ほしぞloveログ

天体観測始めました。

タグ:フラット

StellaVitaの続きの記事になります。前回は撮影前にしておくべき準備についてでしたが、今回は実際に撮影に撮影までしてみます。



前回記事の終了時の、赤道儀とカメラとガイドカメラが使えるようになった状態から始めることにします。カメラとガイドカメラのピントも取れているとします。

赤道儀は電源がオンになっていて、初期アラインメントはすんでいて、赤経が追尾を始めていると仮定します。鏡筒の向きはホームポジション付近になっていても構いません。その場合、赤道儀によるかと思いますが、極軸方向付近か、真東付近を向いているものかと思います。


テスト撮影とプレートソルブによる赤道儀の同期

まずは、カメラで撮影できるかどうか、試してみましょう。StellaVitaアプリの画面の左にある撮影用カメラのアイコンをクリックします。さらにもう一度同じボタンを押して、撮影モード選択の画面を出し、「シングルフレーム」を選びます。
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もし星が見えている方向に鏡筒が向いていないなら、自動導入やコントローラーで向きを変えて、星がある方向に鏡筒を向けてください。

右の真ん中の撮影開始ボタンを押して、まずは1枚撮影してみます。カメラの露光時間は短くしておいた方がいいでしょう。数秒でいいかと思います。右の撮影アイコン周りに円形のバーがぐるっと進む様子がわかると思います。最後までたどり着いたら撮影終了で、撮影した画面が映し出されます。

実際に星は見えていますでしょうか?もしここで星が見えていなければ、鏡筒にカバーが付いたままになっている、鏡筒のピントが大幅にずれているなどの原因がありますので、今一度チェックしてみてください。うまく撮影できると、下のように画面内に星が見えるはずです。
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撮影画面が見えたら、早速プレートソルブを試して、取得画像からいま鏡筒がどの方向を見ているかを特定してみましょう。画面の右アイコンの撮影ボタンの下の「地球のようなマーク」を押し、プレートソルブでの解析を開始します。試した限り、StellaVitaではかなり安定にプレートソルブができるようです。

解析が始まるので、10秒ほど待ちます。結果には今見ている方向が赤径と赤緯で表示されます。

ここで、赤道儀と「同期」するかどうかの選択肢がでてくるので、一旦赤道儀と同期しておくのがいいでしょう。これで近傍の天体導入なら、そこそこの精度でできるはずです。ただし、遠くの天体の導入と、撮影時の追尾はまだ精度がありません。これまでにまだ極軸調整をしていないからです。

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極軸調整

StellaVitaにはカメラを使った極軸合わせがサポートされているので、是非使ってみましょう。目で見て合わせる極軸望遠鏡に比べて一桁くらい精度が出るはずです。極軸を精度良く合わせることで、撮影時のガイドの負担が減り、星像の歪みが小さくなる可能性が高くなり、成功画像の歩留まりが上がるはずです。

StellaVitaでは極軸調整にメインの撮影カメラを使います。すでに上記のテスト撮影は終わっているとします。極軸調整にはメインカメラで星を写してその画像を解析する必要があるので、まだテスト撮影をしていない場合は、極軸調整の前に実際一度試してみてください。

極軸調整のため、赤経を15度と30度回して撮影するので、赤経が30度進んでも星が入るような方向にあらかじめ鏡筒を向けておきます。この状態で、左の赤道儀アイコンを押して赤道儀の調整画面に入り、下の真ん中らあたりの極軸調整ボタンを押します。

下のような説明が出ますが、1番と2番はすでにできているので薄字になっているはずです。3番も今回は実際にはできているでしょうから、実質4番からになります。この画面内の右真ん中の撮影開始ボタンを押してそのまま進めるだけです。
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1枚撮影した後に、自動的に鏡筒を赤径方向に+15度回転して一旦撮影、更に+30度回転して撮影と、メインの鏡筒のカメラで撮影が進みます。合計3枚撮影して、それらの画像解析から赤道儀の極軸がどの方向を向いているのかを計算します。うまく解析が完了すると、下の画像のように極軸がどれだけずれていうるかが円になって出てきます。赤道儀の極軸の向いている方向が、真の北極からどれくらいずれているかが、円の中の青い点で表されます。

