続・撮影画像(ﾍﾞｲﾔｰ配列)で見る、デジ一眼とCMOSカメラのちがい

前々回の記事からの続きになります。
今回は撮影された生(RAW･ﾍﾞｲﾔｰ配列)画像の輝度データを使って、デジ一眼[EOS 6D] と CMOSカメラ[ASI533MC]の違いを調べてみます。今回 検証に使う画像はさんかく座のＭ３３銀河にしました。
前回同様 処理完了後の画像の紹介から（すでにブログ掲載済の画像ですが ･･）<デジタル一眼 EOS ６D　↓（　縦（ﾀﾃ)構図のため北は右の方向になります　）撮影ＤＡＴＡ　：　２０２１／ １０／１１　００：２０’～　Vixen ＶＣ２００Ｌ＋ﾚﾃﾞﾕｰｻｰＨＤ(合成 fl= １３８６mm Ｆ６．９）
露出 １０分 × ８枚 ＋ ２分 × ８枚 　ＩＳＯ ６４００　ＬＰＳ－Ｄ１ EOS６Ｄ （HKIR改造）その他 撮影データおよび撮影時のブログ記事は →　こちら
CMOSカメラ ASI５３３MC Pro　↓撮影ＤＡＴＡ　：　２０２３／ ８／ ２５　０１：３６’～　Vixen Ｒ２００ＳＳ＋ｺﾚｸﾀｰＰＨ　（合成ｆl＝７６０㎜ Ｆ３．８）
露出 １８０秒 × ３９枚 　Ｇａｉｎ２０４　ＬＰＳ－Ｄ１ ASI５３３ＭＣ Pro（冷却 -5°）その他 撮影データおよび撮影時のブログ記事は →　こちら
各画像の処理前の撮影画像(RAW･ﾍﾞｲﾔｰ配列) から１枚を選び、同じ撮影個所の輝度レベルを比較しました。　↓（注１）５３３ＭＣの輝度レベルはＡＤコンバータ（１４ビット）で得られた値をｘ4倍して１６ビットで保存されているため、ステライメージのピクセル情報で得られたレベル値を１／４に戻して比較しています。････････････････････････ ( その際に、保存されていた輝度レベルはすべて４の倍数であることが確認できました ）･･････････････････････（注２）EOS６Dの撮影画像のうち、２分露光の中から１枚を選んで比較しています。･･････････････････････････････････････････輝度レベルはＡＤコンバータ（１４ビット）のまま保存されているらしいので、そのまま使用しました。･････また５３３MCの画像範囲に合わせるため、トリミングおよび向きを合わせるため画像を回転しています。････
とりあえずデジ一眼・CMOSカメラの撮影画像の同じ星、同じ星雲・背景の輝度レベルを比較すれば何かしら違いが見えてくるだろうと考えて始めたのですが、そう簡単ではないことがわかりました。苦労の末に作成したグラフです。　↓＊ほとんど生のままで処理が行われていないと思われる533MCの輝度レベルを基準として横軸に、･･･････RAW（生）画像とは言え、画像の処理・加工が疑われるEOS 6Dの輝度レベルを縦軸にしてあります
どこが簡単でなかったかというと･･･①. 輝度レベルはステライメージのピクセル情報（５×５ﾋﾟｸｾﾙの範囲）の機能を使ったのですが、ベイヤー配列（G･R･G･B）の画像のため、隣の画素の輝度レベルが大きく異なり･･･クリックする場所が１画素違っただけで輝度レベル（２５ピクセルの平均値）が変化する。②. 両者の特性を2本のグラフで比較しようにも 共通のパラメータが見つからない。････････
結局、上記のグラフ作成にあたっては①については、２５ピクセルの平均値ではなく、最大値（Gの輝度レベル）とすることで安定。②については、533MCを基準の横軸とするという苦肉の策で対応。･･････････････････････
輝度レベルを測りなおしたりして１日以上かけて 作成したグラフですが、それなりにデジ一眼とCMOSカメラで以下の違いをみることができます。
［ちがい１］ 最低の輝度レベル（背景の空の明るさに相当）が EOS6Dでは2465と高く、ちなみに533MCの同じ場所の背景の空のレベルは 374と低かった。･･
この原因のひとつとして考えられるのが、撮影時のカメラ温度の違いによるダークノイズダーク減算 を行って再度測定したところ■EOS 6D･･･外気温＋１９.3℃ (冷却なし) 　　 減算前 2465 ⇒減算後 389 ■533MC･･･冷却 -５℃･････････････････････ 減算前　374 ⇒減算後 369ダーク減算でEOS6Dの背景レベルが533MCとほぼ同じになった！背景レベルの差は、両カメラの温度差約２５度によるダークノイズが原因と断定。（苦労した割には平凡な（？）原因となりました）

