうと思った時に、初めて「あ、だから原村であんなのが売ってたんだ!」とやっと理解できてすぐに入手しました。

もともと笠井トレーディングからの販売で、私はKYOEIで買いましたが、一般の天文ショップでも売っています。今ではAmazonで手に入れられるとのことで、とても入手しやすくなっています。たまにヤフオクとかで元の笠井よりも高額な値段をつけてあることがありますが、専門業者でもなんでもないところが高く売りつけようとしているだけなので、こんなところでは買わないように注意してください。

とても見やすく、値段もそこそこ。入手性もよく、一番おすすめです。ピントも合わせやすいですが、つまみが軽くて、首からぶら下げていると服とかに当たって勝手につまみが回ってしまい、ピントがずれてしまうことがよくあります。見え方も特に不満なく、よく見えます。倍率も2倍より少し高いので、多少暗い星まで見ることができます。

接眼レンズが少し小さいのですが、視野に関しては特に不満はありません。光軸中心から目の位置がずれると大きく像がボケるのが気になります。なんでこんなことを書くかというと、子供はなかなか上手く光軸中心に目を合わせられないからです。子供は最初はピントを合わせるのさえも難しいです。大人なら多分全く問題ないです。

私としては入手性や見え方なども考え、これが一番おすすめで、とにかく迷ったらこれです。


星座望遠鏡(単眼、両眼)

販売:  スコープテック
倍率: 1.8倍
口径: 公称40mm (対物側が実測で42mm、接眼側が実測で20mm)
入手方法: アマゾン(単眼双眼セット)、各種天文ショップ
値段: 単眼7千円程度、両眼1万4千円程度

長所: 現行機種では接眼側のレンズ径が大きい。入手しやすい。日本での開発、設計で、スコープテックが日の出光学に持ち込んで企画したもの。単眼だと一番安価(ただし、この記事を書いている間に笠井から最安値のCS-BINO 2x40が販売されました)。
短所: 周辺が少し歪む。

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発売は2017年だったと思います。原村星まつりで販売された直後のものをスコープテックのブースで手に入れました。もともと単眼で売っていたものを、去年2018年の原村の星まつりの頃に両眼アダプターの販売が始まりました。2つとアダプターを買うと双眼になるというものです。私は双眼の方も原村の星まつりで手に入れました。今では双眼用のセットとして、2つとアダプターが一緒になって売っているようです。

私が買った時は全部単眼(合計3つ)でレンズキャップがついてこなかったですが、今は単眼のものは対物側のキャップは付属するみたいです。でもアマゾンの写真を見ている限り、双眼セットにはキャップがついてこないように見えますが、どうなのでしょうか。

倍率が1.8倍とより視野を広く取れる代わりに、暗い星までは少し見えにくくなっています。光軸ずれに対しては上のWideBino28よりはるかにマシですが、周辺像が少し歪みます。でも実は、星座ビノ一般に言えることですが、歪みは昼間は目立って気になるかもしれませんが、夜に星を見ているとそこまで気にならないです。

値段が安いのも特徴で、試しに単眼でというなら7千円程度で購入できます。倍率も低いのであっさりした見え味が特徴でしょうか。でもこのあっさりというのは、コストも考えたらなかなかできるものではなく、日本のメーカーという特徴が出ている一品だと思います。とりあえず単眼で試してみたいというのならこれ一択です。


その他、現行機種

現行機種でまだ購入していないものが2つ (3つ?) あります。VixenのSG2.1×42とサイトロンの星空観測双眼鏡Stella Scan 2x40です。Vixenのは現行機種では結構高めなのと、サイトロンのは店舗に行ったときに何も欲しいものがないときに買おうと思ってとってあります。特にサイトロンのものはケーズデンキで購入することもできるので、天文ショップなどがないところでも、実際のものを見て決めることができると思います。これらはいつか購入したらまたレビューしたいと思います。

さらにこの記事を書いている間に、つい先日WideBino28を販売している笠井トレーディングからCS-BINO 2x40という星座ビノが発売されましたが、どうやらこれはサイトロンのものと同等の色違いらしいという噂があるのですが、実物を見たわけではないのでわかりません。単眼でも販売しているようで、価格もかなり戦略的なものになっていて、星座望遠鏡よりも安価になっているようです。(追記: 初出でCS-BINO 2x40の販売元を間違ってしまいました。ご迷惑をおかけしました。)


旧型機

ここからは現在では普通には販売されていない、多少入手困難なものです。入手順に書いていきます。普通のお店で手に入れるのは難しくなりますが、それでも特筆すべき特徴を持ったものもありますので、参考に書いておきます。


旧型WideBino28

まずはWideBino28の旧型。

販売: 笠井トレーディング
倍率: 2.3倍
口径: 公称40mm (対物側が実測で39mm、接眼側が実測で8mm)

長所: 歪みは少ない。
短所: 接眼側の径が小さい。光軸中心から目がずれると大きくぼやけるのは現行機種と同じだった。

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三重県のアイベルに行ったときに入手しました。現行機と違って白色がベースです。笠井のページで見ると、旧型機でも黒いので、さらにもう少し昔のもかと思われます。適合目幅や重量など多少違いはありますが、倍率など大きなところは同じです。見え味も現行機とほとんど変わらない印象です。中古のせいか、紐がついていなかったりキャップがなかったりします。安く入手できるのでなければ、現行機を買ったほうがいいかと思います。



テレコンビノ

ここからはテレコンビノと呼ばれる、デジタル用の2倍程度のテレコンを双眼用に自作したフレームに取り付けたものになります。基本的にピントを合わせる機構がないので、目が悪い人は星もボケて見えてしまいます。その代わりにレンズ径が大きいので、メガネをかけても視野が狭くなりません。目が悪い人はメガネをかけて見るほうがいいです。


cokin テレコンビノ

販売: ケンコートキナー (DIGITAL TELE LENS-200-52mm)
倍率: 不明、実視ではSCOPTEHCの星座望遠鏡とほぼ同じなので1.8倍?
口径: 対物側が実測で65mm、接眼側が実測で38mm

長所: とにかくレンズ径が大きい、ピント合わせをする必要がない(できない)ので、子供でも扱いやすい。
短所: 周辺ひずみが大きい。分解能が少し劣る。

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cokin製の2倍のテレコンを利用した自作のビノです。昨年の小海の星フェスで、趣味で作っているという方から手に入れました。このビノの特徴はとにかくレンズ径が大きいことです。対物側も大きいのですが、接眼側もそれに負けないくらい大きいのが特徴です。そのためすぐに星を視野に入れることができて、ほとんど迷うことなくすぐに見ることができます。初心者の方、特に子供に大人気です。観望会でも「これが一番いい」という方が多いです。欠点はピント調整ができないこと。これはテレコンビノに共通で、私はこのピント調整ができないということを最初知らなくて、購入してから「あ、しまった」と思いました。ところが意外や意外、観望会では調整をする必要がない(できない)ので、逆に扱いやすく、これも一番人気の理由です。このことが元で、もっとテレコンビノが欲しくなり、下の2種を最近ヤフオクで落としました。

