今回は1ヶ月ほど前に書いたビニングの話の続きです。


ソフトウェアビニングが役に立つのかどうか...、そんな検証です。



最近ずっと自宅でダイオウイカ釣りをしています。いつまで経ってもダイオウイカさんは出てきてくれません。もうかれこれOIIIだけで10時間になりますが、全部インテグレートして、普通にオートストレッチしただけだとこんなもんで、かなり淡いです。これでもABEの4次をかけてかなり平坦化してるんですよ。


今回の画像は、ε130DにASI6200MM Proでbin2で撮影しています。ゲインはHCGが作動する100、露光時間は1枚あたり5分で125枚、トータル10時間25分です。

これだけ時間をかけても高々上に出てくるくらいです。やはり自宅でのダイオウイカ釣りは難しいのでしょうか？



これ以上露光時間を伸ばすのはだんだん現実的ではなくなってきました。遠征してもっと暗いところに行けばいいのかもしれませんが、自宅でどこまで淡いところを出せるかの検証なので、限界近くを責めるのはかなり楽しいものです。

さて、こんな淡い時にはビニングです！

そもそもCMOSカメラのビニングはASI294MMなど特殊な機種でない限り、一般的にソフトウェアビニングと同等で、

• ハードウェアビニングでは信号は4倍になる一方読み出しノイズのを一回だけ受け取ればよく、S/Nで4倍得する。
• ソフトウェアビニングでは信号が4倍になっても読み出しノイズを4回受け取らなければならないので、4のルートの2倍ソフトウェアビニングが不利になり、S/Nとしては2倍しか得しない。逆に言えば2倍は得をする。

というものです。それでも前回議論したように、スカイノイズなど、読み出しノイズが支配的でない状況ではハードウェアビニングの有利さは活きないので、

• 実効的には ハードウェアビニングでもソフトウェアビニングでも効果は同等で、両方ともS/Nが2倍得するだけ。

というのが重要な結論になります。

と、ここで天リフ編集長から重要な指摘がありました。

• 「もしソフトウェアビニングで同等の効果というなら、撮影後にPC上で本当にソフトでビニングしてもいいのでは？」

というものです。理屈の上ではその通りです。でも本当にそんなに都合がいいのか？というのが疑問に残るところでしょうか。



もう一つ、Drizzleをかけて分解能を2倍にして、それだけだと解像度はそこまで大きくは上がらないのですが、さらにBXTをかけると本来の2倍の解像度程度まで戻すことができるという検証を以前しました。




ここまでのことを合わせます。

1. 2倍のビニング
2. Drizzleのx2
3. BXT

を使うことで、

• S/Nを2倍得して
• かつ分解能の犠牲を戻す

ということができるのではというのが今回考えてみたいことです。



さて、上で述べたことは本当なのか？実際に検証してみましょう。ダイオウイカ星雲はものすごく淡いので、格好の検証材料です。

まずはPC上でのソフトウェアビンングの準備です。今回は、PixInsightのIntegerResampleを使います。「Resample factor」を2として、「Downsample」を選び、「Average」を選びます。Dimemsionsはいじる必要はないです。左下の三角マークをPIの画面上に落として、このインスタンスを作っておきます。あとはImageContainerで、ビニングしたい画像を全て選び、出力ディレクトリを選択したら、これも同様にインスタンスを作成します。IntegerResampleのインスタンスをImageContainerに放り込むと処理が始まり、しばらく待つとさらにbin2相当、元から見るとbin4相当の画像が出来上がります。

と、最初は結構簡単に考えていたのですが、ここから実際にWBPPで処理を進めようとすると、ダークフレーム、フラットフレーム、フラットダークフレーム全てを同様にbin2相当にしておかないとダメだということに気づきました。

さらに注意は、WBPPのReferene frameです。bin2処理をしたOIIIと何もしないHαを最後に合わせようとする場合、Referene frameに同じライトフレームを選んでおく方が楽です。その際に、bin2処理をする場合のReferene frameのみ、あらかじめbin2でダウンサンプリングしておかないと、結果が変になってしまいます。考えてみればあたりまえなのですが、気づくまでなぜか結果がおかしいと悩んでしまいました。

さて、結果を比較します。左が普通にOIIIをWBPPで処理した結果、右がダウンサンプリングでbin2(元からだとbin4)相当でさらにWBPPでDrizzle x2を適用した結果です。両方ともABEの4次をかけ、強度のオートストレッチをかけています。イカの明るい所を拡大しています


違いがわかりますでしょうか？

• まず恒星ですが、やはり右のビニング画像した方が大きく見えます。
• 背景のノイズの散らばり具合は、左はトゲトゲしいですが右は丸くなっています。でもこれは単純にダウンサンプリングのせいでしょう。S/Nが良くなったかというと、うーん、見た目だけだとどうでしょうか？心持ち右が良くなったように見えなくもないですが、あまりわからないです。

背景についてはっきりさせるために、S/Nを数値で定量的に評価しましょう。比較すべきは、

1. ノイズN: 背景と思われる何も天体が写っていない暗い部分と、
2. 信号S: 天体と思われる、ダイオウイカの明るい部分

です。具体的には上の画像のプレビューのところを比較しました。元々の画像で位置合わせがきちんとできていることと、プレビューの位置もタグを放り込んできちんと合わせているので、公平な評価になっている思います。

