太陽プロミネンスのタイムラプスの手法がやっと確立しました。


これまでの試み

太陽アニメはこれまでも何度か挑戦しています。





でもこれ、めちゃくちゃ大変だったんです。2018年のは10分おきに3時間ですが、そもそも昼間で極軸が出ていないので赤道儀がずれてきます。ほぼずっとつきっきりでとにかく大変で、二度とやりたくないと思いました。

また、いずれもPhotoshopで一コマ一コマ手で位置合わせをしています。2019年4月の2つ目は何分かおきに撮りましたが、コマ数は11コマと少ないのでまだましです。でも位置合わせだけでなく、明るさとかもかなり違っていて、一枚一枚合わせこむので、これくらいが手合わせでは限界です。ジェットの結果は面白かったですが、この時ももう二度とやりたくないと思いました。


太陽タイムラプスの何が難しいのか

でもやっぱり太陽の変化をアニメにしたいんです。しかも1分おきくらいに数時間にわたるアニメです。そのためにはクリアしなければならない問題がいくつもあります。
  • PSTは安価ため、エタロンの平行度があまりいいわけでなく、Hαをうまく出せる部分が限られていて、画面の30-40％のみ。長時間撮影で太陽の位置が画面内でずれると、Hαの見え方も変わってくる。
  • そのため長時間太陽がずれないような手法を確立する必要がある。極軸さえ合わせられないので、ほっといたらずれていく。ガイドか？でもどうやって？
  • 撮影時間が長く、画像の枚数が多いと、個別の画像処理は現実的ではなくなる。画像処理をまとめて一気にやってしまいたいが、一度にうまくできるのか？
  • たとえ撮影時の位置があまりずれなかったとしても、その精度ではアニメにしようとするとブレブレになってしまう。かと言ってステライメージやPixInsightなどの画像処理ソフトで位置合わせをしようとしても、星を使った位置合わせのような基準が何もないのでできない。
など、思ったより大変そうです。もう少し細かく考えます。
  • 撮影したserファイルをAutoStakkert!3でスタックしますが、太陽のブレ具合によって毎回出来上がる画像のサイズ(縦、横のピクセル数)が変わってきます。オプションでcropにしても拡大する方を選らんでもサイズは毎回変わってしまうようです。このため、動画にするときの位置合わせが難しくなります。
  • 炙り出しの際ImPPGを使っていますが、同じ設定でも撮影時の条件の微妙な違いにより、出来上がりの明るさや細部の描写などがバラバラになってしまいます。撮影時の条件をよほどうまく合わせるような工夫を何かしなくてはダメです。
実はあまり記事にしていないのですが、これまで何度もアニメには挑戦してきて、やっと上記問題を解決しなければうまくいないことがわかってきました。これらの反省点を含めて、手法を何度か改善しつつ、今回やっとうまく動画まで持っていける手法を確立することができました。

今回やった方法を順に書いていきます。それでもそこそこ大変です。


FireCaptureによる太陽オートガイド撮影

撮影はFireCaptureを使います。ポイントはガイド機能を使うこと。そのためにまずは赤道儀をASCOMやST4経由でPCから制御できるようにしておきます。接続がOKなら、「Setting」タブで「Telescope」を選んで、ASCOMやST4ドライバーを選びFireCaptureと赤道儀を接続してください。うまく接続できると画面の最前面に方向ボタンが出てきます。いくつか押してみてFireCaptureの画面に見えている太陽がきちんと移動するか確認するといいでしょう。

その状態で縦に並んでいるアイコンの上から5つ目の「AutoGuide」にいきます。まずは右クリックをするとオプションが選べます。制御はPHD2などと比べると随分シンプルでできることも限られますが、「Swap direction」でフィードバックする方向をきちんと選ぶこと、極軸があっていないので思ったよりずれていくことがあるので、「Guide rate」フィードバック量をデフォルトの倍くらいに増やすことなどに気を付けて調整します。

