前回示したように、画像の一部でドップラーシフトの連続変化が見えるなら、頑張れば画像全体でも見えるはずです。


今回は、全画面でのドップラーシフトをアニメ化する方法を探ってみたいと思います。いい機会なので、JSol'Exの強力なスクリプト言語のImage Mathを使ってみようと思います。



まずは連続波長ずれ画像（静止画）を出力する一番簡単な方法です。

とりあえず、JSol'Exでserファイルを開いて、「Custum prosess」を選んで「Mode」を「Simple」にして、下の「Select all」ボタンを押し、右上の数字が並んでいるところに「-10;-9;-8;-7;-6;-5;-4;-3;-2;-1;0;1;2;3;4;5;6;7;8;9;10」などと入れてやって、-10pixelから+10pixlelまでシフトした画像を生成してくれます。

autostrerchフォルダなどに出力された21枚の画像を、適当なツールを使ってアニメ化するというのが、まずは一つ目の簡単な方法になります。例えば、PixInsightのBlinkで動画化することができます。

実際に作って見ました。ブログに載せるために縮小してgif化してますが、これだけでも迫力があります。

一旦はこれで作ったのですが、でもまだまだ不満が残ります。



まず、どれだけ波長がシフトしているかの数字を画面内に入れたいのですが、なかなかいいツールが見つかりません。高々20枚ほどなのでPhotoshopなどでマニュアルで入れるのでも構いませんが、JSol'ExのImageMath機能を使うと、さらに細かいことが色々できるみたいです。せっかくなので、ここで使い方を一通り把握しておきたいと思います。

まず、マニュアルや解説に相当するページですが、以下の4つくらいでしょうか。

https://melix.github.io/astro4j/3.3.1/en/jsolex.html
https://melix.github.io/astro4j/3.3.1/en/imagemath.html
https://youtu.be/l6tb-UFC6Zs?si=oyHAQhvETiXK3iJe
https://youtu.be/8XKzFcmvqfI?si=GXIArv_YOCPATGgI

上の2つはバージョンごとにページがあるので、今使っているバージョンのものを見るといいでしょう。アドレス内の数値を自分のバージョンに合わせてください。いっそのこと最新バージョンの3.3.1を落とすのもいいでしょう。このJSol'Exですが、まだ開発絶頂期の範囲なのか、バージョンアップの頻度がものすごいです。私が使い始めたわずか2週間の間に、3.2.1から3.2.2、3.3.0、3.3.1と、3回もアップデートしています。

下の2つは動画ですが、1つ目は基礎からImageMathまでわかりやすく英語で解説してくれています。え？日本語でないからわかりにくい？いやいや、2つ目の動画はImageMath専用の解説ですが、フランス語です。私は大学でフランス語を選択してましたが、今では全くわかりません。作者が解説してくれているJSol’Ex関連のビデオは結構たくさんあります。

https://melix.github.io/blog/jsolex.html

でも見てみるとわかりますが、21本中英語版はわずか3本、他は全部フランス語です。なので英語にしてくれているものは大きな情報源になり、かなり助かります。でもフランス語でも画面を見ているとわかるところもあり、特にImageMathについてはソースコードを見るとわかることも多いので、多少は役に立つと思います。というか、他の方のものなども散々探しましたが、どうもこれくらいしか解説はないようです。



実際にImageMathを触るときは、まずはサンプルコードを見るといいでしょう。JSol'Exのメニューの「Tools」から「Image Math editor」を選びます。出てきた画面で「Sample scripts」を押すと、いくつかの例が出てきます。


この中で一番わかりやすいのは「Technical card」でしょうか。Full modeで緯度とか経度が書き込まれるcardという画像が出ていますが、それと同じ画像を作るスクリプトです。中身はこんな感じです。





まずはこのスクリプトを、そのままSaveボタンを押して適当な名前をつけてどこかに保存してみてください。

次にserファイルを開いて、「Custum process」に進んで、出てきた画面の右上の「Mode」を「ImageMath」にします。右横の「Open ImageMath」ボタンを押してエディタを開き、「Load」ボタンを押して先ほど保存したファイルを開きます。

