キャリブレーションフレーム実践：ライト・ダーク・フラット・バイアスを正しく使う
プリプロセスは非常に重要な工程で、私はいつもここに多くの時間をかけています。キャリブレーションの処理そのものを除けば、大半のステップは手動でこなし、一つ一つの工程が正しく行われていることを確認するようにしています——こうしておけば、何か問題が起きたときにすぐ原因を突き止められるからです。そしてキャリブレーションフレームこそ、プリプロセスの土台そのものです。この記事では、私がここ数年でキャリブレーションフレームに関してはまってきた落とし穴と、積み重ねてきた実践的な理解をまとめておきます。
ライト・ダーク・フラット・バイアス・フラットダーク：まずは区別する
天体写真の四大キャリブレーションフレームは、ライト（light）・ダーク（dark）・フラット（flat）・バイアス（bias）で、これにフラットダーク（フラットのためのダーク）が加わります。これは最も基本的な考え方ですが、実際に「ライト・ダーク・フラット・バイアス・フラットダークの違いを簡単に説明してください」ときちんと答えられる人は、思っているほど多くありません——多くの人は名前を覚えているだけで、それはそれぞれが何をしているのかを理解していることとは違うのです。
上の画像は私が RBA から引用した説明で、ライト・ダーク・バイアス・フラットの解説と、通常の状態でこれらのキャリブレーションフレームがどのように見えるかを扱っています。フラットダークは前述のとおり、フラットのためのダークにすぎず、考え方はダークに準じればよいだけです。本当に覚えておくべきなのは、それぞれがどの種類の欠陥を取り除く役割を担っているか、ということです：ダークは熱ノイズと暗電流に、フラットは周辺減光とゴミの影に、バイアスは読み出しオフセットに対処します。
フラット：最も学ぶことの多い一枚
四種類のキャリブレーションフレームの中で、フラットはおそらく最もトラブルが起きやすく——そして最も学ぶことの多い一枚です。
フラットの中のドーナツと遮り
PixInsight で ScreenTransferFunction（STF）を使ってフラットをスクリーンストレッチして確認すると、フラットの中には常に輪っか状の「ドーナツ」がたくさんあることに気づきます。それらは基本的に光路上のゴミです。同時に周辺減光の現象も見えますし、OAG を使っていれば OAG の遮りの影も見えます。
まさにこの理由から、光学系に何らかの変更があれば——分解・組み立て、フレーミングの調整、さらにはレンズのマスクの調整であっても——必ずフラットを撮り直さなければなりません。そうしないと、ドーナツや遮りの影の位置が、ライト上で遮られている位置と合わなくなり、当然キャリブレーションはうまくいかず、かえってキャリブレーション後にさまざまな奇妙な現象を生み出してしまいます。
露出時間の選び方：ある実測
フラットはどのくらい露出すればよいのでしょうか。私はある実測をしてみました。器材は 8 インチのニュートン（改造）に ASI 2600MC を組み合わせたもので、同じ温度のもとで 10ms、1s、5s、10s のフラットと対応するフラットダークをそれぞれ撮影し、キャリブレーション後に肉眼で確認しました。すると 5s のものが最も良好で、10ms と 10s はどちらも周辺が明るくなる現象が見られました。続いて 5s のフラットを他の秒数のフラットで割って比較したところ：1s のものはおそらく撮り損ないで、割ってみると全体的に黒く寄っていました。10ms には左上から右下へ向かう差がありました。10s の差は非常に小さいものでした。キャリブレーション済みの各秒数のフラットは、ヒストグラムの位置がどれもほぼ同じで、中央よりわずかに左寄り、情報が切り取られてもおらず、撮影設定が正しかったことを示しています。
結論は：他の変数を考慮しなければ、このシステムでは 5s のフラットが最良で、10s も良好、ただ時間がかかるだけ、ということです。注意しておきたいのは、この「最適秒数」は特定のシステムでの結果であり、別の器材に替えれば一からテストし直さなければならないという点です。
ライトパネルか、それとも薄明フラットか
望遠鏡の口径が大きすぎるときにのみ、私は薄明フラットを検討します。薄明フラットには問題が少なくありません：星（薄明フラットにはしばしば明るい星が写り込みます）についても明るさ（一枚ごとに明るさが違ってきます）についても、制御のしやすさが劣ります。調光可能な LED がこれほど普及した今日、25 センチ以下の望遠鏡ならライトパネルでフラットを撮るのが最も手軽です——どこでも撮れますし、撮り損なってもすぐに撮り直せるので、フラットを撮らない理由は本当にありません。もし本当に空を使うなら、私は白い T シャツではなく乳白色のプラスチック板を使います。フラットの枚数については、5 枚から 10 枚もあればだいたい十分で、要点は枚数ではなく、正しく撮ることにあります。