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設定が終わったら「AutoGuide」横のチェックボックスをクリックして、ガイドをオンにします。赤い四角いボックスが表示され、太陽のリムの形を使ってをオートガイドすることができます。最初なかなかうまくいかないかもしれません。しばらく待ってずれていかなければ成功ですが、方向とかを間違えるとどんどんずれていきます。いくつか設定を変えて試してみてください。うまくいくと数時間とかの単位できちんとガイドしてくれました。

タイムラプス映像にしたいので、一コマ一コマの時間間隔が重要になります。そのため撮影はフレーム数単位でなく、時間単位になります。今回は12.5ms露光で5秒間撮影、その後55秒休みます。保存はRAWで残したいので.serにします。今のPCだと80fpsで取り込めるので1ファイル400フレームくらい、サイズは1.7GBくらいです。これをFireCaptureの「Capture」タグのところにある「カメラアイコン」を押して出てくる「AutoRun」機能で繰り返します。「Delay」を55秒、「Limt」を5秒にします。これで1分に1度5秒間撮影します。出来たファイルのサイズやフレーム数は多少ばらつきが出ますが、気にしないでおきます。

cap1

撮影時にもう一つ気を付けておくことが、ゲインの設定です。ゲインはサチるくらい高めにしておきます。今回は440まで上げています。理由は、淡いプロミネンスを階調よく撮るためというのが一つの理由です。でも、実はもう一つの理由の方が重要で、ヒストグラムで見た時の背景ピークの幅を広げてピーク位置の依存性を少なくし、後の画像処理の時のパラメータにあまり依らないようにするためです。輝度の高い光球面までダイナミックレンジの中に入れようとすると、背景のピークが鋭く左の暗い方に寄ってしまいます。この状態で画像処理をしようとすると、撮影条件が変わった時にピーク位置がずれ、画像処理の設定が対応しきれなくなって、仕上がり画像のばらつきが大きくなってしまうからです。今回のようにゲインを上げて撮影する場合、当然ですが光球面の模様は諦めなくてはいけません。プロミネンスに特化したアニメになると思ってください。

実際のガイドの様子の動画です。娘のギターがうるさいですが、気にしないでください(笑)。


PC画面の右上の矢印がピコピコ反応して、きちんとガイドしているのがわかると思います。

長時間にわたる撮影の場合、保存されるファイル量が数百GBクラスになることもありますので、残りのディスク容量に注意してください。


ちょっと脱線、太陽のオートガイドについて

この記事を書きながら色々調べてみました。どうやら、このFireCapureのガイド機能を太陽撮影で使った例は、海外も含めてほとんどないようです。基本的に惑星での使用例ばかりです。太陽でのガイド撮影はCloudy Nightsとかでも「Hinode（ヒノデ）ソーラーガイダー」を勧めていました。名前は日本語っぽいですが、アメリカ製だそうです。ガイド精度も上記ページで動画があります。実はこれ、胎内（だったと思います）で実物を見た記憶があります。太陽を始めていたのでガイドにちょっと興味があったのですが、値段がそこそこ。なんか工夫してできないかと思っていました。

今回、SharpCapの機能で画像認識をしてそれがズレないようにガイドするのも試しました。まだ実験的と書いてあるからなのでしょうか、こちらはあまりうまくガイドできませんでした。FireCaptureはなんとかうまくガイドできましたが、これも最初はあまりうまくいかずパラメータ出しに苦労しました。あと、雲とかで一度位置を失うと、その後の復帰は位置が大きくズレる可能性があります。

要するに、まだ太陽のガイドってあまり確立された技術ではないようなのです。まあ、太陽やっている人が少ないので、仕方がないと言えば仕方ないのですが。

今考えているのは、別のカメラを用意して焦点距離を短くして、全体を見ながらガイドをかけるとかでしょうか。というのは、今回は太陽の縁が入っていたのでたまたまガイドできましたが、今後、黒点のアップなどを長時間撮影したい場合は今の方法では無理なので、何か別の方法を考える必要があります。