測定ですが、ノイズNはPixInsightのImageInspectionのStatistics結果は「Standard deviation」で直接比較できます。問題は天体の信号Sです。同じくStatisticsの「Mean」を使いますが、そのままだと値が大きすぎてよくわかりません。ここでは、ノイズ解析でS/Nを求めた時と同じように、天体部分の輝度から背景部分の輝度を引いたものをSとします。

結果は

• 元画像: 天体部分の輝度 411.3、背景部分の輝度: 404.6、背景部分のノイズ:1.21
• ビニング画像: 天体部分の輝度 308.1、背景部分の輝度: 301.3、背景部分のノイズ:0.73

でした。この結果からS/Nを計算すると

• 元画像のS/N: (411.3-404.6) / 1.21 = 5.54
• ビニング画像のS/N: (308.1-301.3) / 0.73 = 9.32

となり、S見事に予想通り、2倍のソフトウェアビニングで2倍程度のS/Nの改善になっています。このことは、PC上のソフトウェアビニングが実際に十分な効果があるということを示しています。もちろんその分、分解能は犠牲になっています。

さて、S/Nは向上しましたが、実際に画像処理で本当に効いてくるのかどうかは興味深いところで、次の課題と言えるでしょう。



ソフトウェアビニングが理屈通りに効果があることがわかってきたので、次にBXTでの分解能が改善するかを見てみましょう。これまでの議論から、Drizzle x2を欠けていることが前提です。パラメータはデフォルトの、

• Sharpen Stars: 0.5, Adjust Star Halos: 0.0, Automatic PSF: on, Sharpen Nonsteller: 0.50

としています。左が元の画像、右がソフトウェアビンニングしたものです。

恒星については、どちらも小さくなっていて、結構近い大きさになっています。微恒星に関しても、ビニングした方もほとんど取りこぼしなどもなさそうです。これはすごいですね。

その一方、背景の細部出しについては、元画像もビニング画像も、BXTの効果は共にほとんど見られず、差は縮まったりしなくて、依然としてビニングした方は細部が出ていないように見えます。BXT2はBXT1に比べて背景が出にくくなっているので、そのせいかとも思い、この後両方ともにBXT2を背景のみに複数回かけましたが、はっきり言ってほとんど変化が見られませんでした。さらに、AI4からAI2に戻してBXT1相当にしてかけてみても、効果がほぼ何もみられませんでした。

どうも天体部分がまだ淡すぎる、もしくは天体と背景のS/Nが低すぎるのかと思っています。ブログで示した画像は目で見えるようにストレッチしたものを掲載していますが、ストレッチ処理前の画像は真っ暗です。S/Nを見ても最も明るいところでわずかわずか5とか10で、背景との輝度差にするとわずが7 [ADU]程度で暗すぎるのです。少しストレッチしてコントラストを上げて、背景との輝度差を付けてからBXTをかけるとかの対策が必要かもしれません。

とりあえずOIIIに加えて、Hα、恒星のためのRGBの撮影も完了しているので、次は画像処理です。BXTの効果についても、仕上げまで持っていく際にもう少し検証できればと思います。



今回の検証で2倍のソフトウェアビニングで実際にS/Nが2倍得することはわかりました。これは撮影時間にしたら4倍長くしたことに相当し、今回10時間撮影しているので、実行的に40時間撮影していることと同等です。もしCMOSカメラのbin2をそのままのbin1で撮影した時と比べるとさらに4倍で、160時間撮影したことと同等になります。分解能は当然犠牲になります。

さらにDrizzle2倍 x BXTで、恒星に関しては分解能をかなりのレベルで回復できることは分かりましたが、背景に関してはほとんど効果がないことが判明しました。ある程度広域で見た天体であること、かなり淡いので詳細はあまり見えないことなどもあり、分解能はそこまで必要ないと考えることもできますが
少し悔しいところです。淡すぎて背景との輝度差がほとんどないことが原因かと思われます。



正月に能登半島で最大震度7という大きな地震がありました。その時私は実家の名古屋にいたのですが、名古屋でも大きく揺れました。すぐに富山に残っていた家族に電話をしたのですが、これまでに体験したことがないような揺れだったそうで、立っていることもできなかったそうです。

元々、元日夜に車で富山に戻ろうとしていたのですが、安全を考えて2日の明るいうちの移動としました。自宅に着いて部屋とかを見てみましたが、自宅は富山市内でも山川に近い比較的南の方で、幸いなことに何かが倒れるとかいう被害もほとんどありませんでした。天体機材もほぼ無事で、棚の上の方に置いてあった空箱が一つ落ちたくらいでした。

自宅周りは地盤的にも比較的頑丈なのか、近所の人に聞いてもほとんど大きな被害を聞くことはなかったです。その一方、少し離れた川に近いところや、富山の少し中心街に近いところは、自宅から大した距離でなくても、そこそこ被害があったと聞いています。さらに富山駅より北側、富山県の西部、金沢などはかなりひどいところもあったのことで大変だったようです。震源地に近い能登半島は、日が経つにつれ被害の状況が伝わってきて、想像をはるかに超える被害でとても心が痛みます。石川の星仲間もいるので、無事を祈るばかりです。

今週末は気温が下がり、場所によっては雪も降るとのことです。被害のひどいところでは平時の生活に戻るまではまだかかるかと思いますが、一刻も早い復旧を願って止みません。