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2008年2月27日 (水)

フラット補正3つの疑問

最近、ブログやホームページ等でフラットフレームによるフラット補正が話題になることが多いですね。実はほんまか、やったことないのです。やってみようとは思うのですが、いざ、やろうとすると、いろんな方法があって、どれが一番いいの?と思って、わけが分からなくなってしまうのです。第一にフラットフレームってどうやって撮ればいいの? 青空、モニタ? ISO感度は? いろいろ悩んでしまうのですね。

で、私のフラット補正に関する疑問をまとめて見ました。

1 フラットフレームってどうやって撮ればいいの?

 よく、パソコンのモニタや、ELパネルを使って、撮影しているのを見かけますが、私、あれ不思議に思っていたのです。周辺減光やケラレは光束の直径に依存するので、無限遠からの光でかつピントが合っていないと意味ないような気がして。しかし、実際にやっている人の結果を見るとそこそこ合っているようです。なんで? と、ずーっと思っていたのですが、昨日よっちゃんさんのブログでフラット補正が話題になっていたので、もう一度よーく考えて見ました。そしたら、いちおう、自分なりの結論を得ました。「無限遠でも近距離でも同じ」ということです。これについては後で説明します。

2 カラーフラット補正って何?

 これが一番よく分からないです。なぞです。色ムラがとれるらしいです。でも、そもそも色ムラってなに? 光害カブリやLPS-P2フィルターによる色ムラなら分かります。それ以外に色ムラってあるの? 確かに画像をいじっていると色ムラって若干あるようにも思えます。ただ、これはCCDやC-MOS固有のもので、光学系には関係ないんじゃないの? 光学系依存の色ムラなんてあるの? だから色ムラだけをとるなら、ダーク同様、光学系はいらないはずでは? それとも、わざわざ周辺減光と色ムラを分けるのは面倒だから、一緒に色ムラもとってしまおうということ? それなら分かる気がします。でもそれなら分けた方が正確なのでは?

3 その他の条件はどうするの?

 ISO感度はどうするの? 露出時間は? CCD固有の色ムラもとるなら、撮影時と同じ条件でないとまずいですよね? さらに言えば露光量も同じでないとないと。うーん。そもそも色ムラが分からないので、よく分からないです。

と、まぁ疑問だらけなので、未だにフラット補正やる気ないのですが、「理屈で考えるより、やってみろ!」と言われそうです。その通りですね。単にめんどくさいだけです。

さて、疑問1に関しては自分なりに納得しました。何で近接光でも大丈夫なのかと。

まず、ケラレや周辺減光がおきる理由を次の図で表してみました。

Flat12

無限遠からくる光がCCDの一点に集まる様子です。黒いのが鏡筒やミラーによるケラレ、周辺減光です。この図を見れば分かるようにピンボケだと、ケラレ量も変わってきます。それで疑問に思っていたのです。

それでは、近接光ではどうか?図にしやすいようにレンズから焦点距離と同じところに光源があるとします。これだとレンズを通過したあと平行光束になります。これは図にしやすいようにそうしただけで、平行である必要はありません。

Flat2

 CCDにはピンボケの像があたります。CCDの一点に注目すると、一方向からはたった一本の光線しかあたりません。ですからケラレ要因があると光が当たるか、当たらないかのどちらかです。0か1です。この状態で写真を撮れば、円形写野写真のように真ん丸い像が撮れますが、そうはなりません。

 なぜなら、CCDのある一点に注目すると、レンズにいろんな角度から入る光線が重複して当たるからです。

Flat3

 一方向からの光線がケラレたとしても、他の方向からの光線が当たるので、真っ暗にはならないのです。これが無限遠との違いです。無限遠の場合は、CCDの一点に当たる光は一方向に限られます。これは当然です。そうでないと像がボケボケになります。

 次に問題になるのが、それではCCDの一点に当たる光は、レンズ全体を通過した光かどうかです。もし、これがYESなら無限遠と同じになります。そうではなくレンズの一部分を通過した光だけがCCDに当たるなら無限遠と同等とはいえません。

