ほしぞloveログ

天体観測始めました。

タグ:EOS6D

冬はなかなか遠征がいけないのとで、ゴールデンウィークで久しぶりの遠征です。といっても近征で、車で30分くらいの所です。

最近天文関連の活動が多すぎて書く暇がなく、ブログの更新が滞っているのですが、遠征はその場の雰囲気を忘れてしまうので、画像処理はまた後にするとしてとりあえず書いておきます。


久しぶりの遠征で準備に四苦八苦

GW中の5月3日、この日は朝10時からZoomで天文関連の打ち合わせ。その後は太陽撮影で忙しく、ドタバタしながらの遠征準備です。最近はずっとSCA260とCGX-Lでの撮影が多いので、今回の遠征はいい機会とばかりに、この大型セットを持ち運びできるかテストしてみます。

まずは特等席の助手席にSCA260を積みます。少し背もたれを倒して安定するように積み込みますが、最近はホコリ問題でカメラをできるだけ外さないと決めたので、カメラに変な力がかからないように気を使います。

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CGX-Lの赤道儀部分は後ろの座席に、シートベルトを一旦伸ばし切って縮めることで、シートベルトが(一旦外すまで)伸びないようにします。三脚は巨大なので苦労しました。今回初めて気づいたのですが、下から押し上げる巨大な台座があるのですが、三脚を畳むときはちょうど脚が収まるように3箇所カットされています。取り付けるネジも2段階になっていて、緩めるだけだとネジが落ちないように工夫されていて、その状態で三脚をたたむことができるというわけです。ただえさえ大きくて重くてあつかいがたいへんなので、運ぶことやしまうことも考慮してあります。使って初めてわかるありがたさです。結局後ろ座席の床に横向きに倒して置きました。台座の幅が結構あるので、出し入れの時は前の座席を一旦前に移動する必要がありましたが、なんとか収めることができました。

まだスペースがあるのでCGEM IIも持っていくことに。赤道儀は後ろ座席の空いている側に、三脚は床に、今度は立てて置きました。というのはCGX-Lの三脚で床がいっぱいで、重ねておくしかなく、木津着くのが嫌だったからです。足を多少開いて立てて置いたらそこそこ安定しました。

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トランクはその他機材でいっぱいです。ちょっと前に大型の防湿庫を買って、ほとんどのレンズやCMOSカメラ、小型鏡筒を入れることにしたので、遠征時はここから必要なものを毎回ピックアップする必要があります。

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心配性なので、今回使わないもの(電視観望関連とか)もたくさん持っていきますが、次の日(今書いている今日)、夕方から牛岳で富山県天文学会の観望会なので、そのまま使えるのかと思います。仲のいい(4月から中学生になった)Mちゃんにも声をかけておいたので、来てくれると思います。

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と、準備に戸惑って、自宅を出たのが18時過ぎ。途中の「すき家」に入って腹ごしらえ。お腹が空いていたので特盛と豚汁卵セットです。お腹も一杯になり、さらに途中ファミマによりおやつと夜食を買い込み撮影現場に向けて出発です。といっても、そこから15分くらいなのでもう近いものです。

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セットアップはトラブル続き

現場に到着したのは結局19時過ぎでした。雪解けでまだほとんど人が入った形跡がなく、途中道路のど真ん中に大きな岩が落ちていて、車幅ギリギリで怖かったです。到着後すぐにセットアップを始めますが、すぐにバッテリーを一つ忘れたことに気づきました。普段バッテリーを3つ持っていくのですが、出発直前に1つを充電し始めて、「忘れないようにしよう」と気をつけてたのですが、案の定忘れました。しかも今回はめずらしく撮影の方が2台体制だったので、バッテリー2台だとギリのギリでした。天文あるあるかと思いますが、遠征の時は大抵何か忘れます(笑)。私が結構あるのがガイド鏡を忘れることです。一応予備が入れてあるのですが、予備の方は焦点距離が短くて苦労したりします。

もう一つのトラブルが、リモートデスクトップでStickPCにつながらなかったことです。外ではミニワイヤレスルータにつなぐのですが、このStickPCは以前きちんとテストしていたはずです。しかたないので、別途USBタイプの外部モニターを取り付け、メイン機で見ながら、マウスとキーボードもつないで設定など見てみますが、IPアドレスはきちんと割り当てられています。それぞれのPCからルーターにはアクセスできます。それでもpingは互いに通りません。結局ファイヤーウォールが問題だったのですが、ファイヤーウォールの設定が(プライベート、ドメイン、パブリックの)3種類あり、外部に繋がないLAN状態なのでプライベート設定かと思っていたら、最後に試したパブリック設定のファイヤーウォールが原因でした。前はきちんと繋がったのを確かめているので、アップデートとかの際に勝手にオンになってしまったのかもしれません。出発前に直前チェックをしておくべきでした。

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やっと撮影開始

これで全てOKで、撮影開始は21時半近く。ちょうど子午線を越えるかどうかというところだったので、自動導入で赤道儀が反転する時間まで待ってから撮影を開始しました。ところがいざ撮影を始めてみると妙にバタバタします。撮影後は車の中で暖まっていたのですが、確かに外に出ると結構な風が吹いています。この時点で元々やろうと思っていた10分露光をあきらめて、3分露光にしました。多少星像は歪むときもありますが、そこそこ円を保っています。ある程度の星像肥大は避けることができなさそうです。

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一応アンテナも写っているみたいでます。

おやつタイム

撮影も軌道に乗って落ち着いてきたので、おやつタイムです。今日はファミマで買ったホイップメロンパン。遠征の楽しみの一つです。

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この時に、なんとアイスを買っていて食べ忘れていたことを思い出しました。袋の中で当然クタクタに。家に帰ってまた冷やして食べます...。


SQM測定で空の暗さを確認

ちなみにこの場所、南側はiPhoneのDark Sky Meterで測るとSQM21.31です。自宅から車で30分でこれならまあまあかと。北側は富山の町あかりで全然ダメです。北側を撮るときはもっと南まで下がります。

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SQMが測定できるといっても、専用機と違うのでどこまで精度があるかわかりません。それでも使っている限りそこそこの指標にはなるのかと思っています。値段も値段(250円)なので、趣味の範囲で使うのなら手頃でいいのかと思います。


2台目のセットアップもトラブル

時計を見ると22時半頃、少し落ち着いたので、2台目のセットアップにかかります。もう一つの狙いは夜中からのアンタレス付近です。CGEM IIにEOS 6Dと借り物のSIGMAの105mmを載せます。F1.4の化け物レンズです。レンズにはアルカスイス互換の脚がついているので、そこに小判鮫状態でガイド鏡を取り付けます。

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ターゲットはアンタレス全域と青い馬、天の川の一部が入る構図です。でもこの構図、その場で気づいたのですが、カメラを縦に固定する必要があるんですよね。6DにはL字のブラケットがついているのですが、縦に固定するとPCと接続するUSB端子が塞がれてしまうのです。仕方ないので、PCからの BackYardEOSとの接続は無しで、ガイド時のDitherはしない覚悟で、MagicLanternのバルブ撮影に切り替えました。ところがです、このバルブ撮影はこれまで何度もやっていてうまくいっているのですが、今回全くうまく動きませんでした。シャッターを押している時だけ露光するという、本当にごく普通のバルブ状態になってしまって、全然長時間露光になりません。改めてネット調べてみても設定は正しそうです。

すでにこれだけで30分以上ロスしてます。一度カメラを外して車に戻り、冷静になり考えてみました。そうだ!L字ブラケットを裏返せばいいのではないか!と思い、ネジを緩めて外そうとしたところ、わざわざ裏返さなくても、横にスライドすればいいのではと気づきました。

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これでUSB端子に接続でき、かつ縦方向でアルカスイスクランプに固定できます。時計を見ると0時半過ぎ。

さらに、撮影し出してから星像を改めてBYE上で拡大してみてみると、コマ収差が結構出ています。ここでレンズをF1.4からF2.0に変更するとかなりましになりました。カメラレンズだとF値の変更もBYEからできるのに改めて気づきました。ISO800の30秒露光でもちょうどいい明るさなので、F2.0でもかなり明るいレンズなのがよくわかります。


おやつタイム2

ここからは順調に撮影できたので、ホッとして夜食の冷やし中華と、本日2度目のおやつタイムのクリームパンです。え、おやつタイムの「2」ですって?食べ過ぎですね。でも遠征時は何を食べても美味しいです。

あ、冷やし中華で思い出しました。この日むちゃくちゃ寒かったんですよ。念のためスキーウェアを持っていったのですが、それでちょうどいいくらいでした。でも手袋を忘れてしまっていて、寒い中アンタレスで苦労して、ブルブル震えていたところ「冷やし」中華。車で暖房をつけて、しばらくして暖まってからやっと食べる気になりました。お腹もいっぱいになり急激に眠気が。午前1時半頃でしょうか、仮眠をとります。


後片付けとフラット撮影

次に目が覚めたら3時半頃、でもまだ眠くて動き始めたのはもうかなり明るくなりかけてる4時過ぎ。すぐに片付ければいいものを、せっかく明るい時までいるのでフラットを取ろうと画策し始めました。撮影している最中に片付けもやれば時間短縮だ!と思っていたのですが、フラット撮影の最中でPCへの接続が突然止まりました。バッテリー切れです。バッテリーを一つ忘れたつけが最後にきました。

というわけで、フラット撮影も中途半端、意気消沈して片付けもダラダラやっていたら現地を出たのは5時半過ぎ。6時過ぎに自宅に戻り、やっと就寝です。でも仮眠が長かったせいか、寝付けたのが多分7時過ぎ。10時半に起きて、ブログを書きながら今に至ります。

まとめと今日これから

トラブルだらけの遠征でしたが、それでも楽しいものです。うまく撮れているといいなあ。アンテナ銀河は風が強くてダメだったかも。あ、アンテナ銀河沈む頃にM57に切り替えたの今になって思い出しました。風がピューピュー言ってたので、ヤケになって10秒露光、ゲイン450の多数枚撮影。でも眠気の中セットしたのでどうなっているかよくわかりません。アンタレス付近はそこそこ撮れているとは思いますが、どうでしょうか。

程良い疲れと眠気が気持ちよく、充実した一日でした。GW中まだチャンスがあるならもう一度くらい遠征に行ってもいいかもしれません。

そんな感じで、明けて今日現在、ブログを書いています。時間があれば今日は少し太陽も見たいし、今晩は県天の集まりで牛岳です。荷物を車に乗せたままなので、準備時間は短縮できるとおもいます。牛岳は一般の人も夜景を見にたくさん来ていると思います。人がいると話してしまうので、撮影は難しいかもしれません。電視観望にするかも。しかもまだ天文ガイドの原稿を描いてる途中です。連休はやりたいことだらけで忙しいです。


 

2021年11月19日は、月の97.8%が欠ける限りなく皆既に近いと言われる月食です。前回の2021年5月26日の皆既月食は、ブログ記事にすることがほぼ何もないくらい雲が厚くて全滅でした。さて今回はどうなることやら。


準備

実は私、まだまともな月食の撮影はしたことがありません。星を初めてまだそこまで年数がたっていなくて、初の皆既月食は2018年でした。



同じ2018年にもう一度チャンスがありました。


この2回はいずれも雲に悩まされ、かろうじて雲越しの月を救い上げたか、皆既時には雲で撃沈だったりでした。その他部分月食の機会もありましたが、いずれも天気が悪かったりで、まだまともな撮影を実現できたことはありません。

そんな中、今回は北陸は天気が悪いとの予報だったので、もともとあまり気合は入らず、しかも月食当日の11月19日は平日で仕事もあるのであまりたいした準備もしていませんでした。でも当日になると予報に反して天気が良さそうです。仕事が終わってそれこそ超特急で準備をして、いつもの東が開けている近くの河原に陣取りました。とにかく時間がギリギリでした。

