ほしぞloveログほしぞloveログ天体観測始めました。曇りの中でのファーストライトもう、ムハッという感じです。ASI294MCすごすぎです。電視の画面の中で神々しいくらいの星がちりばめられています。オリオン座の三つ星付近です。画面は何の加工もしていません。露光時間800ms、ゲイン450で、スタックも何もしていません。iPhoneでPCの画面をそのままとっただけです。今日もずっと雪で天気が悪かったのですが、夜に外に出て見ると雲が少し切れているところがあったので、駄目もとと思いながらASI294MCを出しました。F1.4のオールドレンズにCanonアダプターを付けてです。二つをくっつけて、簡単に三脚の自由雲台に乗せてのマニュアル導入です。中くらいの星座がちょうど入るくらいの画角なので、かなり広角で、手で合わせるので十分です。雲の切れ間といっても、けっこう霞んでいるので、目ではほとんど星なんて見えないです。明るいプロキオンが見えるくらいで、リゲルもベテルギウスもほとんど見えません。ものすごい高感度のためにまるで昼間みたいに見えますが、れっきとした夜の映像です。露光時間は400ms、ゲインは500。ASI294MCの最大ゲインは570なのですが、それに近いゲイン500でもノイズがこれまで使ってきたカメラよりも圧倒的に少ないです。アップロードのために解像度を1024x698に落としていますが、もとは4144x2822の超高解像度映像です。何本か撮影したうちの一つですが、間も無く雲が多くなってきて撤収しました。ASI294MCですが、凄いポテンシャルかと思います。早く晴れたににじっくり見たいです。2017/12/21にFS-60Qで電子を試しました。11:59凄い映像ですね。動画でこんなに臨場感のある夜空が見れるなんて素晴らしいです。快晴の時の映像が楽しみです。12:59りぼんずさんこんにちは。これまでもASI224MCとかで、今回と同じような景色は見ていたのですが、新しいASI224MCはセンサーの面積がASI224MCと比べると16倍と相当大きくなったので、同じレンズを使ってもかなり広角で見ることができます。逆に同じ画角を見るならさらに長焦点距離のレンズが使えるので、そのぶん微恒星まで見えることになるので有利です。今回は50mmでしたが、もう少し短いレンズでさらに広角の場合と、さらに長焦点で拡大した場合もそれぞれ試してみたいと思っています。いずれにせよ、特筆すべきはノイズがかなり少ないことで、いろいろ応用が利きそうなカメラだと期待しています。18:32初めまして。凄いですね!!Samさんの事を「ほんまか」さんのBlogで知りました。実はとある天文教室で、未だにアイピースを覗いてもらうやり方をしていて長い待ち行列が出来、小さいお子さんはどうしても触ってしまうので対象が視野から外れ、その度に調整で待たせてしまい、何か良い方法は無いか悶々としていました所、貴Blogで『電視観望』を知りました。V2.9を動かしてみました。お天気が悪いので、昼間の遠景しか見られませんが、晴天の夜が待ち遠しいです(笑)。初心者ですが、大変参考になります。読ませて頂き、毎月開催の天文教室で是非電視観望を実現したいです。今後ともよろしくお願い致します。18:56kuropotaさん初めまして。電視観望面白いですよ。観望会でこの技術が広まってくれると嬉しいです。アイピースでの観望を否定するわけではありませんが、一つの手段としてはありなのかなと思います。私も手持ちのASI224MCで試行錯誤で始めました。ASI1600MCならいろいろ楽しめるかと思います。観望会前に晴れの日に一度試して見てください。観望会そっちのけで、自分自身が楽しめると思います。わかりにくい点などありましたら遠慮なくお尋ねください。今後ともよろしくお願いします。09:59はじめまして。ASI1600のMCとMM、ASI174MCを愛用しています。一連のASI294記事を興味深く拝見しておりましたが、特に今回の動画には唖然としました。高ゲインでこれだけローノイズだと電視観望には威力絶大ですね。13:02あぷらなーとさん初めまして。らなーとさんからもコメントを頂けるとは。私も去年天文趣味を始めた頃からずっとブログを拝見させていただいていたので、とても光栄です。個性に富んだ検証いつも楽しみにしています。私が買ったのは冷却タイプではない方ですが、Facebookでは冷却タイプを買ったからも冷却がいらないほどノイズが少ないとの報告がありました。優秀なのだと思います。昨日くらいから、自分が言った「ノイズが少ない」カメラってどういうことなんだろうとずっと考えています。これ結構深そうなので、また考えがまとまったら記事にしたいと思っています。これからもよろしくお願いいたします。実際の使用を想定してみる先日の記事で、メーカーが出しているASI294MCの性能のグラフの読み方を考えてみました。