ピント調整ができないと言っても、パンフォーカス(被写界深度を深くする事によって、近くのものから遠くのものまでピントが合っているように見える)なので、調整がないこと自体は気になりません。それでも目が悪い人はそれなりにしか見えないので、眼鏡をかけて見たほうがいいです。私は最近度が進んでしまっていてメガネがあまりあっていないので、ちょっとボケてしまいます。

見え味ですが、レンズが大きく見やすいのはとてもいいのですが、かなり歪みます。夜だとあまり歪みが気にならないのと、レンズ径が大きいのには代え難い扱いやすさがあるので、もし入手できるのならこれはかなりおすすめです。ただ、分解能が少し劣るのを不満に思う方がいるかもしれません。


メーカー不明 テレコンビノ

販売: 不明、JAPAN OPTICS? (DIGITAL HIGH DEFINITION 2X TELEPHOTO LENS)
倍率: 公称2倍?、実視ではSCOPTEHCの星座望遠鏡とほぼ同じなので1.8倍?
口径: 対物側が実測で45mm、接眼側が実測で31mm

長所: ひずみが少ない。軽い。安価だった。
短所: 多分入手がすごく困難。色収差が目立つ。分解能が少し不満。

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まだ購入したばかりなので、実戦では使えていません。でも明るいところで見る限り、歪みとかは少ないです。あえていうなら少し色収差が大きく、分解能が他と比べると足りないことがわかります。


Nikon TC-E2 テレコンビノ

販売: Nikon (Tele Converter TC-E2 2x)
倍率: 公称2倍、実視ではSCOPTEHCの星座望遠鏡より倍率は高く、笠井WideBino28よりは倍率が低い。
口径: 対物側が実測で52mm、接眼側が実測で17mm

長所: ほとんど文句がない。キリッとしていて、ひずみも少ない。意外に入手しやすい。
短所: 中古だが、最近レンズ単体が高騰していて高い。

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念願のNikon TC-E2を使ったテレコンビノをやっと手に入れることができました。以前、小海で実物を見せてもらったのですが、見え味は素晴らしかったです。その時は他に買いたいものもあり手が出ませんでしたが、ヤフオクで手の届く値段で出ていたので今回落札しました。ところが、フレームの作りやパッケージがcokinのテレコンビノとよく似ています。もしやと思ってヤフオクで連絡を取ってみたら、小海でcokinを売ってくれた方と同じ人で私のことも覚えていてくれていたらしく、Facebookでも友達になってしまいました。この方はまだいくつもNikonのTC-E2を持っているとのことで、最近フレームを大量に作ったのでこれからもいくつか販売するらしいです。フレームを自作するのは結構大変そうなのと、テレコン自身も高騰しているのですが、こういった方から入手できるというのはありがたいことです。

見え味は改めて見ても素晴らしいです。歪みも色収差も少なく、これがテレコンの最高峰と言われている理由がよくわかります。接眼側のレンズ径がcokinには負けているので、子供とかの評価ではパッと見の視野は負けるかもしれませんが、大人なら間違いなくこちらの方が見え味に納得すると思います。


まとめ

7機種(実質はWideBino28が新旧の違いだけ、星座望遠鏡が双眼と単眼の違いだけなので5機種)をじっくり見比べてみました。1機種だけだとあまり気にならないことも、さすがにこれだけ一度に見比べると違いがよくわかります。Nikonは間違いなく見え味は最高でしょう。ピントを合わせられないのが唯一の欠点と思えてくるくらい、本当に素晴らしいです。今ならまだ入手することもそれほど難しくはありません。笠井のWideBino28は現行機種の中ではおすすめです。SCOPTECHの星座望遠鏡は双眼で買っても2つの単眼として二人で使うこともできるのでお得です。私は持っていませんが、サイトロンのStella Scanは全国にあるケーズデンキで実物を見ながら購入できるので、こちらもいいかもしれません。

色々比べましたが、基本的にはどの機種を持っていっても、実際の星空を見ればびっくりするでしょう。本当に「こんなに星が隠れてたのか!」というのを実感できるはずです。一般の方にはこんな小さな双眼鏡にしては少し高価に感じるかもしれませんが、下手な望遠鏡とか、倍率の高い双眼鏡よりもはるかに楽しかったりします。まだ経験されたことがない方は、騙されたと思って是非とも一度お試しください。

つい最近(2019/3/24)、Stellariumが0.19.0にバージョンアップされました。最近Stellariumがかなりすごいです。


星雲星団の実画像表示

星雲星団の実画像の充実に気づいたのは何ヶ月か前、バージョン0.18.2から0.18.3にアップデートされた時(アップデート自身は2018/12/22)です。ちょうどプラネタリウムソフトで星雲や星団がきちんと写真レベルで表示されないかなと思って色々試している時でした。撮影時の実際の星雲の広がり具合とかをあらかじめ比べたかったからです。あれ、0.18.3になってなんか綺麗な画像が増えたなと思って当時ちょっと調べてみました。Mac版の場合、アプリケーションフォルダの中のStellariumのファイルを右クリックして、「パッケージの内容を表示」で、Contents->Resources->nelulae->defaultの中を見ると、実際の星雲星団の画像がたくさん入っているのがわかります。

IMG_6850

上の写真の一番下のファイル数で比べると、0.18.2->0.18.3で248ファイルから439ファイルと倍増近くになっています。0.18.3->0.19.0は439->473と数はそれほど増えたわけではないですが、細かく見ると画像のクオリティが上がってたりするのがわかります。

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左が0.18.3付属のIC1805、右が0.19.0のもの。
サイズは1MB->509kBと小さくなっているのに、
クオリティは明らかに上がっている。

例えばオリオン座のM42です。Stelalrium上でかなりの画質で表示させることができます。

IMG_6842

これを見るとトラベジウムあたりは飛んでいってしまていますが、拡大すると徐々に画像を消すなどしてうまくトラベジウムが見えるようにしているようです。

IMG_6844

それでも星雲の画像を表示させたくないときもあると思います。そんな時は、右の端にカーソルを持っていくと出てくる「設定画面」から「Extras」タブで「星雲の背景ボタンを表示」にチェックをしておいて、カーソルを画面下に持っていって出てくる「深宇宙の背景画像」をオフにしてやれば下の画面のように画像を消すことができます。

IMG_6852

まだ一部もやっとした光も残っていますが、これは天の川の一部として低解像度で表示されているものです。これも右端で出てくる「空と表示の設定」から「空」タブで「Milky Way brightness/saturation」をオフにすると完全に消すことができます。


自分の持っている機材で視野角を確認

さて、前項のこういった星雲や星団の実画像があると何が便利なのか?それは撮影時の実際の視野角と簡単に比較することができるからです。

ご存知の方も多いと思いますがStellariumでは自分で持っている機材を登録して、視野を直接画面の中に表示することができます。右上の左から二番目の四角の枠だけのアイコンを押すと、画面の中に赤い枠が出てくると思います。これが現在設定されている視野です。これを自分の持っている機材に変更します。同じく右上の一番右のアイコンを押します。タブに「望遠鏡」、「補正レンズ」、「CCD」、「アイピース」がありますが、それぞれ設定します。「望遠鏡」は鏡筒、「補正レンズ」はバローレンズやレデューサなど、「CCD」はCCDカメラやCMOSカメラ、一眼レフカメラでももちろん構いません。赤道儀の機能は「望遠鏡」のところの「赤道儀」をクリックします。実際の視野の回転は「CCD」のところの「回転角(度)」で調整します。ここは大抵0度か90度ですね。

