CCD/CMOSセンサーカメラの感度特性(2)

今回はASI290MMをベースに、ゲインとシャッター速度の関係を評価してみました。
ASI224MC・ASI290MMのどちらも、FiraCaptureで表示されるゲインの値は、0~600です。この値ですが、実測した結果は予想通りdBでした。表示÷10でそのままdBになります。つまり、設定できるゲインは、0~60.0dB(1x~1,000x)です。※ 表参照
ゲインが1000xというのも凄いですが、センサーの設定は実は72dB(4000x)まで可能です。カメラ側で実用性が無いと判断したのか、60dBで抑えられていました。もう一つ注意したいのは、ゲイン30dB以上はデジタル処理でのゲインです(ASI224MCの場合)。30dB以下の設定では、アナログアンプで増幅していますが、それ以上はアナログアンプ+デジタルゲインで処理されます。

で本題ですが、ゲインを変えながら撮影した画像が上です。本来ならシャッター速度を固定して、光量を操作しながらゲインのデータを得るのが正しいのですが、実際の惑星撮影では、対象の明るさは光学系で決まり、撮影はゲインとシャッター速度の組み合わせで行うので、同一光源下でテストしました。ゲインとシャッター速度は当然相反しますので、ゲインが高くなるにつれ高速シャッタ-を切ることになります。なお、画像は撮影データ5秒分をスタック処理しています。各画像、中央付近の四角エリアにノイズが目立つのは、そこだけUnsharp Mask処理をしているためです。見た目でも、ゲインが300を超えるあたりから、画像の荒れが目立ってくるのがわかります。撮影した画像のグレーの領域を100x100ピクセルで切り出し、Photoshopでデータのバラツキを測定したのが、下のグラフです。変曲点はゲインで400ぐらいでしょうか?それ以上になると急激にノイズ成分が増えます。この時のシャッター速度は2.7msec。今回の画像はフルサイズで撮影しているので、ASI290MMでは83FPSで頭打ちになりした。露光時間が10msec程度までは、シャッター速度に比例して取得可能フレーム数も増えますが、それより短いシャッターになると、ノイズが増えるものの取得できるフレーム数は同じになります。なので、相対的にスタック後の画像はノイズが目立つようになります。この結果から大雑把な結論を、下記にまとめておきます。

 ① ゲインは最大でも400以内、できれば350以下を目安に設定するのが良いと思われる
 ② やみくもにシャッター速度を早くしない。上記ゲインを目安に、不足分はシャッター速度を遅くして光量を稼ぐ
 ③ シャッター速度は、転送可能なフレームレートを目安にする。
      
       ※ このカーブには、ゲインとシャッター速度の両方の影響が含まれているので、ご注意を。

では、これを元に惑星を撮影した場合・・・というのが書ければよかったのですが、わけあって、現在自宅からは撮影ができません。室内で取得したアマチュアの実験結果なので、惑星撮像とはやや異なる点はあるかもしれませんが、参考になれば幸いです。!(^^)!

コメント

ibuki05006 さんの投稿…
とても参考になりました。こ224や290を購入した時はその記事を参考に撮影条件を設定させていただきます。
@hasyama さんの投稿…
224も290も購入して役立ててくれると、もっと嬉しいです・・・(*´з`) 祭りだ!!
今後、ISX017と呼ばれるセンサーが搭載されたカメラが出る可能性があります。感度情報があいまいなのですが、IMX224と同等以上の可能性があります。※ HCGモードのスペックによっては、感度が倍になる可能性あり
これも楽しみだな。でも、お金が続かない・・・(-_-;)
ibuki05006 さんの投稿…
いやあ、ほんとに悩んでます^^;290か224か。
224のほうが入手しやすいようですが。やはりどちらかなら224でしょうか?
@hasyama さんの投稿…
両方買って、気に入らない方はヤフオク行! これはダメ?
まぁ半分本気は置いておいておいて・・・

 カラーかモノか? モノ→ASI290MM。
          カラー → 価格優先? 優先 → ASI224MC
                      チャレンジしたい? → したい → ASI290MC
                                   No  → ASI224MC

大雑把な思考ルーチンはこんな感じです。
私は、ASI290MCを持っていないのでなんとも言えませんが、惑星などの撮影では両社は差が少ないような感じです。上記とは別にピクセルサイズで考えて場合、16inchを想定すると3.75μmサイズのASI224MCは、2倍の拡大率で1ピクセルあたり0.1秒程度の分解能になります。40"の木星で約400ピクセル。今どきだとやや解像度が低いのですが、惑星撮像の一つの目安となるスペックです。ASI290だと、同じ条件で0.074秒。これはそこそこの拡大率です。ADCなどを駆使して解像度を向上させないと、生かしきれないかもしれません。このような点から考えても、ASI224MCの方が、扱いやすいでしょう。
あと、どちらにしても、低空の火星や土星はもちろん高度の低い木星をより高解像度で撮影する場合は、プリズムによる補正は必須です。
米山誠一 さんの投稿…
分かり易く大いに参考になる情報を有難うございます。
ASI224MCでの試行錯誤的な撮影で、ゲインは出来れば300、最高でも350以下にした方が良さそうと感じていました。
実際に使用していた感覚と合致するデータ、納得です。
@hasyama さんの投稿…
ヨネヤンさんへ
皆さん、実感として同じ様な感覚でいたんですね。私も熊森さんの情報に300前後とあったので、その範囲で極力使用するようにしていました。ある程度数値的な裏付けも取れたので、疑念無く運用できそうです。
ASI290MCとASI224MCでの差は少ないと思いますから、モノにこだわりがなければもう少し様子を見た方が良いかもしれません。SONYのロードマップを見ると、さらなるチップを用意するスケジュールなので・・・その中で、少し気になるのが、上にも書いたのですがISX017です。やはり監視カメラ向けなんですが、感度が高そうです。ちょっと気になる製品ですね。 ※ 感度面の情報が曖昧なのが残念です