Raspberry Pi Camera と raw2fits による RAW 画像処理
小野間史樹（星空公団）
onoma@kodan.jp
1. はじめに「夜空の明るさ」とは，人間活動に伴う照明の上方放射が大気中の水蒸気・エアロゾルに散乱されて自然光以上に夜空のバックグラウンドが明るくなる現象であり，環境問題の一つとして認知が広がっている．夜空の明るさは大気の影響を受ける
ためバックグラウンドの値は日々変化する．よって，夜空の明るさの評価には，ある日ある時間の

図 1: 測定手法の概要測定だけではなく，継続的な測定が必要となる．

一方で，夜空の明るさを正確に求めるためには，一方で近年，星空の地域資源としての価値が見直

継続的な測定が必要であることから，星空公団でされてきており，地域に焦点を当てた継続的な調は夜空をデジタル一眼カメラで自動撮影するカメ査の拡充が求められている．地上からの観測にはラボックスを開発し，山梨県甲府市，東京都墨田観測エリアの限界があることから，こういった広区，北海道名寄市，広島県広島市といった各地で域的な調査の要望に対しては，上方光束と大気散継続的な測定を実施してきた．カメラボックスの乱のモデル化を進め，衛星からのリモートセンシ一例を図 2 に示す．カメラボックスには，防水ボングと地上観測の組み合わせによって評価を行っックスにデジタル一眼レフカメラおよびシングルていくことが必要である．

ボードコンピュータ(Raspberry Pi)を設置したもこれまでの夜空の明るさの継続的な測定についのを使用しており，外部とはネットワークで接続，ては，1988 年から環境省が実施していた「全国星データを定期的に送信する方法を用いている．こ空継続観察」や 2009 年から星空公団が実施していれらのカメラボックスは，デジタル一眼カメラのる「デジカメ星空診断」などがあり，市民参加型のRAW 画像をネットワーク経由で送信するためデサイエンスとして広まっている．これらの調査にータ通信量が大きい，比較的高価であるといったは，デジタル一眼カメラ(2010 年まではフィルム課題があり，全国的に普及させる場合，データ通カメラ)を用いて撮影した夜空の写真をもとに，恒信量の削減やコスト削減が必要となっている．そ星と背景のカウント値から夜空の明るさを算出す

こで我々は，カメラとして比較的安価である

る方法が用いられている．測定手法の概要を図 1

Raspberry Pi Camera Module V2 を使用し，夜空に示す．図 1 において，撮影した画像から恒星のの明るさ測定までを自動で行う装置を検討した．

カウント値と背景のカウント値を求め，その比率から背景の明るさを等級に換算している．

ており，10 秒になるとばらつきが大きく，平均値も変化している．よって，シャッタースピードは 8秒以下にすることが望ましいことが分かった．

図 2: カメラボックスの一例
2. カメラモジュールの評価結果
Raspberry Pi Camera Module V2 と は ， Sony
IMX219 を採用した CSI カメラであり，RAW 形式で保存可能であり，ダークを自動的に差し引く回路を内蔵している特長がある．表 1 に，一般的なCCD カメラ，デジタル一眼カメラと Raspberry Pi
Camera Module V2 と の 仕 様 比 較 を 示 す ．
Raspberry Pi Camera Module V2 は，CCD カメラやデジタル一眼カメラと比較して画素ピッチが小さく，階調が 10 bit と低いものの，画素数についてはこれらと遜色ないものが使用されている．
CS マウントに対応したアダプタを設計し，独自形式の保存ファイルを，raw2fits を用いて FITS 形式に変換できるようにソフトウェアを改修して評価を行った．

図 3: ダーク特性の評価結果
また，図 4 に示すダークの温度依存性の評価結果
から，-20℃〜+30℃ではダークカウントは 64 で

表 1: 各センサの仕様比較安定しており，30℃以下での使用が望ましいことが明らかになった．

図 3 にダーク特性の評価結果を示す．図 3 では，シャッター速度を 0.1 秒から 10 秒まで変えて，ダーク画像の分布を測定している．シャッタースピードが 8 秒まではダークの平均値が 64 で安定し

図 4: ダークの温度依存性の評価結果

フラット特性については，図 5 に示すとおり周辺

ついては，減光が大きく，フラット補正は必須であることがhttps://www.raspberrypi.org/documentation/r

確認された．

aspbian/applications/camera.mdを参考にしていただきたい．

撮影した画像を，星空公団で開発した raw2fits を用いて FITS 形式に変換した．raw2fits とは，デジタル一眼カメラの RAW 画像を FITS 形式に変換するソフトウェアであり，Windows(Windows 7、Windows 8 および Windows 10)で実行可能である．
国内の多くのデジタル一眼カメラに対応しており，
今 回 の ア ッ プ デ ー ト で Raspberry Pi Camera
Module にも対応させている．入手先は以下の通り
図 5: フラット特性の評価結果である．
https://www.kodan.jp/?p=products

一方で，リニアリティについては図 6 の通り 10

raw2fits では，図 7 に示すようにデジタル一眼カbit の全範囲で良好であることがわかった．

メラの RAW 画像から 6 つのファイルを生成する．
このうち，眼視の V バンドに近い G チャンネルを用いて測光を行った．

図 7: raw2fits による変換処理変換した FITS ファイルを Makali`i を用いて開き，開口測光で測定を行った．測定結果を図 8 お
図 6: リニアリティの評価結果

よび図 9 に示す．三重県美浜町での測定結果では，7 等級までの恒星について比較的良く測定ができ3. 測定例ている．一方で，神奈川県横浜市の測定結果では，これらの評価結果を踏まえ，実際の撮影画像を用

背景が明るいため恒星が埋もれてしまい，6.5 等級いて測光を行った結果を示す．以下に示すコマン以上暗い恒星についてはリニアリティが確保でき

ドを Raspberry Pi にインストールした Raspbianなくなっている．これらの結果から，Raspberry Pi上で実行することで撮影を行った．

Camera Module V2 が測光用に活用できることがraspistill --ISO 800 --shutter 4000000 --raw -o sample.jpg

確認された．

このコマンドにより，ISO 感度 800，シャッタースピード 4,000,000 μs（4 秒），raw 出力を有効化
して sample.jpg に保存される．コマンドの詳細に

図 10: ホットピクセルの例
4. 今後の計画
Raspberry Pi Camera Module V2 で出力される
図 8: 2019-05-02 20:21:54, 4 秒＠三重県美浜町

RAW 画像が活用可能であることが分かった．星空公団にて配布している raw2fits についても対応済みであり，FITS ファイルに変換して処理が可能である．現在，試作中である CS マウント対応のアダプターについても希望に応じて 3D モデル（stl ファイル）を配布予定である．一方，分光波長特性が未測定であることから，測定系の準備を進めている．安価で手軽なカメラとして，Raspberry Pi
Camera Module V2 が活用されることを期待している．

図 9: 2020-01-05 20:03:25, 4 秒＠神奈川県横浜市
一方で，Raspberry Pi Camera Module V2 を用いるにあたり，ホットピクセルが多く，除去処理が必要であることが分かった．図 10 に撮影画像の一部を示すが，恒星がほとんどない領域に輝点状のノイズが多く見られた．これらは撮影ごとに位置が変わらない固定ノイズであった．測光等の処理の際にはこれらの画素を使わないなど，処理に工夫が必要である．