［ちがい２］ EOS6Dは 14ﾋﾞｯﾄADコンバーター（ Max16383レベル）のはずが･･････14000付近で頭打ちとなっている。･････････････････････････････ちなみに533MCでは飽和の始まった明るい星で最大値16383ﾚﾍﾞﾙとなっている。この違いについては ･･･ わかりましぇ～ん！？
そもそも[ちがい１]の原因が拍子抜けする結果だったことで探求する気力がなくなってしまいました。

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11月の新月期は533MCのﾕﾆﾃｨｰｹﾞｲﾝに挑戦したいです。
ウォーキングの途中で見つけた野草です” ノダケ ” という野草のようですが こんなにきれいな時期もあるんですね（訂正）その後、これはセリ科の”シシウド”の仲間とわかりました

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月の静止画は､ASI533MCとAviStackで決まり！?

記事の流れで行けば 前回記事の続編になるのですが、一昨日（22日）の夕方 上弦の月が見えていたので急遽機材を設営して撮影。西からじきに雲がやってくる予報でしたが、電柱や電線群と薄雲の間隙を縫って高度低めの月を撮影しました。
ライブビューで見る月面はかなり揺れていたので、エクステンダーによる拡大なしでＶＣ２００Ｌ反射鏡筒で撮影。カメラは購入して約半年のｶﾗｰCMOSカメラＡＳＩ５３３ＭＣで、ユニティーＧａｉｎの１００の他に初めてＧａｉｎ３０でも撮影。（実はＧａｉｎ０でも撮ったのですが、撮影中に雲が通過して使えず）昨日１日かけて画像処理を行ったのですが、思わぬ収穫がありました。
初めてユニティゲインより低いGain３０で撮った上弦の月です。（クリック箇所により北部・南部に分けて　元画像の６０％サイズで表示）撮影ＤＡＴＡ　：　２０２３／１０／ ２２　１９：５０’　Vixen ＶＣ２００Ｌ（合成ｆl＝１,８００㎜）露出０．０５秒（１／２０秒相当） × ３２枚 ×２モザイク　Ｇａｉｎ３０　ASI５３３ＭＣ Pro　タカハシ ＥＭ－２００ Ｔｅｍｍａ２Ｍ　　ステラショット２（導入・撮影）　ステライメージ９（画像変換・トーンカーブ）　ＡｖｉＳｔａｃｋ（コンポジット・ウェーブレット処理）ﾏｲｸﾛｿﾌﾄ Ｉmage Ｃomosite Ｅditor（モザイク結合）
露出時間も同じでＧａｉｎのみ ほぼユニティーゲインの１０２で撮った画像と比較してみました。
（いずれも等倍表示の画面コピーを使用）

