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デジカメによる固定撮影長時間露光の試行 |
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2006.11.23 当初掲載 2006.12.22 一部修正（MyBatteryの新製品発売延期など） 2009.12.23 一部追加（MyBatteryの使用レポート） デジカメによる撮影での露光時間は、最大でも１０分くらいが限度で、それ以上露光時間を伸ばすと著しくノイズが増えてしまいます。 このため、星の軌跡が長く伸びた固定撮影には、デジカメを利用できませんでした。 そこで、パソコンによる画像処理技術を利用して、デジカメで長時間露光と同じ写真を作ることを試行しています。 まだ技術的に完成には至っておらず、結果には満足していないのですが、現在までの考え方や工夫した点などを報告します。
コンポジットという画像処理をご存じでしょうか。全く同じ写真を複数撮って、それを各画像の平均を取りながら合成するものです。ノイズを低減することが主な目的です。 普通のコンポジットでは、例えば３０枚撮影した場合、画素毎に３０枚の画像の平均値を取得して、それを合成後の画像のデータとします。ノイズを軽減するのに、とても有効な処理です。ガイド撮影では、ほとんどの場合に利用する、といっても過言ではないでしょう。 私の基本的なアイデアは、これと同じで、短時間露光の写真をたくさん撮って、コンポジットするというものです。 撮影するときは、固定撮影でも、ガイドの時と同じように、カメラを固定して同じ写真をたくさん撮ります。ただし、ガイド撮影と違って、その間に星が少しずつ動いて行くため、全く同じ写真を撮っている訳ではありません。 ただし、固定撮影の場合、平均を取ってしまうと星の光跡がどんどん薄くなってしまいますので、平均ではなく、３０枚の画像の中から「最も明るい画素」を取得します。これが、私のアイデアのポイントとなる部分です。 地上部分は、３０枚の画像はどれも基本的に同じですので、最も明るい画素を取っても、平均しても、あまり関係ありません。 空の部分は、ある特定の画素に着目した場合、大部分は黒で、たまたま星が通過したコマだ けが白くなっています。「最も明るい画素」を取得すると、白が採用されます。そのため、星の光跡が暗くならずに残るのです。 最も明るい画素を採る合成は、Photoshopの場合、合成の際に「比較（明）」を指定します。これがバッチではうまく動作しません。StellaImageでも「比較（明）」はバッチでは指定できないため（AstroArtsに要望しておきました）、私は合成プログラムを自作しました。BMP専用で、一旦BMPに変換する必要があります。枚数が多い場合、変換に一晩、合成に一晩かかります。このプログラム、Excelのマクロなのですが、ご希望があれば無料で配布します。
まず、どなたでも考えることでしょうが、露光の切れ目（コマとコマの間）の時間にも星は動いていますので、切れ目が見えてしまわないか、ということです。月天の記事によると、広角レンズによる撮影で、間隔１秒でも、切れ目が見えてしまいました。確かに、都内での簡単なテスト撮影でも、１秒の間隔を空けて撮ってみると（カメラは EOS KissD、レンズは忘れました）、切れ目が見えてしまいました。 キャノンのインターバルタイマー（ケーブルレリーズ型の奴）を使用すると、間隔がどうしても１秒空いてしまいます。 そこで、これを防ぐ、というか最小限にするために、インターバルタイマーを使用しないことにしました。 つまり、シャッター速度をバルブにしてタイマーで撮るのではなく、シャッター速度を３０秒以内にして、Ｃ（コンティニュアス）モードで撮ろうというものです。 ようするに、モータードライブ（死語？）でバシャバシャ撮るんです。これだと、カメラの性能の範囲で、かなり間隔を短くすることができます。
その「カメラの性能」ですが、これを決めるのは、メディアへの書き込み時間です。 まず、主要メーカー（キャノン、ニコン、フジ）に、書き込み時間を問い合わせました。そこで、次のことがわかりました。