もし先ほどのスクリプトを保存していない場合は、ここであらためて「Technical card」を選択してもいいですが、SaveしてLoadせずに進めると何も読み込まれない状態になってImageMathの処理がされないので注意です。それから、ここで開いたサンプルファイル一覧では、「Tools」から「Image Math editor」から開いた場合で見たサンプルファイル一覧に出てくるものより少ないものしか出てこないので、これも注意です。なので、サンプルファイルは基本的にはメニューの「Tools」から辿って開くようにした方がいいいです。

Image Math editorの「Ok」ボタンを押し元の画面に戻って、「Unselect all」を押します。これでImage Mathの処理のみが行われるので時間の節約になります。JSol'Ex上に処理された緯度経度情報が入った画面が表示されると思います。その後のスクリプトの改造ですが、この画面の右下にImageMath scriptという場所があって、そこに先ほどのソースコードの内容が表示されていると思います。ここをいじっていきます。

手始めに、このモノクロのcard画像をカラー化してみましょう。

まず[param]、[tmp]、[output]の3つのパートに分かれているのがわかります。[param]は変数 (数値) の定義、[tmp]は内部的な画像処理で、[outputs]で指定されたもののみが実際の画像として出力保存されます。

改造のための情報を得るために、関数リファレンスページでコントロールキーとFキーを押すなどして「color」などとページ内検索します。どんなコマンドを使えばいいかはこの関数リファレンスページの関数一覧を一通り読むか、他のサンプルファイルを読み込んでみるといいでしょう。検索すると「COLORIZE」という関数が出てきます。使用例には


などと書かれていますが、これを参考にします。例えば今処理しているcardスクリプトでは[tmp]の最後にglobeという画像が出来上がっているので、同じ[tmp]のところに

colorized=colorize(globe;"H-alpha")

という1行を追加して、colorizedという変数に画像を入れてみましょう。上の使用例と結構違っているので注意が必要です。それぞれの引数の間は「, (カンマ)」ではなくて、「; (セミコロン)」が標準みたいです。カンマでもいいみたいなのですが、サンプルコードでは全てセミコロンになっているので、私もセミコロンで統一することにしました。あと、引数のところの「img」とか「profile」は入れても入れなくてもいいみたいですが、入れるなら全て入れて、入れないなら全て入れないようにしないとダメみたいです。他のサンプルコードを見ると、入れない方が標準みたいです。

あとは、[output]の中の1行を

techcard=draw_solar_params(draw_obs_details(colorized))

のように書き換えて、先ほど作ったcolorizedを引き継ぎます。これでもう一度JSol'Ex画面右下のImage Math Scriptの「Run」ボタンを押して走らせるとカラー化された緯度軽度情報が入った画像が出来上がる位はずです。ただし、ここで書き換えたスクリプトはあらわにセーブしないと、再度立ち上げた時には元のモノクロの状態のスクリプトしか残ってないので、気をつけてください。

ちなみに、ここで出来たカラー画像ですが、フルモードなどで自動で作ったカラー画像とは色使いが違います。自動処理の方のカラー化はもう少し凝ったことをしているようです。



ここまででImage Mathの使い方のきっかけくらいは掴めたのかと思います。次は目的の全景のドップラーシフトアニメーションを作ってみましょう。といっても、これもサンプルファイルがあります。同様にImage Math editorで見えるサンプルリストの中から「Continuum animation」を選びます。以下のような内容です。





このコードをそのまま使ってもいいのですが、前回のアニメであったような波長などの書き込みはありません。ここでは練習として、動画の各画像にテキストで波長を書き込んでみましょう。

