ほしぞloveログ

天体観測始めました。

キーワード:縞ノイズを含む記事

ネオワイズ彗星の画像処理をしていて、検証できたことが一つありました。バイアスノイズの影響です。

4連休なのに天気がずっと悪くてどうしようもないです。少しでも見えれば電視観望くらいと思っているのですが、さすがに雨が降っているようでは手が出ません。仕方ないので画像処理時少し時間を費やしました。


なぜか縦縞ノイズが残る?

まずこちらを見てください。

integration1_ABE_DBE2_STR_stripenoise_cut


初日に撮影したうちの処理途中のネオワイズ彗星を少し見やすくしたものです。炙り出しを進めると縦方向に縞ノイズがあることが分かります。このノイズ全体にあるのですが、特にダストテイルの真ん中下部が分かりやすいかもしれません。分かりにくい方は今見ているモニターの明るさをできるだけ明るくしてみてください。

この時は速報性重視で時間が勝負だったので、撮影から帰ったその夜中に、しかも朝には仕事があるにもかかわらず、PixInsightでライトフレームだけ使い、バイアス補正、ダーク補正、フラット補正をしていない状態で出てきたものです。

このノイズがあるために画像処理を控えめにして縦縞ノイズを目立たないようにしたものをブログに載せています。コメントでRAINYさんから「屏風絵のようで和を感じる」などと評価いただいたのですが、私はそんなに心の綺麗な人間ではないので、本当はもっと炙り出したかったのです(笑)。その時のコメントでこっそり書いてますが、まだまだ彗星の画像処理も未熟で迷走状態だったわけです。


縦縞ノイズの原因

原因は比較的はっきりしています。マスターバイアスフレームを炙り出したものを見てみます。

20191109_bias-6D_ISO1600_s4000_x100

縦縞の様子が似通っています。最初は何もノイズ処理をしていなかったので、取り除いていなかったバイアスノイズが出てしまったと推測されます。


真面目にノイズ処理をしみた

1回目の撮影はあまり真面目にノイズ処理をやらずに縦縞ノイズが残ってしまったので、2回目の撮影ではきちんと各種補正をしようと思い、PixInsightで
  • バイアス補正あり、ダーク補正あり、フラット補正あり
で画像処理をしました。詳しく言うと、
  1. ライトフレームISO1600、30秒露光を20枚に対して
  2. バイアスフレームはカメラにキャップをして、暗所で撮影、ISO1600で最短露光の1/4000秒を100枚スタック、ただし半年以上前に撮影したもの
  3. ダーク フレームはカメラにキャップをして、暗所で撮影、ISO1600で30秒露光を50枚
  4. フラットフレームはライト撮影時の105mmレンズを開放のF2.4にして、ISO100で1/50秒露光で50枚、ここにあるように障子の漏れ光を利用して昼間に撮影
となります。結果を見ます。

masterLight_BINNING_1_FILTER_NoFilter_EXPTIME_30_integration_DBE

全ての補正をしたのでこれでOKと思っていました。でもまだ縦縞ノイズが残るんです。なぜでしょう?ここから迷走して少し時間がかかってしまいました。

でも、鋭い方ならここの時点でピンと来た人もいるのかと思います。この時点で全てのヒントは出ているので、もし理由を考えたい方がいたらここでじっくり考えてみてください。
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縦縞ノイズが残った原因

何が問題だったか、答えを言いますとフラットフレームだけISOを100として撮影していて、その他ライト、バイアス、ダークフレームのISO1600と違っていたことが原因です。

フラットフレームを撮影する際、昼間の障子紙越しの光を使ったのですが、十分明るいのでISO100、1/50秒で撮影しました。この際のISOがライトフレームの1600と大きく違ったことが問題だったというわけです。ISO100で撮影したフラットフレームに残っているバイアスノイズが、ISO1600で撮影したライトフレームのバイアスノイズを補正できなかったのです。

その証拠にライトフレームと合わせるためにフラットのISOを1600と上げ、その代わりに露光時間を1/2000秒と短くして撮影し直し、上記で試した
  • バイアス補正あり、ダーク補正あり、フラット補正あり
で、フラットファイルだけを新しいISO1600のものに変更して処理し直したものを示します。

masterLight_BINNING_1_FILTER_NoFilter_EXPTIME_30_integration_DBE

これまで出ていた縦縞ノイズが綺麗さっぱり消えています。分かりやすいように目立つ場所の比較をしてみます。左が間違ったISO100のフラットフレームで補正した画像、右が正しいISO1600のフラットフレームで補正した画像です。

comp_center

明らかにライトフレームと違うISO100の補正では縦縞が残っていて、ライトフレームと同じISO1600では補正がうまく行っているのがわかると思います。

ここで一つ結論が出ます。

以前紹介した短時間で撮影したフラットフレームは、ライトフレームとISOを合わせる必要がある。そうでないとバイアス補正がうまくいかない。

ということです。以下のページを見て参考にされた方がいましたら、是非とも今回の結論に合わせてISOを揃えるようにしてください。





このような淡い縦縞ノイズは、相当な炙り出しをしない限りは問題にならないかもしれませんが、今回のような彗星の淡いテイルなどは確実に影響を受けます。最初シンクロニックバンドに直交するように縞が出てしまって「なんじゃこりゃ?」となったわけです。

実はこの短時間フラットフレーム撮影のISOを合わせた方がいい件、確かどなたかがコメントかTwitterで指摘してくれていたと思ったのですが、その発言を見つけることができませんでした。今回はやっとここが検証できたことになります。

これでめでたしめでたしかと思いきや、でも実はそうでもなかったんですよね。これ以降詳しく書きますが、こちらの方の検証で相当時間を食ってしまったというのが実情です。


ここからがバイアス補正の謎

さて、これまでの議論が正しければ、フラット補正やダーク補正なしで、正しいISOのバイアス補正だけをした場合も綺麗に縞ノイズが消えるはずです。ところが、ところがですが、
  • バイアス補正あり、ダーク補正なし、フラット補正なし
という状態で処理した画像を示しますが

masterLight_BINNING_1_FILTER_NoFilter_EXPTIME_30_integration_DBE

上の画像が示す通り、なぜかバイアス補正だけでは縦縞ノイズは消えないんですよね。いろいろ検証しましたが、いまだに謎です。やったことは

縞ノイズが残った場合
  1. バイアス補正なし、ダーク補正なし、フラット補正なし
  2. バイアス補正あり、ダーク補正なし、フラット補正なし
  3. バイアス補正あり、ダーク補正あり、ISOの違うフラット補正あり

縞ノイズが消えた場合
  1. バイアス補正あり、ダーク補正あり、正しいISOでのフラット補正あり
  2. バイアス補正なし、ダーク補正なし、正しいISOでのフラット補正あり
  3. バイアス補正あり、ダーク補正なし、正しいISOでのフラット補正あり
です。ここからわかることは、とにかく正しいISOでのフラットで補正でないといずれも縦縞ノイズが出てしまうということです。

繰り返しになりますが、以下の2通り
  1. バイアス補正なし、ダーク補正なし、フラット補正なし
  2. バイアス補正あり、ダーク補正なし、フラット補正なし

でバイアス補正が共にされていないという事実から、バイアスファイルに問題があるのではとも思いました。半年以上前に撮影されたものなので、もしかしたら温度とかの条件が違うからかもしれないからです。念のため、今回さらに新たにバイアスフレームをISO1600、露光時間1/4000秒で100枚撮影しました。そのバイアスフレームを使って、
  • バイアス補正あり、ダーク補正なし、フラット補正なし
で、試しますが、

masterLight_BINNING_1_FILTER_NoFilter_EXPTIME_30_integration_DBE

上のようにやはり縞ノイズが残ってしまいます。バイアスフレーム自身は直近で撮影していて流石に問題ないと思うので、むしろバイアス補正が全く効いていないような状態です。確かにライトフレーム撮影直後にバイアスフレームを撮影したわけではないので数日の時間差はありますが、それでもその程度の時間差でバイアス補正が効かないとしたら、やはりこの補正方法自体が役には立たないでしょう。

結局この新しいバイアスフレームでもいろいろ試しましたが、結果は全て上と同等で、正しいISOでのフラット補正をした場合のみ縦縞ノイズが消え、バイアス補正は縦縞ノイズに何ら関係ないとなりました。

一方、ダーク補正につても考えます。単純に考えるとフラットフレームの中にバイアスノイズが含まれているので、正しいフラットフレームならバイアスノイズを消せるはずというので理解はできます。これが正しいならダークフレームの中にもバイアスノイズは含まれていて、ダーク補正だけでも縦縞ノイズは消えるはずです。
  • バイアス補正なし、ダーク補正あり、フラット補正なし
というのも試しましたが、縦縞ノイズは消えませんでした。少なくとも今回の検証ではダークフレームに含まれるはずのバイアスノイズは、ダーク補正において縦縞ノイズに何の影響も与えていないという結果です。


うーん、何がおかしいのか?