画像処理

ここから動画ファイルになるまでの過程を説明していきます。

まずは撮影後の画像処理ですが、動画の場合は通常以上に複雑になります。これまで太陽撮影や、太陽画像の処理をしたことがない方は、まずは下記のページを参考に一枚の画像を最後まで処理してみてください。




一枚がきちんと出せないようでは、多数枚を出すのは至難の技です。今回の動画の処理過程もある程度このページの処理方法に依っています。今回の記事では上記ページに加えて、動画作成で必要な部分に焦点を当てて、一枚画像の処理との違いを中心に説明していきます。


AutoStakkert!3での一括スタック

最初はいつも通り、AutoStakkert!3でのスタックです。撮影した全てのserファイルを一度に開きます。最初のファイルだけ処理すると、順に同じ設定で全てのファイルを処理してくれます。

ファイルの数が多いので、時間がかかります。間違えると全てやり直しで大変なので、慣れていない方は練習のためにまずはファイルを一つだけ開いて、うまく処理できるかどうか試した方がいいでしょう。これでうまく処理できたのを確認してから、改めて全てのファイルを一度に開いて処理した方がいいでしょう。

多数のファイルを処理する場合、撮影時の太陽の位置が長時間安定していなかったり、雲などで画面の明るさに変動があるとそのファイルはうまくスタックできない可能性があります。少なくとも、最初の方のファイルと最後の方のファイルをRAW動画で見てみて、位置が大きくずれていないか、明るさは大きく変わっていないかを確認した方がいいです。

全部の処理には時間がかかると思いますので、じっくり待ちます。


Photoshopで画像の大きさを揃える

次のステップとして、Photoshopで画像の大きさを揃えます。この過程はすごく重要です。なぜなら、AutoStakkert!3は写りの良い部分だけを処理するので、出てきたファイルの画像サイズは一枚一枚バラバラだからです。サイズを合わせないと、後の位置合わせがうまくいかなくて、全くアニメになりません。サイズ合わせはPhotoshopの「イメージ」->「カンバスサイズ」を使ってやります。AutoStakkert!3でできたサイズの中で一番小さいサイズ以下の大きさに設定します。

この過程をアクションツールを使って全てのスタックされたファイルに適用します。詳しいやり方は「Photoshop アクション 繰り返し」などで検索すると出てきますので、そちらを参考にしてください。ちなみにこのページが分かりやすかったです。ここでは簡単な手順だけ書いておきます。
  1. Photoshopを立ち上げ、「ウインドウ」から「アクション」を選び表示します。
  2. アクションパネルの下のアイコンの右から二番目の「新規作成」アイコンを押します。
  3. 新規アクションに名前をつけて、記録を開始します。
  4. 画像ファイルを開くところを含んで記録します。
  5. 先のサイズ合わせを一通りします。
  6. ファイルを「別名で」保存します。
  7. その後、アクションウィンドウの下の左の停止ボタンを押し記録を止めます。
  8. 次に「ファイル」->「自動処理」->「ドロップレットを作成」を開きます。
  9. 「ドロップレットを保存」で先ほどのアクションを選びデスクトップなどに保存します。ポイントは左の「”開く”コマンドを無視」と右の「”別名で保存”コマンドを省略」にチェックを入れておくことです。
  10. デスクトップなどに出来たドロップレットに、ImPPGで処理したTIFFファイルを全て選択し放り込みます。
うまくできましたでしょうか？実際に画像サイズが全て揃った、出力ファイルをきちんと確かめてみてください。