使うコマンドはdraw_textです。[tmp]の最後に1行

を付け加えます。200とか2900は位置なので、自分の画像の大きさに合わせて適当に数字を変えてください。%SHIFT%はリファレンスマニュアルのdraw_textのところに書いてありますが、あらかじめ予約されている変数で、単位がÅに換算されたそれぞれの画像の波長のずれを表します。72はフォントの大きさです。こちらも適当に変えてください。FFFFFFは色で、RGBを各2バイトで表していて、この場合はRもGもBも255で一番明るくしてあるので白色になります。

[outputs]内では、最後の行を以下のようにtext_added変数を引き継いだ形に変更します。




走らせた結果ですが、以下のようになります。ブログにアップロードできるように、元々出力された3040x3040のmp4ファイルを600x600のgifに落としています。無事に数値が入って、わかりやすくなりました。

• 撮影日: 2025年6月18日7時13分
• 撮影場所: 富山県富山市自宅
• 鏡筒: Takahashi FC-76(f600mm、F7.9) 
• 分光器: SHG700
• 赤道儀: Celestrn CGEM II
• カメラ: ToupTek G3M678M
• 撮影: SharpCap Gain 200 (=6dB)、露光時間1ms、ROI: 3840x100、平均381fps
• 画像処理: JSol'Ex

これでももう結構十分で、ここでフルサイズの画像をアップしてもいいのですが、追加でもう一つ手法を紹介します。



Image Mathをある程度見てみて、上の動画まで完成させた後に、もっとはるかに簡単に全景画像を作る方法があることを知りました。悔しいですが、紹介しておきます。

処理したいserファイルを、Quick modeで一度処理します。出てきた画像の上で、コントロールキーを押しながら左クリックで処理したい部分を選択します。そして右クリックして「Create animation or panel」を選択します。


すると次のような設定画面が出るので適当に設定して「Generate」ボタンを押します。

時間がかかりますが、処理が終わると以下のような画像と動画ができます。


上の動画はブログ用に縮小しています。フルサイズの動画はここにおいておきました。どうもショート動画になってしまうようですが、かなりの解像度なのでぜひ全画面化や、さらに拡大して見てみてください。

この領域選択はどこでもできます。最初からこんな大きな全景範囲で処理すると大変なので、まずは小さなサイズで試してみるといいと思います。例えばプロミネンスなどです。


この便利な機能、マニュアルにも記述がないみたいです。



今回は3通りの全画面の連続波長ずらしのアニメ化の方法を示しました。本当は2つ目までだったのですが、一旦2つ目までの記事をほとんど書き終えてから3つ目の画像の一部選択の方法があることを知りました。まさか全画面ではできないかと思っていたら、あまりに簡単にできてしまったので、悔しかったですが紹介することにしました。でもまあ、Image Mathの使い方がわかったからよしとしましょう。

次の記事はこのドップラーシフトの全景画像を使って、色々議論したいと思っています。

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前回から始めたSHG700の応用編。


第1回目は波長を大きくずらし太陽表面をさまざまな輝線で見てみました。今回はHα周りで波長をずらしたらどうなるかを見てみます。といっても、これもJSol’Exの標準機能なので、応用というにはまだ物足りないかもしれませんが、それでもこれまであまり見たことのないものかと思います。



まず処理したいserファイルを改めて開きます。バッチモードでなく、単体のファイルを開きます。今回はフルモード、もしくはカスタムモードで全選択して処理を進めます。処理が済んだら、次に画面右の横向きになっているタブのうち「Doppler shift」を押すと次のような画面になります。


「Box size」は見たい領域で、デフォルトが256x256ですが、出来上がり画像としてはちょっと狭いので512x512くらいがいいかと思います。

ここで選ぶレッドシフトのAからEの領域ですが、これは解析した画像の「redshift」フォルダの中に入っている画像を見ると、ドップラーシフトがあった場所に四角いマーカーが追加されていて、AからEくらいまでのアルファベットで区別されているのがわかります。
全部選ぶとかなりの処理量になるので、今回は形が面白そうな真ん中近くのBを選んでみました。