いくつか鏡筒やカメラを登録すると、右上の左から二番目の四角アイコンを押した時に、登録した機材を画面を見ながら変更することができます。この時、星雲の実際の画面があると、どれくらいの視野で、どのような機材で撮影すればいいのかが一発でわかるのです。


他波長での背景表示

もう一つ面白い機能を紹介します。多波長で空を見た場合、その画像をStellariumの背景として表示させることができます。これはバージョン0.18.0から搭載された機能で、まだテストレベルのようです。

画面右端で出てくる「空と表示の設定」から「Surveys」タブで「Deep Sky」を選び、ズラーっと出てくるリストが衛星や観測装置など研究レベルで撮影されたデータになります。たくさんあるのですが、アマチュア天文で撮影に使用する場合はほとんどがあまり関係なく、この中でお勧めできるのは「DSS colored(2つあるうちの下の方の)」と「DSS2 Red(F+R)」です。

IMG_6846
DSS colored

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DSS2 Red(F+R)

上のように分子雲モクモクの背景を表示させることができます。写真ではカラーの方が見栄えが良くなってしまっていますが、実際のPCの画面ではモノクロの方が見やすいかと思います。特に構図を決める時はかなり狭角で見ることになるので、モノクロの方がより分子雲の度合いがわかります。一方、広角で見る場合はモノクロの場合はつぎはぎになってしまうのでカラーの方がお勧めです。

この画面を表示させるためにはもう一つやることがあります。このやり方が最初どうしてもわからなくてしばらくの間ずっと画像を表示できなくてやきもきしていたのですが、色々調べてやっとわかりました。画面右端にカーソルを持っていくと出てくる「設定画面」から「Extras」タブで「Show HiPS button」をオンにして、画面下に出てきた「Toggle Hierarchical Progressive Surveys (experimental)」をオンにすると、やっと上のような画像が出てきます。でもこの機能はとても重いのと、多分データをその都度ダウンロードしているようなので、ある程度早いCPUパワーとネットワークが必要になるかと思います。

IMG_6845

他に面白いのは、「IRAS IRIS HEALPix survey, color」でしょうか。天の川全体を表示させるような場合は、IRAS IRIS HEALPix survey, color上のDSS coloredのように、カラー化されたものの方が見やすそうです。

IMG_6849
IRAS IRIS HEALPix survey, color

Surveysの方のリストはたくさんありすぎて私も全部は見ていません。いくつかのデータは表示してもほとんど何も変化がなかったりもするので、もしかしたら多少加工しなければ見えないようなデータもそのまま表示してしまっているのかもしれません。もしリストの中で他にも撮影の役に立ちそうなものがあったら、コメントなどで情報共有してもらえるとありがたいです。

あと全く別の同様の機能に、「デジタル・スカイ・サーベイ(DSS)ボタン」があります。こちらも画面右端にカーソルを持っていくと出てくる「設定画面」から「Extras」タブで設定できます。画面下に出てきた「デジタル・スカイ・サーベイ(TOAST)」ボタンを押すと、分子雲なども多少見ることができる背景が表示されますが、「Survey」で表示されるものの方が見やすいかと思うので、あまりこの機能はお勧めしません。

いずれにせよ、上の両機能ともものすごく重いので、お勧めの表示のさせ方を書いておきます。
  • まずプラネタリウム表示の時間経過を止める。画面下の三角ボタンを押すと止まります。
  • 画面を移動する時には、両機能ともオフに。
というくらい気を使うことになると思います。

また、最近のステライメージも最新版では多波長に対応しているとのこと。おそらく、画像を多少加工してあるのでしょうか、ステライメージの方が見やすくなっているようなので、こちらもお勧めです。

分子雲モクモク画面を見ていると、かなり構図決定の参考になるかと思います。これからもこういったものを撮影に活用していければと思います。

 

昨日の記事の続きです。やっとなんとか形になりました。

ノイズを標準偏差で評価するか、平均偏差で評価するか迷っていたのですが、Twitteでガウス分布から外れているのなら飛んだ値が多いはずなので、(飛んだ値に影響されにくい)平均偏差の方がいいのではという意見をもらいました。なるほど、考えてみればその通りで、標準偏差と平均偏差にすでに無視できないような有意な差があるということは、いいかえてみればガウス分布から外れた値も多いということが言えるのではと思います。

Fits画像のhistogram


というわけで実際にヒストグラムで分布を見てみました。まず、debayerなど何の処理もしていないRAW画像です。 

histgram_raw

見ての通り、ガウス分布からかなり外れていることがわかります。これはRGBでそれぞれ反応が違うために山がいくつもできるのかと思われます。

次に、同じ画像をdebayerしてRed、Green、Blueに分けたヒストグラムものを示します。

まずはRed:
histgram_R
次にGreen:
histgram_G

最後にBlue:
histgram_B


不思議なのは、RGBに分離しても山がいくつも見えることです。debayerの際に周りのピクセルの状況も読み込んでいるからなのか、もしくは画面の中で場所によって明るさに違いがあって、それが山になっているのかもしれません。また、RGBを合わせてもRAWの山の形になりそうもないことも不思議です。一瞬違う画像を処理したかと思ってしまったのですが、きちんと確認しても同じRAW画像から分離したものです。debayerもそんなに単純でないようです。

最後に、その中の50x50ピクセルを取り出してきた場合のヒストグラムです。
histgram_50x50
山がいくつもあるようなことはなくなり、大まかな形としてはガウス分布にだいぶん近づきます。それでもサンプル数が少ないことによるばらつきがあるのも確かなので、ここでは平均偏差でいくのが良いと考えることにします。



Conversion Factor

さて、実際にコンバージョンファクターを求めてみました。サンプル数を多くするために画像中心付近の100x100ピクセルを選んで解析しています。

結局今回はPythonで平均偏差を求めるルーチンをを自前で書いて、各ピクセルごとに計算しています。書き忘れてましたが上のヒストグラムも全部Pythonで書いています。やっとPythonでの画像解析に慣れてきました。結果ですが、以下のようになります。

20190302_01_Conversion_Factor

ついにここまでくることができました。結果はグラフの中にも数値で書いてありますが、コンバージョンファクターとして4.12、そこから計算できるUnity gainが200 x log10(4.12) = 123となり、メーカー値の117とわずか0.6dB、1.07倍の誤差くらいの範囲で求めることができました。

検証


もう少し検証してみます。

IMG_3262

上のようなSharpCapでの自動測定の結果のグラフと比べると、自動測定の測定値を伸ばしていくと0点近くに行きますが、自分で測定したものは0点に向かわずに、y切片で-352くらいのところにあたります。本当にきちんと測定しようとするならバイアスノイズをのぞいたり、フラット補正をすべきなのですが、今回は省いています。それでもSharpCapもそれ専用の測定はしていないように見えるので、うまくy切片が0になるような補正をかけているものと考えられます。

もう一点、自動測定の場合、測定点がいくつか重なっているように見えます。おそらくこれはRGBと分解した3点が重なっていると推測されるのですが、それにしても横軸(ADU)が一致しすぎています。普通に測定すると、自分で測定した時みたいにRGBで光源も違えばセンサーのフィルター特性も違うはずなので、ずれるはずです。これもSharpCapの自動測定では何らかの補正をしているものと思われます。