地平線(と言っても遠くの立山連峰が5度くらいの高さまでありますが)までひらけて見える前回の撮影場所にしようとしたのですが、冬の月に近いので出てくる位置が思ったより北に寄っていることに気づきました。そのため少し場所をずらし、月の出から見えるような位置に陣取りました。もう準備の途中ですでに肉眼でぼやけた、それでも既に欠けている月が見え始めているのに気づいてました。山の際の低空に雲があるため、最初は月が霞んでいたので、まだ少しだけ準備に時間をかけることができそうです。


機材1: 広角

まずは急いで、簡単な方の広角撮影の準備をします。EOS 6DとNikkor 50mmオールドレンズで月の出始めから月食終了まで1分ごとの連続撮影です。準備の間にやったことは
  1. 三脚にカメラをセットし、月を拡大してピントのチェック。
  2. 設定はF値2.8、露光1/5秒、ISO400で、かけている部分の模様が見えるくらいに。
  3. 画角のチェック。縦長で最下部に地面が入るように、かつ月が左端に来るように。これで月食終了時に月が右上のはずです。
1分ごとの撮影は、Magic Lanternのインターバル撮影の機能を使っています。バッテリーは長時間っ撮影でも電池切れにならない様に、2系統のUSBから電源を取得できる外部バッテリーを使っています。とりあえず撮影を始めて、月食が終わるまで3時間近く放っておきました。

その中から5分おきのものを抜き出して、比較明合成したものが以下になります。

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ちなみに1分ごとのものを全部合わせるとこうなります。

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これをタイムラプス映像としてみると、


画像処理までして実感したこの撮影の反省です。1分という時間間隔はそこそこokです。それでもタイプラプスにするなら30秒の方がスムーズかもしれません。一番の問題は月食で欠けている部分に露光を合わせると、月の明るいところは完全に飽和してしまうことです。この写真も途中から露光を切り替えて、明るい部分の模様が見える様にした方が良かったかもしれません。でも長時間撮影なので、一度撮影を始めたら触りたくないんですよね。

そこで次回に向けて考えたのは、撮影は1分おきなので、その間に露光を3種類くらい変えればいいのではないかと思うのです。今回の設定と、2018年の7月の皆既月食のときの設定から考えて
  1. 明るい部分: F4、露光1/200秒、ISO100
  2. 今回の設定と等価F4、露光1/2.5秒、ISO400
  3. 欠けた部分: F4、露光1秒、ISO800
くらいでしょうか?

こういった複数の設定を繰り返すのは、いつも6Dで使うBackYardEOSはちょっと面倒かと思います。なので、NINAかSharpCapのASCOM接続とかになるのでしょうか、いずれ次回の月食までにテストしたいと思います。

あと50mmのもう少しいいレンズが欲しいですが、他にもほしいものがたくさんあり、なかなか優先度が上がりません。


機材2: FC-76での連続撮影

2台目は、FC-76 + ASI294MC + Advanced VXで、もう少し大きな月のタイムラプス映像と、地球の影を炙り出すために、5秒間のワンショットを1分おきに2時間半近く、合計150ショット近く撮影。撮影ソフトはFireCapture、露光時間は25ミリ秒でゲインが220です。5秒で70枚ほどが撮影されます。

画像処理ですが、AutoStakkert!3でスタック、あとはPhotoshopのアクションとLightroomの同期機能を使い、全数同じような処理をします。最大食だけは見やすいように少し目立つ処理をしました。

最大食時から前後20分おきの画像を並べてみました。フィルターなどは入れていません。

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参考にしたのはこのページです。



この位置に合う様に、月を一直線に並べていくと影がきちんと円を描きます。

FC-76での撮影も問題点は広角の場合と同じで、月食で欠けている部分に明るさを合わせると、月の明るいところは完全に飽和してしまうことです。なのでこちらも2種類か3種類程度に露光を変えるといいのかもしれません。今回、一つのファイルが1分のうち5秒撮影で1.5GB程度です。1時間で90GB、皆既月食の初めから終わりまでの約3時間撮ると270GBです。トータル1TBのディスクなので、1分に15秒までならなんとかぎりぎり撮影できそうです。

あとは追尾をどうするですが、かんたろうさん情報によると極軸の精度さえ出ていれば、追尾レートを太陽時に合わせておけば、比較明合成だけで位置が合うそうです。ただし、数時間にわたり位置がずれない様に極軸を合わせるのもなかなか大変なので、むしろ恒星時に合わせる様にガイド鏡とPHD2を使うのもいいのかもしれません。

太陽に合わせても、恒星に合わせても、いずれにせよ画面の中を走っていくので、ある程度の画角をあらかじめとっておくことが必要になります。

もう一つのやり方は、FireCaptureで形を認識してガイドした方がいいかのかもしれません。でも月食時に形が変わっても可能なのでしょうか?

この問題、位置がきちんと後から計算できるなら、月にある程度合うように撮影してしまえば楽です。もし太陽の見た目の位置と月の見た目の位置が情報としてわかっているなら、そして太陽、地球、月間の距離がわかっているなら、簡単な作図で計算できるのかもしれません。時間があるときにやってみようと思います。

FC-76では2時間半ほど撮影を続けたので、タイムラプス映像を作ることも可能です。でも撮影した全画像を見ると結構ずれてしまっていて、センター合わせがかなり難しいです。手動で合わせるには150枚近いのでさすがに大変。PIPPの位置合わせ機能を試しましたが、明るいところがサチっていると認識がうまくいかないようです。位置認識ソフトを自分で書くかどうか迷ってます。ハフ変換というのを使うと画像から円が認識できるらしいのですが、これでうまくいくのか?まだ処理で悩んでいるので、うまくいったら公開します。


極軸精度と月食撮影時のずれの見積もり

ついでなので、今の極軸の精度で足りるのかどうかザックリ見積もってみます。まず極軸の精度ですがSharpCapで50秒から1分角の精度がでます。誤差もあったりするので1分角としましょう。そうすると簡単な計算から、最大で4分間で1秒角ずれていくことになります。

 

1時間で25秒角、3時間で1分と15秒角ずれるというわけです。月の視直径が30分角くらいなので、これくらいなら大丈夫そうですね。やはり次回は十分な画角をとって太陽時で追尾でしょうか。


機材3: TSA-120による自由撮影

最後のセットアップは、TSA-120 + ASI294MC Pro(常温) + 35フラットナー + UV/IRカットフィルター +
CGEM IIで、画角いっぱいの月を自由な時に撮影するものです。SharpCapで25ミリ秒露光でゲインが220で100枚撮影をワンショットとします。

でもこの撮影画像、なかなか青い成分が出てこなくて、パッと処理しただけではターコイズフリンジらしいものが出てきません。明るい部分と暗い部分の境が出る様にかなり苦労して処理すると、青成分が含まれていることがわかりターコイズフリンジらしいものが見えてきます。

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でもかやはり無理をしている気がします。ここまで画像処理を必要とするほど大変なのでしょうか?

ネットに上がっている写真を見ると、ターコイズフリンジが全然出ていないものと、かなりはっきり出ているものに分かれている気がします。はっきり出ているのは簡単に出たものなのでしょうか?それとも私がやったようにかなり苦労したのでしょうか?

ここら辺でかなり迷走しました。この画像処理、月食の本来の色のことなど考えだすとものすごく長くなりそうなので顛末は別の記事で書きたいと思います。


まとめ

ある意味初のまともな月食撮影でした。でもやはり準備をさぼっていたため、いまいちだった感は否めません。今回の反省をもとに、次回はもう少し撮影体制を見直したいと思います。

それとは別に、ターコイズフリンジとタイムラプスでいまだに色々迷っています。既にかなり時間がかかっていますが、もう少し結果が出たらまたメモがてらですが、ブログ記事にしたいと思います。



FMA135とCBPを使って、とうとう念願の自宅からアンタレス付近のカラフルタウンを撮影してみました。赤と青と黄色が混ざったあの綺麗な色を光害地から再現できるのか?、特に青色が出るのか?

これまでのいろいろな準備とタイミングが整い、やっと挑戦することができました。


これまでのみちのり

アンタレス付近はこれまでにも撮影しています。昨年もちょうどこの時期に撮影しました

すごく綺麗なエリアで、私も大好きで、みているだけでウットリしてしまいます。

これだけカラフルだと、下手な光害防止フィルターだと青とか黄とかの色が出ない恐れがあるので、当然環境の良い暗い空でフィルターなしで撮影するのが当然と思っていました。でもこんな色、特に青色を自宅から撮影するのも面白いのではずっと思っていました。

自宅でどれだけ淡い天体まで撮影できるかは、結構長期にわたり挑戦してきました。淡いという意味では始まりは魔女の横顔でしょうか。この時はノーフィルターです。


M78の自宅撮影もその一つで、これもノーフィルターです。


フィルターをつけた場合ですが、自宅から非常に淡いレムナントSh2-240を撮影したのは、超長時間撮影と強度な画像処理の良い練習になりました。


青い星雲に関しては自宅からの青い馬星雲を最近撮影しています。これは青の出方がわからなかったのでまずはフィルターなしで試しました。

4時間20分程度の撮影でしたが光害の影響は決して小さくなく、一応青は出たものの十分とは言い難く、ノーフィルターでISOを上げられなかったことも要因の一つかと思っています。


CBP

自宅アンタレス 付近撮影作戦のもう一つの大きな柱は、昨年5月にSIGHTRONから発売されたCBP (Comet BandPass)フィルターです。CBPについてはこれまでかなりテストしてきて、最初の頃の解析撮影で、光害を3分の1ほどに軽減しつつ、青色も十分に出すことができるという結果を得てきています。




今回は光害地でCBPを使って青が出るかどうかのある意味最終テストということになります。


短焦点の鏡筒 

あとは鏡筒です。前回のアンタレス 付近はFS-60CB+レデューサーで撮影しましたがちょっと窮屈で、せっかくなのでもう少し広い画角で撮影したいと思っていました。そこに今回のFMA135の話が舞い込んできました。

視野的にも青い馬星雲が入ってちょうどよさそうです。しかも3cmで青い馬まで写るならそれはそれで面白いのではないかと思ったのです。


さあ、撮影だ

最初にアンタレス付近を自宅で撮りたいと思ってから、もう数年が経っています。技術的にも、機材的にも、時期的にも、やっと準備が整ったのかと思います。

撮影は休日の前日がよかったのですが、新月期の5月8日の夜はあいにくの天気で諦めました。次の日の日曜ですが、昼間はなんだか微妙で、すごい風と、黄砂のせいでしょうか晴れてるのにモヤーっとしています。次の月曜の朝は仕事で、しかもいつもより早く家を出なくてはいけません。天気と仕事のことでかなりやる気が失せてたのですが、夜になって風が弱まってきて、外に出ると意外に透明度が良さそうです。

俄然やる気になってきて、セットアップ開始です。


CBPのとりつけ

前回の撮影で、QBPはアメリカンサイズでFMA135に直接取り付けることができました。CBPはアメリカンサイズは無いのと、アメリカンサイズで画像に円形状の段差が出た可能性があるため、今回は大きなフィルターを試したかったというのがあります。

ところが48mmのフィルターはそのままFMA135には取り付けられません。前回の撮影記事の最後に書きましたが、M36からM46の変換リングとM46からM48の変換リングを組み合わせる方法で取り付けられます。早速注文はしましたが結局この日には間に合わず、手持ちのM37からM48の変換リングを利用して、グラグラするのをテープで固定しました。

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ピント固定ネジ

FMA135で一度ピントを合わせた後に小さなピント調節ネジを固く締めると、ピントが少しずれてしまうようです。なので緩めに締めるか、少しずれることを見越してずらして合わせる必要があるようです。前回のピントもこれが原因でずれてしまっていた可能性があります。

今回はかなりピントは気を使いましたが、それでも少し左右でズレてしまったようです。

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不思議なのは、APS-Cサイズでも少し流れてしまっていることです。ファーストライトのテストの時は下のようにほとんど目立ちませんでした。
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私のピント合わせがまだ不味かったか、大きく違うところがCBPをテープで適当に取り付けているところです。もしかしたら少し斜めにとりついていたとかかもしれません。機会があれば今一度確かめたいと思います。


ISOの決定

淡いものを出す場合には一般的にはISOを上げたほうが有利です。なのでダイナミックレンジを極端に損なわない範囲でISOを上げたいのですが、CBPがない場合は6Dだと露光時間を分の単位でとろうとするとISO800くらいが最大です。リードノイズを減らすために5分もしくは3分と露光したかったのですが、CBPをつけても3分でISO1600が最大取れるくらいでした。この状態でヒストグラムのピーク値が半分近くまで達していたので、ISO3200は現実的ではありません。背景光の大きさにもよりますが、自宅での低い空では街明かりの影響がどうしても大きく出てしまいます。


たかだか135mmにオートガイド?

