彗星画像処理の総論：位置合わせ、星の除去、そして合成
彗星の画像処理における核心的な難題は、一言で言い表せます。彗星は背景の星に対して移動するので、彗星と星像を同じ位置合わせパラメータで同時に処理することはできない、ということです。ですから、速く移動する彗星を処理するときは、彗星と星の背景をいつも別々に処理し、最後に合成します。この記事では、私が長年にわたって積み重ねてきた彗星処理のコツを、位置合わせのツールから星の除去、さらに色と合成まで、総論としてまとめています。実践的なケーススタディについては、「PixInsight で彗星を処理する」の紫金山彗星シリーズをご覧ください。
なぜ彗星の位置合わせが必要か：一つの対比
まずは、彗星の位置合わせがいったい何を解決してくれるのかを示す対比を見てみましょう。
上の図の左側は、彗核に位置合わせして星を除去した画像をインテグレーションした結果、右側はスターレジストレーションだけでそのままインテグレーションした結果です。彗核に位置合わせしていない右側の画像は、インテグレーションのあと彗核の周囲にいくつかの欠陥が現れます——強調しておきたいのは、それらは**「彗核周辺のディテール」ではなく、リジェクションのアルゴリズムが外れ値を取り除いたあとに残った破損だ**ということです。彗核の画像そのものも、これらの欠陥によって欠けてしまっています。言い換えれば、彗核と尾の完全な姿を残したいのなら、彗星の位置合わせというこのステップは避けて通れません。
Comet Alignment（CA）ツール
PixInsight で彗星の位置合わせを扱うツールが Comet Alignment（CA）です。もっとも基本的な使い方は、Star Alignment（SA）と組み合わせる方法です。SA で星像を、CA で彗星を位置合わせし、最終的に星用と彗星用の 2 枚の画像を生成して、それぞれを個別に処理していきます。SA のなかで彗星の位置を選ぶときは、マウスの左クリックで指定します。
かつて失敗し、のちに成功した方法
かつてある同好の方が、一つの発展的な考え方を教えてくれました。CA で彗星を位置合わせして「彗星だけの画像」をインテグレーションで作り、もう一度 CA を実行して、スターレジストレーション済みの画像から彗星を差し引くことで、きれいな星だけの背景を得る、というものです。詳しい手順はこうです。
- 彗星の画像をキャリブレーションする。
- Star Alignment で星像を位置合わせし、スターレジストレーション済みの画像を生成する。
- CA でスターレジストレーション済み画像のなかの彗核を選択し、彗核に位置合わせした画像を生成する。
- Image Integration で彗星に位置合わせした画像をインテグレーションし、ほぼ星の消えた「彗星だけの画像」を生成する。
- 彗星だけの画像を保存し、CA の subtract operand image でこの彗星だけの画像を選択して、もう一度出力し、「スターレジストレーション済みで彗星のない」画像を生成する。
- Image Integration でスターレジストレーション済み・彗星なしの画像をインテグレーションし、「星だけの画像」を得る。
正直に言うと、この方法を最初に手元のデータで試したときはうまくいきませんでした——第 5 ステップできれいな「スターレジストレーション済み・彗星なしの画像」ができなかったのです。一部のスターレジストレーション済み画像には彗星が残ったままだったり、逆に引きすぎて彗星の位置が真っ黒になってしまったりして、インテグレーションしても彗星は依然として欠けたままでした。ただ、この方法を教えてくれた方はご自身のデータでは成功していたので、当時の私はそれでも参考として書き留めておきました。のちにやり方を改良し、背景がシンプルなレナード彗星のデータ一式（TOA 150 + QHY 268c、90 秒 16 枚）で改めてやり直したところ、この伝統的な comet alignment の方法がたしかに成功しうることを確かめられました。しかも背景に特別な銀河や星団、星雲がないので、初心者が練習するのにかなり向いています。
新しい CA：先に星を位置合わせしなくてよい
新しい Comet Alignment には一つ重要な変更があります。もう先に星を位置合わせする必要がないのです。
