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アンダーサンプリング、オーバーサンプリング、そして Drizzle

前処理とスタッキング2020.09

星像の姿は、実はカメラのピクセルと望遠鏡の焦点距離とのマッチング関係を映し出しています。このマッチング関係こそが「サンプリング」(sampling)で、粗すぎても細かすぎても星像に痕跡を残します。この記事では、アンダーサンプリング(under sample)、オーバーサンプリング(over sample)、そしてアンダーサンプリングのときに役立つ Drizzle を取り上げます。

星像からサンプリングを読み取る:四角い星像 vs ぶくぶくの星像

同じ一台のカメラでも、異なる焦点距離のシステムに取り付けると、星像はまるで違った姿を見せます。

アンダーサンプリングの四角い星像とオーバーサンプリングのぶくぶくの星像の対比

  • アンダーサンプリング(under sample):たとえば FSQ-106 の Ha チャンネルでは、CCD のピクセルが相対的に大きすぎるため、星像が四角い形(blocky star)になります。
  • オーバーサンプリング(over sample):同じカメラを CDK24 に取り付けた L チャンネルでは、星像は逆にとてもぶくぶく(bloated star)になります。

この2つは、カメラのピクセルサイズとシステムの焦点距離が合っていないことによる、両極端の方向だといえます。

Drizzle:アンダーサンプリングで失われたディテールを取り戻す

アンダーサンプリングによる四角い星像は、Drizzle Integration で改善できます。ただし Drizzle はどこでも気軽に使えるわけではなく、3 つの要件があります。

  1. 枚数が十分に多いこと。
  2. データそのものがアンダーサンプリング(under sample)であること。
  3. 撮影時に Dither(ディザリング)をおこなっていること。

Drizzle Integration の3つの要件

もうひとつ操作上の注意点があります。PixInsight の Drizzle Integration を使う前には、必ず一度 Image Integration を回しておくこと。そうしてはじめて、Drizzle が正しい基礎データを使えるようになります。

よくある誤解:L チャンネルの星像が大きいのは必ずしもサンプリングの問題ではない

ついでに、よく誤解される現象をひとつ解いておきます。モノクロカメラに換えたある愛好家の方が、L チャンネルの星像がずっと大きく、フォーカサーを回しても目立って小さくならないと感じ、そのためピント合わせかサンプリングに問題があると思い込んでいました。私は 2 種類の異なるシステムのデータを比べてみました——ひとつは CDK 17″ のオーバーサンプリングのデータ、もうひとつは TOA130 のアンダーサンプリングのデータで、いずれも 1 枚 5 分の画像です。

CDK 17″ のオーバーサンプリングと TOA130 のアンダーサンプリングの LRGB 星像の比較

結果はこうです。輝度(L)チャンネルは信号が比較的強いという点を除けば、星像の大きさは実のところ RGB チャンネルとさほど変わらず、LRGB の星像の PSF は原則として同じタイプに属します。(付け加えると、最初のセットでは Ha と LRGB の星像は異なるタイプでした。)ですから L の星像が大きく見えるのは、多くの場合それが信号が強く、ストレッチ後に目立って見えるだけで、必ずしもサンプリングやピントの問題とは限らないのです。

LRGB 各チャンネルの PSF タイプの比較