撮影したデジタル画像は、画像処理を施して表面模様を強調したり色合いを修正したりしてみましょう。それが気軽にできるのがデジタル画像処理の楽しいところです。ここではパソコンを使った画像処理について紹介します。
デジカメで撮った画像をそのまま見ていては、全体的にコント ラストも低くボヤッとした画像で上手く撮っていても失敗作と誤解してしまう場合があ ります。下の写真のように画像処理を施す前とした後では色合いや画像のシャープさがかな り異なっています。ですのでデジタル撮影した画像は画像処理して綺麗な見栄えのする写真に 加工してみましょう。
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画像処理前 画像処理後
２．画像処理の実際(フォトショップ編)
ここではデジタルカメラで撮った火星画像を、画像処理の定番ソ フト「フォトショップ」を使って行う画像処理方法を紹介していきます。
○画像のコンポジット
まずはじめに行うこととしては、多数の撮影画像を合成するコンポジットがあります。コンポジットは画像情報を蓄積させノイズを平均化し、画像処理に耐える階調を作るのには必要不可欠な作業です。フォトショップのレイヤー機能を用いてコピー＆ペーストで画像を積み上げて行きましょう。
※コンポジットを行うために短時間で多くの画像を撮っておきましょう。惑星は自転してますので時間がずれた写真は模様が異なってしまい合成できなくなります。
- まず初めにコンポジットする画像を選びフォトショップで開きます（ここで開く画像は写りのよい画像を選んでください）。
- 画像を開ければ、コピー＆ペーストで合成していきます。下の図のようにレイヤーモードを「差の絶対値」にして重ねあわせていくとやりやすいです（このモードでは正確に画像を重ねあわせると画像が真っ暗になります）。
- 次に上手く重ねあわせることができたら、レイヤーモードを「通常」に戻し不透明度を５０％にして画像を統合しましょう。これで２枚の画像を加算平均でコンポジットしたことになります。
コンポジットはなるべく多くの枚数を合成した方が、滑らかな画像となるので有利です。ですのでできれば１０枚くらい合成してみましょう。多数の画像の合成方法はトーナメント方式といわれる方式が一般的です（２枚の合成画像どうしを合成して４枚の合成画像にして、４枚どうしを合成し、８枚合成画像と言う感じでつみあげていきます。下の図のトーナメント表を参考にしてもらえればわかると思います）。
コンポジットが終われば、その合成画像を用いて細かな調整に入ります
○大気の微分分散の修正
これは低空で写した写真の場合、大気のプリズム効果で色によって画像が鉛直方向にずれてしまう現象を修正しようというものです。気にならなければ無視してもいいと思うのですが、よかったら試してみて下さい。
修正の方法としてはフォトショップで下の図のようにチャンネル表示に切り替えて、RGBそれぞれのチャンネル画像を確認します。それでずれていることがわかれば、どれか１つのチャンネルを基準にして、その他のチャンネルを「Ctrlキー」を押しながら矢印キーで画像移動を行って色のずれを修正します。
○色調補正
低空で写した画像は、色が偏ってしまうことがよくあります。上の火星の処理前画像も少し赤みがかかって写っています。この場合はトーンカーブを用いて自然な色になるよう補正してあげましょう（下図参照）。色を変えるにはRGBそれぞれのチャンネルごとにトーンカーブを変更するのがよいでしょう。コントラストをあげたい場合もこのトーンカーブを変更して調整しておきましょう。
また彩度が低い写真になっている場合は、色相・彩度のメニューを開いて少しだけ彩度をあげてみましょう。彩度を上げることによって、トーンカーブを変更したことによるトーンジャンプも補正することができます。トーンカーブを変更した場合は少しだけ彩度を上げることをおすすめします。
○アンシャープマスク
最後にアンシャープマスクを施して表面模様を強調してあげましょう。ただ、RGB画像に直接アンシャープマスクを施すと、色ムラが発生することがあるので、いったんLabカラーに変換してから、輝度情報（L画像）にだけアンシャープマスクをかけるようにしましょう。かけれたら最後にRGB画像に戻しておきましょう。アンシャープマスクの適用量はノイズが出て不自然にならない程度にしておきましょう。強くかけすぎるとざらつきだけが目立つ画像になってしまいます。
注意したいのは、アンシャープマスクは色調補正した後でかけるようにすることです。どんな画像の場合も「シャープ処理は最後に」と覚えておくとよいと思います。
○最後に
これで一応フォトショップを用いた画像処理は終了です。上手くいきましたか？画像処理は奥が深いので、上の方法を参考にしてもらって試行錯誤して新たな方法をあみ出してみて下さい。
３．Registaxを使った画像処理
ここではデジタルカメラで撮った火星画像を、最近話題のフリーソフト「Registax」を使って画像処理する方法を紹介していきます。Registaxは基本的にはWebカメラ等で撮影したAVIファイルを処理するものですが、デジカメのJPEGファイルも処理できますので、是非試して下さい。
