デジカメ測光 Q&A・注意事項
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                                  更新日;'04.10.17,11.15,'06.9.6,9.2,9.24,10.12

T Q&A
Q−1

  「どのようなデジカメで測光が可能なのですか?」     

A−1
  使用できるデジカメの必要条件としては次の3項があげられます。
   @RAW画質の画像が撮影可能なカメラ。
   A露出がマニュアル設定可能でしかも10秒程度までの露出が
    可能。
   Bマニュアルフォーカスが可能でしかもピンボケの量を自由に設
    定できるレンズが装着可能。

   以上のの条件を満たすカメラは,一眼デジカメあるいはレンズ一
  体型のデジカメではハイエンド機種に限られるようです。
   ただし,マニュアルフォーカスがフォーカスエイド専用のものは使
  用できない。また,マニュアルフォーカス時に焦点が合っている距離を示す目盛りがないものは使いにくい。
   また,ファインダーが光学式でなくディスプレー式のカメラは視野に入った星の確認が大変困難です。
   一眼デジカメは大部分が使用可能ですが,一部のメーカーのカメラはソフトの「ステライメージ5」が対応できてい
  ないものもあるので注意が必要。また,明るさのラティテュードを広げるために大小2種のピクセルを複合させた
  CCDを使用したカメラは原理的にリニアリティーが問題になりますが、試行していないので不明です。
   なお、「アサヒカメラ DIGITAL」Vol.9('05.3.30発行)p.23にニコンD70について「露出に対して画像の明るさが正し
  く比例している」とある。(当HP「デジカメでも測光ができる」Z参考資料に記載)

   「例1」 ニコンCOOLPIX5700は一応上の3条件を満たしていますがマニュアルフォーカス時の距離目盛りがか
      なり見難いようです。また,ファインダーがディスプレイで星がほとんど見えません。しかし,アクセサリーシュ
      ーがあるのでここに透視のファインダーを自作してとりつけるなどの工夫をすれば使用可能と思われます。

  
 「参考」 ; ステライメージ5(株式会社アストロアーツ)は,2006年9月現在ニコン,キャノン,フジフィルム,オリ
      ンパス,ペンタックス,コニカミノルタの各社のRAWに対応がとれています。ただし,機種にもよるようなので
      確認されることをお奨めします。



Q−2
   「露出はどの程度にかけるのが適当ですか?」

A−2
     以下に示した適正露出はステライメージVer.5を使用して「RAWファイル・現像なし」で読み込むと4枚のコ
   ンポジットを加算で行った場合の例です。

    2004年7月にかんむり座を撮影したニコンD70の結果から推定すると,星像を直径10〜15ピクセルに拡大
   したピンボケ状態(f11の焦点深度の限界),焦点距離50mmレンズ,ISO400,f4,10秒露出,4枚のコンポ
   ジットを行った時のGバンドで3〜4等星が適正露出でした。等級の許容範囲は±2等です。
    デジカメのCCDは各ピクセルのカウント値が光量にかなり正しく比例すると考えられますので,上記の2.5倍
   露出をかけるごとに1等ずつ暗い星が適正露出になると予想できます。ただし、露出時間を多くすればノイズが
   増加しますし,ISO感度を上げてもノイズは増加します。
    星の等級は1等級の差が明るさの約2.5倍となりますので,シャッター速度は
            1/10秒, 1/4秒, 1/1.6秒, 1.6秒, 4秒, 10秒  という系列や
            1/15秒, 1/6秒, 1/2.5秒,  1秒,  2.5秒, 6秒   などの系列
   をとると約2.5倍の露光量が得られます。これらの系列ですと1段階ごとに1等暗い星に対応できて便利です。
   ただし測定結果の非直線性が現れますので,10秒を越える露出は注意が必要です。
    絞りを1段開ける(絞り目盛りを小さくする)ごとに光量は2倍になりますので,約0.75等暗い星に対応できま
   すが,レンズの周辺減光が問題になります。これらのことについては下記のU注意事項を参照して下さい。

  等 級
  (±1.5〜2)
 50mm  180mm  300mm
   2 等  1.6秒   −   −
   3 等   4秒   -   −
   4 等  10秒 1/1.3秒   −
   5 等   −   2秒  1/1.6秒
   6 等   −   5秒  1.6秒
   7 等   −  12秒   4秒
   8 等   −   −  10秒

   〔参考事項〕
       ニコンF70に焦点距離50mm・180mm・
      300mmのレンズ装着して撮影した観測例
      をもとにして,おおよその適正露出の範囲を
      右に表示しました。      
       実際に撮影して確認していない範囲も示
      してありますので,あくまでも参考程度です。
 
