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長時間・少枚数露出 vs 短時間・多数枚露出

火曜日夜に行った実験の続き、2つ目は冷却CMOSにおける撮影条件の検討です。




これまで本ブログでは、デジカメでの撮影について、淡いところまで写すという目的においては、短時間・多数枚露出よりも長時間・少枚数露出の方が有利であることを指摘してきました。

hpn.hatenablog.com


これは設定感度を上げても全く同じことで、結局のところ、撮像素子に一定以上の光が当たらない限りシグナルは得らない、という原理に基づく話で、シグナルのない画像を何枚重ねようとも「ゼロを何倍してもゼロはゼロのまま」……つまり淡い部分は写らないというわけです*1


加えてデジカメの場合、RAWで撮影したとしても画像処理エンジンの介在が避けられません。画像処理エンジンはノイズ除去などにおいて重要な役割を果たしていて、暗い部分のトーンを意図的に落としたり、周辺の画素の色で塗りつぶすなどしてノイズを目立たなくします。乱暴と言えば乱暴な方法ですが、日常の写真ならあまり問題になりません。


ところが、本質的に露出不足にならざるをえない天体写真の場合、こうした処理が挟まることで、淡い星雲や微光星の表現が犠牲になってしまいます。


しかし一方、天体撮影用のCMOSカメラには画像エンジンが基本的に存在しません。だとすると、もしかしたら短時間・多数枚露出でも長時間・少枚数露出に匹敵する画像が得られるかもしれません。



そこで、長時間・少枚数露出と短時間・多数枚露出とを撮り比べてみることにしました。光学系は光害カットフィルターのテストと同じくミニボーグ60ED+マルチフラットナー1.08×DG。カメラはEOS KissX5 SEO-SP3(ISO100)またはASI2600MC Pro(Gain=0, 0℃)を用い、240秒露出の1枚撮り60秒露出の4枚コンポジット15秒露出の16枚コンポジットで写りを比較します。なお、光害カットフィルターについては、EOS KissX5とASI2600MC Proで共通で使用できるIDASの「Night Glow Suppression filter NGS1」を用いています。


まずはEOS KissX5 SEO-SP3の結果から。被写体はM16中心部、いわゆる「創造の柱」付近です。


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センサー温度が35℃近くまで達していた上、撮って出しなのでかなり写りが悪いですが、それでも、240秒露出のものに比べて15秒露出×16の画質が著しく悪いのは一目瞭然です。念のため、ここから星雲をあぶりだして同程度に見えるように調整してみましたが……


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短時間・多数枚露出のものの写りが悪いのは変わりません。これまでの結果を追認する結果で、圧倒的に「長時間・少枚数露出≫短時間・多数枚露出」でした。



次に、ASI2600MC Proの結果です。


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こちらも、撮って出しの時点で、星雲の写りが明らかに1枚当たりの露出時間に比例しています。こちらも星雲をあぶりだしてみると……


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思ったほど差がないようにも見えますが、やはり240秒の1枚撮りが画質面で最も秀でています。画像処理エンジンが介在しないせいか、KissX5の結果に比べると差が少ないように見えますが、それでも階調の表現などに明らかな差が見られます。


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実際、画像のヒストグラムを見てみると、1枚当たりの露出時間に比例してヒストグラムの幅も広がっていて、画像処理の余地も広がっていることが分かります。*2


また、「コンポジットをするとS/N比が上がる」と言われますが、この結果を見る限り、シグナルの低さがノイズの低さを打ち消してしまっている印象です。



……というわけで、やはり冷却CMOSにおいても「長時間・少枚数露出≫短時間・多数枚露出」という原則は変わらないようです。もっとも、1枚当たりの露出を伸ばすと撮影難度は上がりますし、一方でデジカメに比べて低照度域での表現力は勝っているような感じがするので、バランスの見極めが重要かと思います。

*1:ウチのような光害地の場合、光害成分が極端に多いので星雲のかすかな光が埋もれてしまい、その小さな差を検出するためには露出を伸ばさざるをえないという事情もあります。

*2:15秒露出のものはヒストグラム上でも赤い成分が少なく、星雲がまともに写っていないことがよく分かります。

光害カットフィルターの比較

昨夜は梅雨時らしからぬカラッとした快晴。夏至直前で夜が短い上、平日でしたが、月の出までの時間を使って2つほど実験をしてみました。まず今夜は、光害カットフィルターの比較からです。