今回は撮影途中で寝る予定だったので、ちょっと大袈裟ですがオートガイドをすることにしました。FMA135は小さいのでほぼカメラレンズです。なので6D側を赤道儀に固定するのですが、ガイド鏡をどうつけるのかかなり迷いました。ガイド鏡はプレートの長手方向に平行につけますが、6DはL字プレートを取り付けてあるためプレートの長手方向と垂直に取り付けるためです。写真を見てもらえばわかると思いますが、今回かなり変則的な取り付けかたをしました。鏡筒とガイド鏡の向きを直交させているのです。
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もしかしたら鏡筒とガイド鏡は平行にしないとダメと思っている方もいるかもしれませんが、原理的には全然そんなことはありません。今回の場合、南天するまでは鏡筒が南東から南の低い空の方向を向き、ガイド鏡は北東の高い空から天頂少し北の方向までを向きます。なので、ガイドとしてはよりよく動く領域で合わせることができるので実は精度が良くなるなずです。これは例えば北極星近くの天体を撮影する場合に、その方向でガイドするのか、それとは垂直に真東から昇り真西に沈む星を見ながらガイドをするのか、どちらが精度がいいか考えればすぐにわかると思います。

さすがに直角に置くのは初めてでしたが、撮影を始めても想定通りガイドもうまくいっています。

ところがです、これいいアイデアだと思っていたのですが、南天して赤道儀を反転させた時に決定的な欠点が露呈しました。ガイド鏡の向きが地平線の下に沈んでいるのです。

仕方ないので、ガイド鏡とカメラの位置を入れ替え、再び北東方向を向くようにしました。でもこれもまたトラップがあったのです。オートガイドを始めると、途端に揺れが増大して発振し始めました。それもそのはず、PHD2はガイド鏡の向きが変わったなんて知らないので、フィードバックしていいと思った方向は全く逆の方向になり、発散してしまうのです。そのためキャリブレーションをやり直したのはいうまでもありません。

このことから一つ推測できることがあります。Twitterでj_evil_clef 2さんが「最近際キャリブレーションしなくてもそのままガイドできるのが不思議だ」とかつぶやいていたのですが、赤道儀を反転させても普通はキャリブレーションし直さなくても大丈夫なように、PHD2が赤道儀の向いている方向の情報を取得していて、方向によってキャリブレーションのパラメータを変えていると思われるということです。まあ、PHD2は赤道儀を操作するくらいですから、使える情報は使うというのは至極真っ当なやり方だと思うので、キャリブレーションに関してはかなり柔軟に対応できるように考慮しているのでしょう。


ゴースト?

撮影の段階でわかったことですが、ゴーストのような変な赤い銀河の形のようなものが出てしまいました。左上の方です。

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ところがこの輝点、赤道儀を反転させると位置が変わって真ん中にきてしまいました。
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反転以外では、撮影中は「ほぼ」同じ位置にいたので、何か光学系の反射が原因かと思われます。「ほぼ」と書いたのは、ディザーすると周りの星の位置はズレても、輝点の位置だけはズレないのです。いや、正確にいうとズレます。でも恒星のズレ方とは別方向に動き、動きの量もディザーの量より少ないです。とすると、やっぱり光源恒星で、明るさから言ってアンタレスなのでしょうか?

実はカリフォルニア星雲の時も似たようなものが出たのですが、こちらもいまいち原因がわからないです。

 
一番明るい恒星の左にあるやつです。このときはCBPを付けていないと思い込んでいたら、結局CBPを付けっぱなしで撮影していたことに後から気づきました。なのでCBPが原因かと一瞬思ったのですが、後日CBPも付けたままのほぼ同じ構成でISOだけ4倍の3200にして撮影し直した時には、そんなゴーストは出ませんでした。なのでCBPが原因とは限らないです。
 

原因は不明なのでそのまま残しても良かったのですが、さすがに目立つので画像処理でごまかしました。


Windowsアップデート!?

今回の撮影は結構な広角なのと、低い空で、地面近くの木とかが視野に入ってしまうため、ある程度高度が上がる22時半頃からの撮影となりました。次の日仕事で早いのですが、0時過ぎまで起きていて南天前でしたが、強制的に赤道儀を反転させてから、先に書いたガイド鏡の向きを変え際キャリブレーションして、問題なく撮影が再開できることを確認してから寝ることにしました。

朝5時頃に目を覚まし片付けたのですが、確認してみると何故か午前2時半頃で撮影が終わってしまっています。しかもWindowsが再起動されたみたいです。後で調べたらなんとWindowsアップデートがぁーーっ!そういえば今回2台目のStickPCで夜の時間帯のアップデートを禁止にしておくのを忘れてました...。

でもさらに調べたら、午前2時位から南西方向にある高い木が視野に写ってしまっていたので、どうせダメだったということで納得しました。


光害地の淡い天体は画像処理が大変

画像処理は結構大変でした。いつものようにPixInsightのWBPP、ストレッチまでしてあとはPhotoshopに渡します。トータル2時間45分ですが、口径わずか3cmのF4.5なのでやはり光量は十分とは言えないようです。

焦点距離135mmとかだとカメラレンズでもっと明るいのがあります。例えばシグマのArtシリーズなら135mm F1.8というのがあります。もしこのレンズを使った場合は(4.5/1.8)^2 = 5.25倍の明るさということになります。今回の2時間が45分はF1.8だと約30分露光したのと同じということになります。なので青い馬とかうまく出るか心配でしたが、少なくとも写ってはいて、相当強調すれば見えることはわかりました。結果を示します。

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  • 撮影日: 2021年日5月9日22時37分-5月10日2時7分
  • 撮影場所: 富山県富山市自宅
  • 鏡筒: FMA135
  • フィルター: CBP
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ:  Canon EOS 6D HKIR改造
  • ガイド: : f120mmガイド鏡 + ASI120MM mini、PHD2によるマルチスターガイドでディザリング
  • 撮影: BackYard EOS, ISO1600, 露光時間: 180秒 x 52枚 = 2時間36分、dark: ISO1600, 180秒x67枚、flat: ISO1600, 1/50秒x128枚、flatdark: ISO1600, 1/50秒x128枚
  • 画像処理: PixInsight、Photoshop CC

ただし、青もそうなのですが、黄色も、赤の淡いところもどうしてもノイジーになってしまい、画像処理の方に負担がいってしまうことは避けられませんでした。CBPをつけてあっても住宅街の光害地で背景光からくるノイズが、それに拍車をかけます。

あと、CBPのせいかと思いますが、青がどうしても水色っぽく出てしまうようです。CBPの青側透過範囲が360-410,460-530nmと結構広いのですが、カラフルタウンの特徴の真っ青に近い青は450nmを切るくらいでちょうどカットされているためかと思います。そのため、少し色の調整をして見かけ上真っ青に近くなるように色をいじっています。黄色と赤もイメージとは違っていたので少しいじってますが、こちらは青よりは素直に出ていると思いました。色をいじることには賛否あるかと思いますが、そもそもCBPなどの一部の波長のみを拾ってくるフィルターの色バランスは合っていないと考える方が普通なので、色バランスを取ろうと思うときはどうにかいじるしかなく、ある意味宿命かと思っています。

あと、画像処理の途中で、前回の白鳥座を撮影したときに出た円形の段差はでないことを確認しました。なので、アメリカンサイズのフィルターを取り付けたせいだと思っていいでしょう。今回は48mmのCBPにしたために、変に絞られるようなことがなかっためだと思います。

この画像処理ですが、まだ少し不満なところもあるので、時間のある時にもう少し処理しなおしたいと思っています。これから梅雨時なので、ネタもなくなりちょうど良いかもしれません。あ、ポチリヌス菌防止にもなるかもしれませんね。


まとめ

今回の挑戦は、ある意味これまでの集大成です。やっと自宅での撮影で念願だったアンタレス付近のカラフルタウンを撮影することができました。

そもそも自宅から南の低い空の淡い領域の赤以外の色を出すのはものすごく難しいと覚悟していたので、この点についてはかなり満足しています。ただ、やはり光量不足なところは否めなくて、露光時間をさらに伸ばすか、明るい光学系で撮影することでいつかもう一度挑戦したいと思います。

FMA135ですが、星像テスト電視観望デネブからサドルの撮影、アンタレス付近の撮影と試してきましたが、今回でテストは終了にしたいと思います。この他にもちょっと高級なガイド鏡として使うのも良いかもしれません。

Askarブランドの機材は初めて使いましたが、今回試した一番小さなものでさえも噂通りかなり気合が入ったもので、持っていて嬉しくなるような作り込みだと思います。SIGHTORN様、非常に面白い機材を試させていただき、本当にありがとうございました。

ゴールデンウィークの最後の方、5月3日の夜中(実際には0時を回っているので5月4日)、Askar  FMA135で白鳥座の辺りを撮影してみました。 QBPをつけての自宅の庭撮りです。


FMA135の一連のテスト

この日は本当はM57を狙おうと思っていて、VISACで色々やっていたのですが、シーイングがあまりに悪くて断念。その時点で午前2時過ぎです。 貴重な晴れの日なので、あと少しなにかできないかと思いつつ、ちょうど白鳥座がもう上がってきているので、FMA135を試してみようと考えました。

FMA135は先日星像がどの程度なのか見るために、ファーストライトで試し撮りています。


APS-Cだとほぼ完璧に点像でしたが、フルサイズだと周辺減光もあり星像も4方向に流れてしまいます。でも星像も周辺減光も、そこまで酷いことはなかったので、やはりここはフルサイズのEOS 6Dでの撮影としました。

その後、FMA135で電視観望も試していますので、興味がある方はこちらもご覧ください。


今回の撮影のターゲットは白鳥座のデネブからサドルにかけて。135mmの焦点距離は結構な広角になるので、広い範囲でHα領域が広がる白鳥座付近は絶好のターゲットです。


セットアップ

撮影の準備でフィルターをどうしようか考えているときに、面白いことに気づきました。FMA135はアメリカンサイズのフィルターなら先端に直接取り付けることができるのです。FMA135には金属のキャップが付いているのですが、これが2段の蓋のような変な形をしているのです。試しに出っ張っている蓋を回して外し、その代わりにアメリカンサイズのフィルターをはめてみると、ぴったりハマります。今回はHα領域なので、QBP(Quad BandPass)フィルターのアメリカンサイズを取り付けることにしました。