ちなみにこの結果は、一連の状況を経験してから、改めて一から全ての処理をし直し、再確認しています。それでもなにか勘違いなどで間違いを繰り返している可能性はあります。ただ、最後はバイアスの有無だけとかなり物事をシンプルにしたので、おかしいところは相当限定されていると思います。

これまでのことから、PixInsightにおいては、バイアス補正のみだとうまく補正できていない、もしくは補正し切れていなくて、正しいフラット補正(ISOを合わせたという意味)においてのみバイアスノイズの補正がうまく行われているようだということが言えます。

もしかしたらPixInsightのバグかもしれません。でもバイアス補正はPixInsightの相当基本的なところなので、かなり検証されているはずです。

私がとんでもない勘違いをしている可能性もあります。一つの可能性が、バイアスノイズと思い込んでいるものが実はフラットフレームのみに現れる全く別のノイズかもしれないことです。でもこれもあまり正しいとも思えません。

今回の検証が本当に正しいのかどうか、もしどなたか追試していただける方がいてくれると嬉しいです。


今週は週末に近づくにつれ、どんどん晴れてきました。透明度も良さそうです。少し月が沈むのが遅いですが、久しぶりの気合の入った撮影です。


久しぶりに気合を入れて準備

木曜の夜、仕事が終わってから少し撮影しようと準備したらすぐに曇って仕方なく撤収。しばらくして寝る直前に空を見たら快晴で、すごい透明度でした。でも次の日仕事もあるので、泣く泣く諦めることに。

金曜の夜も晴れてそうです。この日も昼間の立山を見る限り透明度はまだ良さそう。せっかく透明度がいいので、たまには暗いところに行こうと、機材を準備して車に荷物を積み込みました。と言っても、前回田んぼに映る天の川を撮ったところ。通勤途中を一本外れて山の上に向ったくらいで、自宅からも20分くらいの近距離です。

ターゲットはアンタレス付近です。焦点距離の短いカメラレンズにするか、FS-60CB+レデューサーにするか迷いました。2年前に同じ場所を撮影した時にはまだレデューサーも持っていなくて、フラットナーも旧タイプのもので撮影していました。まずは少し視野を広げた状態で撮ってみようと、FS-60CB+レデューサーを選びました。うまくいったら、いつかもう少し短い焦点距離のカメラレンズで少し広い視野で撮ってみようと思います。

IMG_0184
TSA-120用に用意したガイド鏡もつけたら、結構禍々しい機器になってしまいました。

このレデューサーをつけると、短いアダプターを外さないとピントが出ません。短いアダプターのところを鏡筒リングで固定していたので、それができなくなり、カメラ回転アダプターを内側に入れ込みその外につけたレデューサーを鏡筒アダプターで固定しなくてはいけません。暗いところでこれをやると難しいので、明るいうちにカメラの角度も含めて変更、調整しておくことがコツです。

月がしばらく明るいので出発までに少し仮眠をとります。22時頃、空を見ると少し雲がありますが、昨日のように途中から晴れることも十分あるのでとりあえず出発です。


自宅外での撮影でトラブル続出

現場に到着しましたが、月のある西方向は晴れ。でも肝心の東から南にかけて厚くはないですが雲がかかっています。少し迷いましたが、とりあえず設置を始めます。運良く設置途中からどんどん晴れてきて、全面快晴になりました。

ところが撮影準備の間、いくつかトラブルがあり撮影開始時間が結構ギリギリになってしまいました。
  1. 最近撮影用PCで活躍しているSurfaceでSharpCapのPolar Alignで極軸を取ります。N.I.N.Aで一眼レフカメラでまだ撮影したことがなかったので、今回挑戦しようと接続までしましたが、温度情報が読み取れなさそうなことに気づき諦めました。
  2. 仕方ないのでBackYard EOSに移ろうとしたら、SurfaceにはBackYard EOSがインストールされていないことに現場で気づき、急遽Stick PCに変更。
  3. Stick PCに交換し、BackYard EOSを立ち上げても、なぜかカメラを認識せず。BackYard EOSを再起動したり、PCを再起動したりで、気づいたのはUSBケーブルがまだSurfaceにつながったままだったこと。これだけで20分くらいロスしました。
  4. そのころにはアンタレスが南中を超え始めていたので、赤道儀を反転させたのですが、その後StickPCがネットワークに繋がらなくなりました。StickPCはモニターがないので、ネットワークに繋がってないと画面を見ることもできないのです。外に出た時はELECOMの小型ルーターを持っていっているのですが、とりあえず原因がわからず、PCを再起動してだめ、ルーターを再起動してやっとつながりました。これで10分くらいのロス。
結局トラブルだけで40分位のロスがあり、やっと撮影を始めたのが月が沈んだ30分くらい後の午前1時少し前でした。

でもその後は順調そのもの。以前この領域の長時間撮影で縞ノイズに悩まされたので、今回はPHD2でガイドしながら、BackYard EOSと組み合わせてディザー撮影をします。FS-60CBに0.72倍のレデューサーをつけるので、焦点距離は255mmでF4.3程度になりかなり明るくなります。なので、ISO800で露光時間180秒としました。

IMG_0177

風が多少強かったですが、CGEM IIに軽い鏡筒を載せているだけなので、多少ガイド信号は揺れますがこの短い焦点距離では問題にならないでしょう。一枚撮りでもすでに色が出ていますし、暗黒帯の暗い部分も見えています。期待できそうです。

IMG_0178

薄明までの2時間少し、意外にもちょっと寒いので基本的に車の中で待機です。その間にTwitterに投稿したり、ちょくちょく外に出て久しぶりの濃い天の川を満喫したりと、少し眠気もありましたが、すぐに時間が経ってしまいました。結局撮影できたのは1時間半分くらい。ディザーがそれぞれ1分くらいかかるので、少しもったいなかったです。途中、マニュアルで数枚に1回だけディザーするようにしました。

あ、そうえいば撮影中、なんでも名前解決の問題か何かでずっと天リフ接続できなくなっていて寂しかったです。普段いかに天リフを見ているか実感できました。

薄明開始の午前3時頃、実際に少し明るくなってきたのがわかり、ダウンロードされた画面を見ても背景の明るさが変わってきたので、ここで撤収としました。夏至の近くだと薄明までいてもまだ時間が早いので、寝る時間があるのがいいですね。片付け後すぐに車を走らせ、午前4時頃には自宅に到着し、そのまま寝てしまいました。

次の日、フラットとダークを撮影して画像処理です。フラットは昼間の自然光を利用して100枚ほど撮影しました。ダークは冷蔵庫と冷凍庫を利用して温度を調節しながら撮影。89枚撮影して、適当な温度に入った34枚を使いました。


画像処理

画像処理はいつものPixInsightで、今回はWeightedBatchPreprocessingを使ってみました。出始めの時に少し使いましたが、あまり変化がわからずその後はBatchPreprocessingでした。NiwaさんのブログでWeightedBatchPreprocessingについて詳しく解説されていたので、久しぶりに使ってみました。と言っても比較とかまではしていないのでただ使っただけです。

撮影したライトフレームは35枚で、全て使うことができました。あとは新たに撮影したフラット、ダークフレーム、使い回しのバイアスを使います。後はいつものStarNet++で分離してPhotoshopで処理です。今回は細部を残したかったのでDeNoise AIは無しです。


masterLight_EXPTIME_181_5_DBE_PCC_DBE_AS_all_PS8_cut

  • 撮影日: 2020年5月30日0時47分-3時11分
  • 撮影場所: 富山県富山市小糸
  • 鏡筒: FS-60CB+0.72倍専用レデューサー(合計焦点距離255mm)
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ:  Canon EOS 6D(HKIR改造, ISO800, RAW)
  • ガイド: PHD2 + f=120mmガイド鏡 + ASI178MCによるディザリング
  • 撮影: BackYard EOS、露光時間180秒x35枚 = 1時間45分  
  • 画像処理: PixInsight、StarNet++、Photoshop CC

透明度など条件が良かったこともあり、1時間半程度の露光時間でしたが、色もそこそこ出てるのでまあ満足です。暗黒帯もきれいに出ています。今回、思うところがあり、少し派手目にしてみましたがどうでしょうか?