先日、冷却カメラを買った際、実は併せて光害カットフィルターも購入していました。IDASの「Night Glow Suppression filter NGS1」です。


曰く、「人工光害と共に自然発光する大気光(夜天光)も抑制する」との触れ込みで、透過特性はこんな感じ*1


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白色LEDの明かりをある程度カットしつつ、カラーバランスも極力配慮したような特性になっています。一方で、水銀由来の輝線はある程度通してしまうようで、このあたりがどう出るか気になるところです。


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今回はこのNGS1と、これまで使ってきたLPS-P2、Nebula Booster NB1との比較をしてみたいと思います。参考までに、LPS-P2とNB1の透過特性はそれぞれ以下の通りです。


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LPS-P2は伝統的な光害カットフィルターで、水銀由来の輝線は徹底的にカットしていますが、一方で白色LEDに対しては全くの無力です。


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NB1の方は、光害カットフィルターというよりはナローバンドフィルターからの派生といった感じで、Hβ、OIII、Hα以外の光は極力カットするようになっています。


これらを装着し、ミニボーグ60ED+マルチフラットナー1.08×DGで撮影を行います。使用カメラはEOS KissX5 SEO-SP3で、ISO100、300秒露出でM8(干潟星雲)~M20(三裂星雲)付近を狙っています。



さて、それでは早速結果です。まずはWBを太陽光に固定した状態での「撮って出し」から(Canon Digital Photo Professional 4で現像)。


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色の転び方がずいぶん違います。まずフィルターなしの場合ですが、当然のことながら最も背景が明るく、星雲の姿が光害に飲み込まれかかっています。背景が赤っぽいのは、いわゆる天文改造を行ったカメラ(EOS KissX5 SEO-SP3)で撮影しているためです。


これにLPS-P2をかけると、背景レベルがグッと落ちて、星雲がかなりはっきり見えるようになってきます。


一方のNGS1ですが、こちらは背景がかなり強烈に緑に転んでいます。水銀灯や蛍光灯による光害があると緑やシアンに転びがちなようですが、むしろそれよりもフィルターの透過光自体がそもそも緑色に見えるのが直接影響していそうな気がします。星雲の見え方自体は、LPS-P2と比べて、特筆するほどの大きな違いはなさそうです。


NB1については、さすがはナローバンドフィルターの係累。光害カットの効果は劇的で、背景レベルの低さは圧倒的です。



次に、WBを合わせた上での結果です(Canon Digital Photo Professional 4で現像)。


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WBを合わせると、背景の明るさの差が一目瞭然です。ここ(東京都世田谷区)の撮影環境では、フィルターなし>NGS1>LPS-P2≫NB1という結果でした。


NGS1は、LPS-P2より透過する波長域が狭く、その分背景も暗くなりそうなものですが、これが明るくなっているということは、水銀灯や蛍光灯由来の光害が想像以上に多い……と言いたいところですが、ここは慎重な判断が必要です。というのも、上の写真では星雲の写りもNGS1の方がLPS-P2より良く、単に画像全体の明度がNGS1>LPS-P2となっている可能性が否定しきれないためです。これだけでは何とも言えません。



そこで、もう少しハッキリと各画像のポテンシャルを見るために、ステライメージで処理したものを見てみます。手順としては、ステライメージでWBを合わせて現像したのち、M20付近を基準として「オートストレッチ」を行って背景色を合わせ、「レベル調整」で各画像での星雲の表現や背景の明るさがなるべく同程度になるよう調整しています。


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こうしてみると、LPS-P2とNGS1は星雲の写りに大きな差はないものの、NGS1の方には光害由来なのか、緑色のカブリがより多く残っており、効果としてはビミョーなところです*2。とはいえ、実際に調整してみるとLPS-P2とNSG1との差は案外わずかで、気にするほどでもないかなという感じもします。


ただ、NGS1は黄色付近の光を比較的多くカットしているため、星雲の色がやや単調になりがちなのは惜しいところです。上の写真ではあまり目立ちませんが、M8付近を強調するとNGS1の方は明らかに赤が勝ってしまい、ちょっと面白みに欠けます。冬場に「燃える木星雲」(NGC2024)などを撮るとハッキリするかもしれません。