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もしこの青い点が中央から上にずれているとしたら、赤道儀の下部についている物理的な上下方向の調整ネジを回して、赤道儀の極軸が下方向に進むようにします。その際、画面の縁の横の「更新」をオンにしておくと、リアルタイムに近い状態で常に今の方向を見ているかがわかります。横方向にずれている場合も、赤道儀下部についているネジを回して水平方向に調整してください。

青い点が中心に近くなってくると、円が拡大され、よりいい精度で見ることができるようになります。鏡筒の焦点距離にもよりますが、1秒角(下の画面の1'')程度に合わせれば十分過ぎるくらいでしょう。(補足1)
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撮影プラン

撮影に際しては、容量に余裕をもって撮影できるようにSDカードを用意しておくといいでしょう。SDカードは横の穴に差し込みます。

撮影は「プラン」モードを使いますが、その前にプランを立てる必要があります。左上のTodoリストアイコンを押し、「目標管理」の左下の「+」ボタンを押し目標を追加します。検索などして、撮影したい天体を選びます。今回はバラ星雲「NGC2239」をターゲットにしました。「撮影時にガイドを起動」をオンにするのを忘れないでください。ここがオンになっていないと撮影時ガイドが起動されないので、星像が流れてしまいます。
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その後、右下の「タスク管理」ボタンを押してタスクを追加します。「Light」をえらび、撮影枚数などを設定します。

タスク、目標が保存されたことを確認して、左のメインカメラボタンを2度押しして「プラン」撮影を選びます。右の撮影開始ボタンを押せば撮影が開始されます。ガイドはちょっと面倒なことがあるので、次に少し詳しく説明します。


ガイド

ガイドは「目標管理」のところで、あからさまに「オン」にしてやらないとガイドなしで撮影が開始されてしまいます。

ところが、ガイドをオンにしたはずなのに、ガイドが入らないことが2度ありました。判別方法としては、ガイドカメラの画面に切り替えた時に星が何も写っていなくて真っ暗のままの場合はガイドが開始されません。どうもガイドカメラがアプリ上では接続はされているにも関わらず、うまく動いていないことがあるようです。この場合、ガイドカメラをアプリ上で一旦接続をオフにして、もう一度オンにすると画面に星が写って、その後撮影開始後にキャリブレーションが始まりました。

キャリブレーションは思ったより長くかかりました。5分近くかかったでしょうか。途中、「時間がかかりすぎるのでガイドをオフにして撮影を開始しますか?」とかいうメッセージが出たのですが、「いいえ
」を選択して、キャリブレーションを続けました。これでさらに待つと、やっとキャリブレーションを完了させることができました。

ガイドカメラの設定を見ると「キャリブレーションのステップ」という項目があり、デフォルトでは「750」でした。でも単位がわからないので、とりあえずいじっていません。これをもっと大きくすると一度に進む距離が長くなり、時間が短縮されそうな気がしますが、今回は試せていません。(補足2)


撮影開始

キャリブレーションが終わるとガイドが開始されそのまま撮影が開始されます。ところが、キャリブレーション直後はターゲットのガイド星からずれているため、ガイドがターゲット星に合わせようとして方向を変えてしまいます。その過程中も撮影は続いているので、最初の1枚目はどうしても下の画像のように星像がずれていく画像が撮影されてしまうようです。これはソフト的に回避できる問題のはずなので、改善してほしいかと思います。

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撮影が可視視されてからガイドがターゲット星をセンターに移動してしまっています。

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結果として、1枚目だけはどうしても星像が流れた画像になってしまいます。

うまくいくと、ガイドも安定し、星像も丸くなります。その後はずっと安定した画像を撮影することができました。

その際のガイドカメラの画面です。ディザーの設定をしておけば、いつディザーされているかなどもわかります。
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撮影時のメインカメラの画像に、同時にガイド画面とヒストグラムを表示するとができます。ガイド画面では安定度を見ることができ、ヒストグラムでは「自動」にチェックが入っていればオートストレッチされた画像が表示されるので、ある程度の写り具合を見ることができます。
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実際にファイルとして保存されているかどうかは、左アイコンの下から二つ目のフォルダアイコンを押します。保存先は指定した場所になりますが、ファイルの移動などを考えるとSDカードが便利かと思います。撮影中もSDカードにはアクセスできますが、チェックはプレビューのみで、jpgフォーマットでローカルのタブレット端末にダウンロードされます。プレビューの段階ではユーザーはjpgの存在しかわかりませんが、きちんとfitsファイルもSDカード内に保存されています。アプリにフォーマットの指定はなさそうなので、RAWファイルはfits固定で、変更はできないみたいです。

