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α7Sの「星喰い現象」再検証

小石原で85mmで撮影したsh2-310ですが、かねてから確認したいと思っていたα7Sの「星喰い現象」の検証の目的もありました。

補足すると、「星喰い現象」とは、α7Sの画像処理エンジンが微光星をボロボロにしてしまうという厄介な現象で、B(バルブ)モードなど特定のカメラ設定の下で発生します。

参考)
α7s・バルブ露出時の画質問題
α7s・バルブ露出時の画質問題その2

左:Mモード30秒ISO12800*1コマ
右:Bモード240秒ISO6400*1コマ
ダーク、フラットなし

まずは1コマ撮りの比較画像。
露出時間が3EV(8倍)違うので右の方が低ノイズなのは当然としても、星の写りは1枚撮りの方が鮮明。
○で囲んだところが星食い現象の荒れが顕著な部分です。
画像処理エンジンが画像のエッジ部分を削ってしまい、星が消えたり、ちぎれたようになっています。

 

左:Mモード30秒ISO12800*8コマ
右:Bモード240秒ISO6400*1コマ
ダーク、フラットなし

同じ露出時間になるように、30秒露出は8枚コンポジットしてみました。微光星のディテールの差はますます顕著に。
ノイズ感も左の方がいい感じ。
ちなみに、1pxの白い点々はダークパターンノイズです。α7Sの場合、EOSと違って小さい輝度の低いパターンノイズが多く出ます(EOSは輝度の高いパターンノイズがまばらに出る)

 

 

この星喰い現象を知って以来、私はα7SではBモードは封印し、30秒露出の高ISO(8000〜)でのみ撮影してきました。

ところが、SNSの投稿や天文雑誌の入選作を見ると、α7Sで10分とか15分で撮影された素晴らしい作例がぽつぽつあります。(小石原の主、M我U宙さんもそのお一人)

「淡い広がった対象では星喰い現象は大きな問題にならないのではないか」というのがその中での仮説です。

 


左:Mモード30秒ISO12800*135コマ 総露出67分
ダーク30、フラット20
右:Bモード240秒ISO6400*20コマ 総露出80分
ダーク16、フラット20

コンポジット画像の比較。
左がMモード30秒、右がBモード4分。総露出時間は30秒バージョンの方が15%ほど少ない状態。

星のディテール(というか極限等級)は、明らかにMモード30秒バージョンの方が良くみえますね。Bモード4分は、微光星がより淡くすこし広がって見えます。
ただ、「ランダムな星喰い」は平均化されて、「汚さ」はなくなりました。


左:Mモード30秒ISO12800*135コマ 総露出67分
ダーク30、フラット20
右:Bモード240秒ISO6400*20コマ 総露出80分
ダーク16、フラット20

上の画像をレベル調整とトーンカーブのみで、強めに淡い部分を持ち上げてみました。
強調すると、240秒Bモードの方の淡く広がった微光星はやや大きめになり最微光星は星喰いで消されてしまったように見えます。その一方、淡い部分がより「見えている」ような気がしないでもありません・・やや微妙ですが。
この2枚なら、「一長一短」と評価できるのではないでしょうか。

 

さらに拡大した画像。
強拡大すると、星喰いによる汚さが目立ってきます。
ただ、100枚くらい(総露出5時間!)重ねれば星喰いが平均化されて評価が逆転するかも??

ここまでの結論をまとめておきます。

  • 星喰い現象が画質を悪化させる問題仕様であることは事実。
  • 多数枚コンポジットにより星喰いのデメリットは軽減される。
  • 特に、淡い星雲の描出に限っては、多数枚コンポジットにより星喰いのデメリットはほぼ感じられなくなる。

これまでの経験的感覚では、光量が極端に少ない状態で30秒縛りにすると、ヒストグラムが左に貼り付いた超アンダー画像になってしまい、α独特の「細かいダークパターンノイズ」の悪影響をより強く受ける気がしています。

今回使用したレンズが85mmArtという星像径の小さな(最小2px角)レンズだったというのも影響しているのかもしれません。
星像が大きな光学系であれば、もっと差が縮まるかも。