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赤道儀からVISACを外し、6Dをそのまま載せます。ところが、いくつか問題が出てきました。カメラを赤道儀に縦長に固定したかったのですが、BackYardEOSを使うために6DにUSBケーブルを繋ぐと、コネクタが どうしても下のクランプに当たってしまうのです。結局カメラの固定はクランプの一部だけを利用してもう仮止め状態です。ちょっとぐらぐらしますが、風があまり吹いてないのでなんとかなるでしょう。

こんなことをしていたら、もう午前3時前。このときかなり焦っていてピントを合わせ損いました。画角を決めて「から」ピントをデネブで合わせてしまったのです。デネブが画面中央にあればよかったのですが、結構端の方にあります。星像が全面で点像ならそれでもよかったのですが、フルサイズだと収差で星が流れてしまうために、そこでピントを合わせたら当然中央ではズレてしまいます。デネブを中央に持ってきて、ピントを合わせてから画角を決めなければならなかったのです。このことは撮影後のチェッックで気づいたので、もう諦めてそのまま仕上げるしかありませんでした。

ISO3200で3分露光に設定し、撮影を始めたのは午前3時。薄明が4時前なので、もう1時間もありません。撮影を始めてから家の中で少しうとうとしてしまい、目が覚めた午前4時過ぎに外に出たらもう明るくなりはじめていました。そのまま片付けて、4時20分にはもうベッドの中。自宅撮影はここが楽なところです。

後で見たらやはり撮影途中から明るくなっていて、実際に使えたのは19枚でトータル57分、1時間に満たないくらいでした。撮って出しJPEGを載せておきます。周辺減光の様子とかが分かるかと思います。
LIGHT_180s_ISO3200_20210504-02h51m43s399ms

フラットは後日昼間の障子越しの光を写して64枚撮影、フラットダークはそのままキャップを閉じて64枚撮影、ダークは以前撮影したものを9枚だけ使い回しです。ただしダークはライトフレームと同じ180秒ではなく90秒のものを使い、PIで最適化オプションをつけています。6Dのダークノイズはあまり変な振る舞いをしないので、多分大丈夫でしょう。

ちょっと話がそれますが、ここら辺がいまだに6Dをメインで使い続けている理由です。とにかくいろんな面において素直だと思います。しかもフルサイズで、素子サイズが6.3μmもあり高感度で、かつ天体改造済みで十数万と安価。唯一の不満は冷却でないことですが、手軽さを考えたら冷却なしで全然構いません。

さてこれで画像処理を進めます。スタックとストレッチ処理はPixInsight (PI)を主に使いますが、露光時間が短いのでどうしても荒れてしまいます。

途中、一つ大きな欠点が見つかりました。日の丸よりもう少し大きな位の明るさの段差が見えるのです。
masterLight-BINNING_1-FILTER_NoFilter-EXPTIME_180.1

わかりますでしょうか?

この画像は、フラットやダークの補正後、スタックした直後にオートストレッチしただけのものです。このリング、多分リアルだと思いますがいまいち確証がありません。というのも、右側は中心が暗く、外が明るいのに、左側は外側が暗く、中が明るいのです。しかもここで見えるなら、フラット画像とか出ていてもおかしくありませんが、フラット画像をABEなどで平らにしてよく見てもそのような段差は見えません。これがFMA135本体のせいなのか、QBPフィルターを取り付けたせいなのか、もしくは処理の過程で出てきたのかは不明なので、今後確認する必要があります。いずれにせよ、この程度なら画像処理でなんとかなるレベルです。

あと、センサー面のゴミがやっぱりまだ残っています。前回クリーニングしたのですが、それとは別の位置にさらにゴミがついたようです。しかも撮影中に移動しています。なんとかしなくてはダメですね。

気づいたことはこれくらいです。PIでストレッチまで終わっているので、あとはいつものようにPhotoshopに渡します。結果は以下のようになりました。

FMA135_2
  • 撮影日: 2021年日5月4日2時35分-3時48分
  • 撮影場所: 富山県富山市
  • 鏡筒: FMA135
  • フィルター: QBP
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ:  Canon EOS 6D HKIR改造
  • ガイド: なし
  • 撮影: BackYard EOS, ISO3200, 露光時間: 180秒 x 19枚 = 57分、dark: ISO3200, 90秒x9枚、flat: ISO3200, 1/1250秒x64枚、flatdark: ISO3200, 1/1250秒x64枚
  • 画像処理: PixInsight、Photoshop CC

まあ、なんとか見えるくらいにはなりましたでしょうか。4隅の流れは確かにありますが、周辺減光は画像処理で気にならないくらいにはなります。今回ピントの合わせ方がまずかったので、中心より少し上くらいでピントがでしまっています。それを除けば、拡大してみない限りフルサイズでも十分に絵になると思います。

135mmの短焦点が実売4万でここまで実用なら、十分に面白いと思います。忘れてるかもしれませんが、これ口径わずか3cmの鏡筒です。焦点距離が短いためにF4.5とそこまで暗くはないので、撮影しても淡い天体も十分に出るのかと思います。今回の出来上がりを見ると、さすがにもう少し露光時間が欲しいところです。


まとめ

FMA135で写したデネブ からサドルにかけて、私の腕が未熟なために色々見苦しいところがありましたが、それらも含めて今一度リベンジしたいと思っています。触ってみるとわかりますが、かなり楽しい鏡筒です。色々試したくなってしまいます。

次回フィルターをつけるかどうか迷っていますが、もしQBPかCBPをつけるとしたら、手持ちの大きいM48サイズのQBPかCBPにするつもりです。Twitter上の情報ですが、hiroooo000さんによると、M36からM48に変換する変換するリングがあれば、M48サイズのフィルターを取り付けられるみたいです。



さらに、その後ブラックパンダさんから、専用のリングを設計中との報告が!


まだ時間はかかるみたいですが、なんかFMA135盛り上がるような気がします。

ちょうど新月期ですが、天気がいまいちっぽいです。できればアンタレス 付近を狙いたいのですが、今晩晴れてくれるかどうか?

前回のASI290MMに続いて、


今回は、同システムを使ったEOS 6Dのクリーニングです。


これまでの6Dの経緯

でも6Dって4月初めにクリーニングしたんですよ。その時の結果が
IMG_3360_RGB_VNG_ABE
になります。 

でも、青い馬星雲を処理した時の途中の画像を見ると
masterLight_DBE
と、既にゴミが入ってしまっているのです。

その時のフラット画像(PixInsightでABEをかけてやっとこれだけ見えるようになりました)を見てみると
IMG_3474_RGB_VNG_ABE
ゴミがいくつか残ってますが、ほとんどのものはうまくフラット処理されています。ほんの数個、天体撮影中、もしくは天体撮影時とフラット撮影時で、動いてしまうゴミがあります。これを覗くことが目的と言えます。


新しいシステムとの比較

6Dでのセットアップはこのようになります。
IMG_2428
レンズが大きくて重いため、フルサイズカメラでも全くふらつくことがありません。光源が紫色に見えますが、これで天体改造した6Dだとちょうどホワイトバランスが取れています。

今回の新しいシステムで先と同じセンサーの汚れを見てみると、
Capture_00017 15_19_14_WithDisplayStretch
と、遥かに汚れていることがわかります。汚れ自体は特に変わっていないはずです。よく見えるようになっただけです。

フラット補正などもしていなくて、SharpCapのストレッチだけでこれだけ見えるのは、やはり周辺減光の少ない中判レンズを使ったからかと思います。


このシステムの課題も見えた

ただし、この画像をコンスタントに出すのは難しいことも分かりました。

まず、SharpCapに6DをASCOM経由で接続します。この機能自身がまだベータ版のみで使えるものです。


ところが、この時に静止モードでsnapshotなどどの撮影方法をとっても、ストレッチした見たままの画像で保存することができず、ストレッチ前のRAWのような状態でしか保存することができません。仕方ないので、見たまま保存するためにライブモードにしますが、シャッターを切り続けることになります。まあ、これは気にしないこととしましょう。

とことが、シャッターを切り続けると、どうもこのライブモード時のシャッター毎に明るさが一定にならないようなのです。6Dのセンサー性能を測定した時


同様に明るさが一定にならずに調整をひたすら繰り返し、1000回くらいシャッタを切ったことを思い出しました。どうもSharpCapでDSLRを接続した時のライブモードのバグのようです。そのため、今回は上の画像のとことまで炙り出さずに、少し見にくいですが、多少明るさがばたついてそこそこ見えるくらいになるように炙り出すことにします。


クリーニングスタート

上記画像をそのように調整すると

Capture_00003 15_23_11_WithDisplayStretch_start
と多少暗くなりますが、これがスタートになります。

まず、前回の記事のASI290MMでも使った、フルサイズ専用のスワブを使います。
センサークリーニングスワブ
 

一度だけ拭いたのが以下になります。
Capture_00001 15_28_34_WithDisplayStretch_swab1
少し左上に残っていますが、ここで止めればよかったんです。


泥沼の始まり

気に入らなくて、もう一度同じスワブで拭いたら下のようになりました。
Capture_00001 15_31_36_WithDisplayStretch_tool2
左上のゴミは少し少なくなりましたが、右の方に縦にゴミが見事に並びました。ここから迷走です。

次はスワブにエタノールをつけて拭いた場合です。
Capture_00001 15_33_17_WithDisplayStretch_ethanol
ゴミはかなり取れましたが、拭きムラが残っています。

拭きムラがさらにひどくなると以下のようになります。
Capture_00001 15_34_41_WithDisplayStretch
でもこれは、乾いたスワブで何度も拭き取ることできれいにすることができます。このときに新しいスワブを出しました。ASI290MMから合わせて4本目です。でもその代わりに下のようにいつのまにかゴミがついたりします。
Capture_00001 15_36_23_WithDisplayStretch_after_mura

もうこうなってくると泥沼ですね。

この後、拭きムラとゴミをひたすら繰り返し、一進一退。毎回のクリーニングのたびに保存した画像だけで20枚。そのうち嫌になって画像も残さなくなって30回以上色々試したので合計50回以上、拭いて、モニターして、というのを繰り返しました。その中で一番酷かったのがこれでしょうか。拭きムラは最悪、かつゴミもまたついてしまっています。
Capture_00001 15_51_10_WithDisplayStretch
でも重要なことは、傷さえつけなければ、ゴミも拭きムラもとることはできるということです。


最終結果

もう最後の結果だけ示します。上の画像から1時間半後の画像です。
Capture_00001 17_02_14_WithDisplayStretch_ok
まだ濃いのが一つ、細かいのはいくつも残っていますが、これが限界でした。この最後の一個を触る勇気が出ませんでした。

おそらくこのゴミもフラット補正さえすれば全く問題ないレベルになるかと思います。これで満足することにしました。


まとめと今後

とにかく、大きなサイズのセンサーはキリがないことがよくわかりました。スワブを使ってもかなり丁寧に吹かないと、すぐにムラになったりゴミが残ったりします。意外にスワブが何度か使い回しが効くこともわかりました。ゴミはそこそこコントロールできますが、全部いっぺんにというのはかなり運に任せるしかないです。

ゴミがある程度の数になったら、大体の位置はわかるので、PENTAX イメージセンサークリーニングキット O-ICK1 39357(通称ペンタ棒)を使った方がいいのかもしれません。



次はこれを仕入れてやってみることになりそうです。

とにかく今回は疲れました。毎回の吹でかなり気を使うのと、先が見えないことです。毎回見るシステムを組んでこれです。もしかしたらセンサークリーニングは素直にメーカーに出すのがいいのかもしれません。でも天体改造をしたカメラも受け付けてくれるのでしょうか?