まとめ

結局、上の結果を得るまでに2週間くらいかかりました。色々苦労しましたが得たものも多く、まずPythonでの画像解析の環境がだいぶ揃いました。既存ライブラリに頼らない、ピクセルごとに解析する手法もある程度得ることもできました。統計的にどのようにアプローチすればいいのかも少し学ぶことができました。

次はEOS 6Dのユニティーゲインを求めることでしょうか。
あー、ホントはCP+行きたかったです。


続きの記事。


今回はCMOSカメラ、ZWOのASI294MC Proの性能評価の一環で、全ての測定の元になるADUからeへの変換のコンバージョンファクターの測定についてです。結論から言いますと、SharpCapの自動測定機能での結果と、SharpCapでマニュアルで一枚一枚撮影しその画像を自分で解析した結果がどうしても合いません

この記事は多分ほとんどの人にはめんどくさい話で、よほどでない限り興味がないことと思いますし、しかもうまく結果が出なかったものなので、公表するかどうかも迷っていたのですが、それでも自分のメモがわりに書いておこうと思います。ご容赦ください。


動機

もともとダークノイズを評価する過程の一環で進めているのですが、今回の測定の動機は2つあります。
  1. ダークノイズの測定は多岐に渡るので、まずは解析環境をpythonで整えようとするのにちょうどいい練習になる
  2. 天体用CMOSカメラだけでなく、一眼レフカメラの性能評価もできないかと思ったから
です。特にEOS 6Dのユニティーゲイン(ADUとeの比が1になるゲイン)、引いてはコンバージョンファクターの測定まで自前でできたらなと目論んでいたのですが、今のところ見事に失敗。

最近ブログをなかなか更新できなかったのは、天気が悪くて星が見えないとか、仕事が忙しいとかもありますが、この解析が全然うまくいかなくてずっと悩んでいたというのが、一番大きな理由です。


測定方法

各画像の撮影はSharpCapで撮影します。共通の設定は
  • iPadのColor Screenというソフトを光源とした
  • RAW16
  • Gain = 0
  • Brightness = 8
  • White Bal(R) = 50
  • White Bal(B) = 50
  • 温度15度程度(コントロールなし)
となります。この状態で露光時間を変更して10枚程度の画像を撮影します。上記設定や露光時間はSharpCapでのセンサー性能を測る時のパラメーターを参考にしています。というか、最初適当に設定していたのですが、結果が全然合わないので、最後はコンバージョンファクターを測る時の状況に限りなく合わせるようにしました。

ゴールとしては下の写真(SharpCapのセンサー性能測定機能で自動測定した場合)の

IMG_3260

右のようなグラフが得られればOKです。横軸(各ピクセルの明るさ)が10000程度の時に縦軸(ノイズの2乗)が2500程度です。グラフの傾きは0.25程度、その傾きの逆数が今回求めたいコンバージョンファクターになり、普通に測定すると1/0.25=4程度になるはずです。この値はZWOが示している値ともほぼ一致しています。

コンバージョンファクターはちょっと理解が大変かもしれませんが、関係式と意味についてはこのページの1のところに、式の証明についてはこのページの一番最後のおまけのところに書いてあります。


測定結果

ところが自分で測定してみた結果は散々なものです。普通に画像を撮影してそのまま何も考えずに解析すると、そもそもDebayerもされていなかったりするので、ノイズが大きく出すぎてしまいます。結果を見せるのもあほらしいのですが、

mymag_all



のようになり、SharpCapの結果にカスリもしないくらいノイズが大きく出てしまっています。傾きが30くらい、コンバージョンファクターは0.03とかで、メーカー値の100分の1以下です。ここから苦難のノイズハンティングの道が始まりました。結局やったことをまとめると
  1. SharpCapでfitsファイルを撮影
  2. PixInsightでCosmeticCorrectionでホット、クールピクセルを除去 (飛び抜けて明るいピクセルなどあるとばらつきが大きく出てしまう)
  3. PixInsightでDebayerをしてカラー化 (RGBでゲインが多少違うため、debayerせずに標準偏差を取るとばらつきが大きく出てしまう)
  4. PixInsightでR、G、B画像に分離し、一枚一枚を個別に保存する (今回解析に使ったirafは天文研究に使われるソフトで、モノクロがほぼ前提なので、カラー画像を解析できない)
  5. 中心近くの50x50ピクセルのみを選択して解析 (画像全体だと周辺減光などの影響で、ばらつきが大きく出てしまう)

4番まで進めた時のグラフが

mymag _rgb_all


のようになりますが、まだ傾きが10程度、コンバージョンファクターにして0.1程度しかありません。

さらに5番目の中心部分のみを解析するようにして、やっと下のグラフくらいにまでなりました。

mymag_rgb_cut


それでも結局傾きが0.35程度、コンバージョンファクターが1/0.35で3程度になり、どうしてもまだ4近くにまでなりません。

考察と今後

なぜこの差が縮まらないか、もう少し検証します。まず、横軸(各ピクセルの明るさ)が10000の時に縦軸(ノイズの2乗)が2500くらいになるためには、ノイズはそのルートの50程度でなければなりません。ではノイズと言っているものが何かと言うと、画像から測定したピクセルの明るさのばらつきということなので、普通は標準偏差(standard deviation)をとればいいと思われます。この標準偏差を求めるのに今回は天文研究でよく使われているirafを使いました。ところが、明るさ10000程度の50x50ピクセルの明るさのばらつきの標準偏差をirafで測定すると60程度になってしまいます。グラフの横軸でいうと2乗なので3600程度になってしまうわけです。

ここでirafを疑いました。何か間違った結果が出ているのではと思ったのです。そこでPixInsightの統計ツールで測定したのですが、標準偏差はやはり60程度とでます。それどころか、SharpCapでも画像の選択したあるエリアの各色の標準偏差をリアルタイムで測定できるのですが、それもやはり60程度なのです。

SharpCapで測定しても60とでるならば、SharpCapの自動センサー性能測定の測定はどうやってやっているのでしょうか?何か特別なことをやって50と出しているのか、それともまだ私が何か勘違いをしているのか

PixInsightの統計ツールで少しヒントになるようなものを見つけました。標準偏差ではなくてオプションでAverage absolute deviationという値を出すことができるのですが、この値がちょうど50程度になるのです。

IMG_6410
標準偏差(stdDev)が60ちょい、Average absolute deviation(avgDev)が
50切るくらいになっているのがわかると思います。

Average absolute deviationのは一般的にはMean absolute average (around the mean)というらしくて日本語では単純に平均偏差というらしいです。標準偏差が各値(Xi)から平均値(M)を引いたものを2乗したものの総和を総数Nで割ったもの

1Ni=0N(XiM)2

に対して平均偏差は各値から平均値を引いたものの絶対値の総和を総数で割ったもの

1Ni=0N(XiM)

となります。他にもMean absolute average (around the median)というのもありますが、こちらは平均値を引く代わりに中心値を引きます。

標準偏差が2乗和のルートになるので、ばらつきがより効いてくることになり一般的に

標準偏差 > 平均偏差

となるそうで、確かに標準偏差より小さい値になっていて納得です。

さて、平均偏差を使えば、メーカー値もしくはSharpCapで測定した値に近い結果が出るはずなのですが、そもそも平均偏差を使っていいものなのか?やはり普通に考えると標準偏差を使った方が、あとの統計的な評価が簡単になりそうで、素直な気がします。

