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CMOSカメラの考察

世間はシルバーウィーク真っ最中ですが、毎年9月と3月は期末で仕事が通常の3倍ほどあり、ひーひー言ってます (;゚Д゚)
足の骨折もあり、お天気が悪かったこともあり・・
今月は、流石に天文雑誌、星ナビに応募するネタがないなぁ・・
と、がっかりしているところです Σ (゚Д゚;)
うーん、多分、投稿するだけなら、ここ3年ほどは途切らせたことはなかったと思ったのですが、流石に、今月はやむなし、ですね。
下手な画像を送っても、ダメでしょうし・・。
MT160反射望遠鏡によるNGC281はちょっと期待していた面もあったんですけどねぇ・・

さて、CMOSビデオカメラ ALICE-IIの方も、少しづつテストは進めています。

オライオン30cm反射望遠鏡 ALICE-II CMOSビデオカメラにて 2 FPSにて撮像

ラッキーイメージング効果を狙って0.5秒、つまり、フレームレート2 fpsで撮像させたと思いました (^^ゞ
まぁ、鏡筒バンドの締め付けが弱かったのか見事に星像が流れてましたけど・・(´;ω;`)ブワッ
オライオンは低空に弱い(たわみで光軸がズレたりする・・)のもあって、ちょっと泣けます・・
それはさておき。
CMOSの一番の利点はやはり、フレームレートが早いことが挙げられます。
また最近のセンサでは、読み出しノイズが低いものが多い為、1枚画像では全く写ってるように見えなくても、コンポジットしていくと、被写体が浮き上がってくるのも特徴です。

コンポジット後の画像  全く写ってなかった腕までちゃんと出てきます・・。

また、量子効率も高いこともあり、低読み出しノイズと相まって、CCDカメラより短い露光時間で被写体が良く写ります。
ASI120MM CMOSビデオカメラ 露出1/2秒 1枚画像によるM15 写りが早い!!

欠点は、ダークノイズが(見た目上は)大きく感じる為、長秒露光が苦手であること。
ASI120MM 露出4秒のダーク たった4秒でも、このノイズ・・

ASI120MM CMOSビデオカメラもそうでしたが、なるべく短時間露光で済ませる方が正解???

ちょっと、この辺りは検討の余地があるかもしれませんが・・・
デジタル一眼レフカメラの様に、適正露光を与えて撮るのがBestというわけではなさそうです。
デジタルカメラだと、映像エンジンの補正効果が得られるので、写真の基本として適正露出!が大事なんだろうなぁーと思ってます。

もう一つの欠点は、やはり縦縞、固定パターンノイズがあること。
ASI120MMのM66もそうですが、一番上のALICE-IIの画像でも、縦縞があるのが判ると思います。
ダーク減算で、引き切れればいいのですが、どうも、そう上手くはいかないみたいです。
しかし、固定パターンノイズは、読み出しノイズに起因しているので、長秒露光を行って、S/N比、つまり、シグナルを稼げば、目立ちにくくなる可能性がありますから、、、この辺りに長秒露出の検討をしてみる余地はあるかもしれません???
に、しても、デジカメもCMOSイメージセンサなのですが、縦縞などは目立たず、凄いですね・・。
(手持ちだと、オリンパスのE-620デジタル一眼レフカメラは、横方向にバンドノイズが出てしまいますが・・)
オリンパスE-620 デジタル一眼レフカメラのバンドノイズ

こうしたノイズは積極的に画角を動かしていって、平均化をさせるしかなさそうです。
あとはあえて極軸をずらして一方向にシフトさせていくと効果的かも。1回あたりの露出はせいぜい数秒ですからね・・
デジタルイメージングだと、従来の概念とは全く違って、がっちりした精度の高いシステムでない方が、効率が良いケースがあり得ますね。
CMOS縦縞消すにはオートガイドして1点に光を留めてしまうとNGですから・・。
あとは、Drizzle等も考えた場合、回転が入る経緯儀の方がより効果が高いですし、縦縞消しも、その方が良いのかー・・(有効画素数と画角が減ってしまう欠点はありますが・・)

