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雲の上には宇宙(そら)
雪国越後にて、30年ぶりに天体写真に再チャレンジ!
ステラショット3で『オフセット』にけりを付ける?(その2)
2024年01月22日
|
画像処理のはなし
”初撮り”の作品も撮れないまま、月はすでに上弦を過ぎ満月期に。
ここはじっくり腰を据えて
CMOSカメラ
の
オフセット
について検証してみたいと思います。
まずは
オフセット
とは なにか?
から。
これまでの「上越天体写真友の会(J-APA)」の勉強会で得た知識から
CMOSカメラ
の撮影で各ピクセルでの作業手順を要約すると・・
➀
露光開始で
PD
(フォトダイオード)
が、受けた
光子
を
電荷
に変換して蓄積を開始する
②
設定した露光時間に達したら、蓄積した
電荷
を
電圧値
に変えて読み取る
・・・・・
③
読み取った
電圧値
(アナログ値)は、
ADU
(アナログ・デジタル変換ユニット)
により、
・・・・・・
・・・・・・・・
定められたビット数の
グレースケール値
(デジタル値)に変換される
もし 上の手順の
③
で計測された
電圧値
(アナログ値)が、
PD
の感度のばらつきなどから
ADU
により、本来”
1
”以上の
グレースケール値
(デジタル値)を得るべきものが
”
0
”として切り捨てられる危険があります。
特に低輝度データが重要な意味を持つ分野では、これを防ぐための方策が必要となります。
その方策が
オフセット
(バイアス
ともいう
)なのだと思います。
具体的には
③
で、
グレースケール値
(デジタル値)”0”に相当する
基準電圧
(アナログ値)を
変更する
(わずか下げる)
ことにより、グレースケール値を底上げ
(下駄をはかせる)
して、
”0”で切り捨てられる事を防いでいるのだと思います。
以上を踏まえて、検証した結果の報告です。
Ⅰ.
ステラショット3
で
ASI533MC
の適切なオフセット値を求める
手順
1. 低輝度画像の取得
まずは、検証する
CMOSカメラ
の輝度”
0
”付近の画像を取得します。
これは意外に簡単で、昼間の室内でも大丈夫です。
具体的には
(以下、
ステラショット
3
の場合で説明)
➀
検証したい
オフセット値
を設定
(注1)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・
②
検証したい
Gain
を設定
(注2)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
③
明るい外光が入らない様、カメラにキャップをする
(注3)
④
設定可能な最も短時間の
露光時間
を設定して露光
(注4)
・・
(注1)・・・・・
ステラショット
3
ではカメラ”
接続
”の横の”
設定
”ボタンで「冷却」設定と合わせて「
オフセット
」設定が可能
・・・・・・・・・・・
*「冷却」についてはごく短時間露光のため、必要なし
(注2)・・・・・
Gain
を上げると輝度レベルの幅も広がるため、適切な
オフセット値
も変化します
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(注3)・・・・・カメラキャップをして良いなら、既存の”ダーク画像”でも良さそうですが、
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
こちらは実際の撮影に合わせた露光時間で
ダークノイズ
を取得するのが目的のため使えません
(注4)・・・・・わたしのカメラ
ASI533MC
では32μSecが最低露光時間ですが、”露出[秒]”のスライドバーで設定できました
手順
2. ヒストグラムを使って低輝度画像を検証
ヒストグラムを見ることができるツールが必要ですが、わたしは
ステライメージ9
を使いました。
それでは検証用に撮った画像のヒストグラムですが、まずは
オフセット値が0
の場合
Gain
は推奨とされている(?) ユニティゲインの100です
ヒストグラムの輝度レベル表示幅(
△
から
▲
の間)を50まで狭めて拡大しています
上の
オフセット値”0”
のヒストグラムからわかる事は、
輝度レベル”0”のピクセルが一番多くなっているものの、
その中には
PD
(フォトダイオード)感度のばらつきから、本来”4以上”
(注5)
となるべきものが
含まれているかも知れないということ。
(注5)
・・・・”1”ではなく”4”と書いたのは、
ASI533MC
の
ADU
は14ビットなのですが、
