Brightness 設定の下限値 (Rev. 02)
CMOS カメラの読み出しノイズを測光時に確実に検出してバックグラウンドの減算等に反映させるために、輝度（Brightness）を適度な数値以上に設定する必要があります。そこで、実験結果に基づいて、「輝度(Brightness)の下限値」を考察してみました。

１．基本的な考え方（１）SharpCap のヒストグラムストレッチ

図１ ヒストグラムストレッチ
図１は、ASI290MM にキャップをして光が入らないようにし、ゲインを 400 に上げ、Brightness を 10 に設定した場合について、SharpCap のコントロール部にあるヒストグラムストレッチに表示された様子です。
（見やすくするために、コントロール部を横に伸ばして表示させています。）
左側に白く山のように見えているのは、撮像素子からデータが読みだされ、アナログからデジタルデータに変換されるまでの間に発生するノイズ（一般的にはリードアウトノイズと呼ばれています）です。読み出し時のノイズですので、その発生量はフレームレート（=1/フレーム露光時間）によって変化することはなく一定です。
測光は基本的には、星像が含まれるピクセルの値から、星像が含まれないピクセルの値を引き算する、という形で行われます。これは、星野撮影時にダークフレームを引き算する、というのと意味的には同じです。
星野撮影でダークを引き算するときに、バックグラウンドのノイズが全て記録されていないと、良好な画像になりませんし、位置測定などにも使えません。掩蔽観測でもその点は全く同じで、測光時にピクセルに含まれるノイズも含めて計算される必要があります。もし、いちばん上の図のようにノイズの山がビデオのピクセル値の記録から「捨て去られた」状態になると、正確な測光はできません。

（２）ゲインと輝度（Brightness）について
ゲインは、撮像素子から得られた信号（データ）を一定の倍率で増幅して出力する仕組みです。したがって、星像が飽和しない限り、ゲインを高く設定することが測光に与える影響はありません。
ゲインは星像などのデータだけでなく、ノイズも同様に拡大します。そのため、ヒストグラムに現れるノイズの山も、横方向に引き伸ばされて表示されます。ゲインを上げると、グラフの左側にすそ野が広がってより多くのノイズデータが「捨て去られる」ようになります。
この「捨て去り」が起きないようにするには、輝度（Brightness）の値を大きくして、ノイズの山を右側に移動させる必要があります。最低限どれだけ輝度（Brightness）を上げる必要があるのかを明らかにするのが、本記事の目的です。
なお、最低限よりも大きければ、目で見やすくなるまで Brightness を上げることはかまいません。が、上げすぎると星像が飽和する場合が起こるなどして測光に不適になります。適切な設定が必要となります。

２． 高速モード（High speed mode）の ON, OFFSharpCap(CMOS カメラ)は、より高いフレームレート（80fps付近またはそれ以上）でもデータを読み出せるようにするために、通常使用している A/D コンバータ（12bit）に代えて、高速読み出しが可能な 10bit のもの使うように変更することができます。切り替えは高速モードの ON/OFF で行います。（図２）
通常の観測は、60fps（フレーム露光時間 15msec 程度）より小さなフレームレート（フレーム露光時間が長い）で行われることがほとんどでしょう。その場合には、ノイズに有利な「高速モード=OFF」を用いることが適当です。高いフレームレートが要求される場合には、高速モードを ON にして観測する必要があります。

図２ SharpCap の高速モード
OFF： 12bit A/D コンバータ
ノイズが少ないが、80fps 付近が限度
ON ： 10bit A/D コンバータ
ノイズが多くなるが、100fps またはそれ以上に対応

３．それぞれのゲインに対する輝度（Brightness）の最低値

図３

それぞれのゲインに対する輝度(Brightness)の下限を調べる

図３は、ゲインを変え、それぞれのゲインに対しての輝度（Brightness）の下限を調べたものです。このような実験を複数の方にお願して行いました。その結果を図４に示します。

図４ 光量測定に適する輝度(Brightness)の下限値

４．まとめと本実験の結果の使い方
実験より得られた下限値について、グラフ(図 6)と表１に示します。観測時、あるいは観測準備のときに、（１）ゲインと輝度を調節しながら画面を見て、適切であると考えられる値にする。
（２）高速モード OFF の時は表 1 から、ON のときは表２から、輝度の下限値を読み取り、それ以上の値であるかを確認する。もし、輝度が下限値以下であれば、表の値ま

図５ Limovie の Operation guide 画面で上げて設定する。のようにしてください。また、Limovie の Operation Guide で星像を確認し、飽和している（緑線を超える）ようであれば、ゲインまたは輝度のうちのどちらか（の適切な方）を低い値に変更してください。

表１ 輝度(Brightness)の下限値 【高速モード OFF】
Gain

Brightness

Gain

Brightness

Gain

Brightness

Gain

Brightness

Gain

Brightness

Gain

Brightness

03110033200383005140089500

1941031110332103931054410

955102122031120332203932056420103520

235303113034230

40330

59430

110

525

255

403214034240

42340

62440

119503215035250

43350

66450

1286032160

35260

44360

69460

1397032170

36270

46370

74470

15180

32180

36280

47380

78480

16490

33190

37290

49390

83490

178

Gain

Brightness

表2 輝度(Brightness)の下限値 【高速モード ON】
Gain

Brightness

Gain

Brightness

Gain

Brightness

Gain

Brightness

Gain

Brightness

08100

9200

10300

14400

27500

69

108110

9210

10310

15410

30510

76

208120

9220

10320

16420

32520

84

308130

9230

11330

17430

35530

93408140924011340

18440

39540

104508150925012350

1945042550

115608160926012360

20460

46560

128708170

9270

12370

22470

51570

14380918010280

13380

2348056580

159909190

10290

1439025490

62590

177※ 表１，２は、観測時の補助用として用意されたものです。この値にさえしておけば、ノイズデータが「捨て去られることはない」という値とするために、基本的にこれまでの測定値の最大の値となるようにしています。今後もデータが集まり次第、改定していく予定です。

Lower limit of Brightness setting forvarious gains (ASI290MM)

Lower limit of brightness

2502001501005000100200300400500600

Gain setting
図６ ゲインの設定値に対する輝度の下限値
謝辞 および 皆様へのお願い
本稿をまとめるにあたり、渡部勇人、吉原秀樹両氏には実験データを提供いただきました。記してお礼申し上げます。ぜひ皆様にも同様の実験をおこない、結果をお寄せいただければ幸いです。それを元に改定し、さらに確実なものにしていきたいと考えております。