ImPPGで位置合わせ

次にImPPGを使い位置合わせをします。「Tools」の「Align image scequence」を選びます。上のPhotoshopの処理をサボって画像サイズがバラバラだと、位置合わせは全くうまくいかないので注意してください。

cap_ImPPG01

Photoshopで大きさを揃えた画像ファイルを選択します。ポイントは「Align on the solar limb」を選ぶこと。条件は太陽の縁がきちんと出ていることです。太陽が円になっていなくて、一部だけが写っていても、縁さえ写っていればうまく処理できます。これでうまくいかない場合は上の「Stabilize high-contrst feature」でやりますが、こちらは精度が悪くアニメにした時にぶれてしまうと思います。


ImPPGでの一括処理

次に改めてImPPGで炙り出しと細部出しをします。まずはImPPGで位置合したファイルを画像を1枚開き、処理過程を進めます。処理が終わったところで、「File」->「Save Processing Settings」でその際の設定を保存します。次に「File」->「Batch Processing」で、AutoStakkert!3でスタックされた画像を全て選び、先ほどの設定ファイルを選択し、適当な出力先を指定します。保存形式は「TIFF 16-bit」を選択します。「Start processing」ボタンを押して連続処理します。

IMG_0011


最終調整

この時点でもう動画にする準備はできていますが、ImPPGでの画像処理だけだと不十分なこともあるでしょう。例えばPhotoshopのアクション機能を使うことで、全ての画像に同じような処理をすることもできます。また、DeNoiseも最新バージョンではバッチ処理をサポートしていて、同じ処理を多数のファイルに一括で適用することができます。

それでも、背景の明るさが揃い切っていなかったりすることもあるかと思いますが、ある程度は一枚一枚微調整が必要なこともあるかと思います。ここら辺はアニメーションを扱うときには仕方のないことでしょう。


動画ファイルの作成

さて、素材のファイルができたのでここからやっと動画ファイルの作成になります。動画作成はいろいろな方法があるかと思いますが、ここではPixInsightを使います。PixInsightを立ち上げ、「Process」->「ImageInspection」->「Blink」を選び、これまでにできた画像ファイルファイルを全て開きます。
  1. 再生ボタン（右三角）を押すと動画の様子が確認できます。
  2. 真ん中のアイコン列の上から2つ目のオートストレッチがオンになっている場合、画像処理されてしまいます。オフにすると元の画像のまま表示されます。
  3. Previewで一部を切り取るとその部分だけ拡大してその部分だけ動画にすることもできます。
  4. 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。
  5. ffmpegがない場合は別途インストールしてください。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うまくいかないことがあります。/usr/local/bin/ffmpegとかいうことです。
  6. 今回の場合秒15コマのgifファイルにしたかったので、-y -r 15 -i Blink%05d.png Blink.gifとしました。
gifファイルは256色の制限があるので、パレットを最適化したい場合は別途コマンドラインで、

ffmpeg -y -r 15 -i Blink%05d.png -filter_complex "[0:v] fps=15,scale=1024:-1,split [a][b];[a] palettegen [p];[b][p] paletteuse" Blink.gif

などとするといいかもしれません。

Blink

実際に出てきたgifファイルを確認してみてください。gifアニメはWebなどでは再生することなく勝手に動画になってくれるので、見ていて楽しいです。長いファイルだとサイズが大きくなりすぎるかもしれません。その時はmp4などに変換するといいでしょう。


まとめ

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一応、動画になるまでの過程を書き出しましたが、うまく動画ファイルになりましたでしょうか？一枚一枚みていただけではあまり変化がわからなかった画像も、動画にするとプロミネンスが活発に動いていることに驚かれるかと思います。

ここに挙げた方法はあくまで一例です。他にも面白い方法があれば、どんどん探ってみてください。また、自分でやってみて分かりにくいところがありましたら、コメントでお尋ねください。できるだけ応えるようにします。

今後、このような動画ファイルがたくさん出てくると、太陽をやってみようという人がもっと出てくるかもしれません。早く太陽活動活発にならないかなー？もっとすごい動画が見てみたいですよね。

太陽楽しいですよー。