ZWOのカメラではそれを4倍して16ビットの輝度レベルにそろえて出力しています。
ヒストグラムの棒グラフの間隔が空いている
(4レベルの間隔)
のはそのせいです。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (参考に) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
今回の検証では、オフセット値、Gain値をいろいろ替えて画像を何枚も撮っているのですが、
「
画像情報
」の [
FITSヘッダ
]の 表示で 撮影画像の
オフセット値
、
Gain値
を確認することができます
( 画像クリックで拡大表示できます ) *露光時間は小数点以下2ケタまでしか表示されないため、32μSecが 0.00となっています
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
それでは、いよいよ
オフセットを設定
すると、どうなるかですが ・・・
前回記事
で気になった、
オフセット設定
にあった 謎の[
デフォルトに戻す
]ボタン。
このボタンを押すと、わたしの
ASI533MC
ではオフセットに”
1
”が表示されたので、
まずはこのオフセット値で検証してみました。(Gain100は変わらず)
棒グラフが伸びきったため、右側に
「ピークを表示」
モードのグラフも追加
なんと、予想に反して
オフセット値
が0から
1
になっただけで、ヒストグラムが大きく変化!
オフセット”0”ではピークは1未満だということしか言えなかったのですが、
オフセット”1”では右側のグラフから、輝度レベルのピークが20くらいになったことがわかります。
これでも十分
オフセット
の効果は得られたわけで、
オフセット設定時の[
デフォルトに戻す
]ボタンで設定されるオフセット値は、
額面通りカメラメーカーが設定したデフォルト値(プリセット値)なのかも。
ちなみに、他のカメラではこの[
デフォルトに戻す
]ボタンでどう設定されるのか?
私より早く
ステラショット
3
を購入していた お仲間に調べてもらったところ、
同じメーカーの
ASI294MC Pro
では”
8
”、
ASI385MC
では”
1
”が設定されるそうです。
ということは、ますますカメラごとに定められたデフォルト値ではないのかとの思いから、
再び開発元のアストロアーツに問い合わせ中です。
(なんでデフォルト値を設定できるのかもふしぎだったので ・・)
アストロアーツからの回答はまだ届いていないのですが、気持ちが焦って
オフセット設定が不可の
ステラショット2
で同様の短時間露光の画像を撮りなおして比較したところ・・・
(注)
ステラショット2
のゲイン設定スライダーでは100とならず102となります
ステラショット
3
のオフセット値”
1
”のグラフと
完全に一致
しました。(画像コピーではありません)
つまり、オフセットの設定ができない
ステラショット2
では
ステラショット
3
のオフセット設定で[
デフォルトに戻す
]ボタンで表示されるオフセット値が適用されている事がわかりました。
つまり
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
これまで
ステラショット2
で多くの時間を費やして作成してきた撮影画像はむろん、
貴重な
ダーク画像
・
フラット画像
ファイルはオフセット値
1
で作成されており、
ステラショット
3
で
オフセット設定
を[
デフォルト値
]とすれば、
これからも「ダーク減算」「フラット処理」に使える。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
ということです。
これで今回の検証の大きな目的の一つが判明しましたが、
書く方だけでなく、読むほうもお疲れかと思いますので、続きは次回に。
次回からは
Gain
を変えた場合でもオフセット値はデフォルトでよいか?
更に欲張って
持論の『
天体写真ではオフセットはあまり気にしなくてよい?
』についても検証できれば。
= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
これまで
ステラショット2
で作成した大量のダーク・フラット画像が
今後も活用できそうなことがわかって、ホッとしています。
衝動買いに近い
ステラショット
3
購入の意味があった、という事も含めて。
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