2018.1.28

明⽯市⽴天⽂科学館

今後もよろしくお願いします。

FITS画像，RAW画像で広がる世界=画像処理の基礎から⼤⼈の科学まで=
⼤⻄浩次（⻑野⾼専）

① デジタルカメラの原理② JPEG画像, FITS画像, RAW画像とは③ マカリだからできること④ 画像処理の基本⑤ 大人の自由研究⑥ マカリのできること, まとめ① デジタルカメラの原理② JPEG画像, FITS画像, RAW画像とは③ マカリだからできること④ 画像処理の基本⑤ 大人の自由研究⑥ マカリのできること, まとめ

フィルム素子：光による銀塩反応、化学変化反応の下限が存在。
 相反則不規デジタル
素子：CCD,CMOSなど
光電効果、時間さえかければ写る。
ノイズの劇的な減少。高感度化。
10年前、ISO=1000, 5年前、ISO=5000, いま、ISO=100000

CCD

CMOS

RAW では、12，14ビット

① デジタルカメラの原理② JPEG画像, FITS画像, RAW画像とは③ マカリだからできること④ 画像処理の基本⑤ 大人の自由研究⑥ マカリのできること, まとめ画像ファイルフォーマット
BMP
GIF, PNG
JPEG
TIFF

1画素あたり最大24ビット（RGB 各色8ビット）
1画素あたり８ビット
1画素あたり24ビット ＝非可逆圧縮、データ悪化
1画素あたり最大４８ビット 無圧縮

RAW

12ビット、14ビット

FITS

16ビット

① デジタルカメラの原理② JPEG画像, FITS画像, RAW画像とは③ マカリだからできること④ 画像処理の基本⑤ 大人の自由研究⑥ マカリのできること, まとめ位置天文学

天体物理学

測光
正確な明るさを測る

変光星（アルゴル、ミラなど）

分光
輝線 原子の種類や温度、輝線の広がり ガスの運動、輝線のずれ ドップラー効果 銀河の距離測定

① デジタルカメラの原理② JPEG画像, FITS画像, RAW画像とは③ マカリだからできること④ 画像処理の基本⑤ 大人の自由研究⑥ マカリのできること, まとめ

POINT

S/N は 1/√Nに比例
8ビット

Max=2^8=256√ =16 6%誤差12ビット

Max=2^12=4096√ =64 1.5%誤差

14ビット

Max=2^14=16384√ =128 0.8%誤差

16ビット

Max=2^16=65536√ =256 0.4%誤差

例
写真のRAWデータには多くの情報が含まれている。
RAW（14ビット）
JPEG（8ビット）
元のRAWデータを適切に現象（変換）すれば、14ビットの情報を生かして測光などができる。
星景写真のJPEGとRAWを現象してfitsファイルにした情報量の違いを次に示す。

ライン上のカウント値（JPEG（8ビット））

ライン上のカウント値 （RAW現像後fitsファイルに変換）1次処理ノイズ１） 読み出しノイズ
読み出しや転送時のノイズ「バイアスノイズ」
２） 暗電流熱のため電荷がたまる現象「ダークノイズ」
３）素子の感度ムラ４）光学系のムラ
５）ゴミなど・・・「フラット」で補正

天体の光＝（天体画像－ダーク）/(フラットーフラット用ダーク）ダークの作り方ｖ

加算平均 OR 中央値（メディアン）

フラットの作り方

フラット板薄明
フラットの作り方

拡散板ｖ
加算平均 OR 中央値（メディアン）

宇宙線を除く中央値
OR

σ-クリッピング

３．解析ソフト
１） すばる画像解析ソフト －Makali`Iマカリ

国立天文台のすばる望遠鏡をはじめとした研究観測で得られたFITS画像（データ）を解析することができるソフトです。
＊天文教育普及目的であればどなたでもお使い戴けます。
近く登録なしの準「フリー・ソフト」。
ベースは、アストロアーツ社のステライメージ２） ステライメージ（アストロアーツ社）
画像解析ソフト、RAW現像、FITS画像が使える。

３） Photoshop（アドビ）
きれいな画像を作りためのソフト、RAW現像が出来る。
しかし、明るさを測る測光などは出来ない。FITS画像も扱えない。

FITS表示ソフト

SAOimage DS9

世界の標準ソフト。FITS画像の表示、操作

RAW

FITS変換ソフト

raw2fits
raw2fits_win
世界の標準ソフト。FITS画像の表示、操作

STERA-IMGE

① デジタルカメラの原理② JPEG画像, FITS画像, RAW画像とは③ マカリだからできること④ 画像処理の基本⑤ 大人の自由研究⑥ マカリのできること, まとめ測光
2009年の皆既日食でのデジタルカメラの画像からコロナの明るさを測光して、過去100年間で最も暗いコロナである事を示した。
“Accurate Measurements of the Brightness of the White-Light Corona at the Total Solar Eclipses on 1 August 2008 and 22 July
Hanaoka, Yoichiro; Kikuta, Yoshihiro; Nakazawa, Jun; Ohnishi, Kouji; Shiota, Kazuo
Solar Physics, Volume 279, Issue 1, pp.75-89 (2012)2009.7.22 Photo by Kouji Ohnishi

3色測光の例

例1：彗星の色例2：銀河の色例2：アルゴルの測光
Ａｌｇｏｌ （beta Per)

比較星AlgolCheck星B-band (5sec, F=2.8)

I-band (5sec, F=2.8)

B-bandI-band

2
2.2
2.4
2.6
2.8

Ｂ
Ｖ

3Ｒ
3.2

Ｉ

3.4
3.6
3.8
050

100

150

200

250

300

350

分光

小惑星探査機「はやぶさ」カプセルの分光観測をデジタルカメラで行ない、カプセルの温度の高度変化を調べた。

"Spectroscopic Observation of the Re-Entry Capsule of HAYABUSA Spacecraft":Ohnishi, Kouji; Watanabe, Jun-Ichi; Sato, Mikiya; Ohkawa, Takuya; Ebizuka, Noboru
Publications of the Astronomical Society of Japan, Vol.63, No.5, pp.987-993(2011)① デジタルカメラの原理② JPEG画像, FITS画像, RAW画像とは③ マカリだからできること④ 画像処理の基本⑤ 大人の自由研究⑥ マカリのできること, まとめ測光する

変光星の光度曲線
小惑星の光度曲線 形状の決定

分光

彗星、流星、位置天文

天体物理学へアーカイブデータを楽しむ
SMOKA
SMOKAは、すばる望遠鏡、岡山天体物理観測所188cm望遠鏡、 東京大学木曽観測所105cmシュミット望遠鏡、MITSuME、 東広島天文台かなた望遠鏡の公開データを提供

http://smoka.nao.ac.jp/index.ja.jsp
DARTS
天文学、太陽物理学、太陽地球系物理学、月惑星科学、微小重力科学等の多分野にわたる宇宙科学のデータアーカイブ

http://www.darts.isas.jaxa.jp/index.html.ja

小惑星探査機「はやぶさ」のアーカイブデータ（fitsデータ）
をマカリで画像処理して作った写真http://hscmap.mtk.nao.ac.jp/hscMap2/