Player Oneの評価もそこそこに、何と今度はFMA135の試用をSIGHTRONさんから頼まれました。


Askarの新製品FMA135



ひと月ほど前にCP+の配信のことをシュミットの店長さんと電話で話していたときです。その際にAskarのことが話題になりました。なんでもFMA135が日本でも販売されそうだということを聞いて、私の方からよかったら是非試させて欲しいと頼んだような運びです。

そもそもFMA135とは、最近注目のAskar社が出した焦点距離135mm、口径30mmの非常に小さな鏡筒です。あのAskar社が出すということで、レンズも相当気を使っていて、1枚のEDレンズを含む対物3枚玉にさらに3枚玉フラットナーをつけてあるので、収差を抑えかなりシャープな星像が期待できるようです。

新製品ということですが、日本に到着してすぐに送ってくれたみたいで、4月24日に自宅に届きました。でも到着後、なかなか天気の良い日がなくて、やっと昨晩の夜中くらいに雲が結構晴れてきてファーストライトとなりました。


早速開封

到着後すぐに箱を開けて中身を取り出してみましたが、中には3つに別れたパーツが入っていました。

IMG_2336

真ん中が本体、左がアメリカンサイズの差込口になってここにCMOSカメラやアイピースを取り付けることができます。右の赤いのが足になり、本体にスポッとはめて取り付けることができます。

本体は小さくてとてもコンパクトです。コンパクトにもかかわらず、非常にしっかりとした作りになっています。前後には金属のねじ込み式の、かなりしっかりした蓋がついています。ふたは意外に重要だったりするので、こういった細かい所も作り込んでくるAskarの姿勢は、非常に好感が持てます。

アイピース取り付けアダプターもかなり肉厚にできていて、カメラなどのたわみもほとんど出ないと思われます。


FMA135を試したかった理由

そもそもこの鏡筒(と言っていいのかというくらい小さいのですが)を試したかったのは、焦点距離200mm以下のきちんとした鏡筒というのはなかなかないからです。200mm以下となるとカメラレンズが主となってきます。でもカメラレンズで周辺まで星が点像で写るものはかなり高価になります。しかもオートフォーカスなども付いていて高機能なのですが、星を撮影する分にはそういった機能のほとんどは必要ありません。一方このFMA135は4万円程度とかなり安価な部類になり、これで星雲など撮影できるならかなり魅力的な鏡筒になるかなと思ったからです。安価な分口径わずか30mm、それでもF4なのですが、最近の明るい高級レンズと比べると、少し暗いことは否めません。まあそこは撮影時間を稼ぐことでなんとかなるのかと思います。

ちなみにメーカー推奨はAPS-Cなのですが、せっかくの短焦点鏡筒なので、フルサイズだとどれくらいの撮像になるのか、興味があるので今回はEOS 6Dで試してみました。


一眼レフカメラと接続

6Dを含めて、一眼レフカメラとの接続は一般のT2アダプターを使います。FMA135の本体にはT2ネジが切ってあるので、そこに各社の一眼レフカメラ用のT2アダプターを持ってくれば、そのまま接続できます。

IMG_2370

IMG_2368

カメラにFMA135を実際に繋いでみると、そのコンパクトさが強調されます。三脚への固定ですが、FMA135自身がかなり軽いので普通のカメラレンズと思ってしまって、カメラ本体側で三脚に固定すれば十分です。私の場合、アルカスイス互換のL字プレートをカメラ本体に取り付けてあるので、今回はそれを使って普通に三脚に取り付けました。


ファーストライト

いよいよファーストライトです。外に出てみると、まだ少し雲が残っていましたが、できるだけ雲のないところを選びます。ピント合わせはFMA135本体で行います。私は6Dでのピント出しは、カメラ側のモニターをオンにして、明るい星を選び、できるだけ拡大して映して、それが最小形になるように調整します。FMA135の場合レンズ部がヘリコイド式になっているので、回転させてレンズを伸び縮みさせます。ピント固定ネジが付いているのですが、これが結構小さくて暗い中だと苦労しました。天体撮影だと一度ピントを決めたらあまりいじらないので、もう少し固定しやすくなっててもいいかと思いました。

さて、ピントもあって、画角も決まったので、露光時間とISOを変えて何枚か撮影しますが、固定三脚だと10秒でも星が流れてしまうことがわかったので、ここで赤道儀に載せ換えます。玄関に置いてあったAdvanced VXをそのまま庭に出しただけですが、今回は極軸も取らずに、ドンとだいたい北に向けて置いただけです。こんな適当な置き方でも、固定三脚に置くより遥かにズレが少なくなりますが、ここらへんの詳しいことに興味がある方はこのページを読んでみてください。


撮影結果と星像

これで何枚か撮影した中で、露光10秒、ISO3200で撮ったときの撮って出しJPEGが適度な明るさで星が見えていました。真ん中らへんにゴミがあるのは無視してください。

IMG_4009

この周辺の拡大図は以下のようになります。

IMG_4009_cut25

内側の青の枠がAPS-Cに相当し、外側のオレンジ色の枠がフルサイズに相当します。各マスは100x100ピクセルを切り出しています。こうやって見ると、やはりメーカーの言う通りAPS-Cは十分に点像を保っています。一方フルサイズの周辺になってくると少し星像が各方向に伸びていってしまっているのがわかります。と言っても、あくまで拡大しての話で、一般の同等な焦点距離のカメラレンズと比べても全然遜色なく、全体でみている限り四隅もそこまで気になるほどでありません。むしろ折角の短焦点鏡筒の特徴を生かして、フルサイズで広い範囲を取る方向の方が面白い気がします。


周辺減光

一方周辺減光ですが、iPhoneにColorScreenというソフトを用いてホワイト画像(実際には輝度128/256のグレー画像)を出してやり、それをFMA135と6Dでフルサイズで撮影することで評価してみました。撮影はISO100、1/400秒です。その時の撮って出しJPEG画像と等高線図が以下のようになります。

IMG_4006

IMG_4006_contourPlot

等高線はPixInsightのScriptを使いました。この時の等高線の最も明るいところが0.519、最も暗いところが0.328となるので、フルサイズだと中心に比べて最周辺は0.328/0.519 = 63.2%になるので、やはりそこそこ光量は落ちてしまいます。

ちなみにAPS-Cサイズ相当の位置の最終篇の明るさが0.494程度となるので、APS-Cだと中心に比べて最周辺は0.494/0.519 = 95.2%になり、ほとんど金にならない程度になります。

こうやって星像の流れと周辺減光を見てみると、メーカーがAPS-Cまでと言っているのがわかる気がします。逆にいうと、どれくらい星がずれるか、どれくらい周辺が暗くなるかをきちんとできたので、それが問題にならない範囲で自己責任で使う分には、結構魅力的だと思います。

ちなみにFMA135で月を撮ってみましたが、フルサイズだと月がこれくらいのサイズになります。これも撮って出しJPEGなので、大きさを確認するくらいを参考にしてください。

IMG_3994

IMG_3996


まとめ

さて、FMA135のファーストライトを駆け足で紹介しましたが、いかがでしたでしょうか。今後撮影も実際にしていきたいと思いますが、撮りたい領域が夜中以降に出てくるので、新月期近くになるまで少し待たなければならないかもしれません。

その代わりと言ってはなんですが、今回のファーストライトの後にFMA135とNeptune-C IIで電視観望を試してみました。実は電視観望用にはFMA135をあまり使おうと思っていなかったのですが、超コンパクトシステムになりかなり面白いです。電視観望については、また次回以降の記事(2021/5/2追記: まとめました)にまとめたいと思います。



今回は自宅ノーフィルターでの星雲撮影の一環です。なかなかうまく色が出ない青い星雲を狙います。ターゲットはさそり座アンタレスの上のIC4592青い馬星雲です。

といっても撮影したのは結構前で、4月10日と11日の土日、VISACでの銀河撮影(M87M104)の後の深夜からのあまった時間で撮ったものです。乙女座銀河団を撮影した時のFS-60CB+6Dがそのまま残っていたので、VISACでの撮影が終わってからポンと赤道儀に載せたものです。両日とも撮影が始まると寝てしまいました。

実はもう結構前のことになるので、状況もあまり覚えていないのですが、記録を見るとISO800で3分露光です。10日が25枚で11日が61枚の計86枚で、総露光時間258分=4時間18分です。でも画像処理をやってわかりましたが、まだ全然足りなさそうです。この日は確か2日とも結構透明度の良い日でした。それでもやはり南のそれほど高くない位置にある星雲です。自宅から南の山までの間に丸々一つ街があり、南の低い空はやはりどうしても街明かりの影響があります。時期的も4月初めは少し早く、撮影終わりの未明で南天を少し超えるくらいです。

まあそれでも寝ながらの撮影なのでダメ元、画像処理を進めてみます。PixInsightはいつも通りWBPPで問題なく進めます。苦労したのはかなり全面に渡る感じでモクモクがあるので、ABEが使えずDBEでポイント数をかなり制限してフラット化しました。あ、もちろんフラットもいつもの昼間の白い壁で撮ってますよ。それ以外はストレッチやStarNetでの星マスク作りも問題なく進みました。

まあ淡いのはPhotoshopに渡す時点で覚悟してましたが、あぶり出しはなかなか厳しかったです。

「IC4592: 青い馬星雲」
masterLight_DBE_PCC_ASx5_ET_HT3a
  • 撮影日: 2021年4月11日2時34分-4時27分、4月12日0時35分-4時8分
  • 撮影場所: 富山県富山市
  • 鏡筒: Takahashi FS-60CB + マルチフラットナー
  • フィルター: なし
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ:  Canon EOS 6D(HKIR改造, ISO800, RAW)
  • ガイド: f120mmガイド鏡 + ASI120MM mini、PHD2によるマルチスターガイドでディザリング
  • 撮影: BackYard EOS、露光時間180秒x86枚 = 4時間18分、ダーク154枚(ISO800、露光180秒、最適化なし)、フラット256枚(ISO800、露光1/400秒)、フラットダーク256枚(ISO800、露光1/400秒)  
  • 画像処理: PixInsight、Photoshop CC
遠目で見てる分にはまだマシかもしれませんが、拡大すると荒れ荒れです。分子雲ももっと広がっているはずですが、そこまで諧調が残ってませんでした。青い星雲だからこそのノーフィルターなのですが、やはり厳しいです。もっと暗い所に行くか、自宅なら撮影時間をもっと伸ばす必要がありそうです。リベンジ案件です。

手持ちの未処理画像はほぼ尽きてきました。これから連休ですが、天気はイマイチの予報です。新しくきたFRA135も早く試したいです。 

 

今回はおとめ座銀河団に挑戦です。はてさて、うまく写るのでしょうか?

でもなんでマルカリアンの鎖でなくておとめ座銀河団?

普通はマルカリアンの鎖 (Markarian's chain) ですよね。なんでおとめ座銀河団なのでしょうか?理由は単純で、この撮影の前にカリフォルニア星雲をFS-60CBと6Dで撮っていて、それがこの季節は22時くらいで西の空の住宅の屋根にに沈んでいくので、その後にどうしようかと全く設定を変えずに試しに撮影したからです。焦点距離350mmクラスで、フルサイズのカメラだとマルカリアンの鎖よりもかなり広い範囲になります。なので「銀河団」とタイトルにしました。

設定が同じだと、バイアス、フラット、ダーク全てが使い回しができるので、かなり楽でパフォーマンスがいいのです。というわけで、露光時間180秒、ISO800、フィルターなしです(実はカリフォルニア星雲、フィルターなしで撮影してたと思ってたのですが、CBPが入っていたことに気づいて、その後本当にフィルター無しで撮影しました。これはまた後日記事にします。)。

今回こだわったのは位置です。マルカリアンの鎖はもちろん、見栄えのいいM100をどうしても入れたかったのと、M87もM90も入れたいし、反対側はNGC4216とIC3064も入れたかったのです。でもFS-60CBに1.04倍のマルチフラットナーを入れると、フルサイズの6Dでも本当にいっぱいいっぱいです。なので、ditheringの幅は相当小さくし、端が切れないよう最低限の動きにしました(このditherの小ささは後に問題となります)。それでもシャッターの影ができることはわかっているので、そこら辺は画像処理でどうにかするしかありません。

実際の撮影は?