さらに、irafなどの一般的な解析ツールでは平均偏差を出すことができるものが少ないので、グラフまで出せるくらいにきちんと解析するのなら自前で統計処理の部分のコードを書く必要があります。

そんなこんなで、今pythondで書いているのですが、果たしてこの方向が正しいのかどうか?
まだ色々迷っています。


続きの記事です。



先日作った画像四隅切り抜きソフトを使って、FS-60CBでの星像を比較してみました。比較対象は焦点距離の長い順から
  1. FS-60CB + エクステンダー => FS60Q: F10、焦点距離600mm
  2. FS-60CB + 旧フラットナー(フラットナー FS-60C): F6.2、焦点距離370mm
  3. FS-60CB + 新フラットナー(FC/FSマルチフラットナー1.04): F6.2、焦点距離370mm
  4. FS-60CB + レデューサー(RD-C0.72×): F4.2、 焦点距離255mm
です。条件などです。

  • カメラは2番目の旧レデューサーのみEOS 60DでAPS-Cですが、他3つは6Dでフルサイズになります。
  • また、旧レデューサー以外はQuad Band Passフィルターが入っています。ほとんど影響はないと思いますが、稀に星像が歪むという報告もあるようなので、一応気に留めておいてください。
  • 撮影場所は全て富山市の自宅ですが、どれも撮影日が違うので、条件は同じでないことをご了承ください。
  • 画像は全て撮って出しのJPEGですが、ホワイトバランスはその時々でいじっているので色はあてにならないです。
  • 何も校正していないので、周辺減光を読み取るのは厳しいです。

それでも下に示す画像を見てもらえればわかりますが、同じ鏡筒でも取り付けるオプションによって星像の違いがはっきりと出るのがわかります。


エクステンダー: 600mm 

まずは、1番のエクステンダーです。四隅と真ん中をそれぞれ250ドット角で切り取った画像と、その元の画像(モンキー星雲)になります。

LIGHT_6D_300s_3200_+3cc_20190109-22h33m50s976ms_4cut

LIGHT_6D_300s_3200_+3cc_20190109-22h33m50s976ms


四隅でもほぼ真円になっています。これなら全く文句ないです。


旧フラットナー: 370mm

次に旧フラットナーです。カメラが60DなのでAPS-Cサイズでの撮影であることに注意してください。北アメリカ星雲です。

NORTH_AMERICA_LIGHT_60s_3200iso_+30c_20170913-21h38m38s_4cut

NORTH_AMERICA_LIGHT_60s_3200iso_+30c_20170913-21h38m38s996ms

やはり四隅がかなり流れているのがわかります。結局旧フラットナーではちゃんとした撮影はこの一枚だけでした。それでも天リフの今日の一枚に選ばれた感慨深い一枚です。

星像比較とは関係ないのですが、この画像の撮影日は2017年9月13日で一年以上前です。フィルターも何もなしで、ISO3200で露光時間1分ですが、他の3つと比べてこれだけかなり背景が明るくなっています。他の3つはQBPで露光時間を伸ばせているので、QBPの効果がかなり大きいことがわかります。


新フラットナー: 370mm

新型のフラットナーです。昨日の記事で出したものと同じ画像でカモメ星雲です。

SEEGULL_LIGHT_6D_300s_800_+9cc_20190205-21h20m00s179ms_4cut

SEEGULL_LIGHT_6D_300s_800_+9cc_20190205-21h20m00s179ms


星像ですがほぼ真円。それでも拡大してエクステンダーとよく見比べてみると、四隅で極々僅かに円周方向に伸びているのがわかります。でもこれくらいなら私的には十分許容範囲です。


レデューサー: 255mm

最後はレデューサーです。オリオン座のM42と馬頭星雲一帯です。

ORION_LIGHT_6D_300s_800_+5cc_20190114-22h39m34s849ms

ORION_LIGHT_6D_300s_800_+5cc_20190114-22h39m34s849ms_4cut

まず、広角なのでさすがに周辺減光が目立ってくることがわかります。フラット補正は必須でしょう。星像も真ん中はまだそれほどでもないですが、四隅では円周方向にもそれと垂直にも伸びていて、十字のように見えます。それでも旧フラットナーよりはましですが、新フラットナーには完全に負けています。

拡大しなければ気にならない範囲とも言えますが、これは画像処理での補正方法を検討した方がいいのかと思います。ちょっと色々試してみようと思います。


まとめ

今回はFS-60CBについて、4種類のアダプターを試してみました。結果としては

エクステンダー > 新フラットナー >  レデューサー >> 旧フラットナー

といったとことでしょうか。ほぼ評判通りで、メーカーの言っていることも正しいと思います。やっぱり自分で確かめると納得しますね。細かい違いもよくわかりました。

できれば、これをレンズ設計ソフトで再現してみたいです。だれかFS-60CBのレンズデータとかどこかにあるか知りませんでしょうか?タカハシに聞いてもさすがに教えてくれないだろうなあ。


今週の火曜日、水曜日と新月期で、冬なのに珍しく晴れていました。外に出てもそれほど寒くないので、平日ですがQBPを使って宅撮りです。前回の撮影ではレデューサーを試したので、今回は新タイプのフラットナーのテストです。ターゲットは、これまで何度か撮ろうとしては雲が出てできて失敗しているかもめ星雲です。

機材セットアップ

今回の目的は、先日購入した新フラットナーでの撮影です。以前の旧フラットナーから星像がかなり改善されているそうなので楽しみです。
  • 鏡筒: タカハシ FS-60CB (口径60mm, 焦点距離355mm) + FC/FSマルチフラットナー1.04で焦点距離370mm
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • センサー: Canon EOS 6D(HKIR改造)、ISO800、露光時間5分x41枚 、計3時間25分
  • ガイド: ASI178MC + 50mm Cマウントレンズ、PHD2 + BackyardEOSでガイド+ディザー撮影
  • フィルターサイトロン Quad BP フィルター(クアッド バンドパス フィルター、 以下QBP)
  • 撮影場所: 富山県富山市
  • 日時: 2019年2月5日、19時22分から
  • 月齢: 0.6(新月)


撮影

撮影は準備から含めて極めて順調。唯一大変だったのが、前回の撮影で使ったレデューサーからフラットナーへの切り替えだけです。最初は短い方の中間延長アダプターを入れて、回転アダプターを鏡筒バンドから外に出して試したのですが、やはりピントがでませんでした。なので、再び中間延長アダプターを外して、カメラは回転しにくいですが、地面に鏡筒を置いた状態であらかじめカメラの水平を出して、カメラ回転アダプターを固定してから赤道儀に取り付けました。

カメラ回転が面倒な代わりに、新型フラットナーには48mm径のQBPをきちんとねじ込んで取り付けることができました。さすが新デザインで、より汎用性が高まっているようです。

いつものようにSharpCapで極軸をとり、CGEMIIのワンスターアラインメントで初期アラインメントです。実は最近ツースターアラインメントさえ使っていません。極軸がきちんと取れていれば、ワンスターアラインメントで十分です。ただし、流石にワンスターアラインメントだけの自動導入だとズレも出てくるので、Carte du CielとAstroTortillaでplate solvingしながらの構図決め。これは極めて便利で、準備始めから30分くらいで撮影を始めることができました。