実際の性能を確かめるため、SharpCapを使い手持ちのASI294MCの実測もしたのですが、記事自体はかなり一般論になっていて、じゃあ具体的にどのような設定で使えばいいのかという話まではまだ繋がっていません。今回はそこら辺のところを考えてみたいと思います。難しい理屈は嫌だという方は、今回の記事だけ読んでも実用的には役に立つのかもしれません。光害地での撮影という3パターンに分けて考えてみましょう。電視観望まずは電視観望から始めます。普通の天体撮影をされる方にとっては電視観望というのはあまり一般的ではないかもしれませんが、電視観望はかなり極端な設定を必要としますので、性能の限界を考える時にはなかなか面白いのです。電視観望では、短時間でのリアルタイムビューを重要視するために、内部ゲインを相当上げて、露光時間をできるだけ短くして臨場感を出します。その代わりにノイズは大きいですし、そのノイズを緩和するためにライブスタックと呼ばれる、いわゆるコンポジットをリアルタイムで行なっていきます。基本的なところから考えます。内部ゲインを上げるとは一体どういうことなのでしょうか?物理的にはセンサーの後に増幅回路があって、その増幅回路のゲインを上げるということなのですが、これがメーカのグラフの上でどのようなことを意味するのかを考えてみます。電視観望ではZWOの言うGainを400とか500とか600近くまで上げます。Gainは200で20dB、すなわち10倍、400で40dB、すなわち100倍、600で60dB、すなわち1000倍ということです。簡単のため電視で仮に400まで上げたとしましょう。程度とかなり小さい値を示しています。画面ではなぜかノイズが目立ちます。noiseは小さいはずなのになぜ?という疑問が湧くかもしれません。そこにコンバージョンファクター(ZWOのグラフではGAIN(e-/ADU)となっている2つ目のグラフ)がキーとなります。この値はGain400ではかなり低く、0近くになっていてグラフから読み取ることも困難です。[e-/ADU]と記録されています。[ADU]となり、何とADCの読みで39カウントもノイズが出ていることになります。39カウントのノイズって何だと言う話になりますが、分散とかの話をすると難しくなるので、まあざっくり39カウントくらいの間で明るくなったり暗くなったりしているピクセルが画面中にバラついていると考えてください。wellとは内部ゲインが高すぎる時にセンサーの出力が限られてしまい、これ以上ADCの値が上がらない上限値のことを指します。これも昨日の実測値を見てみると、何とわずか585です。ADCの値にすると、585が最大値でそのうちの39がノイズだとしたら、1割とは行かないまでもレンジの約7%がノイズになってしまっていることを示します。これじゃあ画面がノイズだらけなのは致し方ないと言うことです。すみません、上の記述勘違いしていました。wellと、[ADU]が単位の画面のサチレーションを勘違いしていました。ADCのサチレーションカウント16384の中で39カウントノイズになっているだけです。ちなみにゲインを600まで上げると400カウントくらいがノイズになります。これだと4%くらいになるので、これくらいでさすがに目に見えるくらいですね。wellの値を見ているのですが、どうもこれは真面目に全てのゲインで飽和カウントを測定したわけではなく、単にADCのフルレンジ16384をコンバージョンファクターで割っているだけのようです。これはSharpCapだけでなくZWOの測定結果も同様の方法で簡易的に出しているだけのようです。wellとは言えないので注意が必要です。wellがZWO及びSharpCapで示されているに過ぎないということでしょう。)ライブビューを謳うので露光時間もあまり上げることができません。残る手はSharpCapの秘技、LiveStackです。これは単に画面を重ね合わせるのではなく、恒星の位置を数十個自動認識して、それらが重なるように画面をリアルタイムでコンポジットしていきます。枚数のルートに比例してではありません、ノイズに関しての詳しい議論は後日します。)して減っていきますので、見ている間に劇的にノイズが軽減されていくというわけです。2017/12/21と2017/12/23実際にASI294MCで電視を試してみました。次に、かなり空が暗いすごく環境の良い状態で、撮影をすることを考えて見ましょう。空が暗いということは、長時間露光してもサチルことがないので、一枚一枚の露光時間を長くとることができます。露光時間でヒストグラムのピーク位置が決まります。ピークの位置が左から3分の1程度になればいいとか言われている(これもまた議論の余地があると思いますが、いつか検証します。)ので、適当にゲインと露光時間を調節するのですが、じゃあゲインは具体的にはどれくらいにすればいいのでしょうか?こんな時に指標になるのが、3つ目のグラフDR、すなわちダイナミックレンジです。noiseで割ったものをbit換算したものになります。