反省点を挙げるなら、青と黄色はいいのですが、まだ赤の諧調が乏しいです。特に下の方の広い赤の領域はもう少し時間をかけたいところでしょうか。

Annotationです。少し文字を大きくして見やすくしてみました。あと今回気付いたのですが、文字の大きさとか変えて再度レンダリングすると、前の文字が残ってしまうようです。その場合、一度ImageSolveからやり直すとリセットされて、前の文字は出てこなくなります。

masterLight_EXPTIME_181_5_DBE_PCC_DBE_AS_all_PS8_cut_Annotated



ちなみに、2年前のものがこれです。

light_BINNING_1_integration_DBE_ABE_color_cut

この日も透明度は悪くない日でした。露光時間が51分で少し短いですが、あとの違いはレデューサーだけです。あ、ディーザーもやってなかったですね。やはり2年の間に色々と進化していると思います。この次の週に3時間撮影したのですが、

light_BINNING_1_integration_DBE_min_color_stretch_ps_cut

縞ノイズが酷くてあまりうまくいかなくて、その後、昨年は天気がよくなかったりとかで、なかなかチャンスがありませんでした。2年越しでディザーもできて縞ノイズも克服できて、やっとそこそこ満足です。


まとめ

自宅外での星雲撮影は久しぶりでした。特にこれだけカラフルな領域はフィルターがなかなか使えないので、やはり暗いところはいいです。天気も良く、透明度が良くて、月もなくて、次の日休みでとなると、年間でも何日もあるかどうか。まだやっと自粛ムードが解けたくらいで、遠征とまでは行きませんが、近征でもこれだけ色が出れば悪くない環境です。まあ、田舎暮らしの数少ないいいところでしょうか。


M101に引き続き、TSA-120での単体銀河撮影の第2段、M51子持ち銀河です。


ピクセルサイズの小さいASI178MCで分解能を稼ぐ

M101よりだいぶん小さいので、ASI294MCで撮影すると

Stack_21_17_47_16bits_15frames_192s
のように、かなり小さく写ってしまいます。

しかもピクセルサイズが4.6umと大きめなASI294MCでは、解像度が足りなくてTSA-120の分解能は生かせきれないことが月とPowerMATEを使った検証でわかりました。

そのため、分解能を稼ぎたくてASI178MCで撮影してみたというのが今回の主題です。

でも実は今回の撮影は、上の分解能検証よりも先に済ませてしまっています。ASI178MCで撮影したものの妥当性を知りたくて上の検証をしたというのが実際です。結局、4倍バローを持って分解能は良くなったとしても、明るさが16分の1になるので厳しいというのが結論です。なので、口径を大きくして明るくして、焦点距離を上げてカメラの分解能を活かす方向で、系外銀河に関してはVISACを用いることになっていくのかと思います。

まあ、気を取り直してTSA-120とASI178MCで撮影したM51を処理してみたいと思います。


撮影状況

撮影は先週土曜日のことなので、1週間近く経ってしまってます。もう結構忘れてしまっていますが、透明度は良くなく、北極星がかろうじて見えるくらいでした。しかも風がかなり強かったです。最近もそうですが、春なのでしょうか、なかなか透明度がよくなりませんし、風が強い日が多いです。晴れているのに北極星が見えない日も多いです。

撮って出し(300秒1枚露光をDebayerしてAutoStretch)だとこんな程度です。おそらく風のせいでしょう、星像が肥大してしまっています。

L_2020_04_25_21_04_01_Bin1x1_300s__21C_RGB_VNG

まあ、それでも一応写ってはいますね。あと炙り出すと178はアンプグローがかなりひどいです。しかも右上、右下、左下と3方向。ホットピクセルもひどいです。

結局今回は300秒露光を22枚で、トータル1時間50分の撮影。その後ダークを同条件で30枚撮影しました。


画像処理

画像処理は結構手抜きです。手抜きと言う意味は、
  1. 中心部のみを使っているのでフラット補正はそもそもあまり必要ないことと、長時間露光フラットはむしろ補正しない方が縞ノイズ回避できることがわかっていること、短時間フラット補正もイマイチまだ正しいかどうかわからないので、いずれにせよフラット補正はなし。
  2. また、UTOさんのコメントにより、Optimizeオプションのないダーク補正は、バイアス情報を含んで補正しているので、バイアスファイルも撮影せず。
と言う意味です。アンプグローが激しいので、ダーク補正だけはしっかりやります。

処理はいつものようにPixInsightでBatchPreProcessingですが、問題点が一点。星の数が少ないせいか位置合わせがうまくいかなくて、マニュアルでStarAlignmentをやり直しました。その際、「Star Detection」の「Noise Scales」を2に上げたらうまく行きました。ノイズスタック直後のオートストレッチ画像です。

integration

アンプグローがほぼ無くなっているところに注目です。バイアスノイズっぽいのも出ていません。カラーバランスですが、赤が小さく出てしまっているようです。ASI294MC Proの時とは逆のセンスです。

ここまできたら次はStarNet++。でも今回あまりうまくいきませんでした。明るい星は分離できるのですが、暗い星がうまく分離できません。おそらく風のせいで星像が甘いため分離できないのだと思います。これってStarNet++の弱点なんですかね。以前、M57やM1で試した時は全く分離できないこともありました。長焦点で星像が甘くなるとうまくいかなくなるのが一つの特徴かもしれません。

仕方ないので、一部分離できた状態でPhotoshopに渡します。ここからは適当に炙り出して、Dfine2とDeNoiseで適当にノイズをごまかして、ブレた端をトリミングして出来上がりです。

integration_PCC_AS_HT_SNP3_cut
  • 撮影日: 2020年4月25日20時48分-4月17日22時53分
  • 撮影場所: 富山県富山市下大久保
  • 鏡筒: Takahashi TSA-120
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ:  ZWO ASI178MC
  • 撮影条件: ゲイン220、温度20℃、露光時間300秒x22枚 = 1時間50分 
  • フィルター: サイトロン QBP (48mm)
  • PixInsight、StarNet++、Photoshop CC、DeNoise AIで画像処理

まとめ

最後まで仕上げましたが、恒星はぼやっとしてるし、星雲は細部が出ない出ない。口径、ピクセルサイズ、透明度などもまだ問題がありますが、今回の一番の原因は風でしょう。これはリベンジ案件です。いつか取り直します。まだ未処理物がいくつか残ってます。連休中にのんびりやります。


2020/5/17追記: VISACで撮影し直しました。





大きな低気圧が抜けていき、透明度のいい日だったので、自宅からですがTSA-120で初めてまともな撮影を試みました。

これまでの準備

TSA-120に関しては、これまで撮影のためにいくつか準備をしてきました。









ガイド鏡のカメラにはこれまでピクセルサイズが2.4umと比較的小さいASI178MCを使っていましたが、カラーなので解像度的には4分の1になり、あまり得をしません。ピクセルサイズは2.9umと少し大きくなりますが、モノクロのASI290MMを使うことにしました。2.4/2.9x4 = 3.3倍くらい分解能が良くなっているはずです。ガイド鏡自身も焦点距離50mmのレンズから128mmにしたので、こちらも2.5倍くらい分解能の面で得しているはずです。合わせると8.5倍くらい分解能が良くなるので、精度向上が期待できます。

撮影するくらいまで準備が整ったので、チャンスを伺っていました。焦点距離880mmで、フォーサーズサイズのCMOSカメラなので、これまでのFS-60Qと6Dとかよりももう少し拡大して撮影できます。そこで、春で構図的にもちょうど治りがいいので、しし座の三つ子銀河をターゲットにすることにしました。


撮影

さて、TSA-120にフラットナーをつけての初のDSO撮影になります。テストでガイドなしのM42とか月とかの撮影はしていますが、今回はガイドありでの銀河です。四隅の星像にも注目したいと思っています。

そういえば、前回の月の撮影の時くらいから、鏡筒に差し込むカメラの回転角度に気を付けています。Facbookのあるフォーラムで解説されていた方法でやってみました。極軸合わせが終わった後、鏡筒が北極付近を向いている状態で、赤緯だけを揺らして星が平行、または(カメラの画角によっては90度傾いた状態だと)垂直に動くように、カメラの角度を調整すればいいというものです。

これまで画角の傾きには全く無頓着で、適当に水平垂直になったかなと思うくらいで合わせていました。ひどいと数十度のずれになっていることもありました。この方法は手軽で正確なのでいいです。後で示しますが、plate solvingで確認すると、ほとんど回転角0度になっていました。

今回のもう一つの大きな進展は、ガイド鏡の強化によりオートガイドの精度が大幅に上がったことでした。PHD2の画面の写真ですが、

IMG_9879

これをみるとRMSで1秒を切っています。

これまでのFS-60Qで撮影してきた時のとかの典型的なやつが
IMG_9761
になります(これでもかなり調子が良い時のものです)。グラフは同じスケールです。赤線、青線が相当フラットになったことからも、同心円のところばらつきが減ったことからも、明らかに精度が上がったことがわかります。

ところが、撮影した画像を位置合わせをせずに順に見ていくと

Blink

ランダムディザーで揺れてはいるのですが、やはり右に流れていきます。オリジナル画像だと1ピクセル1秒角くらいで、最初と最後を比べると約2時間で80ピクセルくらい右に流れていくので、約80秒角くらいずれたことになります。画像1枚が5分で、5分あたり3秒角ちょっとドリフトしてることになります。結構な量です。まだ撓み(たわみ)があるものと考えられます。これは一度きちんと定量的に評価する必要がありそうです。

今(ブログアップ直前)、ガイドグラフを改めて見てて気づいたのですが、ガイドの赤経をよく見ると一方向にのみ定期的にパルスが出ています。これってもしかしたらたわみがフィードバック信号に現れてしまって、その結果ドリフトを起こしているいるのかもしれません。パルス量とその周期から計算した赤道儀の回転量が、画面から計算したドリフト量あっていれば面白いです。このパルスがなくなるような対策をすればいいので、短時間で効果が見えると対策が楽になるはずです。