 もし、レンズにフードがなければ、レンズにはすべての方向から光が入るので、CCDの一点に集まる光はレンズ全体を通過した光です。レンズにフードがある場合はどうか。

 Flat4

  この場合も答えはYESです。というのは、レンズフードはレンズの焦点距離(=拡大倍率)とCCDのサイズで決まる画角の範囲内では少なくとも無限遠からの光に対してはケラレないです。(当たり前ですね。) 下の図見てね。

Flat5

 無限遠でケラレないなら近接光でもケラレません。

Flat6

 なぜなら、無限遠でも、近接光でもレンズとCCDの距離は同じなので、拡大率が同じということです。たとえ、ピンボケでも拡大率は同じです。拡大率が同じなら、CCDの隅っこにあたる光線の光路は無限遠とまったく同じはずです。ですから無限遠でフードによるケラレがなければ近接光でもケラレません。

 ということは、CCDの一点に集まる光はレンズ全体を通った光だといえます。(たとえピンボケでも)

 ということは、これは無限遠の場合と同じです。無限遠の場合もレンズ全体を通った光が一点に集まります。

Flat72

 この図のレンズの右側だけを見て、無限遠からの光か近接光の光か判断できますか?できないと思います。

 無限遠の場合は一方向から来るたくさんの光線を集めるのがレンズの仕事です。

 近接光の場合は、いろんな方向から来る光線を集めるのがレンズの仕事です。

 この違いはありますが、一度レンズを通過してしまえば、両者はまったく同じです。

 同じなら、同じようにケラレるはずですから、近接光でフラットフレームを撮影してもまったく同じ結果が得られるはずです。

 レンズを通過してしまえば光学的にはまったく同条件ですから、途中にレジューサーがあっても、カメラレンズのように絞りや後玉があっても何も問題ないです。さらに、色による屈折率の違いも両者でまったく同条件ですから何も問題ないです。また拡散光でも同じです。とにかく、レンズに降り注ぐ光を一点に集めると言うレンズの仕組みを考えれば無限遠でも近接光でも同じことです。(近接光の場合はピンボケですから一点に集まるという表現は良くないですが、レーザービームのような光線を考えれば分かると思います。)

 ただ、ここで重要なのは、次の条件が満たされていないといけないです。

近接光の光源は一様であること(当然ですね。)

CCDの位置は無限遠と同じであること。つまり、無限遠でピントが合った状態でフラット撮影しなければいけません。

 まぁ、当然と言えば当然の結果でしたかね。すみません。難しい話しにしてしまって。冷却D40がんばります。

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2008年2月26日 (火)

D40冷却改造奮闘記 その5

すみません。ブログの更新、滞っています。忙しいもんで。

Photo951

Photo952

温度制御のテストしてます。

この後、湿度センサーのテストして寝ます。。。

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2008年2月20日 (水)

D40冷却改造奮闘記 その4

パワーアップ!

Photo941

新しいペルチェ素子きました。12V2.4A(15V3A)のものです。最初のものより1.5倍のパワーです。ヒートシンクも大きくしました。ちょっとデカすぎたかな。CPUクーラーですが、なかなか手ごろなものがなくて。

さっそく冷却試験。最初は24.7度です。

Photo942

熱平衡に達したところで8.5度、マイナス16.2度です。前回よりマイナス5度のパワーアップです。カメラ内に組み込めばもう2~3度下がると思いますので、マイナス18~19度くらいの能力でしょうか。目標のマイナス20度にはちょっと足らず。まぁこのへんで妥協しておきましょう。

おそらく、冷却板とCCD金具がワンピースでないのが思ったほど下がらなかった原因のような気がします。でもこればかりは仕方がないです。桃太さんは冷却板を銅板で作成するそうですが、結果がどうなるか気になります。

Photo943

制御回路も作成中です。温度コントローラの他に、カメラ電源とリモートシャッターも組み込みます。

温度コントローラは温度のキープと冷却速度をコントロールします。そのほか、結露センサーも組み込みます。電気系に関してはそのうち解説記事を書く予定です。

来週中には完成させたいです。

==追記==

湿度45%でしたが結露はなかったです。

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2008年2月17日 (日)

