「画像処理」カテゴリーアーカイブ

ダーク減算の効果検証(2)・α7S/tiff版比較

ダーク検証が続きます。
今回はrawファイルを直接DSSに喰わせるのではなく、PSでのCamera rawフィルターを使用していったんtiffファイルに変換したものをDSSでスタックしてみました。素材は今回も小石原で85mmで撮影したsh2-310です。

今回も長くなってしまったので、結論を最初に書きます。
結論。
デジタルカメラでより美しいノイズの少ない天体写真を得るために重要なことの優先順位。

1.露出時間(≒ライトフレーム枚数)を多くする
2.ディザリング
3.(なし)
4.(なし)
5.ノイズ処理のテクニック
6.(なし)
7.(なし)
8.(なし)
9.(なし)
10.ダーク減算

ダークなんて撮ってるヒマがあったら、1枚でも多くライト画像を撮りましょう^^
とことんハイクオリティを追求するならダークはありですが、ディザリングの方が先です。

で、検証。


共通データ:α7S SIGMA85mmF1.4Art F2.0 30sec*135 ISO12800
Rチャンネルのみ切り出し 20コマ単位でディザリング

左の列がダークを引かず、rawファイルをtiff現像してDSSでスタックした画像。昨年来、自分がメインで行っている処理方法です。
上の列はσクリップあり、下の列はσクリップなしの単純加算平均。

左下の大きな赤丸が前回の記事でホットピクセル痕が出たところですが、σクリップを行わなくてもきれいに消えていることがわかります。
Camera rawフィルターは、ノイズ除去のパラメータを0にした状態であっても、明らかにホットピクセルと見なせるノイズは除去してくれます。一方でDSSはディベイヤーの処理だけしか行っていないのでしょう。
参考)Camera rawフィルターのホットピクセル除去能力

細かくチェックすると、小さな赤丸の領域のようなホットピクセル痕が出ていることがわかりますが、DSSでrawを直接処理したときのような顕著なものはなく、あらかたホットピクセルはCamera rawフィルターで除去されたことがわかります。

一方で右列ですが、こちらはフリーソフトのRStackerを使用して、rawファイルレベルでダーク減算とフラット処理を行い、dngファイルをcamera rawでtiff現像したものをDSSでスタックしました。
結果はこの方法が一番良好。小さなホットピクセル痕も残らず消えています。
ただ、raw->dng化->RStacker処理->tiff現像と、都合3回も中間ファイルをコマ数分生成することになり、処理には一番手間がかかります。

長々と書いてきましたが、結論から言って、Camera rawでTIFF化して処理する場合も、厳密に言えばダーク減算した方がよりよい結果が得られることがわかりました。

でも、その差は正直いってごくごくわずかです。Web品質では全く区別できないでしょう。A3プリントを虫眼鏡でチェックでもしない限り判別不能なレベルです。

撮影現場でダークファイルを取得するのはなかなか大変です。撤収して早く帰りたいのにダーク撮像が終わらないとか、夜半を過ぎて空が一段と暗くなったので露出時間を伸ばしたら、フラットを別に撮らないといけなくなるとか・・
ダークを撮るためにライトフレームの露出時間が短くなるなぞ本末転倒。ダークを撮るくらいなら、一枚でも多くライト画像を撮りましょう^^

 

今回わかったことを一つ。
フラットはrawレベルで処理したほうが合いやすい。
左はRstackerでraw(dng)ファイルでフラット処理したもの、右はPSでtiff現像したものにDSSでフラット処理したもの。
右のtiff版では、Rチャンネルはだいたいフラットが合っているのですが、GBチャンネルは過補正になっています。

RStackerやDSSでrawデータで処理する場合は、リニアな輝度情報をもった画像にフラット処理を行うためフラットとライトの輝度がずれていても正しく処理できますが、PSでtiff化するとガンマ補正がかかった画像にフラット処理を行うことになるので、フラットの山が大きくずれると正しくフラット処理できないのが原因と推測。