テストしたのは、2005年11月頃です。今では、違う結果が出るかもしれません。 テストの結果は、次のようになりました。なお、テストは、ややキャノンに偏っています。自分でキャノンのレンズをたくさん持っているためです。自分で持っているカメラは、自宅でテストしました。あくまでも私のメディアを使用した場合の話しであり、相性により結果が異なる場合があります。「遅い」と「まぁ速い」の区別は、かなりいい加減です。「まぁ速い」でも、１秒以上かかります。なお、KissDは、手許の36倍速や40倍速の1GBメディアを使用すると、かなり速いです。いずれも、最高解像度、圧縮率はFineでの記録です。S2ProとSD-10は、8GBに対応していないため、Transcend40倍速1GBメディア使用です。
EOS-5DとKissDNは、どちらもJPEGのLargeFineで、目安0.3秒以内で記録が終わります。これは、メディアへの記録待ちがない時（最初の数コマの撮影）と、ほぼ同じ時間です。つまり、バッファーがいつ一杯になったのがわからないくらいです。 RAWでは、どちらも、１秒以上かかります。今回はコマ間の切れ目を１秒未満にすることを目指していますので、RAWでの撮影は諦め、JPEGで撮ることにしました。 JPEGにするなら、せめてFineで記録しようと考えました。しかし、後でわかったことですが、固定撮影の場合、Large（最大解像度）にすることは意味がありますが、FineでもNormalでも、あまり違いがありません。部分的には、Normalの方が良く見えることさえあります（そういう場所は例外的であり、大部分はどちらでも同じ、一部はFineがベター、希にNormalがベターです）。Normalにすると、メディア容量を節約できます。メディアを買う前にテスト撮影をする時間があったら、Normalで記録することで、4GBのメディアで済んだかもしれません。 メディアは、次の理由から、上記の「Transcend CF 80倍速 8GB」を選定しました。
電源が足りない、と、ベテラン諸兄ならお気づきでしょう。これは、私も工夫しました。 まず、カメラ内蔵の電池では、全然足りません。電池を２本入れられるアダプターがありますが、２本でも足りません（KissDNは非常に省電力なようで、２本あるとかなり撮れると思いますが、12時間は無理でしょう）。 WinEnergy（旧Nexus）という製品があり、容量的にKissDNなら一晩楽勝、EOS-5Dではギリギリかなぁという感じなのですが、約５万円と高価で、私は手を出せませんでした。なお、当時、KissDN用のアダプターは発売されていませんでした（現在のことはわかりませんが、サイトの情報が全然更新されていませんし、直販が停止しているそうですので、新製品が期待できないどころか、本体を入手できるかどうかすら怪しいと思います）。
電圧は、６本直列にすると、EOS-5でもKissDNでもちょうど良いです。ただし、電圧は６本ではギリギリらしく、容量が減ってくると電池が空になる前にカメラが停止しますので、７〜８本直列にした方が良いかもしれません（その分を並列を増やすことに回した方が良いのかもしれません・・・どなたかテストされましたらご報告をお願いします・・・私は直列数は６本しか試していません・・・大電流が必要なのは短時間ですので、私は、直列本数を増やすより、コンデンサーを入れることを先ずテストしてみたいと考えています）。 当然、６本だけでは容量が足りません。これを何台か並列にします。室温で、2000mAhの電池を使用した場合、KissDNは２台並列、EOS-5Dは４台並列で、一晩（12時間）撮ることができました。これがギリギリであり、１つでも減らすと途中で止まります・・・KissDNは２台でかなり余裕あり（１台でも８時間以上撮れます）、EOS-5Dは４台で割とギリギリです（３台でも10時間弱で止まります）。実際には、ギリギリは嫌ですし、温度を室温に保つことは難しいですので、KissDNは２〜３台、EOS-5Dは５〜６台接続します。 単三電池の接続には、６本用電池ケースを、秋葉原の秋月で買ってきて使用しました。９Ｖ電池（006P）用のアダプターを、電池側・カメラ側ともにハンダ付けして、接続できるようにしました。