D40冷却改造奮闘記 その3

Photo931

ペルチェ素子きました。あと温度計と、熱伝導グリスも。ペルチェは12V1.5Aのものです。

Photo932

早速、組み上げて、冷却実験。最初は24.3度です。ちなみに湿度は40%です。目標は-20度。

Photo933

熱平衡になったところで温度を見ると、12.9度。目標には全然達せず、-11.4度。やっぱペルチェ素子1.5Aのものでは吸熱能力が全然足りないようです。今度3Aのタイプのもでやってみます。でも3Aって、カメラ電源やヒーター電源も入れるとトータル5A近くになりますね。ほんまかがいつも使ってるバッテリーは小型のもので7AHだから、一時間ちょっとしか持ちません。でかいカーバッテリーが必要です。

やっぱ、冷却デジカメは大食いです。

ただ、カメラ内部に組み込めば保冷効果が出るから、もうちょっといけるかも、それでカメラ組み上げてみました。

Photo934

ほんとは、ここに断熱シートを入れる予定でしたが、入りませんでした。基板との隙間がほとんどないのです。しかし、CCD裏面は何とかしなければなりません。このまま冷却能力上げると基板がびっしょになります。断熱コーティングみたいなものがあるといいのですが。誰か知りませんか?

Photo935

完成です。どうです冷却デジカメらしくなったでしょ。

Photo936

裏面です。裏面も断熱処理した方が良さそうです。ここからどんどん冷気が逃げていくようです。

Photo9372

電源を入れてみます。よかったぁ~。カメラ生きていました。ほんとドキドキでした。案外壊れないものですね。でもCCDの隅の方、汚してしまったんです。これは後で何とかしないと。

Photo938

冷却試験開始。最初は24.7度です。

Photo939

熱平衡に達しました。-13.8度です。断熱処理すればもう少しいきそうですが。-20度は無理そうです。とりあえずペルチェは3Aのものにします。同時にヒートシンクやファンも大きくしないといけません。また発注します。

Photo9310

この状態で、バルブ撮影します。6分露出を2枚撮り終えたところで、14.1度まで温度が上がりました。まぁ、冷却しなきゃ30度近くまで行きますから。

Photo93112

このときのダーク画像です。ISO1600 6分。レベル調整255->50。アンプノイズは仕方がないです。ただレベル調整しなければうっすら見える程度です。次は拡大画像です。

Photo9312

左が冷却、右が非冷却です。D40はもともとノイズ少ないので、6分くらいではそれほど差は出ないですが、確実にノイズは減っています。

今後ですが、

断熱処理の見直しと、ペルチェのパワーアップ。それから電子制御系の製作にもとりかかります。まだまだ時間がかかりそうです。夏までに間に合えばよいので。

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2008年2月13日 (水)

D40冷却改造奮闘記 その2

Photo921

冷却板、完成しました。2mm厚のアルミ板です。手作り~という感じがいいですね。2mm厚だと加工もけっこう楽です。

Photo922

CCDユニットに取り付けてみました。

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カメラボディに取り付け。

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基板も取り付け。

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裏豚つけて完成。だいぶ形になってきました。

Photo926

コネクタ類はまだ接続していません。だからこのカメラまだ生きているか確認できません。それが一番の心配事です。

それから、部品類を注文しました。

ペルチェ素子ユニット、熱伝導グリス、熱伝導接着剤、温度計、ペンタックスのぺったん。(CCDクリーニングキットのこと)

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2008年2月 7日 (木)

D40冷却改造奮闘記スタート

ほんまか、いつまでも入選に浮かれている場合ではい。ひとつの仕事を完遂したら、即座に次の任務を遂行しなければならない。それがプロフェッショナル。あれ、どっかで聞いたフレーズ。

お待たせしました。(待ってない?)D40冷却改造奮闘記スタートです。ちなみにイメージシフト奮闘記はネタ切れで自然消滅です。相変わらず引き出しが少ないもんで。

まずはバラバラにしてみました。

Photo911

CCDユニットもばらせるだけばらしてみました。

Photo912

ここで早くも問題に直面。計画では、CCD台金具をはずして自作の冷却板を取り付けるはずでした。しかし、この金具、はずせません。CCDと裏の基板が金具をサンドウィッチする形で半田付けされているのです。CCDの半田はずしはさすがに避けたい。

そこで、この金具と冷却板を熱伝導性の良い接着剤で接続することにします。気になるのは、強度と冷却効率です。強度に関しては、ほんとはネジで固定した上で接着すればいのですが、CCDをつけたまま、ドリルで穴を開けるのはさすがに怖い。。。冷却効率に関してはやってみないと分かりません。

