ふたご座流星群を撮影して画像処理

はじめに

１２月最大の流星群はふたご座流星群です。今年２０２０年は条件がとても良いらしい。条件というと、月が出ていなくて、都市の光源から離れていて、雲ひとつなく晴れていることです。今年は新月と重なっています！　１２日土曜日の夜は雲がほとんどなく晴れていたので、ふたご座流星群の撮影をしました。はじめに書きますがそんなに撮れてないです。肉眼ではかなり沢山見えました。

（流星群のピークは月曜ですが幅は一週間くらいあります）

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Take a picture

最近の夜景に対応したスマホでも撮れないこともないですが、まあね？

今回はSonyのカメラであるILCE-7M3と、レンズはFE 16-35mm F2.8 GMを使います。簡単に説明すると、ちょっと大きい一眼カメラと、広角レンズの組み合わせです。

今回の機材

カメラ (ILCE-7M, FE 16-35mm F2.8 GM)
三脚
ノートPC (Surface)
毛布

撮影した場所が海の側で、深夜になるのでマジ寒いので防寒は必須…　

カメラとノートPCをUSBで繋ぎ、PCから操作します。SonyなのでImagingEdgeというアプリです。これなら撮影中に操作してもカメラが動いたりする心配がない！

設定

15秒おきに以下の設定でインターバル撮影！.jpgの他に生データの.arwも保存。

絞り値	f/2.8
露出時間	10秒
ISO	6400
焦点距離	16mm

まず、絞り値は全開（最小の値）にします。光を多く取り入れるためですね。

露出時間は流星を収めたいので長めに、10秒の間に流れ星が通れば映るということです。長すぎると星が線になってしまいます。（日周運動）　ここで赤道儀という、日周運動と同じ速さでカメラを動かすアイテムがありますが、今回はスルー

Amazon.co.jp： Vixen ポータブル赤道儀星空雲台ポラリエ(WT) ホワイト 355051: カメラ

ISOは光の感度です、センサー側でどれだけ光を増幅するか決められます。高ければより明るく映りますが、高すぎるとノイズまみれになります。

焦点距離はいわゆるズームで、大きいと望遠、小さいと広角ですね。今回は最小にしています。

最後にピントですが、暗いと難しいです。オートフォーカスで運良くピントが合えば、マニュアルに切り替えて触らないようにします。

あとは待ち続けました。（１，２時間）

現像

タイムラプスに編集するもよし、流れ星が映っている写真を探すもよし、結合して星の線を描くもよし。

タイムラプス編

タイムラプスとは、細かく撮影した写真を連続して表示した動画である。動画の早送りと異なり１コマに対する画像があまり圧縮されていないので綺麗。

同じくSonyのPlayMemories Homeを使うと簡単。

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１００枚の写真をまとめたタイムラプスGIF

はてなブログの10MB制限に引っかかり解像度は縦横２０分の１になっている。流星はぶっちゃけわからん。ホワイトバランスの設定をミスっており若干赤みがかっている。

流星検出編

計３００枚ほど撮った写真を一枚づつ見ていく…　割と地味なので見つからない。記事の最初に貼った写真が見つけたもの。写真は6K×4Kなのでそもそもディスプレイの解像度が足りない。プログラムで自動化したいが、日周運動と雲ノイズの扱いがムズそう…専用のソフトもちらほらあるっぽい。

写真結合編

よく見る空が北極星を中心に回転している画像は、露出時間をめっちゃ長くするか、結合するとできる。結合の仕方は簡単に２枚の画像の画素単位で比較し、明るい方を残す「比較明合成」でできる。　GIMPとかでもできる。ただし一枚一枚操作が要るので多分面倒。こっちも専用のソフトはあると思う。でも面倒事はプログラムにやらせよう！（ようやくITっぽくなった）画像処理といえばpythonらしい（ほんとか？

jupyter notebookにて

import cv2
import glob
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
maindir = "2020-12-13-RAW\\group3\\"
imgfiles = glob.glob(os.path.join(maindir, '*.JPG'))
im = cv2.imread(imgfiles[0])
for fn in imgfiles:
    nextim = cv2.imread(fn)
    im = np.maximum(nextim,im)
plt.figure(figsize=(6.4 * 3, 4.8 * 3))
plt.imshow(cv2.cvtColor(im, cv2.COLOR_BGR2RGB))
cv2.imwrite(str(time.time())+".jpg",im)

OpenCVに比較明合成くらいあるかと探したんですが、見つかりませんでした。普通にnumpyで最大値をとっています。でもこれだと多分R,G,Bでそれぞれ個別に最大値をとっているので、少しおかしいです。見た目はほぼ変わりませんが。ちなみにpyplotはRGBなのにOpenCVがBGRという罠があります。

せっかくなのでJavaでRGBまとめて比較するのを書いた。

    MeteorPic(File dir) {
        File[] files = dir.listFiles(new FilenameFilter() {
            @Override
            public boolean accept(File dir, String name) {
                return name.endsWith(".JPG");
            }
        });
        try {
            BufferedImage sum = ImageIO.read(files[0]);
            ColorModel color = ColorModel.getRGBdefault();
            for (int i = 1; i < files.length; i++) {
                BufferedImage image = ImageIO.read(files[i]);
                for (int x = 0; x < sum.getWidth(); x++) {
                    for (int y = 0; y < sum.getHeight(); y++) {
                        int sumbright = brightness(color, sum, x, y);
                        int imagebright = brightness(color, image, x, y);
                        if (sumbright < imagebright) {
                            sum.setRGB(x, y, image.getRGB(x, y));
                        }
                    }
                }
            }

            ImageIO.write(sum, "jpg", new File(dir.getName() + ".jpg"));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    private int brightness(ColorModel color, BufferedImage image, int x, int y) {
        int rgb = image.getRGB(x, y);
        int bright = color.getRed(rgb) + color.getGreen(rgb) + color.getBlue(rgb);
        return bright;
    }