ちなみに、最初全部選んで16GBメモリのWindows Surface8で処理したら、メモリ不足で止まってしまい最後まで辿り着けませんでした。そのため、Bを一つだけ選んで、しかもJSol‘ExのARM Mac版をダウンロードし、32GBのメモリを積んでいるM1 Macで処理することにしました。普段太陽用に使っているWindowsのSurface 8より、普通の処理でさえも相当速いことがわかったので、今後重い処理はMacの方が楽そうです。

「Pixex shift margin」は余分にどれだけ見るかみたいですが、とりあえずデフォルトの2でいいでしょう。あとは「Type」で静止画と動画の両方を選び、「Annotate animations」をチェックし数字を波長などの画像内に埋め込みます。「Use full range in panels」もオンでいいでしょう。オフだとプラス側だけの波長になりますが、オンにするとプラスとマイナス両側の波長が処理され、速度が正と負でどう画像に違いが出るかがよくわかります。これで画面下の「Generate」ボタンを押して処理を進めます。かなりの時間がかかるので放っておきましょう。

全部の処理が済むと、今回ずらした全ての波長をパネル城に並べた1枚の画像と、連続表示した動画ができます。静止画の中の各画像に数値が入っていますが、これがどれくらい波長をずらしたかと、それに対応した速度差になります。

「Profile」タブで見ると、私の機材だとHα線周りでは0.091Å/pixelになることがわかっていて、 このことから1枚1枚が、1ピクセルずらした処理に相当していることがわかります。

同時に出力される動画はmp4形式です。ここではブログに載せやすいように、以下のようにffmpegでgif形式に変換しました。

ffmpeg -i sample_redshift-B.mp4 -filter_complex "[0:v] fps=10,scale=480:-1,split [a][b];[a] palettegen [p];[b][p] paletteuse" output.gif

動画はすごいですよ。


波長がズレると見える模様と見えない模様があることがわかります。これは地球から見た時のHαからの速度ずれが起こっていて、ドップラーシフトを起こした結果だと考えているわけです。

ところでこの動画、どうやらその上で示した静止画の1枚1枚をそのまま繋げているだけではなくて、滑らかに見せるために、隣同士の画像の間の画像を補完して動画化しているようです。その証拠に、中心波長の次が0.02Åとかのあり得ないくらい細かい値になっています。近くの2枚の画像の比率を変えてブレンドしたりしているのかと推測します。中間的な波長は真の波長シフトとは違うかもしれませんが、波長の間をシフトさせて見たい時にはこの手法は使えるのかもしれません。



ここで一つ疑問が湧きます。そもそも、例えばこのgifアニメに写っている、前半と後半で見え方かが変わってくる例えば真ん中の黒い模様は、元々はHαの波長のみで存在しているものなのでしょうか？それとも、Hαの吸収線で周りの波長からの光が暗くなるから、Hα吸収線の底の部分が見えてくるだけで、そこで見えているものは他の波長も暗くできるなら他の波長でも見えるものなのでしょうか？

もしこのドップラーシフト画像が正しいなら、元々はHα線を中心にHα線のみに存在する輝線で、その上や下の波長では見え方が違っていて、地球から見た速度に差があるからHαからズレた波長でも見えているということになります。

その一方、例えばプロミネンスはこれまでHα線のみで見えると思い込んでいましたが、CaKで見た時も同様の形が見えることを今回初めて知りました。Hαで見えてCaKでも見えるのなら、他の波長にも存在していると考えて不思議はなさそうです。そうするとドップラーシフトで見え方が変わるということと矛盾してしまう気がします。

暗線なのか輝線なのかという問題になるのかと思います。まだ自分の中で結論が出ていないので、今後もう少し検討したいと思います。



ドップラーシフトがある領域を、波長をずらして見てみました。かなり面白いのですが、これでもJSol'Exの標準機能の一つにすぎません。さらにImage Mathと呼ばれるスクリプトを使うと、もっと色々なことができるようで、どんどん応用になっていきます。これらの件、今後もう少し突っ込んで進めてみたいと思います。

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