F値の暗い光学系やナローバンドの場合は、30秒縛りにこだわらずBモードで露出時間を長くするのも選択肢としてありそうです。
両方を撮影して合成するのもありかも。
長焦点でのO3、S2画像で次回試してみたいと思います。

 

改造EOS Kiss x5到着、そしてMagic Lantern導入

ハヤタ・カメララボさんに注文していた天体改造EOS Kiss X5が届きました。

元箱入り付属品完備で32000円。
液晶モニターの隅に擦り傷がある以外は使用感の少ない美品でした。梱包も丁寧で、さすがオクの個人売買とは二味も違います^^

早速試し撮り。

1stショット、IMG_0001です^^
ピクセル等倍、ISO3200。

フルサイズの6Dよりもノイズが多いことは織り込み済みですが、Kissを使うはDN以来なのでノイズの少なさと高画質に隔世の感。

x5のボディは6Dよりもずっとコンパクトですが、OM-Dやα7Sと比べると大きく感じます。三脚取付部も広くて、重量級レンズを付けても安心感が。

バリアングルモニタはピント合わせの際に便利そう。

 

前置きが長くなりましたが、本題は「Magic Lantern」の導入。
6Dにも入れている、3rdベンダー製ファームウェアです。

本稿、以降はすべて自己責任でお願いします^^;

参考:
・Magic Lanternホームページ(英語)
・インストールマニュアル(日本語)

Magic LanternはEOSの純正ファームの機能を拡張するサードベンダ製ファームウェアです。
ビデオ撮影やインターバル撮影、ISO感度やモニターゲインのブースト など実にさまざまな機能が追加されています。

が、自分が使う目的はただ1点、長秒インターバル撮影。
Kissのリモコンは5D/6D系とコネクタ形状が異なり、手持ちのリモコンが付けられません。
アマゾンで2000円出せば買えるのですが、カメラの台数が多くなると持ち運びも接続も面倒だし、節約のためもあってMagic Lanternを使うことにしました。

 

 

Magic Lanternのインストールはとても簡単。
機種に合ったファームをダウンロードし、ファイル一式をSDカードに入れてカメラを起動し、純正と同じようにファームアップデートを実行するだけ。

ただし、インストール前のファームのバージョンが指定されていて、x5の場合は1.02でないとインストールできません。
幸いにも入手したx5のバージョンは1.02だったのでダウングレードせずに済みました^^

ただし、以降はMagic Lanternの起動ファイルの入ったSDカードとセットで使用する必要があります。(6Dの場合は別のSDカードでもMagic Lanternが起動しないだけで問題なく使えているのですが)

 

Magic Lanternを導入後。
ファームのバージョンが1.02-ml-Nightly….となっています。

 

Magic Lanternを入れたEOSは、普通に使っている限りは通常のEOSと同じです。
x5の場合は「ゴミ箱」ボタンがMagic Lanternのメニュー呼び出しになり、このようなメニューが出てきます。

これはDebugメニュー。
メモリ容量やシャッター累積カウント、センサー温度などが表示されています。

 

自分が使うのは取りあえずShootメニューの「Intervalometer」と「Bulb Timer」の二つだけ。

 

Intervalometerの設定画面。
1秒間隔で撮影、開始は半押し、開始時に3秒待ち、2枚撮ったら終了に設定しています。

 

 

Bulb Timerの設定。
2分露出、露出中の液晶モニタ表示はデフォルトママにしています。

 

デフォルト設定で露出中。1分23秒経過。
x5のバルブって背面に経過秒数出るんですね。
6Dでも出せるに違いない・・これまで残り時間がわかりにくくて不便していました^^;;

Magic Lanternについては以上で終了。

天体用のインターバル撮影で2000円のリモコンを使わずに済ます価値は充分にあります。
唯一の懸念は、外付けリモコンよりもセンサーが熱くならないかですが・・

マニュアルには「最悪カメラが壊れることがある」と警告がありますので、あくまでも自己責任で。
幸い、これまでEOS-M、6Dと入れましたが壊れることはありませんでしたが、ISO感度をブーストしたらボディが凄く熱くなって発熱警告マークが点灯したことはありました^^;