（　＊Gain１０２の撮影時は薄雲の通過があったようで 少しボケ気味です　）ほとんど同じような画像となりましたが、Gain１０２の方は明るい部分の飽和が目立ちました。
コンポジットが終わった画像のヒストグラムからも Gain１０２が露光オーバーであることが見てとれます。↓撮影画像ですでに飽和（白飛び）していたのでは、処理のしようがありません！！
今回の検証結果では、ユニティーゲイン１００で 飽和しない露出時間での撮影が良いという結論に。（　＊ASI５３３MCの特性図では Gainが１００より下がると読み出しノイズが大幅に増加しています　）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・今回の記事の冒頭に”思わぬ収穫が･･”と書きましたが、それは月の画像処理に最適なＡｖｉＳｔａｃｋが息を吹き返したこと。
AviStack は月の写真を撮りだした１０年くらい前から月の静止画像のコンポジットには､これに勝るものは無い！とほれ込んで使ってきました。特に処理の過程で現れるアートフルな画像は、単なる画像処理ソフトの域を超えています。↓
おなじみのRegiStaxでも月の静止画像のコンポジットは可能ですがAviStackは大気でゆらぐ月面の画像を無数の細かいエリアに分割し、各画像を越えて そのエリア毎に良否判定を行って重ね合わせていくという、信じられない処理を行っています。
ところが撮影画像の枚数が増えたころから最後のスタック処理が終わると警告メッセージが出て終了することが多発.。　↓>警告文の中に”memory"　の文字があることから 「PCのメモリの不足」と思い込んでいたのですが今回の「上弦の月」の処理で原因が別にあったことがわかりました。それは･･　（興味の無い方は読み飛ばしてください）ＡｖｉＳｔａｃｋでは最初に基準とする画像を選んで基準点を指定するのですがその基準を元に無数の小エリアの基準点も作成されます。”警告”は画像の中でその基準点の一部がないものがあることから出されたものでした。なぜ一部の基準点がない画像が発生するかですが月は星とは別の動きをしており、赤道儀で追尾していても次第にズレていきます。その結果、はじめに指定した基準画像の基準点の一部（画像の端）が撮影中のズレのため無い画像が発生する。という訳です。”警告”を出さない方法としては、各撮影画像からズレる方向を見極め全画像を通じてズレても隠れない側（最初か最後）の画像を基準画像に選択する。
この”警告”の意味と対策がわかった結果なんと５３３ＭＣの画像の場合３２枚一気にコンポジットができました。もしかしたら６４枚でも可能かも？（次回 試してみます）
先月撮った「中秋の名月２０２３」の処理の際もこの警告が出るのが理由でRegiStaxで処理を行っています。今回 AviStackでも処理をしてみましたので比較してみます。比較用画像はまだあるのですが、ＡｖｉＳｔａｃｋが見掛け倒しでないことはわかってもらえたと思います。もう月の静止画でRegiStaxの出番はないでしょう。
もののついでにAviStackで処理しなおした中秋の名月２０２３です。（　画像クリックで当ブログ最大サイズでご覧ください･･･といっても元画像の３８％に縮小していますが　）

= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =先週の土日は地元上越市で「第18回越後・謙信SAKEまつり2023」がコロナ禍で〇年ぶりに開催されました。土曜は雨で心配されたのですが、日曜は晴れたので日本酒には詳しい娘と高田まで出かけてきました。会費を払ってもらったおちょこで試飲して回るのですが、これだけでも結構ほろ酔い気分に。食べ物店の出店も多くて 家族連れで大賑わいでした

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撮影画像(ﾍﾞｲﾔｰ配列)で見る、デジ一眼[6D]とCMOSカメラ[533MC] のちがい