また、これを自由に並列接続するために、並列接続用のアダプター（パソコン内部の電源ケーブル分岐アダプターと同じようなもの）を作成しました。 カメラへの接続は、キャノン純正のACアダプターを購入し、そのカメラ接続端子部分（電池のような形状をした部分）のみを切り取って、上記の９Ｖ電池用アダプターをハンダ付けしました。 EOS-5Dについては、WinEnergyのアダプターを流用するなどの手もあったのですが、取り寄せになるそうです。面倒なので、ちょっと高くつきますが、ヨドバシ店頭在庫のあったキャノンＡＣアダプターを使用しました。 これだけの本数の電池を毎日充電するのは、とても大変です。４本同時に充電でき、しかも自動車の12Vから給電できる充電器を、秋葉原の秋月で安く買うことができましたので、これを今回の遠征には６台持参しました。今回はレンタカー（パジェロみたいな車）が結構良い車で、Accが後席にもあり、しかもエンジンを切ってもAccに給電されていましたので、比較的楽ではあったのですが、それでも一日中充電作業に追われました。この充電器、2700mAhなどの大容量の電池を充電するとかなり熱くなるため、2000mAhにランクダウンしたのですが、ちょうどeneloopが入手可能となった時期で、これが2000mAhでしたので、これを少し多めに用意しておくことで、かなり柔軟に対応できました（eneloopは自己放電が小さいので、充電するのが使用直前でなくても構いません）。なお、電池と充電器をこれだけ持参すると、結構な重量になります。 最大の問題は、保温です。私はこれで何度も失敗しました。項を分けて、詳しくご説明したいと思います。
なお、国内（自動車で行ける所）で使用するために、12VからDC-DCで電圧を落として使用するアダプターを作る予定です（あるいは３端子レギュレーターを使用して、その発熱を防露に使うとか）。12Vを直接接続しても大丈夫だろうとは思うのですが、ちょっと恐いかも(^^;)。
私の使用環境の気温は、体感ですが、ざっと△５度くらいだと思います。 基本は、布とスポンジでできた巾着袋や、百円ショップで売っているケース（巾着袋型ではなくチャックで開閉するもの）を２重にし、若干タオル等を併用したうえ、電池と、ベンジン懐炉を２個入れました。 最大の問題は、通気と保温のバランスです。これがどうも、保温したいあまり密閉し過ぎて通気をおろそかにしてしまって、あるいは通気を考えるあまり開口部を大きく開けすぎて温度が下がってしまって、どちらも夜間に消えてしまう、という失敗を繰り返しました。このバランスが難しいのです。どちらの理由で消えてしまったのかわからないのですが、どちらかというと、通気が悪くて消えたことが多いように思います。 懐炉が消えれば、寒い日には、例外なく、カメラは止まります。 結論からいいますと、保温性の高い袋を使って、通気を大きく確保するのが良いようです。あと、タオルのように、通気性と保温性の両方あるものは、とても有用です。 通気を考えすぎて温度が下がることは、保温性の高い袋を使用することで、かなり回避できます。逆に、通気不足は、補うことができません。 あと、通気口が上にあると、熱が逃げやすいようです。通気口は横に持ってきた方が良いです。 今回の遠征では、帰国の前々日にブライスキャニオンで撮影しました。そこは標高3000mくらいあります。１月上旬ですので、立派な冬山です。晴れていましたので、とても寒いです。軽く△10度以下でしょう（体感的には△15度以下だと思います）。極端に寒いことが予想されましたので、日の出前（露光終了時）にカメラの所（雪のある坂道）に行くことは危険だと判断し、フィルムでの撮影をあきらめたくらいです。そんな気温でも、最後には慣れてきたため（電池と懐炉をタオルで緩めに多めに巻き、しっかり通気口を確保して、通気口は横に向けました）、カメラ２台とも、12時間超の露光に無事成功しました（懐炉は日の出後に撤収した時にも消えていませんでした・・・カメラ２台は離れた所に設置しており、電池＋懐炉も２セット組んでいます）。 手元で比較的保温が良い製品は、胎内星祭りでビーアンドプレーンという店で買った巾着袋です。 百円ショップのソフトケースは、これと比べると、保温能力がやや劣ります。