あと、撮影使ったソフトはAPTなのですが
  • 撮影画面のカラーバランスが取れず、赤く表示されてしまう。
  • やはりヒストグラムがあまり見やすくない。
  • オートストレッチが使いにくい。
  • カラーのヒストグラムを見ることができない。
などの不満がありました。その後、カラーバランスについては、APT Settingsの CCD/CMOS settingsタブのRed Channel Color BalanceとBlue Channel Color Balanceで色のバランスを取ることができるのがわかりました。保存されるRAWファイルには適用されず、見た目だけのバランスのようです。またオートストレッチに関しては、Auto Stretch Factorをいじると、デフォルトのオートストレッッチの強さを変えることができるので、これで合わせると程よい明るさで見ることができそうです。でもこの設定、撮影中にできる時と、撮影中はロックされて何も設定できない時がありました。再現性なくあまりよくわかりませんでした。

このとき試せなかったのが、天頂越えでの赤道儀の自動反転です。天頂越えくらいで月画で始めるので、ギリギリまで反転せずに撮っていたからです。いつかチャンスがあったら試したいです。


画像処理

画像処理に関してはまあいつも通りです。透明度が良かったせいか、RAW画像のコントラストが良かったこともあり、あまり苦労することはありませんでした。

フラットは前回までの検証から、100ミリ秒の短時間露光100枚でOKのはずです。ダークはバラ星雲の時に撮ったものの使い回し。

DeNoiseを少し使っています。ノイズが確実に緩和されるので随分と助かります。ヒストグラムで見るとすごいですよ。幅が尋常でないほど狭くなっています。最初、え、別のファイル開いたのか?と思ったくらいでした。

撮影結果です。

M65 M66 NGC3628: 三つ子銀河」
light_BINNING_1_integration_DBE_ST_PCC_SNP_all_PS3
  • 撮影日: 2020年4月14日21時4分-23時1分
  • 撮影場所: 富山県富山市下大久保
  • 鏡筒: Takahashi TSA-120
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ:  ZWO ASI294MC Pro
  • 撮影条件: ゲイン220、温度-15℃、露光時間300秒x22枚 = 1時間50分 
  • フィルター: サイトロン QBP (48mm)
  • PixInsight、StarNet++、Photoshop CC、DeNoise AIで画像処理
各銀河の細かいところもそこそこ出ています。赤いポツポツも出すことができました。四隅の星像は以前報告した通り、バックフォーカス長が調整し切れていないので少し歪みますが、まあ拡大しなければ目立たないでしょう。TSA-120初の撮影ですが、自宅からここまで出るのなら、そこそこ満足です

上手く取れたので、Annotationもつけてみました。nabeさんがやり方書いてくれていましたが、PIでScript -> Image Analysis -> ImageSolver で位置を解決して、そのままScript -> Render -> AnnotateImageでできます。

light_BINNING_1_integration_DBE_ST_PCC_SNP_all_PS3_Annotated

こうやってみるとかっこいいですね。格子がほぼ完全に縦横になっているので、カメラの回転角はかなり合わせることができていたとわかります。でもnabeさんのページにあるように、多少斜めになっていた方がカッコよく見えるのは気のせいでしょうか?(笑)

そういえば今回、PCCでも上のImageSolverでもそうだったのですがplate solvingが全然うまくいきませんでした。いろいろやって、結局解決したのがカタログをUCAC3に変更してからです。オートとか他のカタログは全滅でした。星の数が少ないから?原因不明です。


ところで、今回撮影した三つ子銀河が昔とどれくらい変わったかと言うと、以前FS-60Qで撮影した三つ子銀河が以下のものになります。

light_BINNING_1_Maximum_No_normalization_DBE_PCC

PixInsight使いたての頃で、縞ノイズに悩まされた時です。今回は口径が120mmで2倍になったのもありますが、QBPでコントラストが上がっていることと、縞ノイズを回避したこと、画像処理の腕は多分上がっていること、StarNet++のマスク効果と、DeNoiseの効果もあることなど、いろいろ進化していることがわかります。

でも不満なところもいくつかあって、一つはASI294MC特有のアンプグローです。背景を炙り出そうとすると目立ってくるので、なんとかごまかさないといけません。もう一つは、下の画像を見て欲しいのですが、強度に背景を強調したものです。

light_BINNING_1_integration_DBE_ST_PCC_SNP_all_potato

右上のアンプグローは原因もわかっているからまだいいとして、背景全体にある格子状の模様はサッポロポテト現象の一種なのでしょうか?銀河周りの淡い腕とか出したいときはここらへんまで炙り出す必要があり、どうしてもこの格子が邪魔になります。今回は適当にごまかしましたが、アンプグローも取り切れていないのも合わせて、バイアス補正とかがうまくいってないのでしょうか?今後の課題です。

2020/4/18 追記: Twitterでnagahiroさんから「この格子DeNoiseのせいでは?」と言う情報がありました。「画像をあの格子で区切って、それぞれにニューラルネットかけているのだと思ってます」とのことです。で、改めて確認してみました。その結果、DeNoiseの前後で格子がなかったのが見事に出てきました。DeNoiseの思わぬ欠点発覚ですね。さっそく一つ原因がわかってしまいました。nagahiroさん、どうもありがとうございました。


まとめ

TSA-120にフラットナーをつけて、ガイド、ディザーをしながら撮影してみました。カメラの回転角を合わせることもできるようになりましたし、ガイドもRMSで1秒角以下になっているので十分な精度です。やっと撮影までできる体制が整ったことになります。銀河の分解能から見ても鏡筒自身の性能は申し分ないです。基本的にTSA-120、眼視用で有名ですが撮影でも十分使い甲斐があると思います。

課題は
  • まだガイドが長時間でドリフトすること
  • アンプグローをもう少し取りたい
  • 格子状のノイズが残ること
くらいでしょうか。

今回は自宅でしたが、もっと暗いところに遠征することも考えても良さそうです。
 

縞ノイズ考察(その2): flat補正を他の環境でも試してみる」の続きです。




flatの何が悪いのか?

flat補正がどうも縞ノイズに対して悪さをしているのは、かなり一般的だというのが前回の結論です。flat frameが縞ノイズを作り出すメカニズムとしては、
  1. 出来上がったmaster flatに固定ノイズが存在する。
  2. 固定ノイズが存在するmaster flatで個々のlight frameをflat補正すると、その固定ノイズが個々のlight frameに乗っかる。
  3. ガイド時のずれで流れていく星像を、StarAlignmentで位置合して星が固定になると、今度はこれまで固定だったmaster flatのノイズが流れ出す。
ということです。

ここでの疑問は「なぜflat frameがそんなにノイジーなのか?」これにつきます。この疑問にたどり着いた時に、いくつか原因の答えの候補がありました。ぱっと思いついたのが
  • まずflat frameの枚数が少ない。
  • flat dark補正をしていなかった。
  • カラーバランスが悪かった。
くらいです。その後いろいろ考えていると、何となく答えがわかってきました。答えにたどり着いてから改めて見てみると、上の候補には答えと少し関連することもありますが、ズバリの回答はありませんでした。


推論の検証

では、今回推論したことが正しいかどうかを確認するために、以下の3つのことをこの順序で確認をしてみました。この時点ではまだ考えだけがあって、その考え方が正しいかどうかを検証する方法にたどりついた所で、実際に画像処理をしてみて予測が正しいかどうかを検証してみたということです。
  1. 短時間露光(100ミリ秒)でいいので、多数枚(100枚)のflar frameを新たに撮ってflat補正。
  2. 短時間露光(100ミリ秒)でいいので、前回と少数枚(7枚)のflar frameをを使ってflat補正。
  3. 前回の露光時間と同じ長時間の300秒露光で、そこそこ多数枚(50枚)のflar frameを新たに撮ってflat補正。
この条件を見ると、もう相当ヒントが出ているのですが、何でflatが縞ノイズを盛大に出すくらいノイジーだったのかわかりますでしょうか?少し発想を変えなければ答えにはたどり着かないかもしれません。

それでは結果を順に見ていきます。


1. 短時間露光、多数枚

ケース1、今一度EVOSTAR 72EDにレデューサを取り付け、その先にASI294MC Proを取り付けて、改めてflat frameを撮影します。ただし、短時間露光撮影なので、iPadの「Color Screen」といういつものソフトを使って、画面をRGBそれぞれ128にして鏡筒の前に置きます。ゲインは220と同じですが、露光時間を短く100ミリ秒にして100枚撮影します。カメラと鏡筒の回転角がきちんと再現できないのですが、縞ノイズの影響を見るだけなのでまあいいでしょう。多分ダークノイズも関係ないので、温度も常温でいいでしょう。

出来上がったflat frameを使って、PIのバッチ処理でこれまでと同様に処理ましす。結果は

light-BINNING_1

light-BINNING_1_cut

となり、今回初めてflat補正をしても見事に縞ノイズがほぼ消えています。ということは、やはりflat frameの枚数が多いことで、ノイズが平均化されたことが効いているのでしょうか?