※ここで紹介するRegistaxの処理方法は、私個人が解釈して使っている方法です。ひょっとすると正しい解釈から外れているかもしれません。正式な方法はマニュアルを参照して下さい。○処理のおおまかな流れ
画像の読み込み→領域の指定→位置合わせの最適化→(画像のスタック)→画像処理→保存
※位置合わせの最適化で「Aling & Stackボタン」を押すと、画像のスタックは自動処理されます。
○ファイルの読み込み
Registaxで扱える画像の大きさは、縦、横1024ピクセル以下が標準ですので、まず、扱う画像の大きさを合わせておきます(大きくても問題ないときもあります。扱う画像はすべて同じ大きさにして下さい)。また扱える画像数はJPEGですと100枚程度が処理できる限界だと思います。
それからRegistaxを起動し「Select Inputボタン」をクリックして、処理するファイルを指定します。ファイルを開いた直後は、最初の画像が表示されています(下図参照)。
○重ね合わせ領域の指定
Align(位置合わせ)を行うために、重ね合わせの評価をする画像の領域を指定します。「Alignment Box」から適当なピクセルサイズを選択します。上の図では128ピクセルを選択しています。
画像表示ウィンドウにカーソルを移動させると、ピクセルサイズに応じた四角形が表示されますので、対象の画像領域を囲むようにして左クリックします。そうすると画面はAlign Frames画面に自動的に切り替わります。もし領域の設定に失敗したら、Select Input画面に戻ってやりなおしてください(画面は上のタブを押すことによって移動できます)。
選択は、対象とする画像がすっぽり収まるかどうかの大きさを選び、最もコントラストの高い部分を選択するのがミスが少ない方法だと思います。
○Align Frames画面での位置合わせと最適化
この画面では、各フレームの画像の位置合わせと最適化を行います(下図参照)。この処理は使っているマシンによってはとても時間がかかる作業です。
位置合わせ(Align)だけをまず行って最適化(Optimisation)をあとで行うこともできるようですが、私はめんどくさいのもあって、Optionsにある「Auto-Optimisation」のチェックをONにして「Aling & Stackボタン」を押し、位置合わせと最適化そして画像のスタックを同時に実行しています。
またFiltersにある２個のパラメータはマニュアルではmisalign(重ね合わせ失敗)が表示されたときなどに変更しないといけない重要な値と書いてありますが、普段私はデフォルト値のまま使っています。
ちなみに「FFT Filter」は、Alignの見積もりの初期値を改善するため、つまり画像ノイズによるAlignの失敗を軽減するために使用されます。上図左上のRegistration propertiesダイアログには、赤い線(パワースペクトルヒストグラム)が示されており、これは右へいくほど解像度が増加していることを表しています。その右端の解像度の限界にFFT Filterのラインを合わせることによって改善します。
もう一つの「Quality estimate」は「FFT Filter」とほぼ同じ働きをするフィルターです。値を高くすると画像間の識別が悪くなり、低くすると評価が悪くなってしまうようです。値の目安としては、Registration propertiesダイアログに表示されているQualityの値が参考になります。おおよそ0.1から0.2の範囲に収まるように「Quality estimate」の値を変更するのがよいようです。
○画像のスタック
画像の位置合わせと最適化が終了すると、自動的に画像のスタック処理が行われます。misalign(スタック失敗)が起こらなければ、全フレームがスタックされImage Processingの画面へと変わります。
自分でStack Frame画面に戻って来た場合、下の図のような画面が表示され、スタックの設定ができるようになります。
スタック時の設定については、Stackgraphダイアログ(下図右上)にある縦と横の2個のスライドバーで設定を行います。このグラフは、評価の高いフレーム順に左から並んでいます。
横の「Quality Cutoffバー」でスタックに使用する画質の下限を指定します。スライダーの上の赤いラインは使用される画像の画質を表現しています。スライダーを右に寄せてすべてを選ぶこともできますし、あるところで画質が低下するなら左に寄せて、数枚だけを選択することも可能です。
また、縦の「Difference Cutoffバー」で使う画像と切り捨てる画像との割合を指定できます(この設定線より上に評価された画像が切り捨てられます)。
私はあまりわかっていないので、この処理画面はほとんど使っていません。使ってもたまに横のバーを変更して、スタックに使用する画像数を増減する程度です。
○ウェーブレット変換による画像処理