気が付けば一夜も撮れずに10月の新月期も終わろうとしています。ブログ更新も ずうーっとしてなかったのですが個人的には「上越天体写真友の会 J-APA」の月例の勉強会の進行役の資料作成やら、「星のふるさと館」主催で11月から開催される『令和5年度 星の文化祭』に展示の写真をプリントしたりと結構あわただしく過ごしていました。しかしながら やはりこの趣味は星が見えないことには・・・
ブログでぼやいてばかりでは見に来ていただいている方に申し訳ないので、先日の勉強会テーマ「ＣＭＯＳカメラとの付き合い方」関連で調べた内容をネタに久々のブログ記事としたいと思います。
勉強会用の資料づくりで、いやになるほど「ＣＭＯＳカメラの原理」とか･･ ネット検索しまくったのですが あまり深入りしても頭がついていかないので、発想を変えて実際に撮影した画像 を元に デジタルカメラ と ＣＭＯＳカメラ の違いを見てみようというのが今回の記事のテーマです。
まずは 比較する処理完了後の各画像の紹介です。デジタル一眼 EOS ６D　↓撮影ＤＡＴＡ　：　２０２３／ ３／２０ ０１：２９’～　Vixen ＶＣ２００Ｌ( fl= １８００mm Ｆ９）
露出 １５分 × １０枚 ＋ ５分 × ６枚 　ＩＳＯ ６４００　ＬＰＳ－Ｄ１ EOS６Ｄ （HKIR改造）その他 撮影データおよび撮影時のブログ記事は →　こちら
CMOSカメラ ASI５３３MC Pro　↓撮影ＤＡＴＡ　：　２０２３／ ５／ ９　２２：５６’～(5/10)０１：２０’　Vixen ＶＣ２００Ｌ　（ｆl＝１，８００㎜）
露出 ３００秒 × ２１枚 　Ｇａｉｎ３００　ASI５３３ＭＣ Pro（冷却-10°）その他 撮影データおよび撮影時のブログ記事は →　こちら
これ以降は撮影画像（ベイヤー配列）での比較になりますが、カラー変換は無論 ダーク減算、フラット処理など一切の処理を行う前のＲＡＷ画像での比較になります。（　いずれの画像もステライメージ９を使用して作成しています　）
■撮影画像ファイルの一覧撮影後に保存された生の撮影画像（ＲＡＷモード）の一覧ですが、すでにCMOSとデジ一眼の違いがみられます。ちがい①････ 各画像ファイルサイズ（ﾊﾞｲﾄ数）が、533MCはすべて同じ、６Dはすべて違う！（注）”サイズ”は画素数の事ではなく、画像データのファイルサイズ（バイト）のこと
ちがい②････ １画素あたりのバイト数が、533MCは ほぼ２バイト（１６ビット）だが、６D はそれより小さく ばらばら
●上の画像ファイルのデータから１画素あたりのバイト数を計算すると●５３３ＭＣ　１８,１００,８００ ÷　（３００８×３００８）＝２．０００５１６･･･ で ほぼ２バイト ⇒１６ビット●６D　(IMG 1282で)　２６,８８８,０７４ ÷　（５４９６×３６７０）＝１．３３３０５１･･･ で 約１．33バイト ⇒１０．66ビット
実は検索でしらべた結果、ＣＭＯＳカメラは輝度値をすべて16ビットのグレイスケール値として出力しているらしい。このため、ADコンバーターが12ビットなら×１６倍、14ビットなら×４倍と、ADコンバーターの出力を演算により１６ビットに引き伸ばしているとのこと！！ほんまかいな？
勉強会の中で、ヒストグラムを使えばその証拠が見れるということでやってみました （ヒストグラムの表示範囲をどんどん狭めていくと･･） ↓上から火星大接近の時に購入したASI224MCでADコンバーター１２ビット、ASI533MCは同１４ビット、EOS 6DもADコンバーター１４ビットです
確かにASI CMOSカメラでは整数倍に引き伸ばすことによりヒストグラムが等間隔で歯抜けになっていました。見た目は１６ビット諧調ですが、実際は引き伸ばし（水増し？）であり、画像処理時に これをどう考慮すればよいのでしょうか？
それにくらべてデジ一眼６Dでは ADコンバーター値の引き伸ばしはないようですが、逆に１画素当たりのファイルサイズは１４ビットよりかなり小さく、何らかの画像加工、データ圧縮（諧調圧縮も?）が疑われます。また ちがい①で見られた画像サイズが一定でない理由についてもRAW（生）画像とはいいながら ”CR２"というcanon独自の画像種別で何が行われているか？・画素のばらつきの低減や不良画素の処理などの最低限のノイズ処理・ISO感度調整やホワイトバランス調整・CMOSセンサーのアンプの制御(読出しモード,Gain,Offsetなど)や信号処理さらには サムネイル用のJPEG画像まで含まれているという 話も。