さてこれで実戦配備準備終了。
この新月期、晴れてくれるといいのですが。
ファーストライトは・・・バラ星雲が、M81/82あたりを撮る予定です。

改造EOS Kiss x5導入

突然ですが、IR改造機を新規導入することにしました。
EOS Kiss x5です。

Facebookでいつもお世話になっているN本親分の会社がIR改造サービスをこのたび始められました。

天体写真撮影用/赤外写真撮影用デジタルカメラ改造処理のご案内

 

EOSの改造は30000円(税別)。
3/末までならなんと5000円引き。
Kiss x5の改造済み中古品は、なんと32000円〜35000円という安さ!(ボディ込みですよ^^)
(追記)注文した32000円の最安機はもう商品リストからなくなっていました。仕事が早いですね^^

 

現状改造機はEOS6Dとα7Sの二台あるのですが、手持ち赤道儀をフル回転させるともう一台分の余裕があり、以前よりもう一台欲しいと思っていました。
6Dをもう一台!というのも考えたのですが、お値段も張るし躊躇していたところ。

この改造済み中古品Kiss x5なら値段も手頃。
6Dでの画素不足も気になっていたこともあり、長焦点でのDSO撮影用に画素ピッチの小さい(6Dの場合3600万画素相当)Kiss x5を、渡りに船とばかり導入することにしました。

天ガ最優秀2回の分子雲の大家SBMさんの6Dもこちらでの改造機だそうです。実績も充分。

早ければ来週半ばには到着しそう。本格稼働が楽しみです。
まずはFSQ106EDで、春のDSO(M81/82,ししトリオ、M51、黒目銀河とか)を狙ってみたいと思っています。

SONYから14bit非圧縮raw対応がリリースされたらしい

SONYから、α7sIIから「14bit非圧縮raw」に対応するというリリースが出たそうです。

(追記11/10)
昨日よりカカクコムからの流入が激増しています、カカクコム、さすがのメディア力ですね。
最大の関心事である「14bit非圧縮rawで例の現象は改善するのか」ですが、現在の所確認できていません。
14bit非圧縮rawモードの時にバルブやサイレントモードで撮影した作例をご存じ・お持ちの方は本記事にコメントいただけると幸いです。
結論から言って、かなり天体用途には期待が持てそうです。
SONYの圧縮rawアルゴリズムが、天体のような局所的に大きな輝度差を持つ対象に特に不適であると考えられるからです。
次の記事にわかりやすい解説が書かれています。
(If you must die, die well みっちのブログ)
(9/18 みっちさんからいただいた情報を元に大幅に加筆修正しました。みっちさんありがとうございます)
簡単にまとめると、SONYの圧縮Rawは、
4×4=16ピクセルの情報(224bit)を、固定長の128bitに圧縮します。
圧縮のアルゴリズムは以下のようなもので、
ダイナミックレンジは最大で11bit、
最小では、局所的にですが7bitにまで低下します。
・元々の情報である14bit×16ピクセル中の最大輝度と最小輝度の各1画素を11bitで記録
 (輝度11bit×2+位置4bit×2=30bit)
 →14bit->11bitの変換は、独自の圧縮トーンカーブのようなもので変換
・残り14画素を、「最大/最小の輝度差を7bitで表した値」で記録
 (7bit×14=98bit)
このアルゴリズムは、4×4ピクセルの範囲内の、
ピクセルの輝度差が小さいほど有効に機能します。
しかし、輝度差が大きくなるほど、階調は最大7bit相当にまで低下します。
さて、このアルゴリズムを、
星のような局所的な輝度差の大きい対象に使うとどうなるか?
最悪ですよね。
特に、小さな星の最大輝度周辺部がカクカクになることが想像されます。
また、ホットピクセル周辺の階調は消えてしまうでしょう。
まさにこれが「星が腐る」現象の原因ではないでしょうか。
また、ローパスを外してしまうと、星の場合にはピクセル間の輝度差がより極端になり、
さらに悪い結果を生むと想像できます。
というわけで、14bit非圧縮rawは天体撮影においてかなりの期待が持てそうです。
(自分にとっての問題は旧機種のα7sでもこのアップデートが入るかどうかですが)
しかし理解できないのは、たったの12/14、高々15%の圧縮を何のためにやるのか?ということです。
前にも書きましたが、12bit圧縮モード/14bitモードで、rawファイルのサイズに違いはありません。
ファイルサイズを小さくすることではなく、内部処理のデータ転送や外部記憶書き出しのパフォーマンス向上が狙いなのでしょうか。
それなら、わざわざこんな変な圧縮をせず、ハナから12bitで記録すればいいようにも思いますが・・・

