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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。

 

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。
/gallery/kuju2015/DSC05576.ARW
/gallery/kuju2015/DSC05578.ARW
/gallery/kuju2015/DSC05579.ARW
/gallery/kuju2015/DSC05576.JPG
/gallery/kuju2015/DSC05578.JPG
/gallery/kuju2015/DSC05579.JPG

α7s・バルブ露出時の画質問題

今回の波照間遠征で、これまで気づいていなかった衝撃的問題が発覚しました。

α7sの天体撮影でB(バルブ)モードを使用すると、酷い画質になります。
ISOを上げて、Mモードの最長露出30秒で撮るべきです。

追記・8/28)
Mモード30秒とBモード30秒の比較記事をアップしました。
結論からいってやっぱりBでは星が腐ります。

追記・8/18)
○○ーの○○○○○○より回答がありました。
結論から言って、Bモードの画質問題に関する明確な回答はなく、
長秒時NRをONにすることでノイズ処理が最適化されること、
Dレンジオプティマイザが暗部のノイズを引き上げてしまうことが
あることの2点が示唆されたのみでした。

なんとも微妙な回答で失望しています。
長秒時NRとDレンジオプティマイザの比較を実写検証し、
またコメントにもいただいている30秒のB/Mモード比較も
実写検証する予定です。
その上で再度問い合わせ予定です。

8/20. 大人の事情で一部伏字にしました。
追記2・8/18)
2chのデジカメ板でリンクが引用されたようで、アクセスが激増し驚きました。
「星が腐る」の作例がこちらになります。
Eマウントのケラレ問題についても書いていますのでご参考まで。
ピクセル等倍の比較画像を表示
左:Mモード・ISO12800 13秒
右:Bモード・ISO3200 60秒
α7s SIGMA50mmF1.4ART F3.5 camera raw現像
左がMモード、右がBモード。なんですかこれは。
Bモードだと星がぼろぼろじゃないですか。
4倍露出しているのに情報量は・・・1/4くらいじゃないの??
facebookで台湾の方からの情報では、海外では以下の認識が広がっているらしいです。
・α7sのBモードは天体撮影には使えない。
(画像処理エンジンの処理が不適切で微光星が消される)
・同じような動作はかつてのNikon機でもあった。
(現在は解消されている)
・α7sだけでなくαシリーズすべてが該当する
・カメラ側の設定(ノイズ低減設定など)を変えても解決しない。
・Mモード30秒でISOを上げて撮るしかない。
ちなみに、「Bモードでは内部処理が12bitになる」ことは、
マニュアルにも明記された周知の事実ですが、
本問題はこれとは別の問題であると認識されているようです。
大事なことなんで、もう一度書きます。
αシリーズで天体を撮る場合、Bモードは使い物になりません。
raw画像、カメラ出しjpeg画像のリンクを張っておきます。
Mモード・ISO12800 13秒
/gallery/hateruma2015/DSC05539.ARW
/gallery/hateruma2015/DSC05539.JPG
/gallery/hateruma2015/DSC05540.ARW
/gallery/hateruma2015/DSC05540.JPG
Bモード・ISO3200 60秒
/gallery/hateruma2015/DSC05545.ARW
/gallery/hateruma2015/DSC05545.JPG
/gallery/hateruma2015/DSC05546.ARW
/gallery/hateruma2015/DSC05546.JPG
SONY様におかれましては、なんとしてでもこの問題を改良し、
αシリーズを名実ともに最強の高感度カメラとしていただくことを
切望します。
また、なんらかの原因で現行機に対して根本解決が望めないのであれば、
せめてMモードで30秒よりも長時間の設定を可能にしていただきたいです。
D810Aのように900秒まで使えれば理想ですが、贅沢は言いません。
他の事情があるのなら60秒でもいいです。
60秒が使えれば、F5.6くらいの光学系までが実用になってくるので。
個人的感想その1

α7sは素晴らしいコンセプトのカメラです。
重くて大きいフルサイズ一眼レフをあそこまで小さくし、
光学ビューファインダー神話に終止符を打ちました。
自分はあまり使っていないですが、動画性能においては、
フルサイズセンサー最強との評価も多いです。
個人的には、普段撮り用にα7をもう一台買いたいと思っているくらいです。
なのに、この件で知人からは他社機乗り換えが続出していて、
「α7s友の会」の一員としては寂しい限りです。
高性能カメラの市場が縮小する中、
天体のようなニッチマーケットであっても、
個別のニーズに真摯に取り組んでいくことこそが、
カメラ産業が生き残るためにも、必要なのではないでしょうか。
是非とも改善されることを待っています。
そして、もし・・もし、天体バージョンかモノクロセンサーバージョンが出たら・・
即買いします。
個人的感想2

今回の撮影では「ISO3200/60秒」を基本にして撮ったので、
ほとんどが「Mモードで15秒の画質以下」だったことになります。
あああああ・・・
このことをちゃんとわかっていれば、
画質が4倍以上良くなったのかと思うと、
悲しくて悔しくて夜も眠れません。
海上の銀河は、コンポジットなしで雲を止めて十分な画質で撮れたんだ・・・
アンタレス周辺はMモード30秒ならどこまで写っていたんだろう・・・
牧ノ戸のアンタレス・・2時間近く露出したけど、本当なら30分であのくらい撮れたんだ・・・
牧ノ戸のM101、糸島で撮ったときの10倍露出かけたのに大して違いがないように見えたのはこのせいだったのか・・
去年のサトウキビは偶然とは言えMモード15秒で撮ってて良かった・・
こみ上げる悲しみと怒りはさておき、
写真撮影という行為において、失ったチャンスは二度と戻ってきません。
SONY様におかれましては、その事実とメーカーとしての責任を再考いただき、
適切な対処いただくことを切に願う次第です。

α7S用タイマーリモコン入手

α7Sには純正のバルブ露出対応タイマーリモコンが存在しない。

「タイムラプス」アプリも入れてみたのだが、枚数を細かく指定できなかったり、起動や設定が面倒だったりで、あまり使えなかった。仕方ないのでこれまでは30秒露出で毎回手で!シャッターを切っていた。

ネット上で海外製品が使えるリモコンの存在を知り、早速入手した。
名の通ったAlibabaとはいえ、海外の通販サイトを使うのは初めてだったのでちょっと緊張したが、普通に登録・注文して普通に届いた。33米ドル。非純正リモコンはどこも安いねえ。
本体のUSBに接続する有線タイプ。ちょっとサイズが大きい。
露出時間、露出間隔、露出枚数を設定してスタートボタンを押せば後は放置撮影が可能。
電源は単四2本。キヤノンのリモコンと違ってメイン電源スイッチが付いている。

開封直後の図。プチプチ入りの紙袋にくるまって到着。

なんともあっさりとした梱包で、箱は完全につぶれていた。

普通に動作したのでまあいいか。中国人的には「元箱も衝撃吸収材なのでこうなるのが普通」なのかな。
アマゾンの段ボール地獄とどっちがいいのだろうと10秒ほど黙考。
– / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – / – /
しかしまあ今年の夏は晴れなかった。
九州北部地方では青空を見たのは数回、まともな撮影は全くできず。
FSQ106EDもα7Sもナローバンドフィルターも出番なし。
天候、休日や仕事の状況、月齢、空の条件などを考えると、自分の場合、満足できる星空に出会えるのは「年にせいぜい5回」だろうと思っている。そのチャンスを生かすのみ。
今年は5月の三秀台、7月の波照間の2回。あと3回か。