星と写真とえとせとら

年が明けましたね。おめでとうございます。

放置案件のカメラ冷やしてみように少し進展がありました。現在の撮像素子の温度をグラフで表示できるようになりました。

画面設計はexcelでドット絵を書いて、座標を割り出しました。



スクロールして右端が常に最新となるように描画します。このときはランダムな値をプロットするようにしていました。コードは最新の温度情報がプロット用配列の何番目まで入っているかを別変数で管理して、そこまで描画するようにして、全部埋まるとプロット用配列を先頭方向に１つずらして、最後に最新データを保存するようにして、スクロールを実現しています。表示は素直にプロット用配列を折れ線グラフで表示するだけなので、コッタギミックは不要です。安定したところでスナップショットです。最初実際の温度とズレていたので（おそらくサーミスタの設置場所が悪かった）VRでちょこっと修正しています。なので、温度下がるとまたずれると思います。撮像素子の実際の温度はこんな感じで、まだちょっとズレてますが良しとしましょう。あとはテストでコメントアウトしていた、PID処理を復活させればようやく完成です。さて無事に冷えるのかは次回のお楽しみです。

 ９月になったというのに暑いですね。さて５月以来、天体撮影ごぶさたしているわけですが、撮影対象が風景やモデルに向いてしまい、夏休みもモデル撮影会に参加、その後休みのたびに京都や神戸などの風景撮影に勤しんでおりました。

肝心の天体撮影はと言うと、極軸合わせカメラをZWOカメラからノーマルのUSBカメラに変更したため、ソフトもカメラアクセス部分を作り変えないといけないのですが、なんかうまくいかず最近までおいたままにしていました。

USBカメラを動作させるにはV4L2という仕組みを使うわけですが、"/dev/video0"といったデバイスをioctlシステムコールを使ってなんやかんやしないとだめのようです。デバイスを直接コントロールするのはちょっと面倒と感じて、OpenCVの"cv::VideoCapture"を使ってみました。

上記のサイトを参考にコーディングをすると、意外と簡単に動画が出てきました。しかし、"cap.set(cv::CAP_PROP_AUTO_EXPOSURE,1);"といった、パラメータ設定をストリーミング中に行ってもなぜか反映されず… いろいろググってみたもののよくわからない日々が続き、半ばあきらめておりました。

こうなるとioctlシステムコールを使うしかないなあと覚悟を決めて、再度ググって次のサイトを参考にしました。

エラー処理は一旦無視して、ほぼコピペをしてよっしゃ～と思った矢先画面が出ない… MJPEG方式で画像データが入力されるので、それをRGBに変換するため"cv::imdecode"を使ってみるも、ビルドエラーの連発。書いてある通りしているのに～と思っていたのですが、思い込みでした。

std::vector<uchar> buf_x((char*)buffer, (char*)buffer + main_buf.length);

C++のvectorを画像のデータポインタでコンストラクタ指定するのですが、２つ目の引数はデータ数とばかり思い込んでmain_buf.lengthのみを指定していたのがエラーのもとでした。上記のように正しいコードになるまで数時間を要しました。思い込みはだめですね…

エラーを修正し、露出パラメータなどの設定コードを追加し完成。無事に絵が出ました。

次は、晴れた夜の日にデバッグだあ。

 さて、前回に続きソフトの作り込みを進めます。先日撮った北極星の画像をとりあえず表示してデバッグできるように仕込みました。ステップを進めると１２０度づつ回転して表示するようにしています。

何回か試していると、ハフによる円の検出はちょっと誤検知が多いので、輪郭検出を行いそのいくつかのエリアで面積の大きいものを北極星と認識する方法に変えました。北極星が一番面積大きいという前提ですが、まあなんとかなるでしょう。テスト画像では安定してました。

カメラを１２０度づつ回転させることで、３つの点を取得。その３点から中心を求め、それを極軸とします。

残りは現在時刻から、北極星の位置を割り出しマーカーを出すところです。最初はJ2000.0の位置をもとに歳差などを補正して計算しようとしたのですが、何かとめんどくさそうなので、２０３０年までの１０年分の北極星の位置をその年ごとに基準にすることにしました。KStartsで位置情報を調べメモしていきました。