撮影は3日に渡って行いました。
  1. 3月17日: 23時10分から23時29分まで6枚。その後曇り。
  2. 3月18日: 22時15分から23時18分まで14枚。その後曇り。
  3. 3月19日: 22時44分から翌日4時27分まで89枚。
最初の2日は雲に悩まされ枚数をあまり稼げなかったのでもうバッサリ捨てて、結局使ったのは3日目の89枚のみ。南天越えのために一度反転しています。(この反転も後に問題の一つとなります。)

明るさ比較ですが、同じISO800と同じ露光時間3分で、3月18日21時40分頃、西に傾いたカリフォルニア星雲の撮って出しJPEGだとこれくらい、
LIGHT_180s_ISO800_20210317-22h35m53s926ms
一見、ほぼ何も写ってませんね。よーく見ると淡ーいピングがあります。

一方同じ日に同じ条件で続けて撮影した、22時20分くらいの南天前のおとめ座銀河団の撮って出しJPEGはこれくらい
LIGHT_180s_ISO800_20210317-23h10m04s723ms
ずいぶん明るさに違いがあるのが分かると思います。自宅撮影の場合、暗い東から南天の少し高いところをを含む天頂過ぎくらいまでにかけてはISO1600とか3200でもいけそうです。一方南天を過ぎて少し西に傾きかけるとISO800位に抑えざるを得ないのかと思います。

画像処理ですが、普通通りPIのWBPPでスタックです。スタックしたマスターライト画像をDBEしたものを一旦見てみますが
integration1_DBE
人様に見せるものではないですね。ゴミがひどいです。しかも南天で赤道儀を反転したために、ゴミが軸対称に同じ位置に出てしまっています。しかも大きなゴミが途中で動いたのでしょう。補正しきれていない部分と、過補正のところが出てしまっています。

これを防ぐためにマスターフラットにぼかしをかけて処理したらとか考えたのですが、まずはフラット補正なしの画像を見たら、全く補正しないと細かいゴミが全部浮き出ることがわかり諦めました。
masterLight_integration_DBE1
フラット補正無し画像を、ゴミが見えるようにDBEしたもの。
フラット補正した画像よりさらにひどく、物凄いゴミの数。 

マスターフラット画像を見てみます。ABEで見やすくしますが、

masterFlat_RGB_VNG_clone_ABE
同じような位置に、やはり相当な数のゴミがあります。

今回スタックしたライト画像にゴミが目立ったことの理由の一つが、ditherの幅が小さく散らしきれていないためです。なのでフラット補正は必須になり、補正なしではさらに細かいゴミまで目立ってきてしまいます。フラット補正をしても残ったゴミについては、もう誤魔化すしかないです。これを反省して、この後6Dのセンサー面の掃除をしたので、これはまたそのうち記事に書きます。

気を取り直して、処理を続けます。今回はシャッターの影になるところも使う必要があるので、ABEではなくDBEで細かくムラをとります。暗黒帯とかない銀河の薄い方向なので、全体が一様になる方向で進めます。PIでStarNetをかけて、恒星のマスクを作り、さらにRangeSelectionで星雲のマスクを作り、Photoshotpに渡します。

後から切り出すことを考えているので、いかに小口径を取り繕う解像度を出していくかです。今回はその目的でSharpenを使ったので、解像度に関しては少しインチキしてるといえるかもしれません。

まずは出来上がり。

「おとめ座銀河団」
up_DBE_DBE_PCC_AS_HT_all_disks_back2_rot_denoise_larage_cut
  • 撮影日: 2021年3月19日22時44分-3月20日4時27分
  • 撮影場所: 富山県富山市
  • 鏡筒: Takahashi FS-60CB + マルチフラットナー
  • フィルター: なし
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ:  Canon EOS 6D(HKIR改造, ISO800, RAW)
  • ガイド: f120mmガイド鏡 + ASI120MM mini、PHD2によるマルチスターガイドでディザリング
  • 撮影: BackYard EOS、露光時間180秒x90枚 = 4時間30分、ダーク73枚(ISO3200、露光90秒、最適化なし)、フラット256枚(ISO3200、露光1/1600秒)、フラットダーク256枚(ISO3200、露光1/1600秒)  
  • 画像処理: PixInsight、Photoshop CC、Sharpen AI

Annotaionも付けます。今回、これが楽しみでこの領域を撮影しました。ものすごい数の銀河ですね。PGCなんかもういくつあるのか。でも拡大するとわかりますが、小さなものは写っていないものも多いです。ここら辺は次回以降、光学系をもう少し変えて、拡大しての撮影になるのかと思います。

up_Annotated

PGCの数が多すぎるので、PGCを抜いて少しシンプルにしたものです。

up_Annotated_noPGC


切り出してみよう!

全体像だけだと個々の銀河のインパクトがないので、いくつか見栄えのする領域を切り出したいと思います。少しでも見かけの解像度を良くするために、上の出来上がり画像を拡大します。拡大にはTopaz labsのGigapixel AIを使って2x2倍の解像度にしています。ただ、このGigapixelなかなか扱いづらかったです。恒星が多少ひしゃげてしまいます。もしかしたらPhotoshopで単純に拡大した方が良かったかもしれません。

あと、切り出したそれぞれにもAnnotationを付けます。例え分割してもまだまだ銀河がたくさんあるので、名前付けも十分情報を含んでいます。それでは行きます。


1. マルカリアンの鎖付近

言わずとしれた、一番見栄えのするところです。M87とM88まで入れてみました。
03_Markarian_all

_03_Markarian_all_Annotated

2. M99とNGC4216

M99の渦巻きがかっこいいです。右下のNGC3つの存在感があります。
05_M99_wide

_05_M99_wide_Annotated

3. M87からM91一を網打尽

縦長で、連番を全部入れました。
06_M90_wide_portrait

_06_M90_wide_portrait_Annotated


4. M99とM100
渦巻きが2つ。これもかっこいいです。
04_M100_wide

_04_M100_wide_Annotated


さらに拡大

ここからさらに拡大して、もう少し細かいところに注目します。でも公開するかどうか迷いました。さすがにこれくらいになるとアラが見えます。お見苦しい点は今後の期待とし、今回はご容赦ください。

5. M99
07_M99_small

6. M100
13_M100_small



7. M88とM91
10_M91_M88

8. NGC4216まわり
08_NGC4216_small

どうでしょうか?銀河団は大枠で撮って、面白いところを切り出しても、意外に見えるみたいです。まあ、拡大しすぎると限界はありますが、4時間半という露光時間と、画像処理でのごまかしも効いていて、あまり大きな画面で見なければなんとかなりますでしょうか。


過去画像と比較して

 さて、前回おとめ座銀河団の中のマルカリアンの鎖を撮影したのが、2017年の3月なので、4年も前のことになります。



MARKARIAN_edit2

焦点距離600mmのFS-60QとAPS-CのEOS60Dでの撮影なので、今回より範囲は大分狭いです。前のときもノーフィルターでした。というより、フィルターなんか持ってなくてノーフィルターでいいのかなと、不安になりながら撮影してたのを覚えています。でも回り回って銀河はノーフィルターの方がいいのではという結論で今に至り、今回も(でも今回は自信を持って)ノーフィルターとなりました。

4年経った、今回撮影した画像から、ほぼ同角で切り出してみました。
01_Markarian_comp
切り出しにもかかわらず、今回の方が見栄えはいいです。本質的には粗く撮影しているので、いかに画像処理で出しているかだけなのですが、よく言えば技術が進んだ、悪くいえばいかにごまかせるようになったかでしょうか。

当時はAnnotationなんていう技術は知らなかったので、手で何が見えているか書き込んでいますが、これはこれでいい思い出です。

markarian_signed_final


まとめ

銀河団は面白いけれど、細かくみないと迫力に欠けてしまいます。なので今回切り出しということを積極的に試してみました。自分では面白かったかと思うのですが、どうでしょうか?

切り出した画像はそのまま見てもいいですが、次回撮影のアングルの候補としても使えます。手持ちの機材なら、焦点距離900mmのTSA-120と6Dなんかで撮ると解像度が上がって面白いかもしれません。

一枚の画像からたくさん楽しめたので、パフォーマンスがよくてなんかもうかった気分です。
 


前回の6Dのユニティーゲインの記事ですが、難しいという話を聞いたので、できるだけわかりやすく解説してみようと思います。




コンバージョンファクター


IMG_2032

何はともあれ、まず重要なのはコンバージョンファクター (conversion factor) とか、gain (ややこしいのですがISOに相当するgainとは全然の別の意味です。以下区別するために、コンバージョンファクターの意味ではgainやゲインという言葉は使わず、ISOの意味でのみgainもしくはゲインと書きます。)とか呼ばれている、センサーで発生する電子の数と出力信号のカウント数を変換する係数で、単位は[e/ADU]になります。eは電子1個の単位、ADUはADC (Analog to Digital Converter) でカウントする1カウントの単位です。発生する電子の数は後で書きますが、検出される光子の数と比例するので、ここではとりあえず光子の数と言ってしまうことにします。

このページの結果によるとEOS 6Dの場合、例えば、ISO100のとき、コンバージョンファクターは5.6413 [e/ADU]で、光子が6個近くセンサーの1素子に入ってやっとADCのカウントが1増えます。6Dの場合14bit = 16384なので、5.6413 x 16384 = 92427個の光子が1素子に入ると、その素子のカウントは一杯になり「飽和」状態になります。このブログでは「サチる」とか、「サチった」とかいう表現をしています。これは「飽和」の英語Saturationから来ています。

例えば、ISO400のとき、コンバージョンファクターは1.4178 [e/ADU]となり、光子が1.5個くらい入るとADCのカウントが1増えます。

この表から考えると、ISO575くらいが実現できるなら、コンバージョンファクターは1 [e/ADU]となり、光子が1個入るとADCのカウントが1増えます。このときのゲインをその名の通り、ユニティーゲイン(unity gain)と呼びます。ユニティーは1という意味ですね。ISOなので、ユニティーISOとか読んでもいいでしょう。呼び方はまあどうでも良くて、重要なのはセンサーで検出される光子1個がADCを1カウント増やすという、1対1の関係です。

CMOSセンサーの解析はこのコンバージョンファクターの値を求めるところから全てが始まります。


コンバージョンファクターの原理

ではコンバージョンファクターを求めるためにはどうしたらいいのでしょうか?まずは原理式を理解してみましょう。CMOSセンサーをある出力ゲインに固定して測定した信号\(S\mathrm{[ADU]}\)とそのときのノイズ\(N\mathrm{[ADU]}\)には以下の関係があります。

\[(N\mathrm{[ADU]})^2=\frac{S\mathrm{[ADU]}}{f_{\mathrm{c}}\mathrm{[e-/ADU]}}+\frac{(N_{\mathrm{read}}\mathrm{[e-]})^2}{(f_{\mathrm{c}}\mathrm{[e-/ADU}])^2}\]

このとき\(N_{\mathrm{read}}\mathrm{[e-]}\)は読み出しノイズ、\(f_{\mathrm{c}}\mathrm{[e-/ADU]}\)がコンバージョンファクターです。