スタックが終了すると画像処理に移ります。Registaxではウェーブレット変換とよばれる画像の周波数別に強調処理を行うことで、画像を強調していきます。この処理があることで、このソフトが有名になったと言っても過言ではないと思います。
それでは実際の処理ですが、Registaxでは周波数帯をレイヤーと呼び6個のレイヤーまで取り扱うことができます。これが下図の右側に並んでいるボタンに相当します。右上のWavelets layersには「Dyadic」と「Linear」の2つのチェックボックスがあります。これで、どのレイヤーにどの周波数帯域を割り当てるかを変更します。「Dyadic」をチェックすると、レイヤーには1,2,4,8,16,32という2のべき乗数が割り振られます。「Linear」の場合は、下にある「Initial」と「Step」を変更することによりレイヤーに割り振る値を変更できます(Initial=1,Step=1ならレイヤーは1,2,3,4,5,6となります)。
また、それぞれのレイヤーの右側の四角のボタン部分をクリックすると、そのレイヤーでのプレビューが見られます。これを参考にして、そのレイヤーのスライドバーを左右にシフトすると、強調処理した画像が表示されます。これを各レイヤー繰り返して処理を行ってみて下さい(スライドバーは-5から50まで、0.1刻みで作動します)。
なるべくプレビューした時にノイズの少ないレイヤーを使うのがこつです。絵的な画像になりすぎないよう控え目に処理された方がよいと思います。またハイライト飛びなどを起こしたときは、下にある「Contrast」のバーを変更してみるとよい画像ができるときがあります。○画像の保存
最後に画像処理してできあがった画像を「Saveボタン」を押して保存し、終了です。
画像はBMP、JPEGのほかFITS形式でも保存できます。○最後に
以上、私なりのRegistaxの使い方を簡単にまとめてみました。ちょっとわかりづらい点や説明不足の点もあるかもしれません。
※この内容はバージョン1.1版について書いております。
最後に、参考までに私が注意している点を書いておきますと・・・
- 露出不足の画像は評価の狂いを生みやすいので、フレームの選択から除いておく(Select Input画面でShow frame listをチェックするとフレームリストが表れますので、そこで選択を解除します)
- 元画像が露出不足の場合はリング状の模様が出やすく、露出オーバーだとハイライト飛びが起こりやすいので注意する。
- 元画像数が少ないと変換時にノイズが出やすいので、少なくとも30枚程度は用意する。
- 実際にウェーブレット変換で使うレイヤーは1つか2つ(私は普段は「Dyadic」です)。
- 色調補正などは加工後にフォトショップで行った方が確実。
というところです。
Registaxは、今最も話題のフリー画像処理ソフトです。私はMacを主に使用している関係もあって最近はほとんど使わなくなってしまいましたが、使ってみる価値は十分あります。是非一度使ってみて素敵な画像を作り上げて下さい。Registaxのホームページはこちらです(最近新しいバージョンがリリースされました）。○Registax2について
バージョンアップしたRegistax２について簡単にここで触れておきます。
基本的な操作法は全く同じだと思います。個人的に「変わっな」と思う点を以下に列記すると・・・
- Align(位置合わせ)がより正確にできるようになっているようです。
- Quality estimateの最初と最後の値を独立して選べるようになり、より細かい画像の良否選別ができるようになりました。
- ウェーブレット変換時のフィルター数が増え、より細かい画像処理ができるようになりました（ただVersion1の方が模様を強調しやすい、と言う人もいます）
- RGBの色ズレを自動的に判断し、調整するフィルターができました。
- RGBのヒストグラムを表示できるようになり、ヒストグラムを変更できるようになりました。
- 保存する時の形式の種類が増えました。
- 最終処理の画面が新設され、ここで細かい色調や画像の回転などを行えるようになりました。
今までは、画像の１次処理をするソフトという感が強く、最終的にはフォトショップなどで仕上げをする必要がありましたが、Version2になって、Registax2だけで処理が完結させられるソフトになったと思います。
○番外編（ToUcamとRegistaxのTips？）
撮影中パソコンに写っているToUcamの生画像は、暗くて写っているのかどうかわからない画像です。それをRegistaxにかけることで、明るく見違えるほど綺麗な画像になります。
土星画像を例に取って見てみると下のような感じです（左が生画像（１枚画像）です。右の画像はRegitax処理のみの画像です）。
ToUcamの撮影時のゲインを上げれば、生画像をもっと明るくすることができます。でも私はスタック後、明るくなることを考えて、暗めに撮影するようにしています。そうすればゲイン上昇によるノイズを防げ、滑らかな画像を得ることができると思っています。撮影中のパソコン画面を見て「ちょっと暗すぎるかな？」というくらいを目安に私は撮影しています。