何枚か撮れていることを確認して、仮眠をとりました。仮眠のつもりがぐっすり寝てしまい、夜中12時頃目を覚したら外は結構すごい風。しかも天頂越えで最後の何枚かは流れてしまっていたので、すぐに片付け。あとはダーク50枚ほどの撮影を放置しながら、また朝まで寝ていました。


画像処理

次の日フラットとバイアスを50枚づつ撮影して、そのまま全てPixInsightで処理です。枚数も4-50枚と少ないのですぐに終わります。 ストレッチは前回同様、赤とびを抑えるためにArcsinhStretchは使わずにScreenTransferFunctionとHistgram Transformationで済ませました。

今回は彩度までPixInsightで出してみました。今回はColorSaturationツールを使いましたが、Curves TransformationツールでSアイコンを選んで彩度を上げる手もあるようです。でもまだまだ手探りで機能を理解しきっているとは言い難いです。もう少し時間をかけて探ります。あとは、いつも通りPhotoshopに送って仕上げです。


出来上がり画像

出来上がった画像は以下のようになります。

light_PCC_stretched_morfing_satiration_DBE_morph_ps2a

新月期で時期的にはよかったとはいえ、それでも光害地での宅撮りでこのクオリティーなら個人的には十分満足です。3時間以上の露光とはいえ、それでもやはりQBPの威力は大きいでしょう。ただ、少しづつQBPに対する不満も出てきました。列挙しておくと
  • 恒星のオレンジが出ない。
  • 赤が、紅に近い赤で、紫がかった赤や、ピンクっぽい赤は出にくい。(ただし、燃える木のピンクはうまく出るようです。)
  • 恒星が赤飛びしやすい。
  • 青い星雲は出にくい。
といったところでしょうか。やはり透過波長域からもわかるように緑系や濃い青、また黄色やオレンジ領域もどうも苦手なようです。これはある意味当たり前で、そのために露光時間を延ばすことができるというわけなので、贅沢な悩みと言えるかもしれません。画像処理で多少誤魔化さなければならないところも出てくるので、ここら辺は腕の見せ所となのでしょう。


Plate solving


話は変わりますが、実際の導入と構図極めの際にはplate solvingとしてAstro Tortillaを使っています。でもあまり高機能でなく、解析結果もいたってシンプルであまりわかりやすくはないのですが、撮影時にBackYardEOSを使っているのである意味仕方なく使っている面もあります。一方、同じplate solvingのソフトなのですが、もう少し高機能なAll Sky Plate Solverを使うと、画像に星雲の名前などを入れてくれたりします。

seegull


右の方で名前がはみ出してしまったりしているのは愛嬌として、今回はいろんな星雲星団がある領域だったので、少し広角を狙いました。フラットナーがちょうどいい画角だったというわけです。plate solvingを使ってこんな解析も楽しいのではないかと思います。

本当はAll Sky Plate Solverが、そのままダイレクトにBackYardEOSに対応してくれたらと思うのですが、とても惜しいです。あ、一応BackYardEOSで撮影して、そのファイルを読み込ませるだけならできます。でもその足で赤道儀にフィードバックして位置を合わせ直すので、何度もそれをやるのは面倒だというだけです。Astro TorttilaとBackYardEOSなら、全自動で赤道儀の位置の合わせ直しまで繰り返しでやってくれるのでものすごく楽なのです。


新フラットナーの実力

この画像処理と並行して、昨日の記事で四隅を切り出すプログラムを作ったのですが、その結果を示しておきます。昨日の記事では画像処理後のものを出したのですが、よく考えたら撮って出しJPEGから切り取ったものの方が周辺減光の様子などもわかるのでいいのかと思います。

これが撮って出しのJPG画像で

SEEGULL_LIGHT_6D_300s_800_+9cc_20190205-21h20m00s179ms

ここから上下左右と真ん中250x250ドットを切り抜いています。

SEEGULL_LIGHT_6D_300s_800_+9cc_20190205-21h20m00s179ms_4cut


旧フラットナーの四隅の星像がどうしても気になって、使う機会があまりなかったのですが、今回の新型のフラットナーははるかに良くなっています。スターベースで店員さんから聞いた時には、それでも色によって極わずか収差で歪むとのことでしたが、これを見る限り私的には全く気にならないレベルです。

 

 

バイアスノイズで少しやり残したことがあるので、試しておきます。


疑問: バイアスフレームをマスターバイアスで補正してみたら?

前回、バイアスフレームを何枚かスタックしてリードノイズを求めてみましたが、枚数のルートで減っていくはずのリードノイズが実際には理論通りに減っていきませんでした。すべてのバイアスフレームに載っている共通のノイズがあると考えられたからです。

それでは、多数のバイアスフレームをスタックして最後に残った共通のバイアスノイズ(PixInsight用語では「マスターバイアス」というそうです)で、各バイアスフレームを補正してから、改めて何枚もスタックしたらどうなるのでしょうか?面白そうなので試してみましょう。


予測

単純に考えるとこんな予想ができます。
  • 前回の測定で、最後まで残った全バアスフレームに共通にあるノイズがさっぴかれるので、理想的に枚数のルートに比例してノイズが少なくなっていく。
  • 最終的にはあるオフセット(一定の輝度という意味)を持った、のっぺりした画像になる。
この予想は、実際に試す前に頭だけで考えたものです。さて本当にそうなるのか、もし違ったとしても実際にどこまで迫れることやら。


測定

さて、実際に試してみましょう。

マスターバイアスは再現性もチェックするために、前回撮影したのとは別に新たに撮影し直しました。枚数ですが、できる限りノイズの少ないものということで、1024枚重ね(て平均し)たものにします。このマスターバイアスで各バイアスフレームを先に補正してから1024枚スタックします。それでもノイズは単に理想的なものを1024枚重ねたものより、(マスターバイアスが足し合わさった分)ルート2倍大きくなるはずです。その分だけ理想的な枚数のルートでノイズが改善されるというのからはずれてくると思います。(と、ここら辺のズレくらいまで実際の測定前に頭の中で考えました。)

また、バイアスフレームも新たに撮影しました。マスターバイアスを作った際の1024枚でもいいのかと思ったのですが、それだと同じものから同じものを引いただけになってしまい、本来残って欲しいノイズもゼロになってしまうかと思ったからです。


結果


今回も1、4、16、64、256、1024枚の比較です。青色の理想的な場合と、緑色のマスターバイアスで補正されたもの赤色のマスターバイアスで補正されていない(前回と同じ)ものを載せています。あと、わかりやすいように縦軸をlogスケールにしました。理想的だとグラフは直線になります。

03_readnoise_vs_gain_02_masterbias


考察

さて、結果を改めて見てみます。マスターバイアスで補正したものは明らかに理想的なラインに近づいています。1024枚の時は同じ程度の(相関のない)ランダムなノイズを2回足し合わせていることになるので、理想的な場合に比べてルート2倍程度大きくなるはずです。無相関なノイズは足しても引いても2乗和のルートになるので、ルート2倍ということです。1.4倍くらいのはずが、実際には1.8倍くらいなので、それでも理論値より少しだけ大きい値になっているようです。256枚のところにも少なからずその影響が出ています。計算上は1.25のルートなので、1.18倍ですが、実際には1.24倍です。さらにマスターバイアスの枚数を増やせば1024枚のところでももっと理想的なラインに近づいてくるでしょう。


