ｽﾃﾗｼｮｯﾄ３で『オフセット』にけりを付ける？(その２)

”初撮り”の作品も撮れないまま、月はすでに上弦を過ぎ満月期に。ここはじっくり腰を据えてCMOSカメラのオフセットについて検証してみたいと思います。
まずは オフセットとは なにか？ から。
これまでの「上越天体写真友の会（J-APA）」の勉強会で得た知識からCMOSカメラの撮影で各ピクセルでの作業手順を要約すると･･➀ 露光開始でPD(ﾌｫﾄﾀﾞｲｵｰﾄﾞ)が、受けた光子を電荷に変換して蓄積を開始する② 設定した露光時間に達したら、蓄積した電荷を電圧値に変えて読み取る･････③ 読み取った電圧値(ｱﾅﾛｸﾞ値)は、ADU(ｱﾅﾛｸﾞ･ﾃﾞｼﾞﾀﾙ変換ﾕﾆｯﾄ)により、･･････････････定められたﾋﾞｯﾄ数のｸﾞﾚｰｽｹｰﾙ値(ﾃﾞｼﾞﾀﾙ値)に変換される
もし 上の手順の③で計測された電圧値(ｱﾅﾛｸﾞ値)が、PDの感度のばらつきなどからADUにより、本来”１”以上のｸﾞﾚｰｽｹｰﾙ値(ﾃﾞｼﾞﾀﾙ値)を得るべきものが”０”として切り捨てられる危険があります。特に低輝度データが重要な意味を持つ分野では、これを防ぐための方策が必要となります。その方策がオフセット（バイアスともいう）なのだと思います。具体的には③で、ｸﾞﾚｰｽｹｰﾙ値(ﾃﾞｼﾞﾀﾙ値)”０”に相当する基準電圧(ｱﾅﾛｸﾞ値)を変更する(わずか下げる)ことにより、グレースケール値を底上げ（下駄をはかせる）して、
”０”で切り捨てられる事を防いでいるのだと思います。
以上を踏まえて、検証した結果の報告です。
Ⅰ. ステラショット３でASI533MCの適切なオフセット値を求める
手順　１． 低輝度画像の取得まずは、検証するCMOSカメラの輝度”０”付近の画像を取得します。これは意外に簡単で、昼間の室内でも大丈夫です。
具体的には（以下、ｽﾃﾗｼｮｯﾄ３の場合で説明）➀ 検証したいオフセット値を設定（注１）･･････････････････② 検証したいＧａｉｎを設定（注２）･･････････････････････③ 明るい外光が入らない様、カメラにキャップをする（注３）④ 設定可能な最も短時間の露光時間を設定して露光（注４）･･
（注１）･････ ステラショット３ではカメラ”接続”の横の”設定”ﾎﾞﾀﾝで「冷却」設定と合わせて「オフセット」設定が可能･･･････････＊「冷却」についてはごく短時間露光のため、必要なし（注２）･････Ｇａｉｎを上げると輝度レベルの幅も広がるため、適切なオフセット値も変化します･･･････････････････････････････（注３）･････カメラキャップをして良いなら、既存の”ダーク画像”でも良さそうですが、･･･････････････････････････････････････こちらは実際の撮影に合わせた露光時間でダークノイズを取得するのが目的のため使えません（注４）･････わたしのカメラＡＳＩ５３３ＭＣでは３２μＳｅｃが最低露光時間ですが、”露出[秒]”のスライドバーで設定できました
手順　２． ヒストグラムを使って低輝度画像を検証ヒストグラムを見ることができるツールが必要ですが、わたしはステライメージ９を使いました。
それでは検証用に撮った画像のヒストグラムですが、まずはオフセット値が０の場合Ｇａｉｎは推奨とされている(？) ユニティゲインの１００ですヒストグラムの輝度レベル表示幅（△から▲の間）を５０まで狭めて拡大しています上のオフセット値”０”のヒストグラムからわかる事は、輝度レベル”０”のピクセルが一番多くなっているものの、その中にはPD(ﾌｫﾄﾀﾞｲｵｰﾄﾞ)感度のばらつきから、本来”４以上”（注５）となるべきものが含まれているかも知れないということ。（注５）････”１”ではなく”４”と書いたのは、ASI５３３ＭＣのADUは１４ﾋﾞｯﾄなのですが、ZWOのカメラではそれを４倍して１６ﾋﾞｯﾄの輝度レベルにそろえて出力しています。ヒストグラムの棒グラフの間隔が空いている（４レベルの間隔）のはそのせいです。