RAW形式のfitsファイルは、ファイル容量が大きいので、撮影後SDカードを抜き出してから、PCなどにファイルを移動するのがいいでしょう。


フラット、フラットダーク画像の撮影

撮影後、StellaVitaを使って昼間にフラット画像とフラットダーク画像を撮影してみます。私は鏡筒を部屋の中の白い壁に向けてフラット画像を撮影しています。光源は太陽ですが、晴れ又は曇りの日の昼間に窓のカーテンを開けて、直射日光が当たらない壁に向かって鏡筒を向けます。鏡筒や鏡筒を置いてある机が影を作る場合があるので、ともに壁から少し離して設置します。

StellaVitaの電源投入後、アプリ接続して、今回はメインカメラのみをオンにします。ライト画像と同じように、左上のTodoリストアイコンを押し、「タスク管理」で作ったNGC2239の「目標管理」にタスクを追加します。ただし、ライト画像のタスクが残ったままだと撮影時にライト画像から再び撮影してしまうので、まずはライトの「Light」のタスクを消して、改めて「Flat」を選択して、ライト画像と同じゲインにして、露光時間を調整します。
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露光時間の調整は、メインカメラボタンを押してメインカメラの画面を出し、さらにもう一度メインカメラボタンを押して、シングルショット撮影を選んびます。ゲインはからなずライト撮影時と同じにしてください。明るさの調整は露光時間で行います。露光時間は右の上から2つ目のアイコンを押して調整します。その後、右真ん中のボタンを押して実際に撮影してみます。左の櫛形のアイコンを押してヒストグラムを出し、山が真ん中か少し左くらいにある状態になるように何度か露光時間を調整と撮影を繰り返します。今回は曇りの時の部屋の中で0.05秒でちょうどいいくらいの明るさになりました。
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再び左上のTodoリストアイコンを押して「タスク管理」->「目標管理」に入って、今調整した露光時間を入力します。これで準備は完了です。

メインカメラのアイコンを二度押して「プラン」モードに入り、右真ん中の撮影ボタンを押して撮影開始です。すぐに撮影が開始され、ダウンロードも始まりますが、ダウンロードができているかどうかに関わらず撮影枚数はどんどん進みます。露光時間の短い明るい撮影なので、全枚数の撮影もすぐに終わるはずです。撮影が完了してもダウンロードは続きますが、撮影ボタンがXマークになっていて、それを押すとダウンロードも途中で終了できます。

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短時間撮影なので、どんどん枚数が進むでしょう。

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撮影終了後は、ダウンロード中でもXボタンを押すことでダウンロードを中断できます。

フラットダークは全く同じ設定で暗くするだけです。まずカーテンを閉め切り部屋を暗くし、鏡筒にキャップを被せます。でも昼間の撮影なのでおそらくそれでは不十分で、鏡筒、フォーかサーブ、カメラ自身に光の漏れがあることが普通です。私はダークやフラットダークの撮影では、念の為に毛布などを全体に被せて光ができる限り入らないようにします。ただし、カメラの通風口を塞いでしまうと熱の逃げ場がなくなってカメラが故障する可能性があるので、そこだけは開けておきます。

アプリでは、タスク管理で作ったフラットのところを再選択して、タブのところで「Dark」に変更します。こうすることで後で画像処理ソフトがどの種類の画像かを分別する手がかりをつけます。こちらも撮影を開始し、完了したらこれで終了です。

他にダーク画像の撮影もありますが、私は手持ちのダーク画像があったので、ここでは撮影は割愛しました。ダーク撮影のポイントは、露光時間とゲインオフセットとカメラの温度をライト画像撮影時と全く同じにすること、フラットダークの撮影時のように毛布をかけるなどしてできる限り漏れ光を少なくすること、ライト画像と同程度の十分な枚数を撮影することでしょうか。ダーク画像は一度撮影してしまえば、ライト画像の設定を変えない限り使い回しできるので、時間のある時に必要な設定分だけ撮影しておくと楽になります。あと、バイアス画像を撮影する機能もありますが、ダーク画像をライト画像と同じ設定で撮影した場合は、バイアス画像は不要です。