右辺2項目の読み出しノイズは十分小さい仮定として、簡単に

\[(N\mathrm{[ADU]})^2=\frac{S\mathrm{[ADU]}}{f_{\mathrm{c}}\mathrm{[e-/ADU]}}\]
を考えます。

画像を撮影して、その1ピクセルの明るさ\(S\mathrm{[ADU]}\)を測り、その1ピクセルの明るさがどれくらいバラけているかを多数プロットしてやればいいのです。

この式自身の証明はこのページの最後のおまけの部分を見てください。ちょっととっつきにくいと思うかもしれませんが、ショットノイズの関係式だけから数学的に綺麗に出てくるので、話としては至極単純です。逆にこの関係式があるので、多数の点数をとってくれば統計的にコンバージョンファクターが確定するというわけです。多数の点をとってくるのは、画像ファイルが多数の点でできていることを考えると十分可能で、アイデア次第で多くのサンプルを取り出すことができるわけです。この関係式をものすごくうまく利用してますよね。

多くのサンプルを取り出すのはいろいろな方法があります。
  1. 一画面内に暗いところから明るいところまで写っている、同じ画角の景色などを多数枚撮影し、ある位置のピクセルに注目し、その平均値とバラけ具合を多数枚にわたって見る。多数のピクセルに対して同じことをする。
  2. フラットに近い画像を露光時間を変えて何枚か撮り、一枚のある100x100くらいのエリアの平均値とそのバラけ具合を見る。露光時間ごとにプロットする。
  3. 星などの適当な画像を2枚撮影し、その2枚の画像の差を取り(信号を消して、ノイズの2乗和のルートをとるということ)、その中の明るさが一定のエリアの平均値とバラけ具合を見る。明るさの違う領域で、同じことをしてプロットする。
などがあります。私が一番最初に学んだ方法は1.でした。SharpCapは2.の方法をとっています。最初に紹介したページ(大元はこのページです)やPixInsightでは3.を使っています。3.が撮影枚数が2枚と少なく、一番簡単でしょうか。工夫次第でまだ測定方法はいろいろ考えることができると思います。

PixInsightでの測定方法はNiwaさんが秀逸なタイトルをつけて詳しく解説してくれています。




実際の測定例

実際に信号とそのバラつきをプロットしたグラフを見てみましょう。まずは2.の例のSharpCapで測定した場合です。6Dの計測の時にグラフを写真に取り損なったので、ASI294MCの測定の時の写真を示します。

IMG_3262

一番右が、横軸明るさS、縦軸ノイズNの2乗でプロットしたものになります。測定点を結ぶと一本の線になり、その傾きの逆数がコンバージョンファクターになります。この場合、横軸が5000くらいの時に縦が1300くらいなので、傾きは0.26、その逆数は1/0.26=3.85[e/ADU]くらいになります。すなわち、光子3.85個入って、やっとADCのカウントが1進むということです。

次の例は自分で画像を撮影して測定した時の結果です。SharpCapがやる過程をマニュアルでやったような形になります。すなわち、同じゲインで露光時間を変えて何枚か撮影し、あるエリアの明るさとバラけ具合を測定すると言うものです。画像解析はMaltabを使ってやりました。Matlabを使ったのは、画像読み込みが楽なのと、平均や分散などの統計解析が揃っているからです。別に一枚一枚Photoshopとかで解析しても原理的にはできるはずです。センサーはASI290MMでモノクロのCMOSカメラです。モノクロはきちんとメーカー値とも合うのですが、いまだにカラーの場合でうまく計算できたことがないので、もうここ2年ほど悩み続けています。

Conversion_Factor_ASI290MM_std

同様に横軸が明るさで縦軸がノイズの2乗のN^2になります。測定点が一直線で近似できるのがわかると思います。そのグラフの傾き0.306の逆数1/0.306=3.26がコンバージョンファクターになります。

一眼レフカメラの例は、このページに出てますね。「Details of measurements at each ISO setting」のところからの一連のグラフになります。このようにISO(出力ゲイン)を変えて、順次ISOごとのコンバージョンファクターを測定していきます。コンバージョンファクターが1になるところが「ユニティーゲイン」「ユニティーISO」「ユニティーゲインの時のISO」(言葉だけを知っていても意味がないです、逆に意味をきちんと理解していれば、言葉が多少違っても通じますね)ということになります。

ところが上にも書きましたが、SharpCapではISO(ゲイン)を変えて各コンバージョンファクターを測定することをサボっています。どうせ、コンバージョンファクターはゲインに比例するので、一番低いISOのコンバージョンファクターだけを測って、あとは出力ゲインで割ってやることで、測定回数を劇的に減らしています。これは測定の自動化をするために考えた苦肉策(良く言えば簡単に測定できる方法)といえるでしょう。


読み出しノイズ

これまでのどのグラフでもそうですが、傾きの逆数がコンバージョンファクターになり、信号Sが0の時の切片がその時のISOの読み出しノイズになります。ただし、読み出しノイズに関してはこのページでも書いてあるように
but, for the readout noise it is preferable to measure directly the deviation on a bias image - the result is more precise
と書いてあるように、バイアスファイルから直接測定せよと書いてます。奇しくも、ノイズ会議の時に議論したバイアスと読み出しノイズは同じかというというに対する回答になっていて、やはりバイアス(オフセットとかいう概念と同じ)ファイルで測定されるノイズは読み出しノイズと考えて良さそうです。

読み出しノイズの測定は、カメラにキャップをして最小光量で、時間と共に大きくなるダークノイズを無視するために最小時間で撮影した画像を使います。やはりバイアスの撮影と同じですね。こうやって撮影された画像は読み出しノイズに支配されています。読み出しノイズの直接的な測定についてはこのページを参照してください。
 


測定からいろいろなことがわかる

一連の測定の結果から、非常に重要な幾つかの結論が出ます。例えば、このページで言っている主要なことは
  • Unity gainはISO575のところにある。
  • これは個々のISOについてコンバージョンファクターを測定した結果から来ている。
  • コンバージョンファクターの測定方法は、各ISOで2枚撮影して、その差分から明るさとノイズの関係を評価した。
  • 読み出しノイズはISO6400までは減ってきていて、それ以上のISOでは一定値。なので、暗い天体はISO6400を使うのがベスト
  • 飽和容量は13235ADUと考える(と書いてあが、根拠は不明。14bitだから16348ADUと思ったら、それより小さいので何かかから測定したのか?)。
  • ダイナミックレンジはISO400までは一定で、それ以降は減り始める。なので明るい天体はISO400以下で撮影するのがいい
  • 中間ISOは使うな!例えばISO1000はISO800と同じ読み出しノイズでかつダイナミックレンジは小さい。
ということです。


コンバージョンファクターやユニティーゲインは何の役に立つのか?

答えを一言で言うなら、コンバージョンファクターという(ゲイン依存の)変換係数があるおかげで、ADCの値を読むだけでありとあらゆるものを電子の数で考えることができるようになるので、「単位が揃って便利」だということです。

例えば飽和電子容量(full well)です。本来の飽和電子容量の測定の仕方は、十分にサチレーションを起こすくらい明るい光をカメラに入射し、その時のADCの値の平均値を読み取り、それをコンバージョンファクターで電子の数に変換してやります。コンバージョンファクターが分からなけれが飽和「電子」容量とは言えずに、飽和「ADC」容量とかになってしまいますね。

読み出しノイズの測定もそうです。バイアスファイルは読み出しノイズに支配されています。この時の各素子の明るさのばらつき具合が読み出しノイズになるのですが、当然のことながらこれらの測定は全てADCの出力を見ているので単位は [ADU] で出てきます。こんな時に先に測定したコンバージョンファクターがあると、あーら不思議!なんと電子の数 に変換することができ、普通の読み出しノイズの単位[e-]になります。

逆に言えば、どれだけ画像ファイルからADCでカントされた数を数えることができても、コンバージョンファクターがないと、電子、光子のところまで持っていくことができません。と言うわけでコンバージョンファクターがいかに大切かおわかりいただけましたでしょうか?

では、ユニティーゲインがどうして必要かと言うと、実はそこまで重要な値ではないんですよね。ADU1カウントと測定された電子1個が等しいと言うくらいです。まあ、目安ですね。


電子数と光子数の関係

さらに光子の数sと、センサーで数える電子の数nが、定数で変換できます。この定数をシステム効率ηなどと呼び
\[\eta=\frac{n}{S}\]
と表すことができます。通常はシステム効率は1以下の値をとりますが、ここでは簡単のため1としています。

ポイントはこのシステム効率が内部回路のゲインや積分時間などによらないということです。なので、出てきた電子の数を数えるということは、幾つ光子が入ってきたかが直接わかるため、重宝されるというわけです。

その一方、ADCのカウント数とセンサーで出てくる電子数の関係は内部回路のゲインに依存してしまうため、便利でないのです。

ISOと実ゲインの関係

前回測定していまだに腑に落ちないISOと実ゲインの測定ですが、同様の測定例がどこを探しても見つかりません。ISOとコンバージョンファクターのグラフはすぐに見つかります。これってもしかしたらISOの線形性がほとんどないから出回らないのでしょうか?だとしたら、前回示したグラフは何か失敗しているかと思ったのですが、逆に貴重なのかもしれません。

自分でも各ISOのコンバージョンファクターを測ってみるのが次の課題でしょうか?少なくとも3種類の測定の仕方は考えられるので、それぞれで違いが出るかとかも興味があります。そこで測られたコンバージョンファクターは、やはり実ゲインに比例しているはずなので、もし前回の測定結果のように実ゲインがISOに比例しないなら、どこに矛盾があるか突き止めていくのもまた面白そうです。


おまけ: Unity gainで撮影する意味

unity gainで撮影することには、ほとんど何の意味もないです。これは測定される電子数とADCのカウントの比を表している単なる係数に過ぎません。

たまにunity gainで撮影することが有利だとかいう話を聞くことがありますが、根拠が全くありません。その際によく話されるのが、ADCの1カウント以下で電子(光子でもいい)を測定できないからとかだとかが理由とされますが、そもそも光子を1個だけ数えるのは(量子力学で考えるとあたりまえですが)原理的に不可能です。多数の(単位時間あたりに数にばらつきのある)光子が測定され、統計的に平均値をとると何個の光子が来ていたと言えるだけです。

なので、unity gainに拘らずにISOを決めていいのですが、原理的に考えると最適なISOはDynamic Rangeを損なわない最大のISOということになります。もちろんこれは対象の明るさによってきちんと考えるべきで、明るいもの(昼間の景色や恒星など)がサチるのを避けたいならばISOを下げたほうがいいですし、暗いものを撮影するときはダイナミックレンジを犠牲にしてでもISOをあげた方がいい時があります。


まとめ

コンバージョンファクターについて、できうる限り簡単に書いてみました。みなさん理解できましたでしょうか?わかりにくいところとかありましたら、コメント欄にでもお書きください。

もう少し6D測定を続けてみたいと思います。他の結果と矛盾がないのか、それとも何か間違っているのか?どのような設定で撮影すればいいかの根拠になっていくので、これはこれでかなり楽しいです。



とうとう念願のEOS 6Dのユニティーゲイン(unity gain、電子とADCの1カウントが等しくなるゲイン)を測定してみました。といってもまだ思うところもあるので、暫定的な結果です。


これまでの経緯

使ったのはSharpCapで、昨年9月ころの3.3βから一眼レフカメラをサポートし出したため、もしかしたらLive view機能でシャッタを切り続ければ、センサー解析機能を使って一眼レフカメラのセンサーも解析できるのではと思ったからです。



