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。



 

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。

• 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。

• 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。

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。



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。






次にASI294MC 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。


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。



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。



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。


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。



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。




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、


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 t 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）。



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。


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。

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。

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。



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。

• ASI294MC Proの性能評価 (その1): ASI294MCとの性能比較
• ASI294MC Proの性能評価 (その2): バイアスフレーム 
• ASI294MC Proの性能評価 (その3): バイアスノイズ続き

年が明けてもうだいぶん立っていますが、相変わらずやりたいことだらけです。でも時間も天気も全然思い通りになりません。なので今年の目標を書くだけ書いておこうかと思います。長期目標も入っているので、まあできる範囲ということで。

1. FS-60Qにカメラを付けたままでしまえるケース
2. MEAD 25cmシュミカセ用フードをヒーターに改造
3. Vixen Portaの経緯台の評価と安定化
4. α7sの入手
5. 焦点距離100mmくらいの、いいカメラレンズを手に入れる
6. FS-60Qより長焦点の撮影鏡筒を手に入れる
7. 双眼鏡の性能がわかるようになる

1のケースは今年初めに実家の名古屋のホームセンターで大きなものを見つけました。スポンジを入れて今はこんな風になっています。エクステンダーをつけてもカメラを外さずに入れることができます。とにかく、組み立ての時間を短縮したいので、できるだけ分解せずに出し入れできるケースにしました。何度か使ってみてもう少しスポンジの位置を調整します。


2は国際光器で購入したフードがあるのですが、冬場にはヒーターが必須なことがわかりました。ヒータ付きのものはサイズが限られたり高価だったりするので、自分で改造するつもりです。実はもうニクロム線とかも買ってあるので、近いうちに改造です。

3ですが、VixenのPortaを小海の星フェスで手に入れて、自宅で一度月や星を見てみたのですが、思ったより揺れてしまいます。なんでこんなに揺れるのか、対策はできないかなど、時間ができたら試してみたいです。



4は長期計画の一つで、予算ができたら手に入れておきたいと思っています。α7sとSharpCapでライブスタックができる可能性が何通りか見えてきているので、予算の都合がつけば早めに試したいところです。また、30秒縛りの星景写真でも威力を発揮しそうなので、できれば夏までには手に入れたいのですが、予算が...。

5ですが、FS-60CB+レデューサーで焦点距離255mmです。もう少し広角で撮りたい時のレンズが今のところありません。撮影に耐えるようなレンズを手に入れておきたいですが、3が先か、4が先か？

6はさらに長期での計画です。600mmを超えた長焦点の撮影鏡筒の可能性を探っているところで、今のシュミカセの延長になるのか、屈折にするのか?まだまだのんびりと結論を出すつもりです。

7ですが、このまえ安価な双眼鏡を購入しました。でもまだまだ双眼鏡を見る目を全然持っていません。そのうちレポートしますが、私にとって双眼鏡という分野はまだまだ長期計画の部類でしょうか。あ、できればもうこれ以上沼に落ちたくはないとは思っています。一応。



撮影関連の目標は結構具体的です。機材関連のことも一部入っています。

1. FS-60CBでのレデューサとマルチフラットナーを使った継続的な撮影
2. AZ-GTiの赤道儀モードでのガイド撮影
3. C8での太陽Hα撮影
4. シュミカセのコマ収差の補正
5. シュミカセを使ったラッキーイメージ法での遠方銀河の撮影
6. 冷却CMOSカメラに慣れる
7. モノクロでの天体撮影
8. モノクロ冷却カメラの入手と撮影

1はQBPの入手とともに、すでに始めています。ちょっとづつですが結果も出てきているので、継続して続けていきたいです。

2は昨年やり残したことで、ガイド付きではまだ撮影に入ったていません。すでに短時間の数ショットでは試しているのですが、長時間撮影までまだ及んでいません。近いうちに試そうと思っています。