少し補足です。まずは1枚重ねで単純にマスターバイアスを引くことを試したのですが、平均値が同じものを差っ引くことになってしまうので、ADU(輝度)が0付近に行ってしまい、その影響で標準偏差も0に近い小さな値になってしまうことがわかりました。そのため次のようにして解決しています。
  1. まずマスターバイアスの平均値の半分の輝度を持ち、標準偏差0の全くのっぺりした画像を、PixInsightのNewImageで作成します。
  2. それをマスターバイアスから引くことで、マスターバイアスの平均値を半分にしました。
  3. そうやって作ったマスターバイアスを、それぞれのバイアスフレームから引きます。
  4. その結果、平均値が輝度0より十分に大きな、マスターバイアスで補正されたバイアスフレームを作り出しました。
IMG_6322


この過程を経て初めて正しそうな結果を得ることができました。


もう一つ、実際に処理した画像を比べてみましょう。左上の奥のがマスターバイアス補正をしていないもの、右下の手前の画像がマスター補正をしたもの。ともに1024枚スタックした時の画像で、輝度は揃えてありますす。

IMG_6328

PCの画面を直接撮影したので、モアレが少し残ってしまっています。見にくいところもあると思うのですが、それでもマスターバイアスで補正をすると残っていた縦線が明らかに消えているのがよくわかると思います。



まとめ

今回わかったことまとめておきます。
  • 全バイアスフレームに載っている共通のコモンノイズが存在する。
  • そのノイズは、多数枚のバイアスフレームをスタックして作ったマスターバイアスを使って、補正することができる。ただし、オフセットごと補正してしまうことに注意。
  • バイアスコモンノイズをさっ引いたバイアスフレームはかなり理想的なランダムノイズに近い。
と言ったところでしょうか。

うーん、今回はかなり予想通りにいったので、結構満足です。予測できなかったところは、マスターバイアスで単純に補正すると平均値が0になってしまい、ばらつきも少なくでしまうことでした。これは通常の画像処理でいう、オフセットをあげて暗い部分を切ることに相当します。

というわけで、画像処理は嘘をつかないということがかなりわかってきました、、、と言いたいところなのですが、すでに少しダークノイズを試していて、こちらはなかなか一筋縄ではいかないみたいです。また余裕ができたらまとめます。


それはそうと、今回新たにバイアスファイルを2000枚ほども撮影してしまいました。すでに合計3000枚、あぷらなーとさんにだんだん迫ってきてしまいました。やばい、これはやばい。まっとうな道を行きたかったのに(笑)。




 

近頃、KYOEIさんにおいてZWO社のASI294MC Proを手に入れました。これまでもASI294MCを使ってきていましたが、今回はこの冷却タイプにあたります。私にとっては初の冷却カメラの使用になります。

でもずっと天気が悪くていまだにファーストライトが実現できていないので、その分時間は余っています。せっかくなので、冷却タイプの性能評価を、ノーマルタイプと比較してみたいと思います。

IMG_6171


 
評価方法

さて、同じようなカメラが2台あるので、興味があるのはその性能の比較です。ノーマルタイプについては以前も性能評価をしています。SharpCapを利用することで、センサーの性能を簡単に実測することができます。測定できる項目は
  • コンバージョンファクター
  • リード(読みだし)ノイズ
  • フルウェル(飽和容量)
  • 実効ゲイン
などです。

SharpCapのSensor Analysis測定は3段階に分かれています。
  1. 最初はGain 0でe/ADU(コンバージョンファクター)を測定。
  2. 次が蓋をしての、ダーク、最短露光時間状態での、リードアウトノイズの測定。
  3. 最後に、再び蓋を外してゲインを変えての実ゲインの測定です。

詳しい説明はリンク先を参照するとして、興味があるのはセンサーが同じで、冷却した時にどこにどれくらい違いがでるのかを実際に確かめてみたいと思います。


 

測定時の注意点

測定は久しぶりだったので多少戸惑いました。今回気になった、測定するときの注意点です
  • 最初はRAW8に設定されていることが多いです。RAW16モードで測定すること。
  • 光源はiPadを使ったのですが、明るすぎるのと、フリッカーのような瞬きがあるので、紙を何重にかして光を通しています。
  • 光の量の調整が結構シビアです。暗いよりは明るいほうが測定の失敗が少ないです。測定開始時の最初の自動露光時間調整で、適度な露光時間に落ち着いたときの値が20msとかより短くなると、測定を開始することができますが、光量がまだ少なくて失敗する確率が増えます。露光時間が2msから5msくらいまでの間になるようにすると成功率が上がります。
IMG_6280
  • うまくいかない場合の典型なケースでも、最初のe/ADU(コンバージョンファクター)の測定と、ダークの測定まではすんなりいくはずです。
  • 次の「ゲインを変えての測定」がうまくいかないことがあるかもしれません。ここで失敗すると最初からすべてやり直しです。そのほとんどが光量が少なすぎて、露光時間が長くなりすぎるケースです。一つは、ものすごく光量が少ないとゲイン0の時に10秒以上の露光になって止まってしまうこと。たとえもう少し光量があっても、多分これはSharpCapのバグだと思うのですが、露光時間が1.5sとか1.7sくらいの時に、測定完了の判定がうまくできなくて、露光時間を長くしたり短くしたりを繰り返すことで、タイムアウトで終わってしまうことです。回避方法としては、光量を増やして、すべての測定の露光時間を1s以下に抑えることです。
  • できる限りホワイトバランスが取れている光を入れたほうがいいのかと思います。測定時の写真が以下のように紫に寄ったような光になりますが、センサーで見るとバランスが取れていたりします。
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  • 今回はiPadのColor Screenというソフトを使い、センサー側で見たホワイトバランスをある程度合わせてから測定しました。でもホワイトバランスがある程度ずれていてもうまく測定してくれるようで、何度か測定してもあまり結果は変わりませんでした。あまり気にしなくてもいいのかもしれません。
  • 結構重要なのが、SharpCapの一番下のPreviewingとかdroppedとか出ているところです。接続状態が悪いとdroppedの値が増えていきます。droppedが0でなかったらおかしいと思って、ケーブルをさしなおす、ケーブルを変えるなどしてください。0でなくても測定はできますが、すごく時間がかかります。通常の測定は全部終了するまでに5分もかかることはありません。dropしていると10分以上かかったりしてしまいます。


ASI294MC ノーマルタイプ

まずは測定がうまくできているかを検証するために、以前と同じASI294MCのノーマルタイプで測定しました。この時のセンサーの温度は冬の暖かい部屋の中での測定ということで、37度程度でした。センサーが動いている場合は外気温よりは高くなるので、特に問題ない温度だと思います。

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測定結果ですが、約一年前に測ったものと比べても、誤差の範囲内で特に変化はなく、経年劣化なども確認されなかったと言えます。相当ハードに、約1年間使い込んでもほとんど性能劣化が見られないというのは特筆すべきことだと思います。