ShapCapを使ったセンサーの解析手法についてはASI294MCなどを測定していて、メーカー値とかなり一致することがわかっています。





6Dでの測定

さて、実際に6DをSharpCapに繋いで、「センサー解析」を使用してみましょう。使ったSharpCapは2021/3/10リリースの最新の4.0.7493.0(BETA)の64bit版です。

ところで、なんでわざわざカギ括弧付きでセンサー解析と書いたかというと、メニューとカメラ制御の部分の日本語化に貢献しているからです。いのさんと智さんも貢献してくれました。特にいのさんは私の拙い訳をかなりまともな用語に直してくれました。

さて、まずセンサー解析を立ち上げますが、やはりどうも「ライブビュー」モードにしないとそもそも機能しないみたいです。逆にいえばライブビューモードにさえしておけば、あとはほとんどCMOSカメラと同じ操作になりました。

まず大事なのは光源の明るさ設定。目標はBrightnesのとこの50%付近に鋭いピークが立つこと。私は以前と同様にiPadのColor Screenというアプリを使い、Hue0、Saturation0、Brihgtness 32となるようにして、6Dのレンズを外しそのままiPadの上にセンサー面が向くように置きました。エリア選択がありますが、選択範囲内で周辺減光など光のスロープがあるとノイズが必要以上に大きく出てしまうので、センター付近の比較的狭いエリアを選びます。円状のレチクルを出して、その一番小さい円に内接するように正方形のエリアを決めました。あとは初期の光の量がまずいと怒られるので、ISOを100、露出時間を250msとしたら解析スタートの許可が出たので、そのまま進めます。

IMG_1980
セットアップの様子。

あとはひたすら待つだけです。CMOSカメラと違い、1フレームづつ撮っていくので時間とコマ数がかかります。終了まで約1時間ちょっと、1000回弱のシャッターを切りました。SharpCapからASCOMを通じて6Dの露出時間とISOを随時切り替えてシャターを切ります。ただしSDカードに記録はしないため、バッテリーは1000枚撮影したあともまだフルゲージ残ってました。

IMG_1972
下にフレーム数と時間が出ています。

今回測定したゲインはISO100からISO500までの8段階でした。それぞれのゲインで、センサーの読み取りから、暗すぎたりサチったりしないように適当に露出時間にフィードバックして適した露出時間を決めるため、それだけで何度もシャッタを切るので、どうしてもシャッター回数が多くなってしまいます。

一眼レフカメラのシャッター回数は寿命に繋がるので、無駄な機械シャッターを切らないように少なくとも何度かCMOSカメラで練習することをお勧めします。

以前のバージョンの測定の時には、この適した露出時間がなかなか決まらなくて長くしたり短くしたりを永遠と繰り返すバグなどもありましたが、今回はそのようなことはなかったです。ただし、測定中に露出時間も同じでISOも同じなのに撮影した画面に出てくる明るさがあからさまに変わって、安定しないような時がありました。原因はわかりませんが、ここは少し結果に対して不安要素となっています。

途中ダークノイズの測定のためにキャップをしたり、終わったら外したりしますが、それらは指示に従えばいいでしょう。 


測定結果

結果を見てみます。

IMG_1977

Gain Valuee/ADURead Noise (e)Full Well (e)Relative GainRel. Gain (db)Dynamic Range (Stops)
1005.6927.18931441.000.0011.74
1254.4526.69730541.282.1111.42
1603.2912.66730541.734.7412.06
2002.4911.87407922.287.1711.75
2501.9011.393107239.5411.41
3201.365.77223064.1812.4111.92
4000.954.99155525.9915.5511.60
5000.744.87121217.6817.1111.28

グラフ化しておきます。一番下のグラフは読み出しノイズをADUで表した場合です。ISO300くらいまではゲインが上がると共にe-単位での読み出しノイズが小さくなっていくのでほぼ一定で、ISO300を超えるとADUで見て読み出しノイズが上がってきます。これはISO300を超えると実際の画像で見て読み出しノイズが大きく見えてくるということを示しています。

6D_gain_graph_cut


これだけみていると、unity gain (unity ISO)は e/ADUが1になるところなので400を切るところ程度と読めます。ところがこの値は少し疑問が残ります。

Read noiseについては3段階に分かれているようなので、ここから3種のアナログゲインがあるのではとかの推測ができます。さらに、細かいゲインについてはデジタルゲインの可能性が高いと言えます。


考察

まずはこちらのページを見てください。


6Dのセンサーについて測定しているページです。このページではunity gainはISO575であると言っています。今回自分で測定したISO400弱とというのとは1.5倍くらいのズレがあります。

わかりやすくするために上記ページの表のISO800までをお借りします。

ISOgain[e-/ADU]read noise[e-]DR[dB]
505.641327.4868.7
1005.691127.5868.7
2002.773213.6668.6
4001.41787.5367.9
8000.72914.4566.7

Read noiseについてはISO100、200、400、800にアナログゲインが入っていると考えられるので、今回測定した結果と矛盾ないと考えられます。

gain[e-/ADU]については少なくとも今回測定した値の中でISO100のところはgainもread noiseも上の測定結果とよく合っていると言っていいと思います。ところがそれ以外のISOのところは全て1.5倍くらいずれています。これはどういうことなのでしょうか?

この違いは、今回SharpCapが簡易的な測定をしていることに起因します。先に示して表の中で、実際に測定しているところを赤くしてみます。

Gain Valuee/ADURead Noise (e)Full Well (e)Relative GainRel. Gain (db)Dynamic Range (Stops)
1005.6927.18931441.000.0011.74
1254.4626.69730541.282.1111.42
1603.2912.66539621.734.7412.06
2002.4911.87407922.287.1711.75
2501.9011.393107239.5411.41
3201.365.77223064.1812.4111.92
4000.954.99155525.9915.5511.60
5000.744.87121217.6817.1111.28

この赤いところ以外は実測ではなく、実測した値から計算しているに過ぎません。例えば
  • e/ADUのISO100の5.69以外のところは、5.69を単にRelative Gainで割った値に過ぎません。
  • Full Wellも同様で、ISO100のところの93144を単にRelative Gainで割った値に過ぎません。
  • Dynmic Rangeは計算値のFull Wellを実測のRead Noiseで割ってbitで表しただけです。
こうやってみると、Dynmic Rangeが今回測定した範囲の中であまり変わらないのも理解できます。なぜなら、Read Noiseがアナログゲイン(ISO)に比例してよく下がってくれている範囲内だからです。今回の測定範囲外は上記ページを見てもらえばよくわかります。ある一定値以上のISOでは、これ以上いくらアナログゲイン(ISO)をあげても、Read Noiseが他の要因である一定値に制限されてしまう一方、Full Wellは下がっていくために、ダイナミックレンジが小さくなっていきます。

また、Dynamic Rangeで考えたら、最大値とほとんど変わらないISO1000位までまではISOを上げたほうが得。Dynamic Rangeの落ちを1bitまで(半分になるということ)許容するとしたら、ISO1600までは許容範囲で、ISO3200だとそれよりほんの少し損をするといったところでしょうか。なので私がもし使うならISO800か1600、もう少し明るさが欲しい場合はぎりぎりISO3200ということにするのかと思います。


今回の測定の問題点

さてここで、今回実測したRelative Gainのところに注目します。通常はISO100を基準にISO200なら2倍、ISO400なら4倍になるはずですが、結果はISO400で2.3倍、ISO800で6倍でどうも1/1.5倍程度小さく測定されてしまっているようです。しかも線形性もあまりないという冴えない結果です。先に、測定中に撮影した明るさが一定にならないと書きましたが、これが悪さをしている可能性があります。もしISOと実際のゲインが理論値で一致しているなら(ISO200なら2倍、ISO400なら4倍とかいうこと)unity gainはISO569になるはずで、上記ページの結果ともほぼ一致します。

SharpCapでの測定方法は、CMOSカメラが前提のためにシャッター回数を気にしなくてため、何枚も画像を撮り、それらの同じエリアを使うことで、時系列でずれたようなデータを使い解析しています。一方、1枚の暗いところから明るいところまで含まれるような画像を撮影し、その画像の中で空間的にずれたようなデータを使うことでも同様の解析ができます。

というか、普通は後者の方が素直なやり方で、SharpCapは測定を自動化するために時系列のデータを使っているというわけです。最初SharpCapのやり方を見た時に「上手いやり方だなあ」と思いましたが、測定してみると簡易的な方法であることはすぐに認識できて、しかも今回一眼レフカメラのシャッター回数のことを考えると、やはり1枚の画像で解析した方がいい気がしてきました。

明るさのところをもう少し改良して、もう一度くらいなら測定したいと思います。シャッターの寿命が10万回としたら、1回の測定でシャッター寿命の約1%を使ってしまう計算なので、SharpCapで測定するのは最小限に抑えておいたほうがいいでしょう。

むしろISO100の結果だけは正しく測定していて、結果も矛盾なく正しく得られていると思われるので、あとは自分で別途ゲインを測定したほうがマシそうです。


ISOと実ゲインを実測

というわけで、ISOと実際に撮影できる明るさを実測してみたいと思います。

測定方法はSharpCapで測った時と同様に、iPadのアプリColor Screenを使い、そこにカメラを載せて、ISOを変えて撮影します。ただし、SharpCapでの測定がばらついたのでその反省を生かし、外光の影響ができるだけないのようにしました。まず、Color Screenの明るさを32から128の4倍にします。さらに、Color Screenの上に薄い紙を一枚敷きiPadの表面の反射の影響をなくすようにします。先の測定ではレンズなしのセンサー面を暴露しての測定でしたが、これもレンズをつけてレンズの先の光だけがセンサーに入るようにしました。

露光時間を1/50秒に固定して、ISOを800から100まで下げて撮影していきます。というのはISO800でサチらないように気をつけるためです。

測定は、撮影した各画像の中心の100x100ピクセルの平均の明るさ。RGB個別に取り出してます。中心を選ぶ理由は、縁のほうに行くと周辺減光が影響してくるからです。また、ADCの値に何らかのオフセットが加わっている可能性があるために、レンズに蓋をして明るさを測りましたが、レンズを開けた時に対して0.5%程と測定にほぼ影響はないので今回は無視しました。

これだけやったのですがやはり結果は変わらず、ISOと実際のゲインは全然合いませんでした。結果を示します。ISO100の時のゲインを1としています。
6D_ISO_gain
普通はISO800ならISO100の8倍の明るさになるはずです。グラフの点線に近くなるはずです。ところが実測は4-5倍程度しかないどころか、線形性(測定点を結んだ線が真っ直ぐになること)さえもありません。

測定はかなりしっかりやったつもりです。いったい何がおかしいのでしょうか?一つの可能性は、ヒストグラムのピークが一定の場所になるように露光時間を変えるなど調整しながら、その露光時間ぶんを補正してISOを変えて測定するとかでしょうか?ちょっといろいろ不明で、そろそろ力尽きたのでここは次の課題とします。


今回の結論

はっきりとした結論は出ませんでしたが、まとめます。
  • SharpCapのセンサー解析機能を使うことで、EOS 6DのISO100についてのコンバージョンファクター(Gain)はきちんと測定できたようです。
  • ですが、それ以外のところは1.5倍ほどずれていると考えられます。
  • その原因は、ISOを変えることに対して明るさが期待通りにならないことから来ていると思われます。
  • なので、unity gainに関しては保留とします。
  • 他の場所ではunity gainはISO600を切るくらいと、複数確認できるのと、ISOとゲインの関係さえしっかりしたら今回の測定でもそのくらいになるので、おそらくunity gainはISO600を切るというのが正しいと思われます。
今ふと思ったのですが、もしかしたら持っている6Dのゲイン設定がおかしくなっていて、本当にISOとずれているのかもしれません。こうなったら修理コースなので、もう少しいろいろ試してから結論を出したいと思います。


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