みっちさんのご指摘によると、
「128bit」というハードウェアで処理しやすいビット長にすることが、
このアルゴリズムの狙いではないか、とのことです。
この推測だと、この圧縮の実装はソフトではなくチップ内の処理になるので、
ほんとにファームアップで改善できるのか?という心配が生じますね。
ハードのロジックをソフトでバイパスするのでしょうか?
また、高々「15%」という認識は間違いでした。
この圧縮は128/224 なので半分近くに圧縮されます。
12bitというのは、この圧縮アルゴリズムで最大表現できる階調数、という意味でした。

一つわからないのが、
「SONYの14bitのrawは”常に”不可逆圧縮している」
のか、
「”内部的に12bitで処理される場合(Bモードなど)”のみこのアルゴリズムで圧縮される」
のか、どちらなのでしょう?
常に不可逆圧縮しているのなら、「Bモード」の時だけの問題ではないはずですし、
そうでないなら、なぜ「Bモード」とそれ以外でファイルサイズに違いがないのか?
また、最終結果に出てこない内部処理エンジン内のアルゴリズムならば、
raw画像フォーマットを解析する際には不要なはず。(公開される必要もない)
rawファイルの実サイズが、キヤノンとSONYで画素数比程度の違いしかないところをみると、
最終的には同じ14bit相当のrawフォーマットになっているように見えるのですが・・
ここの認識は明確に確認したいですね。

α7s・バルブ露出時の画質問題その2

α7sのバルブモードの画質問題の追加検証です。

Mモード30秒とBモード30秒の比較画像を撮影してみました。
(参考:前回の記事「α7s・バルブ露出時の画質問題」)

結論から言って、同じ露出時間であってもBモードの画質が(かなり)劣ります。
早急のファームウェアアップによるMモードの露出時間拡大(60秒・90秒・120秒・180秒など)と、画像処理エンジンの改良が待たれます。
左:Mモード 中央:Bモード 右:Bモード長秒時NR ON
α7s(フィルターレス改造)FSQ106ED+645RD (F3.8)
Baardar B366 30秒 camera rawフィルター現像

左がMモード。中央がBモード。
Bモードの場合に微光星が崩される(「星が腐る」
現象は明らかです。

また、某所より推奨のあった、
長秒時NRの効果も合わせて検証してみたのですが(右)
カラーノイズは減るものの、星が腐る現象には変わりません。
長秒時NRの効果はまったく否定しないのですが、
これまでの自分の検証から、
「長秒時NRで消せるようなノイズはCamera rawだけでほとんど除去できる」
と認識しています。
長秒時NRするくらいならその分コマ数を稼ぐ方が得策です。
また、DレンジオプティマイザはOFFにしましたが、
これはONでもOFFでもraw画像には違いはないようでした。
(純正現像ソフトでは現像時にOFF/ONできる)

左:Mモード 中央:Bモード 右:Bモード長秒時NR ON
α7s(フィルターレス改造)FSQ106ED+645RD (F3.8)
Baardar B366 30秒 カメラ内jpeg現像

こちらはカメラ内現像のjpeg画像。
rawの時よりもさらに星が腐っていますね・・・
まあjpegの画質が低いのは当然なので、こちらはご参考までです。


元画像は以下に置いています。ご興味のある方はDLしてご確認ください。
ちなみに、SONYのEXIFでは、BモードとMモードが区別できないようです。
これはこれで困る気がするのですが・・まあ枝葉なので今は静かにしておきます。
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