       撮影の条件 = 絞り=f4, ISO400,
         ピンボケの量はf11の焦点深度限界,
         4枚のコンポジットの場合の例です。



 〔 初心者むけの参考事項 〕
    焦点距離50mmの標準レンズで露出4秒は,カメラ三脚にカメラを固定して天の赤道近くの天体を撮影したと
   きに,日周運動で星像が細長く延びない安全な限界です(8秒までは許容範囲)。これより焦点の長い望遠レン
   ズや長時間露出をするときはカメラを赤道儀に同架してください。「
デジカメでも測光ができる」のページの写真
   は簡易赤道儀(タカハシTG−SP)へ同架した例です。


Q−3
  
「暗い星は何等ぐらいまで測れますか?」

A−3
    例えば200mm・f4では50mmレンズの光量の16倍となるので,今回のテストと同じ10秒露出をすると,単
   純計算では7等±1.5等程度が適正範囲と得られます。

    東京郊外の空の条件が非常に悪い観測地で,ISO400,300mm, f4, 10秒露出,4枚の画像のコンポジッ
   トで10等ぐらいまでどうやら測れました。この時の測定精度は8.0〜9.9等の範囲でも0.05等程度なので,か
   なり良い精度(昔の写真観測のレベルに近い)と思います。
   「デジカメでも測光ができる」の〔グラフ−3〕参照。
    くじら座のミラ星の変光範囲は理科年表によると2.0〜10.1等です。標準レンズから望遠レンズを使用すれば
   上記の精度で測定できるものと判断しています。


U 注意事項

 1. 暗い星への対応について
    暗い星まで取り込むには,@レンズの絞りを開け,A口径の大きなレンズ(f値が同じなら焦点距離が長くなる)
   を用い、B露出時間を長くして,CISO感度を上げる,D複数枚の画像をコンポジットで加算するという方法など
   があります。
  @ 絞りを開ける場合 = 開き過ぎると周辺減光の影響がでてきますから,フラットフィールドの補正をするか画 
   像の中心部分だけを使用するなどの注意が必要です。
   ニコンD70ではCCDサイズが24×16mmで,36mm判カメラの画面より小さいため,50mm・f1.8のレンズを
   f4に絞ると画面の端まで周辺減光は認められませんでした。このことはフラットフィールドの補正をしなくてすむ
   関係で,余計な誤差を取り込まないという利点がありました。デジカメで簡便に測光ができるという利便性を考え
   ると,絞り一杯に開けて暗い星に対応することは得策とは云えません。
    開放絞りから1段絞り込んだ状態では画面の縦方向(短辺方向)の2/3〜1/2ほどの範囲しか使用できないよ
   うですので,バックグラウンドの明るさが一様に撮れている範囲を使用することをお奨めします。
  A 口径の大きなレンズを使用する = f値が同じ場合には,焦点距離が2倍になるごとに明るさは4倍になります
   ので,等級が1.5等づつ暗い星に対応できることになります。ただし,空の明るさも影響しますので限界がありま
   す。
    また,焦点距離が長くなると撮影されるフィールドが狭くなりますので,基準 星または標準星を選びにくくなる
   弱点があります。
  B 露出時間を長くする = 露出時間とそれによって測定できる星の明るさの関係はかなり正確な比例関係が
   認められますが,10秒を越えると直線性が悪くなりますので,10秒以上の露出を行った場合は明るさがあまり
   離れていない複数の基準星を用いてその中間の明るさの範囲で測定する必要が生じます。
  C ISO感度を上げる = ISO感度を上げるとノイズが急激に増加します。ISO400を越えるのは得策とは考えら
   れませんが試行していませんのでこれ以上のことは分かりません。
  Dコンポジットを行うとノイズの影響が低減しますが,暗く写っているものを際だたせる効果はあまりないようです。
  結論= いずれにしろ目的の変光星の等級に応じてレンズの焦点距離を選び,ISO感度・f値・露出時間を適正に
       設定する必要があります。

 2. 星表による等級の違い
    測定された星の明るさと星表の等級の関係はかなり良く一致していると判断できますが,ときおりその比例係
   から大きく外れる測定がみられました。原因不明の場合もありますが,その中で StellerImage5 のヒッパルコス・
   ティコ星表の値Vtと The Bright Star Catalogue(BSC) によるV等級の値がかなり異なっています。
    例えば,πAql のVtは6.195等ですが,BSCでは5.72等と0.3等もの差があり,デジカメ測光の値はBSCの値と
   0.01等の差しかありませんでした。このほか,αAql は0.955と0.77,εSge は5.773と5.66,θDel は5.868と
   5.72などと異なるものが見つかりました。このときのV−Vtと色指数(Bt-Vt))との関係を調べてみると下のグラフ
   になりました。かなり色指数との関連がみられます。
    ニコンD70を用いて太陽スペクトルを撮影し,RGB各画像のうちG画像の波長域を調べてみたところBSC(ジョン
   ソン・システム)のVバンドにほぼ一致すると判断していたのですが,ステライメージVer.5で等級を測定したところ
   ヒッパルコス・ティコ星表のVt等級の方と良く適合していることが分かりました。
    実際には,星表と多少異なった測定値となった場合でも,CCDのホットピクセルやローパスフィルター上の埃
   の影響でないことやステライメージでの光度測定時にミスがない(目的星の近傍に暗い星がある場合など)かの
   確認ができれば,自分の観測値を信頼した方が良いと感じています。