Photo913

次は、冷却板を外へ出すために、この邪魔者を切断しないといけません。そのためには、前カバーもはずさないといけないのですが、前カバーをはずすには、レンズマウント金具もはずさなければなりません。しかし、ここまで分解するのはちょっと面倒になりそうだ。そこで

Photo914

カッターで切れ目を入れて、

Photo915

ペンチでポキ。けっこう簡単なものね。

その勢いで、コネクタ板もペンチで引っこ抜いた。

Photo917

ほんとは、ちゃんと半田を溶かして綺麗に取ろうとしたんだけど、鉛フリーなせいか、流動性が非常に悪く、けっこう難儀だったんです。

さて、これでとりあえず、ふたをして見ました。

Photo918

見てください、外側からCCD台金具を見えます。ここから冷却板を取り出します。

ここまでくれば、後は冷却板の製作です。とりあえず、厚紙かなんかで試作してみたいと思います。

この企画、やってる本人は非常な緊張を強いられますので、ゆっくり進めていきます。あしからず。

でも、なんかすでにカメラ壊れているような気がする。大丈夫かな。。。

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2008年2月 5日 (火)

天ガ、星ナビ 入選!!

天文ガイドと星ナビにダブル入選しました!

Photo901

久々の入選なので、ほんと嬉しいです。最近は落選続きで、もう期待するのはやめていたんですがね。撮ったらとりあえず送るけど、「送ったら忘れろ!」が最近のスタンスでした。

どちらの写真もオリジナルが左側のアルバム「星野写真2007」にありますので、見てくださいね。

「天文ガイド 冬の星々」

この写真は一コマあたり12分露出の6枚モザイクですが、地上部分のずれがありません。一分ずつ左右交互に撮影してるからです。また、構図は綿密な計算の上に決めています。右側の木を入れたのがポイントです。下側のコマを撮って、上のコマを撮るまでに最大36分の時間差があります。36分後にこの木が上側のコマに入ってしまったら、もうつながりません。このようなベストポジションを探すために、試写の段階で三脚の位置を3回も変えました。撮影中もハラハラドキドキでした。実際はちょっと入ってしまったのですが、重なり部分だったので、なんとかなりました。

モザイク処理も非常に難しく、ほんと苦労した作品です。特に下側と上側で露出時間が異なるため、トーンが違いすぎ合わせるのに苦労しました。カブリも少し残したっかったので、それを合せるのも苦労しました。このあたりの悪戦苦闘はブログ記事に残っています。(バックナンバー2007年12月)

それにしても雑誌に載った写真があまりにもオリジナルと違いすぎてびっくりしています。「これほんとに自分の作品?」という感じで違和感があります。グリーンが抑えられ、かなりマゼンタよりです。また輝度も高くギンギンです。オリジナルは選者も述べているように、もっと柔らかいです。これはこれでいいのですが、自分の写真じゃないみたいです。

「星ナビ 秋の珍客」

上の「冬の星々」を撮影するまで、つまりオリオンが南中するまで時間があったので、ちょっと撮ってみた作品です。本命は「冬の大三角」という自分としては大作だったのですが、そちらではなく、ついでに送ったこちらの方が入選しました。星ナビはついでに送った方が入選することが多くちょっと戸惑います。

しかし、この写真、雰囲気がいい感じで出ていて、自分的には気に入っていましたので、入選できてよかったです。

こちらも「天ガ」ほどではないですが、やはりグリーンが抑えられています。それよりも写真中ごろに縦に筋が入っています。いったいこれは何???