時角の計算はまた次の休みにでも。で、晴れたらテストしなきゃ。

 前回、極軸カメラを壊してしまったので、次晴れるまでになんとか代替えを用意しないといけません。とりあえず、新しいカメラを買う余裕はないので、ガイドカメラを極軸合わせのときだけ極軸カメラに転用することにしました。

壊れた極軸カメラと同じ焦点距離ということで25mmのCマウントレンズを購入。ポーラーマスター用のアダプタをガイドカメラに付け替えます。

なんかちょっといかつくなりましたが、とりあえず映るようになりました。早速、ちょこっと晴れた日に北極星を撮ってみました。

雲がありましたが、まあなんとかサンプルとしては上場。念の為位置関係を調べて大丈夫なことを確認。これを印刷して、星空の代わりにします。

今回作り込んだのは、星の位置を認識してマーカーを出すところまです。OpenCVのHoughCircle関数を使って円を検出、その中心座標に十字を描きます。ゲインをうまく調節すれば北極星以外は映らないので、まあ誤検出はないだろうという適当仕様です。

さて、実装が完了して実験です。

見づらいですが、北極星の位置に緑のマーカーが！うまくいきました。UIはだいたい仕込んだので、3箇所の位置の保持と3点を通る円の中心の計算、北極星のあるべき位置の表示を作り込めば完成です。

なんとか、次晴れるまでに作り上げないとね。がんばろー（自分）

 夜が曇るとわかっている日は、次回の撮影に向けた下準備がはかどります。

以前、どなたかのブログで拝見したRAW画像をコンポジットしたあとでデモザイクするという方法を試してみました。当然、足し込むたびに行うデモザイクが不要なので処理スピードが早いのはメリットですが、位置合わせが2ドットおきの倍数でしかできないので、若干ズレが乗じるというところでしょうか。

従来：ダーク引き→フラット補正→デモザイク→位置合わせ→コンポジット

今回：ダーク引き→フラット補正→位置合わせ→コンポジット→デモザイク

こんなふうにコンポジットソフトを修正。どちらの方法もできるようにしました。位置合わせに使う画像はRAW画像を縦横0.5倍（最近傍補間を指定）にして作成。これで、RGGBのR成分のみ取り出しその画像で位置合わせを行います。（本当はG成分がいいのでしょうが、とりあえず簡単に実装してみました）

先週撮影した馬頭星雲の45枚で処理スピード比較です。

左が今回の処理方法で、従来の約2.5倍早くなりました。もともとサブピクセルの位置合わせはしていなかったので多少のズレは気にしないことにしました。

ソフトの見た目は変わらないですが、先日の不具合修正と今回の機能追加でコンポジットのストレスがかなり減りました。後は、撮影した素材を増やすだけですね…

 月が変わってすでに半ば、昨日はとても良く晴れて天体撮影日和でしたが、お仕事があったので出撃ならず。さらに、SSDの不具合でパソコンの再インストールを余儀なくされ無事に復帰出たものの、昨日突然電源が落ちる事態に。原因は不明ですがRAMの第2スロットがダメになるという…

泣きっ面に蜂とはよく言ったものです。

さて、嘆いてばかりもいられないので次の準備を進めます。次は、極軸調整ソフトの作成です。今は、ほんまかさん作のSS-oneポーラーを使っているのですが、ものぐさな性格のためメインシステムに統合できないかなあと思い始めました。カメラはそのまま使ってなんとかしたいところです。

とりあえず、カメラから画像を出すところができれば後はロジックだけです。（と言っても、そこから先のほうが大変ですが）なので、画像出るところまでを作成しました。

というわけで、

ソフトは、以前作ったASIカメラのビューアーを流用してます。ほぼそのまま使えるコードがあったので遠慮なく使わせてもらい、フォーマットを合わせ込んでなんとか出来上がりました。

