天文はかせ序二段(仮)

天文はかせ序二段(仮)

仙台高専(旧・宮城高専)天文部の活動記録です

セイファート銀河 M94

18日の神割崎での撮影。到着後にアトラス彗星を1時間ほど撮影した後は、月が出るまでのあいだ、ひたすらM94銀河に筒先を向け続けておりました。

5分露光で30枚ほどのライトフレームを得た後、イナバウアー状態の赤道儀を子午線反転させて、さらに20枚ほど。そのうちガイドエラーは6枚ほどで、44フレームのスタック。合計3時間40分は、一晩の露光としては過去最長記録でした*1

M94は、セイファート銀河と分類される非常に活発な銀河で、中心部分が極めて明るく、最外の腕は非常に淡いです。そのため60秒の短時間露光も加えて、HDR合成をしました。

M94

M94
Date:18th, Mar. 2020 23:13~27:30
Camera: ASI294MC-pro
Optics: Celestron RASA 11"
Mount: Takahashi NJP
Exposure: 300sec. x 44flames +60sec. x 10flames; (gain120)

淡い腕は結構出てくれましたけど、中心部の構造はもうちょっとはっきりさせたいなと反省。近いうちにもう一度処理し直してみます。

もう一つ。顧問のTopazDenoiseAIは試用期間が過ぎてしまいまして、上の結果は「AI不使用」です。そういうふうに断ってtwitterにアップしたところ、いつも撮影をごいっしょするカノープスさんが、AI処理を施した画像を送ってくれました

M94 (Topaz Denoise AI applied)

おおー。やっぱり効きますね。買うべきかな。

 

*1:これまでの記録は、OBのアベがプレアデス星団を撮影した時の3時間10分: 

SigmaFpでマルカリアンチェーン

先日18日の神割崎での撮影結果の2作目は、マルカリアン鎖です。

この領域は春の星座の中では、長焦点を必要としない数少ない対象です。この銀河団の特徴は二つあると思っていて、それは

  1. 色彩に乏しい
  2. くらい銀河が多いものの、以外に中心輝度が高く飽和しやすい

です。そこで、OBアベ氏からレンタルしているタカハシのFC76+レデューサとSigmaFpの組み合わせを選びました。H2領域もないので、無改造のFpでも大丈夫だろうという作戦、銀河中心が飽和しないようにダイナミックレンジを稼ぐべく、ISOは800としました。露光時間はカメラの上限である5分。 

撮って出しの様子とヒストグラムは以下のとおり、

f:id:snct-astro:20200319011138j:plain

f:id:snct-astro:20200325224753j:plain

ヒストグラムのピークは1/8以下です(普段は1/3~1/2になるように露光とISOを調整している)フルサイズだと周辺減光が厳しい望遠鏡ですので、暗いところでは輝度値が5~6/255しかなく、さすがに周辺ではバイアスノイズの影響が出てしまいました。一方で、楕円銀河の中心が飽和していなかったのは狙い通り。実はこの写真でM87のジェットもかろうじて写っています。

f:id:snct-astro:20200325225327j:plain
時計の2時の方向、少し出っ張ってますよね。

脱線してしまいました。処理の結果:

The Markarian's Chain

The Markarian's Chain

Date:19th, Mar. 2020 0:13~2:52
Camera: Sigma Fp(not modified)
Optics: Takahashi FC76
Mount: Kenko SEII
Exposure: 300sec. x 33 flames (ISO800)

どう頑張っても、色が出ませんでした。露光量が少ないせいだったのか、それとも「ないものは出ない」ということかなのか?次回、同じ条件でISOをあげて検証しようか?でもしばらく取りたくもないなあ。

寂しい結果でしたので、Annotationを加えたバージョンも載せておきましょう。

The Markarian's Chain (annotated)

 ふむ。こっちの方がかっこいい。

ベテルギウス、60日間の記録

薄明後、オリオン座はすでに西の低い空に傾いていて、観測もそろそろ終盤です。今冬、ベテルギウスは記録的な減光で話題を集めました。2月中旬からしかし、はっきりと増光に転じて、そのあとにわかに襲来したアトラス彗星に注目が集まって、あまり話題にならなくなりました。