——-

以上、自分ではまとまったつもりですが、ちょっとわかりにくいでしょうね・・・こういうヤヤコシさが天体写真の敷居を変に高くしているのでしょう。
どこかの機会でわかりやすい比較表を書いてみたいと思います。

自分の今後の撮影では、これまでどおりダークなしで、Camera rawでtiff現像したものをDSSでスタックする方法でいこうと思います。Camera rawの青ハロ・赤ハロ除去の機能は有効で、しかもコンポジット前に行う方が良い結果が得られることもあり。
参考)シグマ85MMF1.4ART導入(2)試写編

ただし、フラットはリニア画像に適用するほうが良いことがわかったので、場合によってはRStackerを使用してフラット処理を行うかもしれません。

また、彗星のようにチャンスが1回きりの対象で少枚数しかライトフレームを撮れなかったときなどは、ダークを入れるのが良さそうです。

ケースバイケースとはいえ、ややこしいものです^^;;

ダーク減算の効果検証(1)・α7S/raw版比較

ここ1年ほど、もっぱらダークなしで撮影してきました。理由はダークの撮影には結構な手間がかかることと、その効果自体に疑問があったからです。

それで困ったことは特になかったのですが、作業プロセスをパターン化して特に考えずに行うようになると意外な落とし穴にはまっていたことに気づかないもの。
そこで今回、これまでのやり方を再検証する意味で、これまでの方法(rawをtiff現像してからDSSでコンポジット)ではなく、ライト・ダーク・フラットを全てrawファイルのままDSSで処理する一般的な方法でやってみました。

前置きが長くなりましたが、今回も小石原で85mmで撮影したsh2-310が題材です。


左:Darkなし
右:Dark*30
共通データ:α7S SIGMA85mmF1.4Art F2.0 30sec*135 ISO12800
DSSでrawファイルをコンポジット average、σ=2.0クリップ
Rチャンネルのみ切り出し 20コマ単位でディザリング

まずはダーク有無の比較拡大画像。

左がダークなし、右がダークありです。
どちらも同じレベル補正とトーンカーブ補正のみで、ノイズ軽減はかけていません。
ダークなしの方が若干明るいのは、平均化されたダークの情報が乗っているからだと思われます。

違いがわかりますか?

 

違いがわかりやすいようにさらに拡大してみました。
緑の丸の部分が固定パターンノイズが現れた部分。
σクリップをかけているのですが一部残ったのでしょう。

 


左:Darkなし
右:Dark*30
共通データ:α7S SIGMA85mmF1.4Art F2.0 30sec*135 ISO12800
DSSでrawファイルをコンポジット average、σ=2.0クリップ
Bチャンネルのみ切り出し 20コマ単位でディザリング

こちらはBチャンネルのみの切り出し。
Hαナローなので、Bチャンネルは極端な露光不足になりますが、思い切り持ち上げてみたところ。

これはRチャンネルより違いがわかりやすいですね。
固定パターンノイズの影響がより多く出ています。

 

jpeg撮って出し画像のヒストグラム。
Bチャンネルはこれくらい左に寄っています。

ここまでのデータで判断するのは早計ではありますが、極端なアンダー撮影になればなるほど固定パターンノイズの影響を受けやすい、といえるのではないでしょうか。
逆に、ヒストグラムが右寄りになるくらいに露出を充分に与えれば、固定パターンノイズの影響は無視できるくらいに減るのかもしれません。

———

ここまでの処理プロセスで、重要なことが一つあります。
「ディザリング」と「σ(シグマ)クリップ」です。

「ディザリング」とは、固定パターンノイズの影響を平均化するため、コマ単位でほんの少しずらして撮影する方法です。私の機材はM-GENのように自動でディザできないので、20コマ単位で手動でディザリングしています。135コマの中で、7回位置をずらしたことになります。