結論を焦らずに、もう少し見てみましょう。


2. 短時間露光、少数枚

ケース2、次は、先ほど撮った100枚のflat frameのうち、もともと持っていたflat frameと同じ枚数の7枚だけ使います。同様の処理をした結果が以下になります。

light-BINNING_1

light-BINNING_1_cut

拡大した画像をよく見ると、先のケース1に比べると多少縞ノイズが目立ちます。なるほど、やはり枚数が問題なのですかね。

いやいや、まだ焦って結論を出してはいけません。


3. 長時間露光、多数枚

では最後、星雲撮影時と同じ露光時間の300秒で試します。その他、ゲインとかもできる限り当時の状況を再現します。違うところは枚数。枚数は当時の7枚からかなり増やして50枚とします。4時間以上分のflat frameになります。
  • 枚数だけで比べたらケース1よりノイジーで、ケース2より滑らかになるはずです。
  • 露光時間だけで考えたら、相当長いのでケース1,2よりも一番きれいになってもいいはずです。
でも私の予測は違っていて、
  • ケース3が一番ノイジー。枚数の少ないケース2よりもノイジーだと予測しました。

では結果はというと

light-BINNING_1

light-BINNING_1_cut

Eureka!!!
何と、やはりケース1よりはもちろん、遥かに枚数の少ないケース2よりもどう見てもノイジーです。露光時間の長いflat frameが一番ノイズが大きいのです!!


露光時間の長いflatが悪さをする理由

なんで?と思う方も多いでしょう。
少し落ち着きましょう。

ここから解説です。まだ答えを見たくないという人は、ここでじっくり考えてみてください。
準備ができたら、下へスクロールしてください。
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みなさんの中には露光時間を伸ばせばノイズが下がると思い込んでいる人もいるかと思います。でもこれは間違いで、きちんと考えると
  1. 露光時間を伸ばすと信号Sが時間に比例して1次で大きくなる。
  2. ノイズNは時間のルートに比例して大きくなる
  3. その比をとると、時間のルートに比例してS/N(SN比)がよくなる(大きくなる)。
というのが正しい解釈です。で、今回の問題はというと、

スカイフラット撮影時に露光時間を300秒と長くしたのですが、適した明るさのflat frameにするために、露光時間を短い時と同じ明るさに合わせてしまって、信号Sを実質的に何も増やしていないところです。Nはそのまま露光時間のルートで大きくなっていきます。そうするとS/Nは当然露光時間が短い時より悪くなります。この信号が増えていないところが本質的にダメなところです。

逆にいうと、露光時間が短いflat frameの撮影においても、明るさを合わせるために信号は長時間露光の時と同じ。でも撮影時間が短いのでノイズ量はざっくり1/sqrt(300/0.1) = 0.018とわずか2%ほどになります。1枚あたりでこれだけ違うわけです。長時間露のflatを50枚使っても、短時間露光のflat7枚に太刀打ちできるわけがありません。

というわけで、長時間露光flatはSN比でいったら全然得をしていない、いわばノイジーなflat frameになるわけです。やっと答えにたどり着けました。


どうやって考えたか

今一度振り返りますが、今回の考え方はかなり原理に近くて、特に奇異なところもなく、実際に撮影しての比較でも何の矛盾もないので、flatからの縞ノイズに関してはおそらくこれで決着がついたものと思われます。でもなんでこの考えにたどり着いたか?この過程が一番大事だと思うので、自分自身へのメモも兼ねて書いておきます。

まず、今回のflat補正が問題なるということが分かったくらいから、なんでなのかずっと考えている最中に、
  • 縞ノイズに悩まされるのは決まってディザーなし
  • トータル1時間越えとかの長時間露光したとき
だということに気づきました。しかもそんな時は余裕があるので、
  • あえて頑張ってスカイフラットをとったり
しています。この時点で、ある程度スカイフラットが悪いと予測できるようになりました。ディザーをしているケースとしていないケースがあったことがややこしくしていましたが、ディザーをしていなくてスカイフラットの場合は漏れなく縞ノイズが出ていました。

でもなぜスカイフラットが悪いのか?ここを考えるのには結構時間がかかりました。結局、
  • 短時間フラットと長時間フラットで何が違うのか
  • 特にまずはノイズに関してどうなるかを原理からきちんと検証し始めた
のがきっかけでした。すなわり、
  • ノイズに関しては長時間露光の方が当然大きくなる
という、極めて原理的な話です。これはすぐに納得できました。この次に、
  • じゃあ信号は?
と考えた時に、ピンときたわけです。
  • え、長時間露光の場合、信号って得してないのでは?
  • 短時間露光は大きな(明るい)信号を使って時間が短い。
  • その一方長時間露光ではあえて小さい(暗い)信号を長い時間です。
  • 信号の大きさと時間をかけると、どちらも同じ量じゃん!
というところまでたどり着いたのは、ピンときてからわずか30秒くらいです。シャワーを浴びたあと、洗面所で体を拭いている時でした。いつもそうなんですが、シャワーを浴びている時はポーッとしてて、他のことを何も考えずに、そのことだけに集中できる至福の時間。面白いアイデアは、大体シャワー時間近辺で出てきます。

やはりきちんと基本に従って考えるのが一番答えに近かったという、いい例だと思います。ヒントはいろんなところにありましたが、こうやって考えて答えにたどり着く過程はやはり楽しいものです。


まとめ

今回の件、私的には結構な発見でしたが、どうでしょうか?意外な答えでしたか?それとも「当たり前すぎでつまらん」という方もいましたでしょうか?

flat flameからくる縞ノイズの考察については、とりあえずここまで。思ったより早く解決しました。3回の記事でいろいろ検証しましたが、flatに関してはある程度満足した回答を得ることができました。長時間露光flatがノイジーな理由、短時間露光でノイズの小さいflat frameを作る意義も示すことができたのは大きいと思います。これでディザーをしない場合でも、対処する方向性をある程度示すことができたかと思います。

それでも縞ノイズという観点で考えると、まだflatからくるもののみの検証です。他の原因で縞ノイズが出ることもまだまだ考えられます。でも今回考えたことをベースに、ある程度原因を予測することもできそうです。ここら辺はまた折を見て書いていこうと思います。

過去の縞ノイズでも試してみる

もしかしたら、flat補正の効果が今回の撮影だけの特別な場合だった可能性もあります。なので、過去の画像で縞ノイズが出たファイルを再処理してみます。使ったのは、2年以上前のPixInsightを最初に使い始めた頃に撮影したM33。

シンプルにするためにフラットの有無だけで比較します。撮影条件は
  • 鏡筒: タカハシFS-60Q、焦点距離600mm
  • 赤道儀: Celestron Advaned VX
  • カメラ:  ZWO ASI294MC
  • ガイド: ASI178MCと50mmのCマウントレンズをPHD2にて
  • 撮影条件: SharpCapでゲイン270、温度-15℃、露光時間300秒x25枚 = 2時間5分
  • ディザー: なし 
  • ファイル保存形式: RAW16bit、fits形式
です。本質的なところではカメラは常温ですが同じ、長時間、ディザーなしというのでよく似た条件です。Flat frameの内容はというと、記録から
  • flat frame: light frame撮影後すぐに、鏡筒に状態でスーパーの白い袋を2重に被せて撮影。ゲイン270、露光時間300秒、常温で、3枚撮影。
となっているので、これも撮影後すぐにとったとか、枚数が少ないとかの条件も同じです。この似た条件というのが鍵になる可能性がありますが、まずは時期的にも違うという点で検証して一般性を見ます。

まずはflat補正あり。やはり以前と同じように縞ノイズは盛大に出るので再現性もあります。

light-BINNING_1

次にflat補正なし。ゴミの跡とかは目をつぶってください。当然周辺減光も出ますし、アンプグローも残ります。その代わりに、バラ星雲の時と同じで縞ノイズは消えます。厳密に言うとバラ星雲の時も今回のM33の時も同じで少しの縞ノイズは残っています。でもflat補正のあるなしで、いずれも劇的な違いがあることはわかります。

light-BINNING_1

この時点で、PIに限られますが違う画像でも起きているので、一般的にも十分あり得る話だということがわかります。


PixInsight以外では?ステライメージで確かめてみる

もしかしたらこれ、PIのflat補正のアルゴリズムに問題があって、PIだけの問題という可能性があります。他のソフトの代表で、ステライメージ8で確かめてみました。

そう言えば最近Windowsを入れ直してステライメージまだ入れてませんでした。久しぶりに再インストールして、M33を使ってflat補正をしてみました。自動処理モードは使わずに、詳細編集モード(マニュアルモード)で試しました。自動処理モードはこれまでもほとんど使ったことがないのと、一応は試したのですがうまく色が出なかったからです。

最初の結果がこれです。

light

「お、縞ノイズないじゃん!なんで?PIだけの問題か?」と思ったのですが、よくみるとゴミの跡も残っていてフラット補正全くされていないみたいです。自動処理モードでやっても結果は変わらず、flatファイルが悪いのかとか色々疑ったのですが、原因はステライメージのバグ。バージョン8をディスクからインストールしたてで、アップデートしていなかったことが原因でした。現行のバージョン8.0hにして試してみると、

light

ちゃんとflat補正もされて、縞ノイズも盛大に出るようになりました。なので、PIだけの問題でないということが分かります。

ちょっと蛇足です。久しぶりにステライメージ触ったのですが、随分といろんなことを忘れていました。今回サボりましたがflat darkとかも本当は撮らないとダメ(flat darkあるなしで縞ノイズに影響がないことは確かめています)なんですよね。その代わりにbiasファイルを撮らなくていいとか、今思うとPIとはだいぶん違います。