あとは、これはCMOSの欠点ではないのですが・・・
ALICE-IIは思ったよりもセンサが大きめなこともあって、手持ちのTrueTechフィルタホィールだと、位置再現性が悪い為に、フラット補正がマッチせず、地味に参ってマス・・(;´д`)トホホ…
システム構成を再考しないとダメだなぁ・・

まだまだ、試行錯誤中ですが、CMOSイメージセンサの進歩には驚くべきものがあります。
GoToドブソニアン望遠鏡で、撮影を楽しんでいる人もすでにおられますが、CMOSカメラが台頭してくれば(いや、すでにASI174MMなら、知人がジャンクで拾ってきたALICE-II以上の性能がありそうですが)、比較的安価に大口径望遠鏡が扱えることもあって、DeepSky撮影の主力機として、検討してもいいカモ・・!

もーちょい、実験してからですが、数年後に家を建て替えた際にはSkyWatcher 40cmGoToドブ、いいかも・・♡
なーんて考えちゃったりしているところだったりします。
やっぱり、30cmの上の世界を見てみたい気がしますし・・かといって、赤道儀まで買い換えるわけにもいかないし・・。
ベランダ撮影の主力機として、真面目に検討しようかなぁ・・。
まぁ、まだまだ先の話です。
今は、ALICE-IIでの天体撮像に注力して、出来ること、出来ないことの見極めと、、、あとは作品化できるシステムの構築が先だなぁ・・。
TrueTechのフィルタホィールだとダメだぁ、、(´;ω;`)ブワッ
ここは精度が欲しかった!(^^ゞ
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コメント

No title

色々なノイズ対策がひつようだけど感度が高く比較的に安価なCMOSカメラは気になりますね。
短時間露出で星雲が撮影できるようになるとノータッチ撮影が主流になるかも。

No title

UTOさん、こんにちは
この記事とても楽しく拝見しました。
「極軸を故意的にずらし」は僕も考えていました。
位置ずれを起こさせてノイズを平均化してしまえばと思ったのです。
実は、既に惑星撮影の際にはこの手法を使っています。
ノイズは少ないですが、センサーのゴミ対策です。
なので、3分間に視野からはずれないようにちょこちょこ微動させる必要があります。

先日試していただいた、冷却ASIもノイズへの試みのひとつです。
少しずつ冷却していけば結露しないようです。

40センチですが、よければお貸ししますよ。

No title

ALICE-II の画像、トランペジウムがしっかり写っていて驚きました。こうしてCMOSの特性を一つ一つ解析して行って最適な使い方を求めるのが実にUTOさんらしくて素晴らしいです。超光害地の我が家のベランダからでも試してみたくなりました。

No title

CMOSカメラ面白そうですね。 大口径+明るい光学系+経緯台とくれば ミードの経緯台にf3.3レデューサーつけて撮影しまくるってのって最適じゃないですか?お勧めのCMOSは現在のところはASI174MMですかね プライムに付けても面白そうですねf2.2ですから

No title

> ヨネヤンさん,こんにちは。
ASI120MMなど、冷却CCDカメラを初期の頃からやっていた身としては、信じられない位破格ですものねー
ノイズ対策が必要ですが、それでも、これだけ写ってくれれば、十分楽しめそう。
1/2秒で星団が撮れちゃうなんて、昔のイメージ・インテンシファイアでの天体写真を彷彿とさせられます。

No title

> タキさん、こんにちは。
極軸ずらし、おぉ、すでにやられていましたか!
流石ですね。

40cm、ちょっと興味があります!!
ただ、今だと置く場所が無いので、家を建て替えてからになっちゃいますが・・まだぜひ相談させてください!!

No title

> ☆シュミット☆さん、こんにちは。
Hαフィルターを使うと、トラペジウムもバッチリ捉えられますよ~(^O^)
CMOSイメージセンサ、ASI120MMは背景がある程度明るくないと映像信号が潜ってしまうので、都会地向けですし、ASI174MMはSonyの超高感度センサを搭載しているし、ぜひ、シュミットさんもチャレンジしてみてください!!