ここらで一区切り。これまでの庭先測光の結果をまとめておきます。

f:id:snct-astro:20200324194300p:plain

横軸はJSTの日付。最もくらい値を記録した2月4日を「0日」としてます。

等級の変化は、底付近を除けば線形に見えますね。縦軸は実際の明るさのlogですから、明るさの変化は指数関数(あるいはサブ指数関数的)と言えます。太陽よりもはるかに巨大な星が、これほど短期間で大きく変化するとは、実際には何が起こっているのは全く不思議なことです。

彗星写真3態

全く期待していません、C/2019 Y4には。もし予想が外れて明るくなれば、5〜6月には学内外で市民観望会や撮影会など、忙しくなってしまいますからね。

3月中旬、C/2019 Y4は急激な増光をみせつつ、まだ等級は7〜8等台。暗いうちに撮影してきました。光学系はRASA 11" + ASI294MC-pro。Gain200で90秒x30枚。撮影時刻は1日本時間で18日の22:06~22:50。

同じ元画像を3種の方法で処理した結果をご紹介いたします。

(1)一つ目:彗星核基準スタック

Comet ATLAS (C/2019 Y4)

彗星は太陽系の中で移動してます。なので、ある程度の時間撮影していると、恒星との位置関係が少しづつ動いてしまいます。この写真は彗星を中心に固定して、スタックした画像です。44分の撮影時間の間に、見かけにしておよそ1.6分角ほど彗星が移動していることが、恒星の軌跡からわかります。

 記録写真としては、こういった写真があるべき姿ですが、やっぱり星も点になってほしいところ。書籍Inside Pixinsightに紹介されていた方法で、星と彗星が丸くなる写真をこさえました。

(2)恒星基準スタックと彗星基準スタックの合成

Comet ATLAS (C/2019 Y4) with round stars

画像の作り方の詳細は所々に紹介されてますので、Pixinsightでの処理の概要のみ紹介します

  1. 彗星核基準のスタック画像を用意する
  2. 彗星核基準でStar Alignした各画像から彗星核基準のスタック画像を減算してから、恒星基準でスタックすることで、彗星が消えた恒星だけの画像を用意する(この機能はPixinsightのCometAlignmentに用意されている)。
  3. 1と2をpixel mathで合成する。

というものです。ポイントはそれぞれのスタックにκσ-clippingという手法を用いていることです。このアルゴリズムは、あるピクセルの平均と分散(=σ)を計算しておいて、その分散の値のκ倍よりも大きく外れたピクセルを、平均から除外します。これによって、彗星核基準でスタックすれば恒星が消え、反対に恒星核基準でスタックすれば彗星が消えるわけです。

とはいっても、この方法では完全に恒星が消えてくれず、わずかな残余が彗星の移動方向い縞状のノイズとなって現れています。また、2.のプロセスで彗星核基準の画像を減算するときに、周辺の星雲もいっしょに減算されてしまうようです。今回の画像では、淡い北天の分子雲がすこし減衰してしまっています。気に入りません。そこで三つめの方法です。

(3)photoshopで切り貼り合成

C/2019 Y4 ATLAS(reprocessing)これは恒星基準でスタックした画像に、あとから彗星の画像を切り取って貼り付けました。最も記録的価値の低い、あくまで観賞用の写真です。「インチキするなー」という声が聞こえてきますが、でも彗星を綺麗に合成するの、結構難しいのです。備忘録として、「レシピ」を紹介します(非常に込みいっていて、こんがらがるかとおもいます。)

  1. κσクリップを用いて、恒星基準スタック(a)と、彗星基準スタック(b)を用意する。上手くいけば(b)では恒星がだいたい消えて彗星のみの画像になっています。一方(a)では彗星の跡があるかなり残留しています(彗星が淡く広がっているため)。
  2. それぞれの画像を、同党の強度であらかじめストレッチしておく。
  3. Starnet++を利用して、(a)から恒星を消去。彗星の跡だけが写った画像(c)ができます。
  4. (c)に写っている彗星の跡をPSのお絵かきで消去した画像をつくる(d)。(c)から(d)を減算して、彗星の跡から背景を取り除いた画像を作る(e)。(a)から(e)を減算して、完全に彗星が消えた恒星基準スタック画像を作る(f)。
  5. 一方で、(b)に対して4.と同じ方法を適用して彗星のみの画像から背景を取り除いた画像を作る(g)。
  6. (f)に(g)を「覆い焼きリニア(加算)」で重ねて、各レイヤーをトーンカーブなどで微調整して、それっぽく仕上げる。おわり。