しかし、コストパフォーマンスは抜群で、軽いですし、飛行機に載せる時にはカメラを包むのにも使えますので、２重、３重にするなどして使えるかもしれません。また、百円ショップの商品でも、飲み物など保温（保冷？）ケースなどは、使えるかもしれません。 使用する懐炉は、ベンジン用のものが一番です。着火が簡単、発熱量が大きく、保持時間も十分に長いです。温度低下に弱い面がありますが、これを保温でカバーする訳です。 くす灰は、比較的低温に強い代わりに（ただし△５度で簡単な保温では消えてしまいます）、着火が面倒で、何より一晩持続しないのが欠点です。きり灰が入手できたら、かなり使えるかもしれませんが、私は現在入手できません。使い捨て懐炉は、低温に極端に弱く、発熱量も小さいため、天文用途には基本的に向いていませんので、試していません。 懐炉については、防露対策のコーナーもご覧下さい。
撮ったデータは、CFに入れておくことはできませんので、パソコン等に移動する必要があります。 私は、３週間の遠征で、毎日晴れる訳ではないでしょうから、一日15GBｘ16晩として240GBを、正副（合計480GB）保存できるよう計画しました。万が一、毎日晴れたら、正副保存を諦めよう、という算段です。 具体的には、160GB搭載（空き容量130GB）のノートPCを１台、120GBの外付け2.5インチHDDを３台持参しました。外付けHDDは、普通のIDEのドライブを、市販の外付けUSB用ケースに収納しました。 また、PC故障に備え、外付けHDDのうちの１台は、単独でのデータコピー（On The Go）可能なものにしました。HDD別で、8000円くらいです。カメラ店で売っている40GB程度のフォトストレージ（例えば飛鳥のトリッパー）と、基本的には同じものです（ストレージはモニターのないものでも40GBで２万円くらいしますが、On The Goで自分で作れば２万円で120GBができます）。ただし、CFは直結できませんので、USB接続のカードアダプター（1500円程度）を併用します。 結果的に撮影した量は180GBほどでしたので、全てを２重化保存、一部は３〜４重化保存できました。 8GBメディアは、HDDへのデータコピーにも、結構時間がかかります。毎朝、カメラ等の撤収後に、食事をしながらコピーするのが日課になりました。
今までに撮ったものは、デジカメの特性を生かす（銀塩と同じ仕上がりを目指すのではなく、銀塩と差別化する）ために、１コマを短時間露光にし、絞りを開いて、微光星をたくさん写すという方向性を目指しています。これは、インターバルタイマーを使わないという制約からも、必然的に、こうせざるを得ない面もあります。星の色が飛んでしまうというデメリットがあります。 懸案の星の光跡の切れ目は、魚眼や超広角での撮影で、途切れる時間が１／３秒でも、明らかに見えてしまいます。ただし、Ａ３ノビでようやくわかる（Ａ４だとわからない）程度であり、また現れ方が低解像度写真でのギザギザにちょっと似ているため、さほど気になりません。しかし、現時点では、最大の問題点です。 作品は、比較的短時間を合成したものは、意外に美しいです。作品集のページもご参照下さい。 一方、長時間、たとえば12時間を合成したものは、空の大部分が星になってしまい、異様な光景になってしまいました。光跡の線を細くするため、合成時に「平均」と「明るい方」を併用してシャープをかけるなどの工夫を試行していますが、スムーズに繋がらない（光跡の繋がり目の部分に明るい点が生じてしまう）など、まだうまくいっていません。しかし、調整の範疇ですので、何とかなりそうです。
作品の出来とは別の話ですが、デジカメでの撮影は、とても楽です。 第一に、露光開始・終了時刻をキッチリと管理しなくても、後で選別すれば済む、という点です。例えば、12時間（実際には前後余裕を見て多めに）撮っておき、その中から好きな時間帯だけを選んで、例えば星座の配置が良い具合になる時間を選んで合成することが可能です。星の軌跡の長さも、自由に調整できます。 同じ理由から、カメラを離れたところに設置することが可能になります。12時間露光では、露光開始時刻の許容誤差が通常２〜３分間しかないため、銀塩では、離れたところにカメラを設置することは一人では不可能でした（一眼レフならタイマーレリーズを使えば解決しますが、中大判では不可能です）。