初心者向けの自動処理モードも「ほとんど何も設定出来ない」との批判も多いですが、私はこれでいいと思います。多分ステライメージは、初心者にとっては天体画像処理ソフトとしては唯一の選択肢です。日本語で操作できて、マニュアルも(十分ではないかもしれませんが)日本語で読むことができてという意味で、敷居がずいぶん低いはずです。初めて天体写真に挑む人は、一番最初は本当に何も分からず手探りでやるので、自動モードもこれくらい簡潔にしておくのはある意味正しいと思います。自動モードで理解できてきたら、詳細モードに行って、詳細モードでいろんな操作をして理解して、その上で不満が出たらより高機能なPixInsightという手もあるかと思います。

ステライメージで一つ不満があるとしたら、「ベイヤー・RGB変換」のところでしょうか。バッチ処理が無いので、一枚一枚手で変換しなくてはダメなんですよね。ALTキーでI、ALTキーでYで、Enterで処理、マウスで最小化ボタンを押して次の画像というのを繰り返し、出来るだけ楽に進めてます。今回20枚程度でしたが、100枚とかはやりたくないです。最近はPIで1000枚とかの処理もする時があるので、これだとステライメージでは現実無理です。せめてコンポジットやホット/クールピクセル除去機能みたいにバッチ処理ができるようになるといいのですが。


ついでにDSSでも

あと日本で流行っているスタックソフトの残りは、惑星用除いたらあとは、DSS(DeepSkyStacker)とRAP2くらいでしょうかRAP2は有料で持っていないので試せませんが、DSSはフリーなので試すことはできます。DSSは星を始めた4年前にまだ有料ソフトに手を出す前に、フリーだからと少し試しただけくらいの経験しかありません。もう久しく触っていませんが、いい機会なので試してみます。

昔はものすごく複雑だった印象があるのですが、機能自身は今思うとまあ一直線で素直ですね。少なくともPIに比べるとはるかにシンプルです。特に困ったところは2箇所だけで、一つはRegisteringのところで進まなくなってしまったところ。これは検出する星の数が多すぎたことが原因で、「Register Setting」の「Advanced」タブの「Star Detection Threshold」を増やして、検出する星の数を減らすことで解決しました。もう一つは一度最後まで処理をしたのですが、モノクロのままだったので、メニューの「RAW/FITS Settings」の「FITS Filters」できちんとdebayerしてやることでした。

さて結果です。フラットもうまく補正されたようです。

light

あー、ダメですね。やはり縞ノイズ出ますね。

と言うわけでflat補正問題、PixInsightだけの問題でもなく少なくともステライメージとDSSも含めて、同様に縞ノイズを発生させることがわかりました。日本で使われている3大スタックソフト(惑星用除く)で同じ状況というので、flat補正が縞ノイズに与える影響はかなり一般的と言っていいかと思います。


とりあえず、今回の記事のまとめ

他のデータでも、他のソフトでも同様の傾向で、flat補正の影響はあると言えそうです。

ただしやはり気になるところは、flatの撮り方が2例とも撮影後すぐに同露光時間、同ゲインで、スーパーの袋をかぶせて空で撮っていることです。露光時間が長いので、明るさ的に足りないことはないと思います。ただし、カラーバランスはかなり黄色っぽくなってしまっています。また、枚数が足りない可能性もあります。

次回以降はここら辺のflat frame自身についてもう少し検討できたらと思っています。実は今回の謎の答えもう出ています。今検証を進めているところです。乞うご期待です。



多分このシリーズ、長くなります。普段の記事を全然長いと思っていない私が長くなると思っているので、多分本当に長くなります。試したいことがありすぎるので、書けるとこまで書きます。途中で力尽きたらごめんなさい。

今回縞ノイズの一つを、多分特定しました。最初に断っておきますが、限られた条件でのことかもしれません。この記事を読んで試してみても、全然効果がなかったと言う方もいるかもしれません。ですが幾らかの悩んでいる方の解決にはなると思います。私自身、他の方の環境でどうなるか興味があるというのもあります。

comp

この比較写真のように違います。左がこれまでの縞ノイズ、右が無くなった(実際には軽減された)場合です。以下、詳しく説明します。


バラ星雲で出た縞ノイズ

この間のEVOSTAR 72EDでのバラ星雲の撮影で、ディザーをしなかったために縞ノイズが出たという報告をしました。

integration_DBE_PCC_AS_cut


その後、上記の縞ノイズを可視化した記事を書きました。この動画は結構反響が大きかったので、ご覧になった方も多いかと思います。






なぜか突然縞ノイズが消えた!?

この後、もう少し縞ノイズの検証をしてみようとファイルをいじってみました。とりあえずシンプルなところからと思って、rawのlight frameをDebayerしてStarAlignmentだけして縞ノイズを再現しようとしたのです。ところがところが、縞ノイズが綺麗さっぱりなくなっています。

integration

拡大です。
integration_cut

え?
なんで?
全然縞ノイズ出てないじゃん!
せっかく縞ノイズの解析しようと思ってたのに!

さあ、ここからが戦いの始まりです。


PixInsight用語

今回、PixInsight (PI)用語がたくさん出てきます。PIに慣れていない方のために、簡単に解説しておきます。
  • PixInsight: 世界的に有名な天体画像処理ソフト。英語でものすごくとっつきにくいが、高機能。
  • BatchPrepocessing: 撮影したファイル(light, bias, dark, flatなどの各frame)を掘り込んでおけば、スタックまでボタン一発でやってくれる便利な機能。
  • master: bias, dark, flatなど、他数枚の補正ファイルを一度処理すると、スタックされた一枚のmasterというファイルをそれぞれ作ってくれる。以降はそれを使うと処理時間を削減できる。
  • ImageCalibration: BatchPrepocessingのような自動で処理する以外に、マニュアルでもっと細かくオプションを指定しながら処理する方法がある。これはbias, dark, flatなどの補正をマニュアルでする機能のこと。
  • Debayer: 同様にマニュアル処理の一つ。モノクロのBayer配列のRawファイルをカラー化すること。
  • StarAlignment: マニュアル処理の一つ。多数枚数の画像の星位置を合わせること。PIでは平行移動、回転にのみならず、画面を歪ませて星の位置をそれぞれ合わせることができる。
  • ImageInteglation: マニュアル処理の一つ。他数枚の画像をスタックすること。
  • ScreenTransferFunction: 簡易的にストレッチ(明るくすること)をする機能。見かけの表示のみをいじるので、ファイルには何の手も加えない。見かけを適用したい場合はHistgramTransfomationを使う。
  • Auto Stretch: ScreenTransferFunctionの一機能。あぶり出しのすんでいないまだ暗い画像などを、そこそこ見やすいように自動でストレッチする機能のこと。超便利。
  • DynamicBackgroundExtraction (DBE): 背景の被りや周辺減光などをソフト的に除去する機能。任意の補正点を指定できるので、星雲部分の補正を避けるなど細かい補正が可能。超便利。
  • AutomaticBackgroundExtraction (ABE): 背景の被りや周辺減光などをソフト的に除去する機能。細かい補正はできないが、大局的に補正してくれるので簡単で便利。
  • TVGDenoise: PI場で最強と言われているノイズ除去機能。

比較条件

今回検証するRAWファイルは全て同じです。他に共通撮影条件は
  • 鏡筒: SkyWatcher EVOSTAR 72ED + x0.72レデューザー、焦点距離300mm
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ:  ZWO ASI294MC Pro
  • ガイド: ASI178MCと50mmのCマウントレンズをPHD2にて
  • 撮影条件: SharpCapでゲイン220、温度-15℃、露光時間300秒x20枚 = 1時間40分
  • ディザー: なし 
  • ファイル保存形式: RAW16bit、fits形式
  • フィルター: サイトロン QBP(アメリカンサイズ)
となります。

今回の検討を始める前までに、縞ノイズが出た時の処理と、出なかった時の処理の違いを書いておきます。処理は全てPI上でやっています。
  • 縞ノイズあり: BatchPreprocessingでbias補正、dark補正、flat補正を適用し、走らせた。
  • 縞ノイズなし: マニュアルでDebayer、StarAlignment、ImageInteglation。
この中に決定的な違いがあるはずです。以下、各補正ファイルの条件です。全てSharpCap上で撮影していて、最初の処理でmaster fileができるので、以降はそれを利用。
  • bias frame: ゲイン220、露光時間が最小の0.032ミリ秒で、100枚撮影。
  • dark frame: frat frame撮影後、片付けの後すぐに、家の中で撮影。ゲイン220、露光時間300秒、-15℃で、28枚撮影。
  • flat frame: light frame撮影後すぐに、鏡筒に状態でスーパーの白い袋を2重に被せて撮影。ゲイン220、露光時間300秒、-15℃で、7枚撮影。