合成画像を作った後に、ストレッチすると、「ほころび」が浮き出てきてしまいます。2.のステップであらかじめ十分なストレッチを行った後に合成し、そのあとは彩度強調やノイズ処理のみにしておくことをオススメします。

 

 

 

1年数ヶ月前の馬頭星雲

3月。新型の伝染病が世界で猖獗を極め、学校は閉鎖し経済は恐慌をなしています。まるで9年前の震災の頃に似た不安な日々です。まことに世の中は予想がつかないもので、来年が、今年と同じようにやってくるのか、誰にもわかりません。

何かやり残したことはないかと今期の冬を振り返って、ああ、バラ星雲もオリオン大星雲もコーン星雲も撮影しそびれてしまっていました。一体何をしていたのか?

やり残しと言えば、遡ること1年と2ヶ月まえ。今は都会で遊学中のOB阿部が、ε-200で撮影していた馬頭星雲。(Mamaya Apo-sekor 500mmのファーストライト - 天文はかせ序二段(仮))あれの処理がまだだったことを、前触れなく思い出しました。あの画像は、光軸ズレとアルニタクの強烈なゴーストで御蔵入りしていたのでした。

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これがコンボジット後の画像。光条が二重になっていて、馬頭の右側に三葉虫のようなゴーストとスパイダーの影。当時の技術ではどうにもできず、葬り去られていたのでした。阿部くんが撮影したこの結果をみて、顧問はアルニタク恐怖症に陥り、馬頭星雲を避け続けていました。

いろんなイベントが中止になっているせいもあって時間があり、Starnet++やDenoiseAIなどを利用しつつ、あれやこれやと処理して見ました。

The horsehead and burning tree nebulae

The horsehead and burning tree nebulae

Date: 5th. Jan. 2019
Location: miyagi
Camera: Canon EOS 60Da,
Optics: Takahashi, e200 F4
Exposure: 300sec. x 12(ISO1600)
Guide: Takahashi NJP, MGEN guide

ゴーストの処理には、Starnetで得た星消し画像とPhotoshopのパッチツールが活躍してくれました。すこしおかしくなっている部分もあるかもしれません。

画角内でのアルニタクの位置を少しずらせば、ゴーストを写野の外に追いやれるかもしれず、次回撮影するときはその辺を調整して見ましょう。光軸のズレも、ゴーストの形に影響していたかもしれませんし。

天体写真への半手動星図書き込み(Pixinsight)

前置き

撮影した天体写真に座標や星座線,メシエ天体名などを書き込みたくなることはよくあって,いままでは手動でやっておりました。顧問は手動が好きなんです。

そういった「星図書き込み」を自動でやってくれる"AnnotateImage"という機能がpixinsightに収録されていることを,nabeさんのブログ

https://starphotographing.blog.fc2.com/tb.php/94-bf91c7bc

で知りました。でもって試してみますと確かに簡単にこんな画像

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が作れてしまいます。楽しいではないですか。

ところが思い通りにいかないこともよくありまして,と言いますのもその前処理としておこなう"ImageSolver"*1が,広角の写真では失敗することが多いんです。書籍"Inside Pixinsight"を読みますと,

「400mm未満の焦点距離では,"ImageSolver"はたまに失敗することもあるので,そういう時は"Manual ImageSolver"をつかえ。」

とあります。やってみましょう。顧問はマニュアルが好きなんです。

 "Manual ImageSolver"を使った星図書き込み

以前撮影した,下の「写真」に星図を書き込んでみましょう。APS-Cで10mmの広角です。周辺が思い切り歪んでいるので,"ImageSolver"ではまずうまくいきません。