次は実際のベイヤー配列の画像の輝度レベルを比較していくのですが、整理途中のため　次回につづきます。

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月に二夜撮影できればブログでこんな苦労しないでよいのですが。

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さんかく座 Ｍ３３銀河、ﾕﾆﾃｨｰｹﾞｲﾝじゃないけど･･(その2)

４月に購入したASI533MC Pro の十夜目の実戦検証となった先月２４日夜。前回記事のまゆ星雲の撮影を終えた時点でまだ１時半。薄明すぎまで頑張れば、３分露光ならたっぷり60枚は撮れる勘定に。意気込んで選んだ撮影対象は・・
　さんかく座　Ｍ３３銀河 　（　元画像の ４５％に縮小　ほぼノートリミング　）（　 上 が 北 になっています　）撮影ＤＡＴＡ　：　２０２３／ ８／ ２５　０１：３６’～　Vixen Ｒ２００ＳＳ（ｺﾚｸﾀｰＰＨ）　（合成ｆl＝７６０㎜）露出 １８０秒 × ３９枚 （Ｇａｉｎ２０４）　ASI５３３ＭＣ Pro（冷却-５℃）　タカハシ ＥＭ－２００ Ｔｅｍｍａ２Ｍ　　ステラショット２（導入・撮影・ｵｰﾄｶﾞｲﾄﾞ）　ステライメージ９（画像処理）＊ダーク処理、フラット処理はまじめにやっています
あれ！　３分露光×６０枚じゃなかったの？
じつはSCW雲予報では２時には雲が来るというものでしたが、なんとなく朝まで撮れそうな気がして･･それでも３時半ころまでもってくれて、約４０枚撮る事ができました。
今回も露光不足を嫌って ユニティーゲインより 一段高めのゲインで撮影しているため、撮影画像で明るい星の中心部で飽和が始まっています。画像処理で更に星が飽和しないよう、これまでの画像処理方法を一部見直しました。
縮小なしで切り出したＭ３３銀河内の散光星雲と銀河中心部です　↓左上に見えているのは　Ｍ３３銀河にある巨大な散光星雲ＮＧＣ６０４ですなんとか荒れも目立たず、ナチュラルな画像になりました。
以前に フルサイズのEOS６D で２年かけて撮った画像の同じ範囲を切り出して比較してみました　↓総露光時間は２年かけて今回の倍の約４時間　撮影鏡筒も カメラも 画像処理も 今回と違っていますこちらの画像のブログ記事は　⇒　さんかく座Ｍ３３銀河（庭撮りではそろそろ限界 ?）

当ブログ恒例の「只今撮影中」ショットです　↓（　鏡筒の向いた方角に見える小さな□が今回の撮影範囲です　）２０２３年 ９月２５日 ０１時４６分～ Tamron Zoom（fl１７mm F２．８）３０秒×６枚 ISO１６００　ソフトフィルター使用　kiss ＤＸ（SEO-SP2）　三脚固定撮影
この時点ではまだ雲はなかったのですが、２時間後には西からやってきた厚い雲に覆われました。
= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =もう立派な（？）新月期になっているのですが、晴れません。１０年以上この趣味をやっていて 最大の問題は ”越後の雲まみれの夜空” だと、つくづく思います。
猛暑で葉が焼けてしまった「かたてま野菜」のサトイモの葉に　↓クロアゲハの幼虫かと思ったら、セスジスズメ というガ（蛾）の幼虫でした

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はくちょう座 まゆ星雲、 ユニティーゲインじゃないけど･･