「σクリップ」とは、コンポジットの際に、輝度分布が極端に外れたデータを捨ててしまう方法。飛行機や人工衛星の光跡を消すために有効な手法として知られています。

この2つを組み合わせることによって、固定パターンノイズの影響を最小にすることができます。

 

通常の加算平均が上段。下段はσ=2.0でシグマクリップをかけたもの。

この4つを比較すると興味深い結果が出てきます。
右下の赤丸の領域に注目してください。
ダークなしのシグマクリップなしの加算平均なので、固定パターンノイズの影響を一番大きく受けるケースに該当します。
他のコマには見られない、「いかにも星のように見えるノイズ」が出ていますね。ディザリングが不十分なため、固定パターンノイズが残ってしまったのでしょう。

左下のコマはシグマクリップによってこの「いかにも星のように見えるノイズ」はだいたい消えているのですが、一部消し残りができてしまい、キズのような白点が残ってしまっています。

ソニーのα7Sは、Canon機と比較して、輝度の低い星のような固定パターンノイズが多く出ます。「いかにも星のように見える」ため鑑賞目的では気がつかない事象ですが、カラーの場合は明確な色ノイズとして出てしまうかも知れません。

ひとつ気になるのが、シグマクリップの方が細かなノイズが多く見えること。なぜだろう??
この結果だけを見ると、一番結果のいいのは右上(ダークありでシグマクリップせず単純な加算平均したもの)。

新たな謎が増えてしまいました。
これが事実だとすると、シグマクリップは細かなノイズを増やす副作用があるものとして、注意深く使わなければいけなくなります。

 

左:ダークなし 30sec*1
右:ダークあり 30sec*1

最後にもう一つ。
コンポジットなしの1枚画像で、ダークの有無を比較しました。
この画像だけを見比べると、鑑賞目的での善し悪しに差異はないと言ってよいのではないでしょうか。
ただ、左の画像には例の位置に輝点ノイズが出ています。

長々と書いてきましたが、ここまでの検証で、「多数枚コンポジットでは、ディザリングすればダーク減算は不要」だという私のこれまでの考え方を変える事実は出てこなかった一方で、シグマクリップの重要性(と副作用)を新たに認識しました。
検証はやってみるものですね^^

——-

これまでダークなしで撮影してきたことは、自分の天体写真技術の上達に大きなプラスになったと思っています。

天体写真は、撮影から処理まで複雑な工程を積み重ねる必要があります。そのひとつひとつに充分習熟できていない中で、ダーク処理に必要なエネルギーを他のことに回すことができたのが一番の効果でした。

デジタルカメラで天体写真をこれから始めようとする、ないしは始めたばかりの初級者の方には、ダーク減算の処理は必須のものではなく最初から無理にやらなくても良い、くらいの認識のほうが良いのではないかと思います。
もっと割り切って「デジカメではダークは不要」という考え方もアリアリです。(天文ガイド常連のSBM巨匠はダークなしで素晴らしい作品を量産されています)

ちなみに、冷却CCDは縞状のアンプノイズなどで、ダークを引かないと話にならないという話を聞きました。
また、固定撮影1枚撮りの光跡撮影の場合は、輝点ノイズが星に埋もれてくれず目立つため、ダーク処理は必須に近い有効な手法です。

いやー、天体写真は至るところに地雷だらけですね^^;;

 

 

 

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。

 

小石原(9) 85mmでモザイク星野・フラットに苦しむ

最近は何で撮ってもモザイク合成なのですが、85mmでもモザイクを意識した星野を撮り始めています。

ぎょしゃからおおいぬまでを繋ぎたいのですが、時間的にもそろそろ無理っぽいので、まずはオリオンを中心に6枚でのモザイクをやってみました。


Flickrで大きな画像を見る
EOS6D(SEO-SP4) SIGMA85mmF1.4Art F2.8 ISO1600
上3枚、下右1枚 1min*60 スカイメモRS 2017.2.2福岡県小石原
下左2枚 4min*9 JILVA-170 2016.12.27 和歌山県すさみ町
DSS、PS CC、PhotoMerge、GXT