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おおまかには

  1. "Catalog star generator"で「写真」に対応する星画像を生成する。
  2. Dynamic Alignmentで,「写真」と「星画像」を手動でアラインメントする。
  3. 「星画像」のデータを参考にして,"Manual Image Solver"で「写真」をプレートソルブする。
  4. "AnnotateImage"で「写真」に星表を書き込む

という手順になります。順を追ってみていきましょう。まずは"Catalog star generator"を起動します。 

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下はパラメータの入力画面です。

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まず「写真」の中心座標を指定します。この「写真」の中央あたりにはM101があるので,"search"をクリックしてM101と入力してOKを押せば座標が入力されます。あとカメラの解像度とピクセルサイズ,焦点距離も入力します。これらの値は大雑把で構いません。星表のカタログ名を選ぶところは,HipparcosとかBrightStarで良いと思います。Maximum magnitudeも適当に選んでOKをクリックすると,しばらくして下のような「星画像」が出力されます。

f:id:snct-astro:20200310184107p:plain

もし真っ黒な画像であったら,ScreenTransferFunctionで自動ストレッチをすればよいでしょう。

「写真」と「星画像」が開いている状態で,"Dynamic Alignment(DA)"を起動します。

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まずアライメントする2枚の画像を指定します。下のように,"DA"がアクティブな状態で,カーソルを画像の上に持って来ると,マウスカーソルが「1」に変化するので,その状態で「星画像」をクリック。次はカーソルが「2」になるので,その状態で「写真」をクリックします。これで指定は終わりです

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次に手動アラインメントをします。「星画像」の目立つ星をクリックすると,星が認識され,"DA"の左側にアップで映し出されます。それに対応して「写真」にも緑のX印が表示されます。

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うえでは北斗七星のDubheとAlkaidを選択しています。「写真」側では緑のX印が,かなりズレたところに表示されるので,ドラッグして正しい位置に導いてあげます。"DA"は星を指定していくと順次計算をおこなうようで,3つも指定すれば,「写真」の正しい位置にX印が表示されるようになります。 なるべくたくさん行うと,良い結果になるようです。

ある程度出来上がったら,下のように"DA"の三角マークを作業画面上にドラッグドロップして,”instance”を作っておきます。

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 もう作業はだいたい終わりです。さいごに"Manual Image solver"を起動します。f:id:snct-astro:20200310185758p:plain

したのウインドウが出てくるので,Control points iconに”DA”のインスタンス,Reference imageに「星画像」を指定します。広角写真の場合は”Distortion correction”にチェックを入れておくと良いです。

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OKを押せばプレートソルブが実行されます。あとは"annoteteImege"を「写真」に対して行えば,

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こんな風に星図が上書きされます。お疲れ様でした。

 

PSで地上風景にマスクをかけると,かっこよくなりますね。,

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*1:プレートソルビングのこと

天体写真におけるISO不変性と相反則不軌

まえおき

数年前から様々なところで議論し尽くされている「天体写真のISO感度設定」について、また蒸し返したいと考えております。といいますのも。

先日、クラゲ/モンキー星雲付近を撮影しました。F4.5のレンズを使い、カメラの設定は480秒露光、ISO1600です。いつもの撮影地の神割崎では、この条件でヒストグラムがだいたい真ん中くらいになります。撮って出しは下の写真のとおり(中心付近トリミング)。

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この撮影の途中、顧問はカメラの操作を間違って、わちゃあ、数枚の写真をISO200で撮影してしまったんですね。結果は…

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こんな感じのアンダーな画像になってしまいました。SDカードをへし折りたくなりましたけれどガマンしました。帰宅の後、この画像をPhotoshopでRAW現像する時に、露光量(EV値)を+3としてみたら、結果がそんなに変わらないことに気づきました。次ののgifアニメはその比較です:

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「ほほん、これがISO不変性というものかあ」とめでたくISO200の失敗フレームもスタックに加えることができたのでした。といいますか、上の二つの結果が同じであるなら、ISO200が正解で、ISO1600の方が失敗だと考えるべきです。なぜなら前者の画像のほうが、星の飽和範囲がずっと狭いからです。それは逆にISO1600の画像のEV-3にしてISO200と明るさを揃えてあげれば一目瞭然です:

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ISO1600のほうは,星の中心部がすっかり飽和しております。またISO感度について考えなおさないと。

ちなみに両者の撮って出しのヒストグラムは以下の通りです:

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ISO不変と相反則不軌

表題の用語について、顧問も辞書を引いて、意味を確認しました:

  • ISO不変性*1:同じ光学系でかつ露光時間がいっしょなら、ISO感度を変えても、RAW現像時にEV値を調整すれば、結果は同じだよ。
  • 相反則不軌:ISO不変とはいっても、極端なアンダーやオーバーの場合は、カラーバランスとかノイズとかの結果が変わることがあるよ。(ただしい相反則の意味は「露光を1/nにしてもISO値をn倍にすれば,結果は同じだよ」であり,その規則が極端な条件に崩れるのが相反則不軌です。ご指摘を受けましたので追記します。)

とのことです

これを踏まえて簡単な実験をしました。カメラにND400フィルターを二重に取り付けてISO感度だけを変えて撮影した室内写真をくらべます。ISO100~ISO6400の範囲を調べました。使用したカメラはEOS kissX5(HKIR)。露光時間を90秒とし、長時間露光のノイズ低減と高感度撮影のノイズ低減はoffにしています。当然、ISOを下げていくと下の比較のように画像は暗くなります。

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こんな感じの画像に対して、PSの露光量を調整して全ての画像の明るさを揃えてからRAW現像をかけると次のようになります。

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ISO200からISO6400まではほぼ同じ結果です。ISO100だけがノイジーなのが、いわゆる相反則不軌というものの表れなんでしょう。推測では、ISO100の画像は極端にアンダーなので、画像処理エンジンがなにか別の働きをしたのではないでしょうか?試しに、上の露光時間を90秒から180秒に伸ばして同じ撮影をして見ますと、次のようにISO100もほかの感度と変わらない結果になりました。

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以上の実験では、相反則不軌が徐々に生じるのではなくて、ISO100と200の間で突然現れた生じたというのが面白いところですし、適切なISO感度の設定のためには好都合でもあります。

結局ISOは幾つが良いの?(#^ω^)ビキビキ

まずは端的に結論を述べます

「天体写真では、相反則不軌が生じない、最も小さいISO感度がよい」

が私の答えです。何処かで聞いたことあるような結論ではあるし、このブログの著者である顧問は早とちりからよく間違いを犯すので「また言ってらー」とお笑いの方もおられるかもしれません。

まず、30秒とか1分程度の露光時間で非常に多数のL画像を撮影するというのがよく行われます。露光時間が短ければ、上の相反則不軌が生じない、最も小さいISO感度が6400あたりになる場合もあるはず。これは高感度多数枚撮影とか呼ばれますが、正しい手法であるのは確かでしょう。しかし同じ露光時間でさらにISOを12800とか24600まで上げてしまうのは、DRを狭くしてしまうので害しかない筈です。

一方、(追尾の性能が良くて)もっと長い露光時間をかけられるのであれば、可能な露光時間に反比例して適正なISO値は小さくなると考えるべきです*2。顧問がよく撮影するF4.5の480秒露光の場合、ISO200まで下げても相反則不軌は現れないようでしたから、ひょっとするとISO100でもよかったのかもしれません。

いままでは、なんとなくでもっぱらISO1600を使ってました。これをISO100にすれば、ダイナミックレンジはかなり広がります。都会でHIROPONさんたちがやっているような超長時間露光はなかなか真似できないですが、遠征先の暗い空なら必ずしもそこまで伸ばさなくても良さそうのも大きいです。

更に言えば、よく言われる「ヒストグラムのピークが1/2〜2/3が適正露出」というのもどうなんだろうなーと思えてきました。次回の撮影ではその辺も検証して見ますかね。

*1:横槍ですが、ISO不変性って変な言葉ですね。普通は「光速度不変」とか「エネルギー不変」というように「**不変性」と書いたらそれは**が不変量であるという意味ですが、ISO不変性はISO値が不変量なのではなく、その撮影結果が不変という意味になっています。

*2:ただし、長秒ノイズの影響や、長時間露光によるセンサー温度の上昇は、また問題を複雑にします。今回の記事では考察の対象外としてます。