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> s43**001さん、こんにちは~
CMOSカメラ、面白いですよー。ただ、多数枚になるので、画像処理に時間がかかるのが地味に面倒ですが・・(; ̄ー ̄A アセアセ・
仰る通り、MeadeのLSシリーズなどは追尾精度も高いので、最高の組み合わせになりそうです。

CMOSカメラはASI174MMがローノイズ・超高感度のSony製でオススメです。
産業用カメラまで視野を広げるとCMOSIS製CMV4000搭載機あたりが良さそうですが、やはり縦縞が心配です。

No title

被写体を中央から少しズラし、写野中央にガイド星を置いて、経緯台でこれをガイドすれば、写野全体がガイド星を中心に回転しますよね。
収差は光軸に沿って同心円状に出るとすれば、ガイド星を中心に回転補正を掛けて大量にコンポジットすると、縞ノイズが消えると思われます。
また、この方法なら副鏡スパイダーの光条まで消すことができると思います。(総露出時間は掛かりますが…)

No title

> huqdogさん、こんばんわ。すみません、コメント見落としていましたm(_ _)m
ガイドはノータッチガイドだとすると、多分、視野を中心に回転しますよね。
それで、おっしゃる様に、縦縞も消せると思ってます。
回転が入る方が、Drizzleが効果的に機能するので、その点はいいのですが・・
むむ、回折像、言われてみれば、これも消えちゃうのかな??
そこまで考えてなかったなぁ・・(回折像は残したい人なので ^^;)

No title

こんばんは ご無沙汰してます
QHY、ZWOともに新製品ラッシュで、冷却CMOSの開発もやっているようですね。冷却CCDはなかなか手が出ませんが174の冷却がいくらくらいで出るのか楽しみです。

No title

> tez*024さん、こんばんわ。
いよいよ天文分野もCMOSですかねー!miniCAM5のGallayを見ていてそう感じました。縦縞とか目立つ程でないのかなー・・
Sony製CMOSなら、縦縞などの問題も少ないので、冷却174が出たら楽しそうですね。

No title

今更ですが、Raspberry-PiというARMマイコンをhackしてて、こいつに付いてるMIPI
カメラI/Fの仕様を調べてたのですが、CMOS画像センサって普及したタイミングからバイオ屋
さん向けを意識してるのかラズパイ財団以外の互換品も含め"FPS競争"してて、つまり動画前提。
逆にどこまでFPSを落とす(=長秒露出)ことが可能なのか調べてたのですが、どうやら
6.5535秒が限界のようです。
冷却すればノイズは減らせると思うのですが、天体用に長秒露出させようとすると俺々MIPI
を定義して、そもそも動画じゃなく1shot静止画を撮影できるようなCMOSを探さないと
いけない模様。CMOSだからセンサだけでなく、読出しどころかJPEG圧縮やMPEG動画まで
パイプラインで一気にしてくれちゃう高機能過ぎるセンサだらけでグルグル目。

No title

> kob**995さん、こんばんわ。
Hackとは流石ですねー!!ぜひ、面白いことが判ったら教えて下さい。
長秒露光が6.5秒が限界というのはセンサのハード的になのでしょうか。
CCDと違って、ランダムな白点も多いので、どうも短時間露光多数枚が正解かなーという印象でいます。
CMOSは、オンダイでいろいろな機能が搭載できてしまうので、凄いですよね。
そのおかげで、拾ってきた様なボードカメラでもドライバと取込みソフトさえあれば、まともな絵が出ちゃうので、助かってマスが (^^ゞ

No title

逆にその機能に縛られてしまうのが(天文屋として)不満でして。オンダイで画像エンジン処理
されてJPEGやMPEG吐くけど、RAWが取れないとか。
特にCMOSの場合FPS競争に走ってて、静止画のことは全く考慮されてなかったり。上記の
6.5535秒というのはパラメータが16bitで0.1μ秒単位という制限です。
それでも気温が低い今の季節だと2等星まで映るようです。

No title

> kob**995さん,こんにちは。
なるほど・・・結構、いろいろとやっかいなのですね。
CMOSだと多数枚撮って・・という感触がありましたが、動画重視だからなのかもしれませんね。
デジイチ用のだとやはりまた設計が違うんだろうなぁ。

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プロフィール

UTO

Author:UTO
子供の頃、図鑑で見たパロマー天文台の天体写真に憧れて、天体写真を初めて幾星霜・・
デジタルカメラの進歩によって、当時のパロマ天文台の写真を超える天体写真がアマチュアでも撮れる時代になりました。

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