グラフを見ると一番いいところで13[stops]くらいでしょうか、これは2の13乗を意味し、2^13=8192となるので、信号部分である天体を最大8192階調で表すことができると言うことを示しています。noiseが横軸のGain120あたりのところで、いきなりジャンプして劇的に良くなっていることです。このためダイナミックレンジも最初Gainとともに落ちていくのが、Gain120のあたりで再び良くなっています。これはGain120より多少大きいあたりで撮影するのが一番得だということを示しています。このGainでヒストグラムのピークが3分の1くらいになるような露光時間で撮るのが、最も効率のいいセッティングになります。これで時間が許す限り取れるだけの枚数を撮ってしまい、あとはコンポジットしてノイズを減らしていきます。最後に光害地での撮影です。基本的には上の最も効率のいいGain120で、露光時間を短くすることでヒストグラムのピーク位置を3分の1程度のところに持って来ればいいのですが、それでも明るすぎる場合には、Gainを0近くに持ってくる手もあるのかと思います。ダイナミックレンジが一番得をするところを探すという考え方は同じです。同じクオリティーの画質を出すのにより長い時間かかってしまうので、結局は損をしてしまうと思います。3パターンで考えましたが、センサーの性能を理解していると、効率のいい設定をあらかじめ予測することができます。この設定が完璧というわけではなく、例えば雲が多くて時間が限られている日には多少恒星が飽和するのを覚悟して、Gainを上げて短時間で撮影するなどの戦略をとることもできます。実はこのカメラが欲しかった理由の一つが、センサー感度がいいことを利用しての短時間露光のシンチレーション回避を試してみたいと思っていることなのですが、これはまた上の原則には当てはまらずに、いろいろ戦略を練ることになりそうです。ここら辺は追い追い試していきます。実は上のことだけ考えていると、一般的なカメラ撮影でもダイナミックレンジが一番広い低感度で撮る、すなわちiso100とか極端なのがいいという変な結論に陥ってしまいますが、もちろんそんなわけはないです。これをきちんと考えるためには、撮りたい天体の極限等級、露光にかけたい時間などの要求値をあらかじめ決めておかなければならず、それらの条件のものでノイズを考え、その時のS/Nから要求が満たせるかどうかの判断をして、その要求が充たせる範囲の中でゲインや露光時間を調整すべきです。S/Nの話は、定性的なお話や、定式化までは簡単なのですが、定量的に考えようとすると、読み出しノイズやダークノイズなどのカメラの性能だけでなく、ターゲット天体の明るさを信号として、空の明るさなどをノイズとして数値的にきちんと評価してやらなくてはいけません。具体的にこのブログのレベルで示せるものなのか、ちょっと今試行錯誤中です。)さて、外を見ると今日は一日中雪が降り続いています。晴れるのはいつになることやら。次はノイズについてちょっとだけ議論したいと思います。ノイズについていろいろ検討してみました。定式化までですが、参考になればというくらいです。20:17CMOSカメラのGainはどのような目安で設定したらいいのかわからなかったので、大変参考になります。自分のCMOSカメラでも性能グラフを参照して適正なGainを導き出したいと思います。20:43Maverickさん、コメントありがとうございます。昨日のScopioさんのコメントでもあったのですが、適正なGainというのは実は結構難しくて、上の記事を書いた後もずっと考えています。ダイナミックレンジを優先するなら上の説明はそれほど間違っていることは言っていないと思います。時間さえ十分にかけることができれば、限界等級も十分暗いところまで行き、且つダイナミックレンジが大きいところが飽和も緩和されるのでいいのでしょう。短時間で撮影できるというのも、実際にはとても重要なパラメーターです。ゲインを上げると当然短時間で暗い天体まで見えるようになりますが、飽和に気をつける必要があります。光害などの空の背景の明るさにも撮影時間は影響されるので、それも踏まえたGain設定が必要です。考えているのですが、定量的にGainはこれだとズバッというのはなかなか難しいですね。今考えているのは、ヒストグラムのピークの位置が左から3分の1くらいがいいという根拠です。wellまで考えた時に本当に正しいのかどうか。まとまったら、まあうまくまとまればですが、また記事にしていきたいと思っています。これからもよろしくお願いします。新CMOSカメラも外で試すことができないので、仕方なくASI294MCの脳内シミュレーションです。noiseだとかいうグラフがならんでいますが、最初これらのグラフを見た時あまり意味がよくわかりませんでした。noiseはなんとなく小さい方がいいとわかるのですが、それでもその数値の意味がよくわかりません。rangeですが単位の[stops]が不明です。グラフの数値が14までなので、これはADCのビットに相当するものなのかという予測がつきます。