3は昨年のリベンジです。危険でなく、口径を生かせる安価な方法を考えています。これは早いうちに試したいです。



4から6くらいまではセットで考えていて、最近冷却カメラを手に入れたので、夏頃までになんとかものにしたいです。



7と8はまだ長期計画で、来年以降になるかもしれません。

1. FS-60CB用+レデューサーの四隅の処理法
2. FS-60CB用+マルチフラットナーの四隅の処理法

新しく手に入れたレデューサーとマルチフラットナーですが、レデューサーで撮影した画像をみるとぱっと見は不満はないですが、強拡大すると四隅は完全な星像にはなっていません。画像処理でどこまで綺麗になるのか、もう少し試してみたいです。


昨年はASI294MCを手に入れたおかげで、電視観望のクオリティーが大幅に上がりました。これはセンサー面積によるところが大きいです。また、後半に手に入れたAZ-GTiが電視観望に向いているので、こちらも機材のコンパクト化に大きく貢献してくれました。


2ですが、昔電視メシエマラソンの練習だけしました。月と天気を選んでまるまる一晩やってみたいです。ライブ配信とかできたらいいのですが、自宅から離れるとネット環境が厳しいのでなかなか難しそうです。

1. シュミカセの補正レンズの設計と簡単な試験
2. FS-60CBの光学設計を理解、フラットナー、レデューサーでの星像の再現
3. CMOSカメラのゲインの最適値の議論

1. 機材リストのアップデート
2. 古い機材の整理整頓

星を始めてから2年半で手に入れた、ほぼ全ての機材のリストをエクセルで作っています。それぞれの値段も記載しててあるのですが、合計を取るのが怖い怖い。でも最近書き込むのをサボっているので、レシートとにらめっこでリストのアップデートが必要です。

ついでに今の機材で稼働率が良くないものを見直して、活用できる手を考えたいと思っています。



まあ、こうやってみるとやっぱりやりたいことだらけですね。どこまでできることやら。でもどれも楽しみながらできそうで、あくまで仕事ではなく趣味の範囲なので、あせらず、やりたい時に気の向くままにやろうと思っています。

QBPを使った宅撮りシリーズ、今回はオリオン座の三つ星付近です。FS-60CBにレデューサーをつけて広範囲を狙い、燃える木、馬頭星雲、M42と、派手やかなエリアです。

連休最終日で次の日仕事でしたが、せっかくの晴れ。今週またずっと雨か雪みたいなので、ちょっと無理して撮影しました。無理してと言っても、最近自宅で撮影することが多いので、セットアップもルーチン化してきていて結構楽です。

今回も最初に結果を出しておきます。




先日購入したレデューサーを早速使ってみました。一つ大変だったことが、レデューサーをつけると最初全くピントが合わなかったことです。私が持っているのはFS-60Qなのですが、シリアル番号にDEMOと書いてある試作機のようなので、もしかしたらFS-60CB状態にしてもピントがでないのではと一瞬疑ってしまいました。

結局原因は下の写真の手前に写っている、2cmくらいの幅の延長アダプターです。FS-60Qを手に入れた当初、上下でガイドカメラとか赤道儀の固定を楽にしたいので、K-ASTECの鏡筒バンドを取り付けて、以来ずっとそのまま使っていました。鏡筒バンドの内径がちょうど先の延長アダプターの外径でぴったり止まります。それ以降外したこともなく、すでに一体化していたこのアダプターの存在を完全に忘れていて、そのままレデューサーをつけると、鏡筒の長さが長くなりすぎることがピントがでない原因でした。



でも単純にこの延長アダプターを外すだけかというとそうでもなくて、撮影には必須のカメラ回転アダプターをつけると、そのネジが鏡筒バンドに当たってしまい、簡単にカメラを回転できないのです。接地面積を下げてしまいますが、鏡筒バンドを固定する位置を少しずらして、さらに一回一回鏡筒バンドのネジを緩めることで、やっと回転させることが可能になりました。

それでもこれまでみたいにあまり気楽に回転できないことは大きな痛手です。最初に0度か90度かに固定してそのままその日は使うとかになるかと思います。



今回の主役はFS-60CB専用のレデューサーでしょう。範囲が相当広くなるためどこを写そうかずいぶん悩みました。最初、赤以外のものも写してみたくて、画角がピッタリ合いそうな魔女の横顔を写そうとしたのですが、一枚写してやはりほとんど出ないことがわかったので、諦めてまともに写りそうで、見栄えのいいオリオン座の三つ星エリアにしました。