ただ、読みとっている横軸のゲインの設定値がだいぶん違っています。これはSharpCapの方の選択の問題なのですが、以前は低ゲインを細かくとっていたり、最大ゲインの570をとっていたりしましたが、それらがなくなりました。その代わりに59と61をとるとか、119と121をとるとか、性能が大きく変わるところをあらかじめ知っていて、測定しているみたいです。今回の場合もゲインが119と121で特に読み出しノイズの値が大きく変わっていて、メーカーが出しているグラフの結果をよく再現しています。

ちなみに、RAW8で測定した結果は以下のようになり、8bitのダイナミックレンジで制限されてしまうことがよくわかります。SharpCapのマニュアルにはできるだけ大きなビット数で測定しましょうと書いてあるので、16ビットで測っておくのがいいのでしょう。

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ASI294MC Pro 冷却タイプ


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箱の中身。オフアキとかのことも考えて、各種厚みのリングが入っています。
CD-ROMの中に日本語のマニュアルが入っています。わかりやすいです。 

次にASI293MC Proですが、まずはUSB接続のみで、外部電源(12V/3Aと表示されています)も繋げずに常温で比べてみます。ただ、同じ部屋の中で測定してもなぜかセンサーの温度がそこまで上がりません。しばらく待って温度をならして、しかも測定をしながらでも25度程度でした。これは冷却コントロールをしなくても外気温をうまく取り入れる機構ができているのかもしれません。

IMG_6283

測定結果は、ASI294MCのノーマルタイプとほぼ同じです。正確に言うと、ノーマルが37度、Proが25度と温度が低いにもかかわらず、Proのほうが少し結果が悪いのですが、これは個体差の範囲内でしょう。


実際に冷却しての測定

さて、ここからの冷却過程は初めての経験になります。12V, 3A以上出せる外部電源を用意します。今回はいつも使っているACも出すことのできる40000mAhのリチウムイオンバッテリーの12V出力端子を使いました。SharpCapのThermal Controlsのところをオンにします。ターゲット温度を下げていくと、使用電力が上がり、センサー温度が下がっていく様子がわかります。何度が試しましたが、一番下がった時で-20度に設定して、-15.8度まで行きました。ものの5分もたたないくらいにターゲット温度まで行くので、ずいぶん簡単です。最低到達温度は外気温に結構依存しそうです。

測定時は-15度がターゲットで、到達温度が-11.7度でした。その状態での結果です。

IMG_6271


一見常温の時と変わりないように見えますが、リードノイズは明らかに下がっています。温度を変えて測定したのでグラフを示しておきます。

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上のグラフだとかなり重なっていてわかりにくいので、Gain = 500のところだけを別のグラフにしてみました。

G500


これを見ると、温度とともにリードノイズが増えていることがわかります。理屈の上では回路系の抵抗の熱雑音が多少貢献していると考えられるので、温度が下がることによってリードノイズも下がることが期待されます。測定でもリードノイズが温度によって下がることは確かめられましたが、その一方、結果だけ見ると大した効果でなく、せいぜい40℃温度が上がると1割増えるとか、たかだかそれくらいということもよくわかると思います。


ダークノイズとリードノイズの関係


ここで今一度リードノイズとダークノイズの関係を確認しておきます。カメラに蓋をしてセンサーに光が入らないような暗い状態で測定した場合、測定されるノイズはダークノイズσdark [e-/sec] と読み出しノイズσread [e-]が合わさったノイズが出てきて、実際に測定されるノイズをσとすると、

σ=σ2darkt+σ2read

という関係式で書くことができます。ダークノイズとはセンサーに光が入っていない時にも暗電流が流れることにより存在してしまうノイズで、時間 t のルートに比例して増大していくノイズです。

SharpCapの場合は、測定時間 を設定できる最短の時間0.032msとして、上式の前項を無視できる形にして読み出しノイズσreadを直接測定しているようです。ただ測定過程をじっとみていると、測定中に"Brightness"を変化させてバイアス(ヒストグラムで見ると、ピークの中心値のこと)を何度か変えてテスト測定をし、最後は"Brightness"を20に固定して最終的な読み出しノイズを測っているようでした。この過程の理由がよくわからないのですが、ばらつきの結果出てくる負の値を防ぐためのように思われます。

ちなみに読み出しノイズは、画像処理で行われるバイアスノイズと同義と言ってしまってもいいのかと思います(これちょっと自信がありません)。


ダークノイズの温度依存性

読み出しノイズは温度の依存性はあまりないことは上の実測でわかりましたが、ダークノイズは盛大に温度に依存します。簡単にですが、その結果だけ示しておきます。

測定時の条件は
  • モード: RAW16 (16bit)
  • 露光時間: 30s 、バイアスノイズの時だけ0.0032ms
  • Gain: 120
  • Brightness(オフセット): 20
  • ホワイトバランス: Red 50, Blue 50
  • 画像はfitsファイルをPixInsightで開き、DebayerはせずにそのままJPEGに変換
です。Gainが120の理由ですが、ここでノイズが小さくなるからです。

まず露光時間を最短にしたリード(バイアス)ノイズに相当するもの。ただし測定時の温度は17.6℃です。
dark_10_frames_17.6C_2019-01-27T02_11_10


次に、露光時間を撮影時を想定して30秒とした場合でリードノイズとダークノイズが合わさった場合で、温度が低温時の-16.2℃の場合です。明るさは上のバイアスノイズと比較できるように同じ値でストレッチしました。
dark_10_frames_-14.1C_2019-01-26T20_42_42

右上にアンプノイズが見えます。左側に明るいカブリが見えますが、これは漏れ光とかではないと思うので、何か余分なノイズが出ているようです。

最後に同じく露光時間30秒で、常温時の温度が25℃です。
dark_10_frames_16.2C_2019-01-27T02_06_54

低温時と比べて背景も相当明るくなります。さらに拡大してみるとわかるのですが、輝点がはるかに大量に発生しています。


まとめ

疲れたので、今日はとりあえずここら辺までとします。今回わかったことは、
  • ASI294MCは一年ほど使い込んでも経年劣化のようなものは見られない。
  • ASI294MCとASI294MC Proにおいては常温時では性能に差が見られない。
  • Proの方がクーラーを使わなくてもセンサー温度が低い状態を保つことができる。
  • 読み出しノイズは、温度の増加で大きくなるが、大した影響ではなく、40℃温度が上がって1割程度の増加である。
  • 一方、ダークノイズは温度増加で、背景、輝点ともに盛大に増える。
などです。温度によるダークノイズの差は見えましたが、これが実際の撮影にどれくらい効くのか、次回以降、気合が残っていればもう少し定量的に評価してみたいと思います。

今回の記事は結構一般的なことだけ書きましたが、まだまだ他にもまとめきれていないことがたくさんあります。例えば、
  • リードノイズとBrightnessによるバイアス設定の関係
  • バイアスはゲインを合わせなくてはいけないのか?
  • Gain120の振る舞いがあまりに面白くて、これだけでひとつ記事が書けそう
とかです。特にGain120はちょっと変っぽいです。なんか、サチらないピクセルが存在するためにノイズが少なく見えているだけのような印象です。

いやあ、CMOSカメラも奥が深いです。温度というパラメータが一つ増えたのでちょっと溢れ気味ですが、焦らずゆっくり進めていきたいと思います。




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