最初の 1 枚と最後の 1 枚の画像で彗核の位置を「おおまかに」選び、Compute PSF fits にチェックを入れるだけで、プログラムが残りの画像の彗核を自分で計算して位置合わせしてくれます。ですから彗星の移動軌跡が直線でなくても、同じように位置合わせできます。この方法のはっきりした利点は、内挿を 2 回経ずに済むことです——先に星を位置合わせしてから彗星を位置合わせする従来のやり方は、内挿を 2 回行うことに等しく、内挿のたびに画質が少しずつ失われます。（動画のなかの画像のファイル名の末尾が _c_cc_ca で、_r が付いていないことに注目してください。これは Calibration、Cosmetic Correction、Comet Alignment だけを通り、Registration を経ていないことを意味します。）この新しいやり方はさらに、連続した数日ぶんの彗星データをインテグレーションしたり、彗星が連続して移動するタイムラプス動画を作ったりといった応用も生み出しました。
星の除去：彗核は誤って傷つけられやすい
彗星の処理に星の除去は欠かせませんが、彗核とコマは星の除去ツールに星像と誤判定されて壊されやすいものです。ここではいくつかの場合に分けて説明します。
カラー画像をリニア状態で星を除去する際の問題
StarXTerminator（SXT）を購入しておらず、Starnet++ でバッチで星の除去をしたい場合、カラー画像は一つの厄介ごとにぶつかります。リニア状態では、カラー画像を Starnet++ に通したあと、彗核とコマが破損してしまうのです。
解決策は、RGB の 3 チャンネルを分離し、それぞれで星を除去してから、また結合し直すことです。ちょうどモノクロカメラで撮った RGB チャンネルを処理するのと同じです。こうすると、彗核とコマがずっと正常に見えるようになります。チャンネルをバッチで分離するには、スクリプトの Batch Channel Extraction Script が使えます。
マスクで彗核を守る
バッチで星を除去するとき、SXT や Starnet はときに彗核をそのまま星像とみなして消してしまったり、彗星の異なるスケールの部分を分離してしまって、彗核が暗くなってしまうことがあります。解決策は、彗核にマスクをかけることです。
- GAME のようなプログラムを使って彗核のマスクを作る。
- SXT の Process Batch で、マスクを読み込むよう選択する。
マスクで覆われた領域（マスクの黒い部分）は星が除去されないので、彗核が守られます。Starnet を使っている場合は、バッチで星を除去するときに Process Container でマスクを読み込むこともできます。
実務上ちょっとしたコツがあります。星を除去する前に、まず最初の 1 枚と最後の 1 枚の画像で彗核の位置を確認し、それから GAME や Clone Stamp Tool を使って、最初と最後の彗核の位置を結んだ線の上にマスクを作り、そのうえで星を除去するのです。そうしてはじめて、彗核が誤って傷つけられるのを効果的に避けられます。
色と背景のキャリブレーション
彗星の尾の末端には、ときどき奇妙な色が現れます。赤、紫、緑と、なんでもありです——基本的にこれらの多くは彗星がある空の背景の色で、彗星だけを単独で強調したあとに際立ってきたものです（たとえば数年前に NEOWISE に現れた 3 本目の赤い尾がそうです）。残すか取り除くかは個人の好み次第で、取り除きたいなら、私のやり方はその色をただ抜くだけです。
理論上、空の背景はキャリブレーションが済めば黒褐色に近くなるはずですが、彗星は星像がない状態だと、キャリブレーションが失敗したり不正確になったりしやすく、とりわけカラーカメラで撮った画像でそうなります。私の経験では、彗星を処理するうえでの最大の 2 つの問題は、色のキャリブレーションと星の残留物の除去です。この 2 つを解決すれば、実はもう 9 割は成功したようなものです。
締めくくり：基礎はやはり大切
彗星の処理は、何日も行きつ戻りつ試行することがしばしばで、そのうち丸一日が行き詰まりで終わることも十分ありえます——ときに脳は、解決策を思いつくまでに、いったん落ち着く時間が必要なのです。
AI ツール（星の除去やノイズ低減の類い）はたしかに多くの時間を省いてくれますが、その時間は実のところコンピューターの計算コストへ転嫁されているだけです（CPU が遅かったり GPU がなかったりすれば、計算にえらく時間がかかります）。それに加えて、PixInsight の基礎的なツールも同じように欠かせません。おなじみの DBE、STF、Histogram Transformation、Curve Transformation のほか、Wavelet、HDRMT、そして色の彩度のツールを——マスクと組み合わせて使えば——どれも画像から品質を絞り出すための鍵になります。ツールは進歩し続けますが、こうした基礎をしっかり身につけてこそ、彗星を安定して上手に処理できる本当の底力になるのです。