以上が、夜のライト画像撮影後に、別途昼間など時間のある時に追加して撮影する画像になります。今回はライト以外の画像もStellaVitaで撮影しましたが、他のアプリを使って撮影してもそれらを画像処理で使うことはできます。

画像処理

結局、3分露光で48枚のfits画像が得られました。画像の保存フォルダ名に日付が入らないなど、ファイル名の細かな指定のようなことはできませんが、画像処理ソフトで読み出す際に普通に読み込めるので、贅沢を言わなければ特に問題ではないかと思います。

ダークファイルは以前NINAで撮ったものの使い回し、フラット画像とフラットダーク画像は今回StellaVitaで64枚づつ撮ったものを使って、画像を最後まで仕上げてみました。画像処理はPixInsightとPhotoshopを使いましたが、StellaVitaで撮影したfitsファイルは特に問題なくPixInsightで読み込んで処理することができました。

画像処理自体はStellaVitaとは独立なので、詳細は割愛しますが、結果だけ載せておきます。自宅でガイドを含めて2時間の安定な撮影程度は問題なくでき、天体画像として最後まで処理できたので、実用という点から考えた時、StellaVitaは十分な撮影プラットフォームとして使えると言えるでしょう。

180.00s_FILTER-NoFilter_RGB_drizzle_2x_BXTC_SPCC_BXT_MSA_NXT6_s3
  • 撮影日: 2025年12月29日2時13分-4時43分
  • 撮影場所: 富山県富山市自宅
  • 鏡筒: William Optics RedCat51(f250mm、F4.9)
  • フィルター: サイトロン CBP
  • 赤道儀: Celestrn Advanced VX
  • カメラ: Player One Uranus-C Pro (-10℃)
  • ガイド:   f50mmガイド鏡 + ASI290MM、StellaVitaでガイド
  • 撮影: StellaVita、Gain 220、露光時間3分 x 48枚 = 144分 = 2時間24分
  • Dark: Gain 100,  露光時間180秒x30枚、Flat, Flatdark: Gain 220,  露光時間0.05秒x64枚
  • 画像処理: PixInsight、Photoshop CC


まとめ

今回はStellaVitaを使って、実際の星雲を撮影してみました。多少戸惑うところもありましたが、システムとしては必要十分な機能があり、無事にライト画像、フラット画像、フラットダーク画像を撮影でき、それらの画像を使っての処理も滞りなく進むことができました。

まだ日本での販売はあまり時間が経っていないこと、アップデートも毎週のように更新されているなど、今現在も非常にアクティブに進化している最中なのかと思います。まだこなれていないところもあるは事実ですが、今後のシェアの広がりとサポートに期待したいと思います。

次回の記事では、今回思った改善点などの要望をまとめたいと思います。


(補足1)
私は普段はSharpCapを使って極軸調整をします。SharpCapの場合、ガイドカメラ、メイン鏡筒のどちらでも使えるのですが、基本的には北方向の空を見ていないと使うことができません。StellaVitaは北方向の空が開けていなくても、十分な精度で極軸調整ができます。これはかなりの利点でしょう。その一方、リアルタイム画面の表示と更新速度にはSharpCapの方が一日の長があります。実際の星を写して、その星がどちらに動けばいいか矢印まで出るので、ここら辺はSharpCapの方が親切です。でも、StellaVitaは鏡筒を赤道儀の回転も自動でやってくれて、操作性もSharpCapには及ばないものの、十分わかりやすくストレスなくできます。

StellaVitaの極軸調整の「北方向を見なくていい」という圧倒的な利点(たとえ北方向が開けていても、北だけ曇っていることなどよくあることなので)を考えると、極軸調整に関してはStellaVitaに軍配をあげてもいいかと思います。これまでいくつもの極軸調整がありましたが、SharpCapを超えるものはありませんでした。今回、初めてまともに使えると思いました。StellaVitaが赤道儀の操作も自動でできることが前提なのですが、これはかなりすごいことです。


(補足2)
ガイド鏡をRedCat51に取り付ける際、固定リングのネジ穴を利用したのですが、これが斜めに面が切られているので、ガイド鏡も鏡筒の斜め上につけることになり、カメラの水平垂直が崩れました。そのため、キャリブレーション時にガイド星が斜めに動いていきました。これでもきちんとキャリブレーションできるので特に問題はないのですが、カメラだけガイド鏡に対して45度程度回転させて水平、垂直を合わせておけばよかったかもしれません。








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。

 

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