処理結果に大きな違いが出ていて、検証材料も全て揃っているので、何が違いに影響しているのか順に検証していきます。


検証過程

ここからはほぼ実際にやった手順です。
  1. まず、再度BatchPreprocessingとマニュアル処理で再現性を確認。->きちんとBatchPreprocessingのときには縞ノイズ出て、マニュアル処理では出ないです。再現性はきちんとあります。
  2. 次に、一番怪しくないと思ったflat frameのみ適用させBatchPreprocessingで処理 -> 縞ノイズ出ます。「うーん、あんまり関係ないよな。」
  3. 次、一番怪しそうなbias framaのみを適用させBatchPreprocessingで処理 -> 縞ノイズ消えた!「そりゃbias必要でしょ。」
  4. 次、flatとbias frameを適用させBatchPreprocessingで処理 -> 縞ノイズ出ます。「あれ?flatあまり関係ないはずなのに。」-> ところが、ここでやっと思い違いに気づきます。今回、何も補正していない方が縞ノイズが出なくて、補正した方が縞ノイズが出たのでした。と言うことは、bias関係なしで、flatで縞ノイズ有無が決まっていることになります。え、本当?
  5. 確認で、darkとbias frameを適用させBatchPreprocessingで処理 -> 縞ノイズ出ません。「えー、ホントにdarkもbiasも関係ないよ!?」
  6. 念のため、darkのみ適用させBatchPreprocessingで処理 -> 縞ノイズ出ません。「確かにdark関係なし。」
  7. さらに念のため、master flatを使うのではなく、改めて個々のflat frameを使ってBatchPreprocessing処理 -> 縞ノイズ出る。「やっぱりflatが原因だ!」
  8. さらに、BatchPreprocessingが何か悪さをしている可能性も考えて、マニュアルのImageCalibrationを使ってflat処理だけしてみます->縞ノイズあり。「少なくともPIで処理する限りflatが悪さをしているのは確定でよさそう」


Flat補正をしない場合、本当に改善されているのか

確かに上の画像で見た通り、flat補正をしないと縞ノイズは無くなって見えているのですが、本当でしょうか?それぞれSTFでオートストレッチをしているのですが、本当に正確な比較をしているのか疑問になってきました。オートストレッチは星雲を含む背景の最大の輝度と最小の輝度から適用範囲が決まります。例えば、flat補正をしていない周辺減光のある画像ではあぶり出しも中途半端で、周辺減光のない平坦に近い画像では極限まで炙り出すことをするので、細かい差(この場合縞ノイズも含めて)をより浮き出させてくれます。

ここでは公平に比較するために、それぞれの画像にAutomaticBackgroundExtraction (ABE)を適用し、周辺減光の影響をできるだけ少なくして比較してみます。flat補正をしたものでもまだ明暗のばらつきは無視できないほど存在していて、ABEを適用することで多少の変化があります。それぞれABEをしてから、STFでオートストレッチをしています。

まず、flat補正ありの画像。

light_BINNING_1_integration_ABE

light_BINNING_1_integration_ABE_cut
これまで通り、縞ノイズは盛大に見えています。

次にflat補正しない場合。
integration_ABE

integration_ABE_cut

結局、周辺減光がABEで補正できる範囲を超えてしまっているので全然補正できていません。そのためオートストレッチ後、少し補正して目で見て、拡大部分の明るさをそこそこ合わせています。多少公平性は欠けてしまいましたが、それでも不公平になる程の違いは無いくらいにはなっているでしょう。結果はというと、flat補正なしであからさまに縞ノイズは改善されていますが、よく見るとやはり完全に無くなりきってはいないです。「相当軽減する」くらいは言っていいでしょうか。

この比較から、flat補正は縞ノイズの影響を悪化させていることは確からしいですが、完全には撮りきれないことから、それだけが原因というわけでもなさそうです。

実際の画像処理では背景はもう少し暗くなるので、flat補正なしにして、この程度の縞ノイズになるのなら個人的には許容範囲でしょうか。


Flat frameについて

でもここでふと我に返ります。でも今回使ったflatってそんなに変なの?

確認してみる限りごくごく普通のflatだと思います。master flatをAuto Stretchしたものです。(blogに載せるためのファイルサイズ制限で、bayer配列を無理にjpegにしているので、偽色が出てしまってノイジーに見えてしまっています。)
flat-BINNING_1

拡大です。pngなので、偽色とかは出ていないはずです。(画像サイズが小さいのでpngでもファイルサイズが大きくなり過ぎず、blogでもアップロードできます。)
flat-BINNING_1_cut

見ている限り、極々ノーマルで、ノイズが特別多いようにも思えません。

でも、master flatをdebayerしてAuto Stretchしてみると少し正体が見えてきます。
flat_BINNING_1_integration_RGB_VNG

拡大です。
flat_BINNING_1_integration_RGB_VNG_cut

カラー化すると結構ノイジーなのがわかります。なんだかカラーノイズと言われているものに似ています。これが固定ノイズとなって、星像を止めたときには逆に、この固定ノイズが流れるのでしょう。

でも本当にこれくらいのことであんなに盛大に縞ノイズが出てくるまで画像を悪化させるのでしょうか?だって直接処理しているのはlight frameの1枚1枚で、それに対してflat frameは枚数少ないとは言え7枚です。それが流れて見えるので、スタックした20枚:7枚でなく、1枚:7枚の比で比較してもいいような気がします。ここは少し疑問が残ります。


flat frameのノイズを改善してみたら?

本当にflatが効いているのか確認するためにもう少し試します。master flatにPI上でTVGDenoiseでノイズを減らしたflat frameを適用して処理してみました。その結果がこれです。
integration

拡大です。
integration_cut

わかりますでしょうか?多分拡大していない方がわかりやすいと思いますが、細かい縞ノイズが消えて、大きな構造の縞ノイズが出てきています。

この結果から考えられることは、flat frame自身でのノイズ除去があまりうまくいっていなくて、細かいカラーノイズが大きな構造のノイズになってしまったからです。

少なくとも、これらの結果からflat frameが縞ノイズに影響を与えているのは間違いないでしょう。ただし、あくまでこれも限られた環境、限られた条件下での話の可能性もあります。ここら辺は次回以降に検討してきます。


とりあえずのまとめ

どうも聞いていると、縞ノイズに困っている人と困っていない人がいるみたいです。なので、一概に今回の結果が正しいとは言えないと思いますが、flat補正の影響は私と同じような状況の人には朗報となるかもしれません。でもflatが原因の全てだなんていうことを言う気は全くありません。あくまで原因の一つであるのではないかということです。

いろいろ検索してみましたが、flat補正が縞ノイズの原因だとバッチリ書いてあるところは見つかりませんでした。むしろこれまで思っていた通り、flat補正をきちんとすると縞ノイズが解決できるはずだと書いてある記述はたくさん見つかりました。普通だとこちらのセンスの方が正しといと思ってしまうのは、ある意味ごくごく普通でしょう。そもそもなんでflat補正が縞ノイズに対してダメなのか、まだよくわかっていません。これからいろいろ検証していきたいところです。

今回、縞ノイズに対する根本的な解決策を示したわけではありませんが、状況によってはflat補正を外して画像処理することで、縞ノイズを軽減できる可能性があることがわかります。その上で、PIのABEやDBE、FlatAidProなどを使ってカブリや周辺減光を減らすことで対応する必要もあるでしょうか。この場合、ゴミやアンプグローなどは除去できません。

もう一つ重要なことはは、きちんとディザーをして散らすことでしょうか。多分縞ノイズって複合原因なんです。1方向に流さないようにすること。これが重要なのは変わりません。ディザーはおそらく根本解決の方法の一つです。


この記事まだまだ続きそうです。今回はバラ星雲での撮影のみ取り上げましたが、次回は過去に出た縞ノイズの場合なども検討してみたいと思います。

 

縞ノイズが出る理由の一つとして、ガイド時における鏡筒とガイド鏡の相対的なたわみが考えられます。TSA-120用にガイド鏡を取り付けることを考えていましたが、できるだけ撓が少なくなるように、市販の部品を使ってガイド鏡の固定を補強することにしました。


ガイド鏡について

ガイド鏡は昨年の胎内星まつりでBlac Pandaさんのところで先行販売されていたこれ。焦点距離128mmです。最近シュミットさんで販売が始まったようですが、星まつりだったので当時特価で購入できました。

IMG_7908


レンズ部分が筒部分と同じ長さだけあるので、すごく引き出せます。そのためカメラ位置の範囲にかなり余裕ができるため、台座兼アイピースホルダーを外しても焦点を合わせることができるなど、随分と応用範囲が広いです。

IMG_9840

この台座ですが、一本持ちなので少し心許ないです。今回のように撓みをできるだけ無くしたい場合は、できるだけ高さを低くすること、2点支持した方がよさそうです。


どうやって固定するか

もう一本、同じような台座を探してもいいのですが、なかなかいいのがありません。なのでこれを外してしまい、もう少し低くできる固定方法を模索しました。実際、台座部分を外してもネジ径が同じで、ASIカメラのアダプターの径と同じを直接取り付けることができます。

IMG_9845

カメラをねじ込みにすると、回転方向を任意に調整できないと困ることがありそうです。問題はガイド鏡を任意に回転させることができつつ、この円筒部分をどうやって固定して、TSA-120につけたアルカスイスプレートに固定するために、アルカスイスクランプにどうやって持っていくか。