････････････････････････　（参考に）　････････････････････････今回の検証では、オフセット値、Ｇａｉｎ値をいろいろ替えて画像を何枚も撮っているのですが、「画像情報」の [ FITSヘッダ ]の 表示で　撮影画像のオフセット値、Ｇａｉｎ値を確認することができます（　画像クリックで拡大表示できます　）　＊露光時間は小数点以下２ケタまでしか表示されないため、３２μSecが 0.00となっています･････････････････････････････････････････････････････････････････
それでは、いよいよオフセットを設定すると、どうなるかですが ･･･前回記事 で気になった、オフセット設定にあった 謎の［デフォルトに戻す］ボタン。このボタンを押すと、わたしのASI５３３MCではオフセットに”１”が表示されたので、まずはこのオフセット値で検証してみました。（Gain１００は変わらず）棒グラフが伸びきったため、右側に「ピークを表示」モードのグラフも追加なんと、予想に反してオフセット値が０から１になっただけで、ヒストグラムが大きく変化！オフセット”０”ではピークは１未満だということしか言えなかったのですが、オフセット”１”では右側のグラフから、輝度レベルのピークが２０くらいになったことがわかります。
これでも十分オフセットの効果は得られたわけで、オフセット設定時の［デフォルトに戻す］ボタンで設定されるオフセット値は、額面通りカメラメーカーが設定したデフォルト値（プリセット値）なのかも。
ちなみに、他のカメラではこの［デフォルトに戻す］ボタンでどう設定されるのか？私より早くｽﾃﾗｼｮｯﾄ３を購入していた お仲間に調べてもらったところ、同じメーカーのASI294MC Proでは”８”、ASI385MCでは”１”が設定されるそうです。ということは、ますますカメラごとに定められたデフォルト値ではないのかとの思いから、再び開発元のアストロアーツに問い合わせ中です。（なんでデフォルト値を設定できるのかもふしぎだったので ･･）
アストロアーツからの回答はまだ届いていないのですが、気持ちが焦ってオフセット設定が不可のステラショット２で同様の短時間露光の画像を撮りなおして比較したところ･･･（注）ステラショット２のゲイン設定スライダーでは１００とならず１０２となりますステラショット３のオフセット値”１”のグラフと完全に一致しました。（画像コピーではありません）
つまり、オフセットの設定ができないステラショット２ではステラショット３のオフセット設定で[デフォルトに戻す]ﾎﾞﾀﾝで表示されるオフセット値が適用されている事がわかりました。つまり･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････これまでステラショット２で多くの時間を費やして作成してきた撮影画像はむろん、貴重なダーク画像・フラット画像ファイルはオフセット値１で作成されており、ステラショット３でオフセット設定を[デフォルト値]とすれば、これからも「ダーク減算」「フラット処理」に使える。･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････ということです。
これで今回の検証の大きな目的の一つが判明しましたが、書く方だけでなく、読むほうもお疲れかと思いますので、続きは次回に。
次回からは　Ｇａｉｎを変えた場合でもオフセット値はデフォルトでよいか？更に欲張って持論の『天体写真ではオフセットはあまり気にしなくてよい？』についても検証できれば。

= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =これまでステラショット２で作成した大量のダーク・フラット画像が今後も活用できそうなことがわかって、ホッとしています。衝動買いに近いステラショット３購入の意味があった、という事も含めて。
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