すごい気になってます。家に帰って、オリジナルプリント、元画像をよーく調べましたが、このような筋は確認できません。中段あたりの筋はたぶんモザイクのつなぎ目とも思えるのですが、上部の筋が説明できません。なぜなら、上部のつなぎ目はこのように直線的ではなく、くねくねだからです。

Photo903

次に疑ったのが、画像処理、特にグラデーションツールを使った痕跡ですが、縦方向にグラデーションは使いましたが、横方向はまったく使っていなかったです。

なんか「モザイクへたくそ作品」みたいに見えてしまってちょっと残念です。

まぁ何はともあれ入選できてよかった良かった。

両方ともARSATの魚眼レンズですが、過去5回の入選のうち、4回がこの魚眼レンズです。そしてこの魚眼レンズで撮った応募写真はすべて入選しています。不敗神話。恐るべしウクライナレンズ。ほんとシャープですよ。

教訓

「入選は忘れたころにやってくる」

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2008年2月 3日 (日)

EOS 5Dテスト撮影

5Dのテスト撮影に川上村に遠征してきました。気温マイナス13度。ケーブルは凍りつきカチカチに、ピントリングは重くなるわ。集中力は持たないわ。冬の川上村遠征はちょっと考え物ですね。

天候は終始うす雲があり、とても天体写真撮れる状況ではなかったのですが、撮らなければ何もデータが得られないので、雲を無視して撮ってきました。

Photo871

30mmF4 ISO1600 1分

このワイド感いいですね。あまりにもワイドで左側、フードでケラレています(笑)。赤外カットはずしていないためか、発色もいいですね。これを見ると赤外カットそのままにしたくなります。

D50は高感度設定にするとノイズ除去のためか、のっぺりした絵になるのですが、このカメラはそれがないです。立体感があります。

こんな気象条件の中、唯一まともに撮れたのがこれ、

Photo872

50mmF4.5 ISO1600 2min×2 ディフューザ ライト使用

心配していた、ミラーケラレ、とミラーボックスケラレ。やっぱり出ていました。これは何らかの対策をしなければなりませんね。

ほんとは、4枚コンポの予定でしたが、雲のため2枚になりました。また、この上部も撮って8枚モザイクで冬のダイヤモンドを収める予定でしたが、実に中途半端になってしまいました。せっかく撮ったので、適当に仕上げてみました。

Photo874

極めてナチュラルですね。赤外カットノーマルだからでしょうか。

ケラレ以外にもうひとつ深刻な問題があって、ピントの山がつかみづらかったです。フルサイズのため許容量が増えたのか、赤外カットはずしてないので、ピントはずしたときの色滲みが少ないためか、どこでピントが合ってるかまったく分からない状況で、最後は適当にカンで決めました。いけませんね。今度月か何かで、ピントの最適位置を調べておかないといけません。

とりあえず、いろいろ課題が分かったので、良かったです。

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2008年2月 1日 (金)

EOS 5Dのダーク画像(追記あり)

EOS 5Dのダーク画像撮って見ました。条件は先日のニコンD50/D40とまったく同じです。

ISO1600 6分 元画像

5ddark1

レベル調整 255->50

5ddark2

なんか、ニコンD50/D40の方が全然いいような。。。

次は、ISO3200 3分 元画像

5ddark3

レベル調整 255->50

5ddark4

ISO1600と変わらないような気がします。なんで? もちろん撮影時間が半分なので、同じということはノイズが多いということですが、半分で同じならISO3200で撮った方がお得ということか。

とりあえず、ニコンユーザの方、安心してください。全然キャノンに負けてません。昔の機種ですが。。。

それから、EOS 5D ファインダーの見口からかなり光が漏れますね。フルサイズでミラーボックスが広いからでしょうか? 実際の撮影では見口をふさいでおいた方が無難です。

また、イメージシフト装置の僅かな隙間から漏れた光にも反応してしまいました。これも後日レポートします。フルサイズだといろいろ問題出てきますね。

==追記==

ISO1600、6分とISO3200、3分のノイズ量がほぼ同じだったので、ISO800で試してみました。ほんとは12分露出にすれば公平なのですが、自作のタイマーが10分までなので、10分としました。

ISO800 10分 元画像

5ddark5

レベル調整 255->50

5ddark6

さすがにISO800だと、ちょっとよくなりました。でも後2分露出したら変わらないような気もします。どうやら、このカメラ、「ISO感度×露出時間」が同じならノイズも同じような気がします。高感度ノイズと、長時間ノイズがちょうど比例しているということでしょうか。とするなら、高感度設定でコンポジット枚数増やした方が得策ですね。

補足

レベル調整255->50というのはかなりの強調処理です。実際はあり得ません。

それにしてもD50/D40は優秀だなぁ。冷やさなければならないのは、こっちの方だったりして。

今夜晴れれば実写テストしてきます。

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