 3. ロ−パスフィルターの清掃
    一眼デジカメでは,レンズの交換時などにCCDあるいはCMOSの表面を覆っているローパス・フィルターの上
   にゴミが付着する問題が生じます。レンズの交換をしなくても,メカダストと呼ばれるゴミが内部で生じるそうで
   す。こうしたゴミと星の像が重なりますと測光に大きな影響がでます。もちろん,フラットフィールドで補正を行えば
   良いのですが,完全に一様な明るさのフラットフィールドはかなり大変なようですので,ローパス・フィルター上の
   ゴミの点検と清掃をしておく方が良いようです。
    ニコンの場合は「クリーニングキット」というものが発売されておりまして,使い方を詳しく説明したCDが附属して
   いますが,CCDに傷をつけると交換に大変な費用(費用は機種により大幅に異なります)がかかります。それで,
   クリーニング講習会の受講をお奨めします。2時間ほどの無料講習(クリーニングキットは自費購入)で,簡単な
   講義と清掃の練習および自分のカメラでの本番までを丁寧に指導してくれます。2004年秋は申し込みが多いら
   しく申し込みから1ヶ月以上待たされます。

 4. 大気補正
    澄んだ青空の太陽を肉眼で見ることは危険ですが,夕日が地平線に沈むのは見ることができます。これは地
   平線に近づくほど大気の層を斜めに通過してくるので,厚い大気層による吸収が起こるからです。このように,地
   平線からの角度(高度)が変われば,星の明るさも少しずつ変化して見えます。
    したがって,変光星と基準星(標準星)の高度が異なるときはそれなりの補正が必要になりますが,時々刻々
   変化するかも知れない大気の吸収量を推定するのは結構大変な仕事です。これを避けるためには,変光星とほ
   ぼ同じ高度の基準星(標準星)を選べば良いわけです。
    私が調査した範囲では,焦点距離50mm(35mm判で75mm相当)のレンズを用いた範囲で,画面の短辺(
   カメラの縦方向)ではほぼ問題がありませんでした。
    ただし,高度が30°を下回りますと,通常は大気補正もほとんどできない状態ですので,そのような状況では
   ごく近くにスペクトル型が近い基準星がある場合を除き,信頼できる結果が得られません。

 5. 色補正
    実視等級に相当するV等級やVt等級はそれぞれ測
   定される波長域が異なっています。デジカメのGバンド
   で測定した等級は本来はG等級とでも云うべきもので,
   V等級やVt等級とはかなり異なるはずです。
    ところが,今回の調査の範囲では,G等級とVt等級の
   間には観測誤差の範囲内で星の色(色指数)による補
   正をする必要が認められませんでした。
    ただし、ヒッパルコス・ティコ星表のVt等級とジョンソン
   ・システムのV等級との間には右のグラフのような関係
   が認められました。この調査からは色指数(Bt-Vt)で
   Vt等級からV等級を求める補正が行えそうに見えるが
   原因不明で大きくずれるものもあり,'06年9月現在では
   簡便で適当な方法が見つかっていない。
    ここでのBtはヒッパルコス・ティコ星表のBバンドの等
   級のことです。

   補足
     '06年9月現在,ヒッパルコス・ティコ星表のVt等級
    とG画像の等級はほぼ一致しているとして問題がない
    ようです。


 6. ノイズ除去に関して
    デジカメ測光での最大問題はダークノイズでしょう。ニコ
    ンD70にはノイズ除去が行えるようになっていますが、
   4秒程度の露出についてはノイズ除去の効果が精度の向上に役立つほどではないようでした。
    しかし、RAW撮影後にダークノイズを引く必要が生じたときには、「天文ガイド'04年11月号」に公表された古庄
   歩氏の「デジタルカメラでダークを引く」の記事が大変参考になりました。
    同記事と同じ内容は,同氏のHP  ”をの字”  で読むことができて, "RAP-darknoise eraser" という無償
   公開されているソフトをダウンロードできます。



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