パネルの調光方法についても、私はテストしてみました：PWM 調光（ちらつきます）で撮った 1s のフラットと、減光板を加えて撮った 4s のフラットを比較しました。1s の画像には PWM の縞模様がはっきり見えたものの、インテグレーション後には縞模様が消え、4s のマスターフラットで割ってみると白く出て、ほとんど差がないことを意味していました。ですから PWM 調光は実用可能です（もちろんちらつかない電圧調光が最も理想的です）。時間を節約するなら、1s のフラットだけ——フラットダークも 1s だけ——撮れば十分のようです。
冷却 CMOS：フラットはフラットの暗電流でキャリブレーションを
この点は特に強調しておきたいです：冷却 CMOS を使っているなら、フラットはフラットの暗電流（フラットのためのダーク）でキャリブレーションしてください。バイアスは使わないでください。バイアスでは通常フラットを正しくキャリブレーションできず、フラットが正しくキャリブレーションされなければ、最後にライトをキャリブレーションする段階で失敗します。フラットのキャリブレーション不良で最もよくある結果は、ライトをキャリブレーションしようとしたときの過補正で、四隅が明るくなってしまうことです。
DSLR フラットの表示の落とし穴
DSLR（特に Nikon）でフラットを撮ると、驚くかもしれません：カメラや Photoshop 上では明るく見えているのに、PixInsight の中では真っ黒なのです。
その理由は、14 ビットのデータが 16 ビットのファイルコンテナに収められているためで、正しく表示するには、まず最初のステップとして Histogram ツールでホワイトポイントを 0.25 に調整する必要があります。これは純粋に表示上の問題であり、データそのものには影響しません。（私は Nikon D810 Astro mod を例にした操作動画を録画し、全手順を実演しています。）
ダーク：期限切れになる、更新を忘れずに
ダークは一度撮ればずっと使えるというものではありません。ある仲間が同じ古いダークでキャリブレーションして結果が芳しくなく、聞いてみたらそのダークは年の初めに撮ったものでした——これはダークは定期的に更新する必要があり、同じバッチはおよそ三か月で撮り直すべきだということを改めて裏付けています。キャリブレーションのたびに少し問題が出るようなら、古いダークと新しいダークのピクセル輝度値がだいたい同じかどうかを確認して、ダークが老化しているかどうかを判断するとよいでしょう。
異なる露出秒数のダークも知っておく価値があります。私は QHY 268C（Sony IMX 571）の 0 秒から 600 秒までのマスターダークを一組見たことがありますが、背景値は秒数にかかわらずほとんど変わらず（どれも 0.0075 前後）、見て取れる違いはホットピクセルの輝度が秒数とともに明るくなることでした。ここから実用的な結論が導けます：ホットピクセルを別途処理している（例えば Cosmetic Correction で）なら、ダークの露出時間が急遽ライトと合わなくなっても、それでもライトのキャリブレーションに使えるということです。
ついでに言うと、私は駆け出しのころにキャリブレーションフレームを研究していて、ダークのトラブルで痛い目にあったことがあります：キャリブレーション・スターレジストレーション（位置合わせ）・インテグレーションの後にフラットの過補正または補正不足の兆候を見つけ、マスターフラットを一から全部やり直し、最後の最後になってようやく問題が実はダークにあったと気づいたのです。
ある古典的な教訓：バイアスの撮り損ないが、インテグレーション全体を台無しにする
最後に、強く印象に残っている事例を一つ。あるデータのインテグレーションがまるごと失敗し（PixInsight）、あるいは結果が正しくならず（Astro Pixel Processor）、たどっていくと、犯人は**撮り損なったバイアス（Bias）**でした。
これは私が、バイアスの撮り損ないがインテグレーション全体を破綻させる状況に遭遇した初めての経験でもありました。ですからもう一度だけ言っておきます：冷却 CMOS はフラットをフラットダークでキャリブレーションし、バイアスは使わないでください。そしてキャリブレーションしないフラットは基本的に撮り損と同じで、キャリブレーション後の画像に問題を増やすだけです。まずキャリブレーションフレームを正しく撮ること、それがあって初めてその先の話ができるのです。