しかし、デジカメなら、少し早めに（例えば１時間早めに）露光開始して、最初の方は捨てれば済むだけですので、離れたところで撮ることが容易です。 もうひとつ、露光終了時に、起床してシャッターを閉じに行く必要がない（後ろの方は後で捨てれば済む）、というのが、とても楽です。これだけでも、デジカメを使う理由になるかも(^^;)。 上述のブライスキャニオンでは、楽というだけでなく、日の出前にカメラを設置した場所に行くことが危険な場合でさえ、撮影が可能になります（この時は星座が見え始めた直後に構図を微修正のうえ露光を開始して車に逃げ込みましたが、車までの道のりも結構滑りやすく危険でした --;）。 次に、天候等による失敗が少なくなります。銀塩での撮影では、夜間雲が出たらすぐにシャッターを閉じられるように、時々目を覚まして空を見る必要があります（雲が出始めてすぐにシャッターを閉じれば露光時間は短くなるものの撮影は一応成功しますが、シャッターを開き放しにしたらその写真は駄目になります）。しかし、デジカメの場合、雲が出たコマは使わなければ良いだけの話しですので、カメラは放っておいても構いません（雨の心配がある時は急いで撤収しますが、天気予報により安全そうな日は、私は寝てしまいます）。それに、撮影時間が短くなっても、露出が狂いません。 天気以外にも、例えばレンズが曇ったとか、自動車が来て照らされたなど、銀塩では失敗になる場合も、デジカメなら、その時間帯を排除することができます（途中を抜くことは難しいですので、その前か後だけを使うことになります）。 吸引が要らないのも利点ですが、電池の保温が吸引装置のセットと同じくらい（それ以上に？）面倒ですので、プラマイゼロというところでしょうか。 撮影時に液晶モニターで露光を確認できるというメリットも、もちろん挙げられます。ただし、月光がだんだん明るくなる晩（満月から新月まで）は撮影開始時の確認は不可能ですし、12時間露光の時も暗くなってからは確認する時間的余裕がありません。 また、撮影データが画像データと一緒にファイルに保存されるというメリットも、もちろん享受できます。これは、後で選別する際にも、とても便利です。カメラの時計を正確に合わせておくことを、お勧めします 一方、撮影後の合成処理は、銀塩と比べて、かなり面倒です(^^;)。ただし、これはデメリットという訳ではなく、銀塩よりも自由度が高いため「面倒なこともできる」と考えるべきでしょうか。
最大の問題の「光跡の切れ目」ですが、これは、私の考えでは、露光が途切れる（その間に星が動く）ことによって生じているのではなく、JPEGで保存する際のシャープ処理が原因だと思います。というか、最近になって、そう考え始めました。 そう考えた理由は、２つあります。 まず、光跡の長さと、切れ目の長さが、30秒対0.3秒（100:1）よりも、明らかに切れ目が長いのです。１コマあたりの光跡が短い部分では、2:1か3:1くらいに見えます。 もう一つは、今回、カメラ（EOS-5D）が遠征中に三脚転倒により不調になり、10枚に１枚くらい、撮影していないコマが挟まるようになったのですが（この修理に23万円ほどかかりました ;_;）、それが発生すると、１秒くらい（２回連続で発生すると確実に１秒超）、写らない時間が生じます。しかし、この部分が、他の0.3秒しか途切れていない部分と、写真を見ても全然区別できないのです。 そのため、次回の撮影では、（１）JPEG記録のシャープネスを最小にすること、（２）RAWで撮って現像時にシャープをかけないこと、を試してみたいと考えています。RAWで撮ると、露光間隔が２秒近く空いてしまいますが、おそらく超広角では問題にならないでしょう。 また、少し絞り込み、１コマの露光時間を長くして、微光星の写りを犠牲にする代わりに、星の色を出す（いわば銀塩と似た仕上げにする）ことも、試してみたいと思います。これには、インターバルタイマーを使用することが必須で、これにより間が１秒空きますが、上述のようにこれも問題にならないでしょう。 電池については、MyBatteryが期待できます。これで、保温や充電の煩わしさから、解放されるかもしれません。 このページのTOP １つ前のメニュー トップページ |