なお、M20北側にある青い反射星雲に着目すると、NB1ではこれが全く写っていないことが分かります、これは反射星雲が輝線で輝いているわけではないためで、NB1に代表されるナローバンド系の光害カットフィルター(Sightron Quad BP, STC Astro-Duoなど)の弱点の1つです。同じく、NB1では写っている星の数も明らかに少なく*3、この手のフィルターが連続スペクトルで輝く天体の撮影に向いていないことを如実に示しています。


というわけで、少なくともウチの場合、NGS1の効果はLPS-P2と比較してビミョーと言わざるをえません*4 *5。まぁ、大差がないのでいいと言えばいいのですが、φ48mmまたは52mmのLPS-P2ないしLPS-D1を買いなおすかどうか*6悩ましいところですね……orz

*1:以下、透過特性のグラフは公開資料を基に、当方で書き起こしたものです。無断転載は一切お断りします。

*2:周辺減光や撮像素子上のゴミがそのままなのは、フラットを撮影してないので勘弁してください。

*3:おまけに、星の色が白、青緑、赤の3色のいずれかになってしまう。

*4:もう少しハッキリした結論が出ることを期待したのですが、良くも悪くも差は小さく、まさに「ビミョー」としか言いようがありません。

*5:おそらく「白色LED対応」を謳ったLPS-D2も、ある程度水銀の輝線を通してしまう以上、同様でしょう

*6:手持ちのLPS-P2-FF(キヤノンAPS-C用)はASI2600MC Proのマウントに取り付けできないので。アダプタを特注するのも手ですが、LPS-P2-FFはマウント内壁に突っ張って固定されるという構造上、サイズがわずかでも違うと取り付けできなくなりそうなのがイヤな感じです。

ZWO製冷却カメラに便利な小物


先日、ウチにこんなものが届きました。


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アカツキ製作所の「平クロス型アイベル水平器」(PTh-40)です。900円前後だったでしょうか。
www.kod-level.co.jp


で、さっそく作業。室内に転がってた安い充電専用USBケーブルを切断して……

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ででん!!((c) あぷらなーと)


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はい、USBプラグと水平器がくっつきました。これをどう使うかというと……


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こう使います。ASI2600MC Proの空いているUSB端子に差し込み、カメラの水平・垂直を取るのです。


これまで使っていた一眼レフの場合、ホットシューに水平器を付けることで水平・垂直を取れましたが*1、ZWOのCMOSカメラはどれも円筒形で、水平・垂直を決めるのが容易ではありません。しかし、こうやって水平器を取り付ければ、カメラの傾きを直せる=CMOSの傾きを直せるというわけです。同社の冷却カメラなどには同じ手が使えるはずです。*2



ところで、カメラの傾きを直すと何が嬉しいかですが、天体写真における構図の傾きを簡単に直すことができます。


あくまで「原則として」ですが、星雲・星団の写真は、特段の作画上の意図がない限り、天の北極の方向を画面の上方向に合わせるのが基本です。問題はこれをどうやって合わるかですが、撮影して試行錯誤しながら合わせるよりは、撮影の前……望遠鏡のセッティングの段階でカメラの向きを決めてしまった方が厳密に向きを合わせることができます。


例えば、屈折望遠鏡のように接眼部と視線方向が同じ方向を向いている望遠鏡の場合、望遠鏡をセッティングし、鏡筒が真北を向いている状態(カタログでよく見かけるあの姿)でカメラを装着します。このとき、水平器でキッチリ水平を取ると、カメラの写野は下図のようになるはずです。

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これを、赤緯軸、赤経軸に沿って被写体に動かしていくと……


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北を上にした縦構図になるのが分かるでしょうか?



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同様に、カメラを垂直にセットすると……


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今度は北を上にした横構図になります。


分かっている人にとっては分かり切った話ですが、ちょっとした道具さえあれば事前のセッティングの段階で構図の傾きを直せますので、便利かと思います。

*1:今時のカメラなら、電子水準器が内蔵されているものがほとんどですね。

*2:ちなみに、これを使うのは電源接続前で、電源やUSB3.0ケーブルを繋ぐ際には外します。一応、電流は流れないはずですが、何かの拍子にショートされたりすると困るので。