ASI533MC Pro の十夜目の実戦検証となったのは先月２４日夜。ペリカン星雲での３段階のGainでの撮影を短時間で済ませて、その結果を受けて薄明が始まるまでの時間を展示会用作品づくりにあてる計画でした。
前回記事 を見れば、当然ユニティーゲインの Gain１００での撮影だと思われるでしょうが、それは後日 画像処理をした結果わかった事であって、当夜の判断では やはりGain１００ではあきらかな露光不足と判断して、Gain２００で撮影することにしました。
月が沈む直前からの撮影で １タイトル目に選んだのは　IC 5146　まゆ星雲 　（はくちょう座）（　元画像の ５０％に縮小　ほぼノートリミング　）（　 上 が 北 になっています　）撮影ＤＡＴＡ　：　２０２３／ ８／ ２４　２３：５４’～　Vixen Ｒ２００ＳＳ（ｺﾚｸﾀｰＰＨ）　（合成ｆl＝７６０㎜）露出 １８０秒 × ３０枚 （Ｇａｉｎ２０４）　ASI５３３ＭＣ Pro（冷却-５℃）　タカハシ ＥＭ－２００ Ｔｅｍｍａ２Ｍ　　ステラショット２（導入・撮影・ｵｰﾄｶﾞｲﾄﾞ）　ステライメージ９（画像処理）＊ダーク処理、フラット処理はまじめにやっています
ユニティーゲインの約３倍の輝度レベルが得られるGain２０４での撮影ですが、星の飽和（白つぶれ）は発生していないでしょうか？完成画像の星雲付近を切り出してステライメージで輝度レベルを調べてみました。↓（　画像クリックで 中心部が飽和レベルに達している星を 〇 で表示します　）完成画像では明るい星の一部で飽和が始まっていますが、この程度なら撮影画像での星の飽和は心配なさそうです。
比較のため2020/10に デジ一眼のEOS 6Dで撮った画像を切り出したものを掲載します。↓こちらはVC200L＋ﾚﾃﾞﾕｰｻｰHD（合成ｆｌ＝1，386㎜）での暗めの鏡筒だったためか、飽和している星はありませんでした。上の画像のブログ記事は こちら　⇒　”まゆ”というより、酸味ただよう「うめぼし」星雲
パッと見では大きな差はないようですが、今回の533MCの画像の方が彩度を控えめにしたにも関わらず カラフルでコントラストも確保されているように見えます。
前回のペリカン星雲よりは暗い対象なので、総露光時間９０分でユニティーゲインの Gain１００ならどうだったのか、興味深いところです。

久しぶりに恒例の「只今撮影中」ショットです　↓（　鏡筒の向いた方角に見える小さな□が今回の撮影範囲です　）２０２３年 ９月２５日 ０時０４分～ Tamron Zoom（fl１７mm F２．８）３０秒×６枚 ISO１６００　ソフトフィルター使用　kiss ＤＸ（SEO-SP2）　三脚固定撮影ご覧のとおりまだ雲はなかったのですが、もやっぽい空でした。

･････　追加で検証　･････前回記事の ペリカン星雲での検証で、Gain１０２が良好な結果だったのは、Gain102だけがフラット処理を行わなかったせいではないか？との疑問について の検証
今回のまゆ星雲はフラット画像が作成済みのGain２０４での撮影だったため、３通りのダーク、フラット処理の有無で画像処理を行って検証してみました。その結果ダーク処理・フラット処理の両方を行ったものが一番良好と思われる との結論に。
検証では 室内照明で作成したフラット画像での処理で 色調が大きく変化する事が再確認できました。３０枚コンポジット後の画像とヒストグラムです　↓（　左から　◆ダーク・フラットとも なし　◆ダークのみ実施　◆ダーク処理・フラット処理とも実施　）
① ダーク処理を実施しても、ヒストグラムの変化は少ない（533MCのダークノイズが極めて少ないため ?）② フラット処理を実施すると、カラーバランスだけでなく 輝度レベルも大きく変わる･･････････（注）②のフラット処理についてはカメラではなく、ステライメージ の処理によるものです
次回は５３３MCで撮った 系外銀河 No.2(?) の予定です。

= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =１１月に開催される上越清里 星のふるさと館主催の 第13回 星の文化祭の作品募集が始まっています。１回目から欠かさず写真を展示させてもらっているのですが、今年は例年以上に天候に恵まれず　気に入った写真が ･･開館３０周年でもあり、ギリギリまで撮影のチャンスを待ちます。

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