疲れました。この1枚ができあがるまでに・・
エンゼルフィッシュの胴体が妙に黒いとかベトリックスの右に大きなゴミがあるとかすさみで撮ったコマの方がヌケが良くてアンバランスとかいろいろ突っ込みどころはありますが、とりあえずここまで。はあはあ・・

Camera Rawのプロファイル補正で周辺減光を補正し、コンポジット直後の画像にグラデーションレイヤーでかぶり除去をざっくりかけて、確認用の強調レイヤーを入れた状態。
なんともてんでんばらばらな色と明るさ。

実はこの程度のムラはGXTが「だいたい」は補正してくれるのですが、大きなムラには強いのですが局所的なムラを取るには限界があります(パラメータ調整で消すには消せるのですが、天の川や分子雲まで消えてしまう)。

特に気になるのが大きなリング状のムラ。
めんどくさいのでこれまでごまかしていたのですが、これをなんとかしないと・・・

推測ですが、Camera Rawのプロファイル補正は結構適当。
レンズによって過補正になったり補正不足になったり。

また、ミラーボックスケラレや、上の例のような微妙な内面反射?の加減でできるムラには対処できません。

— — — —

そこで、今回まじめにフラットを作りました。
そのフラット用の元画像にCamera Rawのプロファイル補正をかけてみました。
補正が完全なら、全面ニュートラルになるはず。

まずは補正なし。
このとおり、周辺減光が出てます。

補正100%。
若干補正不足ですね。しかも例のリングムラは消えていません。
上辺と下辺がミラーボックスケラレの逆になってますね。
色むらもあるけどこれはフラット画像の問題なのか、センサー感度のムラなのかは謎・・

補正120%。
このへんがベストエフォートのようですが、各所にムラが残ります。

予想どおりとはいえ、強く強調する星野写真では、Camera rawのプロファイル補正では苦しいということがはっきりしました。
(勿論、レンズによっては手動補正で充分なこともありますが)

— — — —

早速フラットを入れて試してみました。
左がCamera raw プロファイル補正。
右がフラット補正です。

完璧とは言い難いですが、明らかに前進です^^

このフラットを使って、6枚の画像をraw現像から一式やり直し。
フラットを入れてDSSでスタックして、グラデマスクとGXTでかぶり補正し、あれこれ強調処理を入れて、最後にもう一度GXTでかぶり補正を入れた、モザイク直前の状態。

この画像をICEでステッチして、彩度・レベル調整をかけた画像。
うーん、ここまで頑張って合わせたのにまだつなぎ目が・・・

ICEは何も考えずに処理できて便利なのですが、結果に不満がある場合は全てが手作業になってしまいます。
左がステッチ画像を右のようなPSのレイヤー形式でも出力できるのですが、その場合は色・輝度合わせや位置合わせもなされていません。

手作業が入る場合は、実はPhotomergeの方が楽なことがあります。Photomergeだと、位置合わせ・色合わせしたマスク付のレイヤーができるので、こっちの方が楽。

で、レイヤー毎に調子を微修正し、境界はぼかして目立ちにくくして、あれこれやってできたのが先頭の画像でした^^
あー長かった。ここまで読んでいただいた方、ありがとうございました^^

シグマ85MMF1.4ART導入(3)フラットを追い込む

前回の作例はフラットを当てておらず、周辺減光はcamera rawの手動補正で行っていました。新しいレンズなので、まだレンズプロファイルが未対応だったからです。

つい先日のアップデートで対応したようなので、早速試してみました。

レンズプロファイルを選択し、一番下の「周辺光量補正」を使用します。100%では若干補正不足のようで、105%で使用しました。

ちなみに「色収差の除去」パラメータは、ONの方が若干周辺の色ズレが改善された気がするものの、OFFでも目立った違いはありませんでした。85Artは倍率色収差が少ないためでしょう。

