・家で超マクロ撮影

新型コロナウィルスの影響で家にいる時間が多くなった最近。
個人で、公共交通機関を用いないで
マニアックな場所に撮影に行くならば大丈夫そうですが
今回は家での撮影。

等倍マクロを超える、超マクロ撮影を楽しんでみます。

ペンタックスQに等倍マクロレンズを付けている。

順に
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延長ドローチューブ

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KQマウントアダプター

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ペンタックスQ

足にはスライドプレート

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撮影した画像

撮影しててきれいな被写体を見つけるのが難しい。
また、ドローチューブが安物なので内面反射によって
画像がフレアっぽくなってしまうのがかなり気になります。

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・3DLUTとは

映像制作の世界でよく話題になるLUT。
ラットと発音することが多い。
LUT = Look Up Tableのことで、
もともとはプログラミングで使われていた手法です。

ものすごく簡単な例
以下のような入出力関数があったとします。

y = log2(3x^3 + 1000/x)
画像の各画素ごとにこの計算をする必要があるならば
800万画素の場合、毎フレーム上記の式の計算を800万回行う必要があります。

例えば画像データだと、xの取りうる値は0-255の整数なので、
あらかじめ計算した値を表に入れておけば、
参照するだけで済むので処理量を削減することができます。

ｘ-ｙのLUT(127まで)

プログラミング的な使い方は処理量の削減ですが、
画像処理的にはトーンカーブが一種のLUTです。

 
画像左：トーンカーブ適用前
画像右：中央にあるRGBのトーンカーブを適用

トーンカーブは入出力が1:1の1次元なので1DLUTです。
トーンカーブで変更できるのは輝度だけなので、色相や彩度は変更不可能。

これに対して、入力が(R,G,B)の3つ、
出力も(R,G,B)の3つなのが3DLUTです。
これであれば、青空を暗めの赤にするなど自由自在。

実際に画像処理をする際には、3次元だと
人間の感覚的に扱うのが難しいので、彩度、色相、輝度
の3つそれぞれで扱うことが多いです。
AdobeCameraRAWやLightroomだとこの部分で操作

RGBそれぞれの値を数値で変化させるわけではなく、
色の種類ごとに色相・彩度・輝度を変化させます。

例えば下の写真

この日の東京タワーのライトアップは白と黄緑でした。

写真で撮ると白のLEDが青紫っぽく、
緑のLEDが黄色っぽく写ってしまっています。

そこでパラメータを以下のように変更しました。

黄色と緑の色相をより緑っぽく、
青と紫の彩度を下げています。

左側：変更前　右側：変更後
 

この例では微細な変化ですが、
大きく変化させることで
写真や映像の印象を一気に変えることもできます。

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・望遠鏡の倍率と焦点距離

だいぶ前に、
ペンタックスQを色々いじっていたときに遊んでいたコボーグ。

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カメラレンズと同じようなスペックで言うと
2群2枚の200mm F5.6のレンズです。

口径36mmのアポクロマート設計。

カメラに付けるときには、接眼レンズを用いず
望遠鏡の鏡筒を直接マウントにつけます。

このような付け方を直焦点といいます。

望遠鏡で天体を見るときには接眼レンズを使用します。

人間の目もレンズなので、それを含めて網膜に像を結像させる。

接眼レンズの焦点距離は5mm-40mm位です。
望遠鏡の倍率は　
対物レンズの焦点距離/接眼レンズの焦点距離
で求められます。

200mmのコボーグに5mmの接眼レンズを付けると倍率は40倍。
目での見かけの大きさは、対象の天体に1/40近づいたときと同じように見えます。
地球と月の距離は大体38万Kmなので、
このシステムで月を見ると、月から9500kmの距離で見たのと同じ大きさになります。

接眼レンズを付けた状態で、スマホのカメラで像を撮影することができます。

月をiPhoneで撮影。

iPhoneのレンズの35mm換算焦点距離は28mm
なので、40倍すると、1120mm相当です。
この撮影方法はiPhoneのピントを無限遠に合わせるのでコリメート法といわれる。

ちなみにペンタックスQで200mm直焦点で撮影すると換算焦点距離は920mm。

40倍のコリメート法より月が少し小さく映っている。

・フォビオンセンサでの色の捉え方

シグマの一眼などに使われているフォビオンセンサは
縦分離で色情報を得る特殊なセンサです。

上の図で、左側が多くのカメラで使われている
ベイヤ配列のセンサです。

各画素にRGBそれぞれのカラーフィルタがあり
それにより色情報を得ています。
RGBの三原色からフルカラーを得るために
補間という方法が使われます。

フォビオンセンサは図でいうとZ方向に色を分離するので
縦分離型と呼ばれることがあります。

縦分離とはどういうことかというと、
光の波長ごとの特性を利用して色を分離する仕組みです。

波長の長い光ほど、
撮像素子面(シリコン)の奥の方まで入っていきます。
これは、太陽が頭上にある昼間は
通過する空気層が薄いので青い光まで地上に届く、
夕方になると、通過する空気層が多くなるので赤い光だけ届く、
という自然現象と同じです。

センサの各層で捉える光は下の図のようになります。

センサの各層を
Top,Middle,Bottomとします。
Top層はRGBすべての光が入ってきます。
Middle層はRGの光のみ。
Bottom層はRの光のみ入ってきます。

Rの信号を得るにはBottom層の情報を用いれば良い。
Gの信号を得るためには、(M - B)で得られます。
Bの信号は(T - M)で得ることができます。

このようにして補間をすることなく各画素で
RGBのフルカラーの情報を得ることができます。
ただし、その構造上、
色分離が悪かったり、高感度に弱いなどの弱点もあります。
また、カメラで使われる画像処理エンジン
(最近はDSP = DigitalSignal Processor)は汎用のものは
ベイヤー配列の補間を行う専用回路が組み込まれています。
そのため、高速に補間が行えるのですが
フォビオンのようなセンサの出力は扱いづらい。
場合によっては一度、画像をベイヤ配列に並べ替えて
そこから画像を作っていく必要も出てきます。

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