また、右のRegistax処理後の画像を見ると、バックがわずかにブルー味を帯びています。この場合、私はフォトショップ上でトーンカーブを微妙に調整して補正しています。フォトショップで仕上げ処理した後の画像が下の画像です。こちらの方がバックが引き締まって、土星が浮き出て見えると思います（ここではわかりやすいように少し強めに処理しています）。
その他、ウェーブレット変換を過度に行うとノイジーな画像になってしまいます。模様を出すためにはある程度は必要なのですが、加減が難しい所です。私はノイズが出過ぎた場合は、邪道かもしれませんが、Photoshop上でガウスボカシをわずかにかけることによって、目立たなくさせています。
4. 月の画像処理方法
月は明るいので簡単に撮影できる天体です。しかし、月は明暗部の差が激しいので綺麗な画像を得るのは簡単ではありません。そこでここでは、私なりの月の画像処理法について触れてみたいと思います。何かの参考になれば幸いです。
○月の撮影
月をカメラの自動露出任せで撮影すると、たいていは明るい部分が適正露出になり、欠際が露出不足の写真になってしまいます（下左写真）。そこで今度はマニュアル露出で、欠け際に露出を合わせると、下右写真のように欠け際以外は、白飛びしてしまいます。
真ん中の写真が適正露出なのですが、画像を細かく見ると、適正露出の月と言えども、欠け際はわずかにアンダー。明部は少しオーバー気味になっています。微妙なグラデーション情報が大切な月の写真では改善しておきたいところです（このままでもさほど問題はないですが、よりよくという意味で）。
これはデジタルカメラには、表現できるレンジの幅があるため、必然的に起こってしまう現象です。そこで次ではこの問題を解決する方法を考えてみましょう。
※12bitのRAWモードで撮影できる一眼デジカメは、レンジが広いのでそれほど問題ではないかもしれません。
○多段階露出合成法
多段階露出合成法（私が勝手に作った呼称です）とは、カメラ（特にコンパクトデジカメ）のダイナミックレンジには限界があるので、露出を何段階か変えて撮った画像を合成し、カメラの性能を越えたダイナミックレンジを写真に持たせようという方法です。ちなみにこれは一般撮影にも使えます。輝度差が激しい被写体を撮る時等に応用できると思います。手順を以下に簡単に示します。
※ここでの加工は、フォトショップの８bitモードで処理することを前提に書いております。
- シャドー基準の露出、適正露出、ハイライト基準の露出で３カット撮影します。その時、後で合成することを考えて、写野を移動したり回転させないようにしましょう(一般撮影の時は必ず絞り優先で撮ることに注意して下さい。絞りが変わると被写界深度が変わってしまい合成できなくなります)。
- フォトショップで３つの画像を開き、移動ツールを使ってシャドー露出の画像を、適正画像の上に重ねます(シフトキーを押しながら、ドラッグすると同じ位置に合成できると思います）。
- 同様にしてハイライト基準の画像を、その上に重ねます（最後に問題なく重なっているか、レイヤーモードを「差の絶対値」などにしてみて確認して下さい）。
- レイヤーマスクを作って、不要な部分を消して行きます。ここからは画像の種類によって、方法が異なるので一概には言えませんが、上の三つの画像を例にしますと・・・
ハイライト画像で生かしたいのは、欠け際のディテールですので、その部分をマスクします。シャドー部分は逆に月の照らされている側のディテールが欲しいので、その部分をマスクします。マスクからはずれた部分は、下の適正露出の月の画像が出てくるので問題ありません（マスクするときは、ボカシフィルタなどを使って、合成感が出ないように自然な感じでマスクしましょう）。
このようにすると月のハイライトからシャドーまで、グラデーション情報を失わない画像が得ることができます（下図が完成図。ちょっと小さいので、変わったかどうかわかりにくいですね）。
その他にも、月の画像処理にはいろいろありそうです。モノクロ時代の覆い焼きに似た、選択範囲を作って、その部分を焼き込みしてしまう方法等、考えたらいろいろな手法が出てきそうです。是非いろいろな方法を試してみて下さい。月でしたら都会でも手軽に撮影できますものね。
ただ、やはり一番重要なのは、元画像の良さですから、ピント、ブレなどには十分注意して撮影してください。いい方法があったら私にも是非教えて下さいね〜。※ここに記載したのは、私の知識の範囲ですので誤解があったらすみません。また、何かご質問などあれば、ご連絡頂けると幸いです。
5．その他の天文画像処理ソフト
○ステライメージ４
天体写真専用の画像処理ソフト。たくさんの画像を合成する必要のある惑星写真には、何枚でも一発でコンポジットしてくれる便利な自動処理。それにウィーナーフィルター等の星用のフィルターが多数用意されています。ウィンドウズ専用なのでMacでは動きませんので私は使っていませんが、天体用としては大変便利な市販ソフトだと思います。