今回はアマゾンでこんなパーツを見つけました。バイク部品のようですが、かなり頑丈で直径54mmまでのパイプに取り付けられるようです。ガイド鏡の円筒部分の外径が45.5mmなのでちょうどいいくらいです。Lサイズが2個1組なのですが、最初LサイズとMサイズが一つづつ届きました。でも、そのことを販売店に知らせたらすぐに対応してくれて、多分最速で新しいものを送ってくれました。間違って配送されたものも、配達員がそのまま引き取ってくれたので楽でした。

それと、安価な120mm幅のアルカスイス互換のクランプです。

IMG_9846

注意する点は、アルカスイ互換スクランプの裏側からネジ止めをするために、丸ネジや通常のキャップネジだと頭が出過ぎてプレートに取り付ける時にぶつかってしまいます。そのため今回は6角の皿ネジを一緒に注文しました。長さは12mmでぴったりでした。

これで加工なしで固定できます。

IMG_9848

裏から見るとこんな風になっています。

IMG_9849


鏡筒に取り付けてみる

鏡筒側にアルカスイス プレートをつけてあるので、直接取り付けることができます。実際TSA-120につけてみるとこんな風になります。プレートも長いので、ある程度前後させることもできます。

IMG_9850

うーん、かっこいい。(自己)満足です。

実際揺らしてみてもほとんど動きません。これで相当頑丈になったはずです。

次回晴れたらテストしてみます。

前回の記事の月の撮影をする、少し前に撮影したM42の内容です。今回は人様に見せるような記事ではなく、自分用のメモです。


35フラットナー

TSA-120での同じような内容のM42は以前記事にしましたが、今回の第一の目的はTSA-120用の35フラットナーと呼ばれるフラットナーのテストです。具体的には
  • フラットナーが使えるかどうか、星像がどこまで改善するのか見てみたい。
  • フラットナーでCMOSカメラを接続したらどうなるか?
  • トラペジウムを四隅の星像の崩れなしで撮っておきたかった。
  • 1秒露光のラッキーイメージングで上位画像だけを撮ったら分解能に効果があるかどうか調べたい。
くらいでしょうか。

撮影と画像処理

ガイドは用意までしたのですが、オリオン座が沈むまでに時間が限られていて準備が間に合わす、結局今回もノータッチガイドです。 
 
機材はTSA-120をCGEM IIに載せて、カメラはASI294MC Proを-15℃、間にQBPを入れてあります。撮影条件はSharpCapで1秒露光、ゲインは320。撮影中にダーク補正だけは64枚をリアルタイムでしました。約1513枚撮影し、FITS形式で保存しました。

まあ、結論だけ言うとシンチレーションがあまりに悪くて、前回のM42の撮影時は写っていたE星、F星も撮影時から全く見えず、ほとんど最初から諦めモードでした。そのせいでしょう、1500枚のうちAutoStakkert!3で上位25%だけスタックしたものと、PixInsightで1500枚全部インテグレートしたものを比較しても、トラペジウムの写りはほとんど差がなく、枚数差で背景ノイズが滑らかになるかどうかの違いが見えただけでした。 

1000枚を超える処理は、PixInsightだと結構時間がかかるので、ラッキーイメージングのような短時間露光の時はser形式でRAW動画として保存して、AutoStakkert!3の方が楽そうです。一応AutoStakkert!3はFITS形式も読めるのですが、その前にdebayerしてカラー化しないとダメで、debayerをPixInsightでやると.xisf形式になってしまい直接は読めないので、さらにTIFF形式とかへの変換が必要になります。ただ、ser形式にすると、クールピクセル処理とかはできなくなりそうなので、これもまた考えものです。一度手法をきちんと確立する必要がありそうです。

しかも、ノータッチガイドで少し流れたので、縞ノイズやらカラーノイズが結構出てしまい、あまり画像処理をする気にもならないレベルでした。


撮影結果と四隅の具合

とりあえず結果だけ。

integration_ABE_PCC_STR_all_PS_2nd

背景がノイジーなので、全然炙り出せません。暗いままです。トラペジウムも前回よりボヤボヤです。天体画像としては不十分ですが、元々の目的のフラットナーの評価だけはできます。肝心の四隅だけ見てみます。

integration_ABE_PCC_STR_all_PS_2nd_cut9


それでも元々が1秒露光なこともあり、写っている星の数が少ないので評価しにくいです。例えば右下を見るとやはり少しだけ流れているように見えます。これは、フラットナーとカメラセンサーの距離がきちんと調整されていないことが一つの原因かと思います。少し分解能は落ちるかもしれませんが、早めに一眼レフカメラに移行して、きちんとしたバックフォーカス長で撮影した方がいいかもしれません。

ちなみに、フラットナーなしの場合はこうなります。

integration2_cut9

比較して見ると、四隅は当然ですがフラットナーなしの時よりは全然マシになっています。でもトラペジウムの解像度や、中心部の星雲の解像度は前回の方が全然上ですね。同じ機器でもこれだけの違いが出ます。ピントは今回もかなり気を使ったのですが、シンチレーションの差は如何ともし難いです。


まとめと来シーズンへのの課題

結論としては
  • フラットナーを一応使うことができた。焦点も出るし、星像も改善される。
  • CMOSカメラだと少し流れている。フラットナーからの距離の調整が必要かもしれない。
  • オリオンももう季節終わりで、トラペジウムベンチマークもまた来シーズン。 
  • 1秒露光は長時間になると結構大変になってくるので、もう少しやり方を考えた方がいいかもしれない。
とかでしょうか。特に最後の長時間のラッキーイメージはどうするかは課題です。分解能を稼ぐために新ちれションが悪いところを省きたいのですが、
  • 例えばLiveStackで枚数を減らすか?でもそれだと上位画像を選べない。
  • serフォーマットで撮るか?でもそれだとクールピクセル除去ができない。-> ディザー?
  • ガイドは必須。
  • でもティザーは?何分かおきにやるのか?
など、検討すべき点がたくさんあります。 他にも
  • バローを入れる。
  • 赤外の方がシンチレーションの影響が少ないか?
とかも興味のあるところです。

大元の目的がM42をトラペジウムのF星よりも分解能よく撮りたいというものです。来シーズンまた挑戦します。
 


縞ノイズを時間的に見てみる

もしかしたら興味がある人もいるかと思い、縞ノイズを時間的に可視化してみました。先のバラ星雲の1日目のディザーなしで撮影した失敗画像約2時間ぶんの24枚を使っています。中心あたりの一部を拡大して見ています。といってもやったことは簡単で、ディザーなしで撮影した画像を、PixInsightで動画にしただけです。

Blink

これはガイドをしていても、たわみなどでガイド鏡と撮影鏡筒の相対的な視野が一方向にずれてしまうために起きます。それでももしノイズが完全にランダムなら、このように流れるようには見えないはずです。ノイズが流れて見えるということは、ノイズに時間的なコヒーレンスがあるということです。うーん、結構ありますね。あれだけの縞ノイズになるのもわかる気がします。

integration_DBE_PCC_AS_cut



縞ノイズ動画の作り方

さて、この動画の作り方です。今回縞ノイズを時間的にみる目的でしたが、このやり方覚えておくと色々応用が効きそうです。基本的に、PixInsightを使います。
  1. 普通にBatchPreprocessing 処理などで進めます。
  2. master以下のregsteredフォルダに入っている、位置合わせまで終わって、Integrationする寸前のファイルを使います。ここまでは普通にDebayerしてStarAlignmentでも構いません。
  3. Blinkでそれらのファイルを開きます。
  4. とりあえずは、デフォルト機能の再生ボタン(右三角)を押すと確認できますが、順に動画のようになるように見せるだけです。オートストレッチもできるのでみやすくなります。カラーバランスが悪い場合は、RGBのリンクをオン/オフする「鎖マーク」のアイコンを押してください。
  5. Previewで一部を切り取るとその部分だけ拡大して見えます。
  6. それをBlink画面の右下の一番右端の撮影開始マークアイコンで動画にします。
  7. ffmpegがない場合は別途インストールしてください。
  8. ffmpegがインストールされていても、実行ファイルをフルパスで入れないとダメでした。/usr/local/bin/ffmpegとかいうことです。
  9. オプションは秒20コマのgifファイルにしたかったので、 -y -r 20 -i Blink%05d.png Blink.gifとしました。
このように結構簡単に動画を作ることができます。


M42の場合

もう一つ例です。TSA-120でM42を撮影した時のものです。約30分くらいの撮影時間で、枚数は14枚です。これはディザーもそうですが、ガイドさえもしてないので赤道儀の極軸の精度が悪くてずれていってしまっているものです。上のバラ星雲のように画像の一部ではなくて、ほぼ全体像を示しています。解像度はこのブログにアップできるように(一画像当たり5MBが制限)落としてあります。

Blink

縞ノイズの原因となるクールノイズなどに混ざって、おそらくバイアスノイズに相当する縦線のように見えるノイズも流れていることがわかります。基本的にランダムでないノイズは、全て縞ノイズになり得るだろうことがわかります。

これを普通にスタックすると下のように縞ノイズが盛大に出てくるわけです。

integration



バラ星雲のもそうですが、時間的にこれだけ明らかに変化しているのがわかるのなら、なんとか分離してペラっと一枚皮を剥ぐようにこのノイズだけ取れないですかね?

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