一枚試しに写してびっくりしたのが、ずいぶん明るくなることです。F値が4.25と低くなるので当たり前といえば当たり前なのですが、そのためにISOを800まで落としました。ちょうど上弦の月で半月だったのですが、QBPのおかげでそれにも負けずに十分出てきます。



前回のモンキー星雲の時と同じPixInsightが中心です。今回大きく変えたところが、ArcsinhStretchを使わなかったところです。ArcsinhStretchは彩度を落とさずにストレッチできる便利なツールですが、どうもこのArcsinhStretchが赤飛びを引き起こしていたみたいです。ScreenTransferFunctionとHistgram Transformationであえてオーソドックス?な方法で彩度を特に出さずにストレッチしました。PixInsightの時点ではとにかく赤飛びを出さずにPhotoshopに渡して、Photoshop上で彩度を含めて仕上げをしています。結果は最初に示した通りになります。

はっきり言って自宅でとったと思えば、私くらいのレベルではもう十分満足です。ぱっと見は全然気にならないレベルですが、やはりスターベースで教えてもらった通りレデューサーの影響なのでしょう、四隅を拡大してみると点像にはならないようです。ここら辺がどこまで修正できるかが次の課題でしょうか。



レデューサーでやっと広角で撮影できるようになりました。強拡大して四隅とかの粗探しさえなければ十分満足です。半月でさえもここまで撮れるのはQBPのおかげでしょう。QBPはかなりいいです。だんだんテスト撮影というよりは、量産期に入ってきたような感じです。

分子雲もなんとか出るようですが、もっと淡いものはどこまで出るのでしょうか?自宅で撮影可能なのでしょうか?ここら辺も試してみたいところです。
 

1月9日、ここ最近の北陸の冬本当にめずらしく晴れ渡っていて、透明度も高そうだったので、新月期ということもあり平日ですが撮影を試みました。でも次の日は東京行きで始発に近い新幹線で移動です。あまり無理はできないので、撮影開始後できるだけ放っておけるようにセットアップしました。

最初に結果を示しておきます。ベテラン勢から見たらまだまだかもしれませんが、私としては自宅からこれだけ写るなら結構満足です。



(2020/12/6再処理: 赤一辺倒を補正したのと、背景のモヤモヤを出してみました。モヤモヤはまだ試行錯誤中です。)





今回の目的は、撮影はもちろんですが、月が出ていない時のQBPの効果を知ることです。

満月の日の撮影では、露光時間が約4倍に伸びました。月明かりが太陽光の反射で白色光と仮定した場合に、QBPの波長領域から考えた光量変化からの露光時間の伸びの予測4倍と、よく一致しました。

今回は新月期で、月の光がない場合にQBPで街明かりがどれくら除去できるかを見たいというのが目的の一つです。



ターゲットはいろいろ迷って、今のFS-60Qの焦点距離600mmとフルサイズの6Dの画角で撮りやすいものを考えました。計画の段階ではクラゲ星雲だったのですが、これをなぜか間違えてパックマン星雲を導入して明るい北西の方向を指してしまい、あれ？あんな方向だったかなと思い、さらになぜかクラゲに行く前にすぐ隣のモンキーを見たら気に入ってしまい、モンキーに決定。モンキーとクラゲをいっぺんに入れることも考えましたが、画角がギリギリなのでこの日はモンキー一本に決めました。フラットナーを購入したので、モンキーとクラゲの同時撮影はまたいつか試したいと思います。

でもなんでこんなことを書くかというと、最近はplate solvingがひたすら快適で、位置決めがものすごく簡単にしかも精度よく、再現性もありで進められるので、途中で迷っても全く問題ないからです。最初のラフな導入から、EOS6Dでの自動撮影、plate solvingでの解析と座標決定、ずれの赤道儀の位置へのフィードバック、再撮影と解析まで、全部リモートでできます。最近のASiairが羨ましくてまたplate solving始めたのですが、あまりに便利なので、そのうちにまとめ記事にでもしようかと思っています。



最近は自宅セットアップはほぼ固定です。でも先日のスターベースでフラットナーとレデューサーを購入したので、これからはちょくちょく入れ替えての撮影になると思います。