絞りはF2.0で撮影したものです。
左が適用後。右が適用前。はっきり改善されているのがわかります。

しかし・・・さらに強調してみると・・・

 

左が適用後。右が適用前。
円形の階段状のムラが残っています。
実はこのムラ、手動補正でも取り切ることができず、円形のマスクを使って補正していたのですが、なかなか難物で苦しんでいました。

プロファイル補正でこのムラが消えることを期待していたのですが、どうやらダメなようです。

そこで、仕方なくフラットフレームを作成することに。

 

フラットは普段あまり入れないのですが、撮る場合はiPadを使用して撮っています。
(参考:「iPadでフラットフレームを作成する」)

ところが、撮ってみると補正不足で全く合いません。
ためしに、フラット画像にPSのプロファイル補正を入れて見ました。正しくフラットが撮れているならほぼ平坦なグレーになるはずです。

結果はこの通り、周辺が暗くなってしまっています。
FSQ106EDや328では問題なかったのに・・・何故?

 

原因は液晶の角度にありました。
液晶画面は、真正面から見る場合の輝度が最も高く、入射角が傾くにつれて輝度が下がるのです。

望遠の場合は中央と周辺であまり角度がかわらないために問題にならなかったのでしょう。(85mmの場合は最周辺で入射角が14.5度)

 

そこで、液晶画面の前に上質紙を一枚入れて、液晶からの光を散乱させるようにしてみました。

 

結果は完璧ではないものの改善しました。
気になっていた同心円状のムラが浮かび上がってきました。

このムラが、PSのプロファイル補正と、実際の光量の差になります。まだ若干周辺部が暗いようですが、フラットの効き具合を調整すればなんとかなりそう。

 

左がプロファイル補正、右がフラット補正。
同心円ムラが改善したのがわかります。
これでもまだ不十分ですが、まあやらないよりはマシでしょう。

 

ここまでやってみて疑問に思ったのは、PSのカメラプロファイルは一体どこまで補正しているのか?です。

レンズ毎の周辺減光を中心からの距離の実測値(または設計上の計算値)で補正してくれているものと信じていましたが、もしかしたら手動補正と同様の「適用量」と「中心点」の二つのパラメータでしか制御していないのかもしれません。いや、多分そうに違いない・・

 

85mmArtのフラット画像を反転して強調したもの。
左右はほぼ対称ですが、上下は対称ではありません。下側の方が暗く(実像では明るく)なっています。

また、中央付近の減光が同心円ではなく、四角っぽい気もします。
ミラーボックスのケラレが影響しているのでしょうか?

これまでカメラレンズの場合はフラット補正は、ほぼPSのプロファイルだけでしたが、やっぱりちゃんとフラットを撮った方が良いということがはっきりしました。(まあ今さらいうまでもない常識なんですが)

仕方ないので、地道にフラットライブラリを作ることにします・・iPadフラットの限界もわかったので、積分球か、スカイフラットか、試行錯誤してみます。。。

 

ちなみに、フラット補正する場合、自分はコンポジットのタイミングではなく、コンポジット後画像に対してPSのオーバーレイレイヤーで行っています。

この方法だとコマ毎の位置のズレの分だけフラットもズレることになり、センサー上のゴミをきれいにとることができないのですが、フラットの効き具合やカラーバランス・ヒストグラムの山を細かく調整できるメリットがあります。

こんな感じで、反転したフラット画像を元画像のすぐ上に置きます。
二つ入れているのは、一つだと100%にしても補正不足になることがあるためです。

 

フラット道奥深し。
でもこれって実測値でPSがプロファイルを持てば解決するはずですよね。
こういう無駄(?)な作業は本当はやりたくないのですが、かぶり補正の時間の無駄よりはマシになる気がしてきました。

がんばります・・・