capacityのことで日本語でいうと飽和電荷数だとか、飽和容量というらしいのですが、一体どんな意味なのでしょうか?gainに至ってはわかりそうなのに全くよくわかりません。一つ一つ紐解いていきましょう。Converter)で読んでいる単位(Unit)の略でADU。ADCから出てくる数値そのものです。ASI294MCの場合RGB各色で14bitのADCが使われているので、例えばCMOSセンサーの一素子のR(赤)色成分に入ってくる光を露光時間分積分した結果、0から16383のある値をとります。この読み取った値そのものがADUとなります。真っ暗なら0[ADU]、サチルくらいなら16383[ADU]、半分くらいの明るさなら8192[ADU]となります。値はノイズで揺らいでいるので、真っ暗でも0にはなりません。e-は電子(電荷)の数です。[e-]というと、10個の電子がセンサーの一素子で数えられたという意味です。本当は全部電子の数で考えたいんです。電子の数を知ることはできません。唯一読み取れるのがADCの値なんです。電子の数はこのADCの値から推測するしかないのです。ところがこの推測が一定の変換ではなく、その変換係数が増幅回路のゲインに依って変わってしまうことが物事を難しくしています。それではこれ以降、個別に考えていきます。実際には電子の数は簡単には数えられませんね。そこで出てくるのが、一番わかりにくい「gain」というやつです。Factor」などと言われたりもしますが、ADCでのカウント数と電子の数を変換してくれるとても便利な値です。単位は[e-/ADU]とかになっています。要するに、電子の数は直接数えられなくてもADCでカウントした数は計算機上で数値を読み取ることができるので、このコンバージョンファクターさえ分かっていればADCのカウント数から、幾つ電子が数えられたかを知ることができるのです。ZWOのASI294MCのページのグラフの横軸のGain(unit0.1dB)の0のところのFW(e-ADC)を見ると、3.9位でしょうか。これはADCが約4カウントを数えると電子を一個数えたことになります。Gainが175くらいのところだと、gainが0.5[e-/ADC]くらいなので、ADCの読み2[ADU]で電子1個を数えたことになります。言っても、電子の数を数えても何がいいことがあるのかいまいちよくわかりません。これは天体から入ってくる光子の数sと、センサーで数える電子の数nが、定数で変換でききるからなのです。この定数をシステム効率ηなどと呼びη=n/sと表すことができます。ポイントはこのシステム効率が内部回路のゲインや積分時間などによらないということです。電子の数を数えるということは、幾つ光子が入ってきたかが直接わかるため、重宝されるというわけです。ADCのカウント数と光子の関係は内部回路のゲインに依存してしまうため、便利でないのです。このことは次の式を理解すると意味がわかるようになってきます。)^2を満たします(証明は略します)。簡単のためNreadは十分小さいとし、右辺2項目を無視します。j)ピクセル目の100フレームの平均値をカウントSijとして、分散をカウントNij^2として測定することができます。測定したデータを横軸にSij、縦軸にNij^2として各ピクセルをプロットしてやると、例えば一例としてADI294MCで内部ゲイン0の場合のプロットが下の写真の右のグラフのようになります。関係を導くことができてしまうのです。具体的には、このグラフの傾きがコンバージョンファクターの逆数に相当します。[e-/ADC]と測定することができました。この値を、ZWOが測定したASI294MCの値と比べて見ると、上から2番目のGAIN(e-/ADU)のグラフのから3.9程度と読み取ることができるので、実測とメーカーが測定した値とかなり一致していることがわかります。このコンバージョンファクターはカメラの増幅回路のGainに依存するので、各Gainで測定してやらなければいけません。ちなみに、ZWOのカメラのGianの単位は0.1dBなので、200で20dB、すなわち一桁明るくなります。Gainは294MCの場合600まで上げることができるので、Gain600だと60dBすなわち3桁明るさを明るくすることができるというわけです。やってそれぞれのゲインで何点も測定した結果が以下のようになります。well、実際のゲイン、ダイナミックレンジと評価に必要なデータを、数値データとともに直接出すことができる優れものの機能です。各数値をZWOのASI294MCの測定値と比較しても、かなり一致していることがわかるので、ZWOの出しているデータはかなり信頼できることがわかります。いうわけで、このコンバージョンファクターを求めること自体がすごく重要で、この(ゲイン依存の)変換係数があるおかげで、ADCの値を読むだけでありとあらゆるものを電子の数で考えることができるようになるので、単位が揃って便利だということです。[e-]として、電子の数で数えることができるようになります。