 なかなか晴れません。こんな時は機材の整備に限ります。

前回の撮影で、カメラの冷却システムがヒューズ切れで動かないという残念な結果だったのですが、せめてダークファイルはその時のカメラの温度を再現して取ってみようと思い、重い腰をあげました。

今は、目標温度を変更するにはソフトをコンパイルしなおさないといけないので柔軟性に欠けます。そこで、目標値が変更できるようにソフトを変更です。

以前別の目的に使うスイッチ基板を作っていたので、これを再利用します。

4つしかボタンがないので、メニューを工夫しました。まずは、ボタンを認識できるようにします。4つのボタンのH（ボタンを押さない状態）、L（ボタンを押した状態）を定期的に読み出します。（今回は10ms間隔）これを最新情報がLSBとなるように変数に入れていきます。

で、下位3bitを取り出して「１１０」となったら押されたと認識します。また、押しっぱなしにするとそれも認識して、自動でインクリメントやデクリメントするようにしています。

なんだかんだで、プログラミングとデバッグで半日もかかりましたが何とか完成。

とりあえず、初期値20℃から2℃下げました。元のメニューに戻って、

「TargetTemp」が18℃になっています。この「Start」位置で右ボタンを押すと、冷却スタートです。

このメニューの時は、冷却中です。冷却中に目標温度を変更できるようにもしてあります。

ここまでで、時間切れ。実際の制御は次の休みになります。一応、霜取りのヒーターを作ったのでどこまで効果があるかも確認します。さて、上手くいくかな？

CMOSカメラを冷やすのにシステムも必要なんですが、その前にカメラとどうやって接続しようかと悩んでいました。まあ、あまり悩みすぎても仕方ないので作ってしまえとこんな感じでやってみました。

まずは、カメラに取り付けるベースプレートを棚の奥にあった透明アクリルで準備しました。四角にくりぬくのに、ルーターで削りました。


むむっ、透明なものは写りにくいですね。で、カメラに取り付けます。


アルミ板にしようかと思ったんですが、真ん中をくりぬけるか不安だったのでとりあえずアクリル板にしました。


こんな風に中央にペルチェ素子がはまります。とりあえず、組んだらこんな感じです。熱的に結合しないようにプレートとヒートシンクはアクリルビスで止めています。



さて次はプレートに念のため断熱材代わりのコルクを貼ります。



USBコネクタを指すところは貼らずにおいておきます。
さらに、カメラ本体も断熱材のようなもので覆います。今回はフロアマットを100均で勝て着て加工します。



あまり意味ないかもしれませんが、窓に貼る結露をとるシートも入れておきます。


コネクタ部分はこんな感じです。

さて、ペルチェ素子と合体させる前にソフトを完成させないといけません。実は先日実験してたらバグのせいでペルチェ素子がONしたままになり、電源として使っていたポータブルバッテリを壊してしまいました… 最終的には何らかの電流制限をかけないとダメそうです。まあ、それは後にするとして、作業を続けます。

温度検出にはサーミスタを使います。温度で抵抗値が変化するやつです。

1/T=1/B*ln(R/R0)+1/T0
（B：B定数）

思ったより、Qtを使ったアプリに移植するのに時間がかかりました。が、何とかUbuntu上で動くアプリが出来上がりました。（バーティノフマスクの補助機能はとりあえずおあずけ）

RP4のおかげで、Qt5 Creatorもサクサクでコンパイルも動作も問題なかったのですが、カメラから取得した画像を表示するのには苦労しました。
いろいろ試行錯誤の結果、

1. OpenCVのMatオブジェクトをCV_8UC1で準備
2. カメラはRAW8もしくはY8で動かして、取得した画像をMatオブジェクトにコピー
3. MatオブジェクトをQImageにRGB888のフォーマットでコピー
4. QGraphicsViewオブジェクトの描画エリアサイズに合わせて、アスペクト比を固定したままQImageをリサイズ
5. QGraphicsViewオブジェクトのDrawImageメソッドで描画

これで何とか無事に画像が表示されました。タイマーオブジェクトで定期的に表示され、それなりの速度で更新されるので、ピント合わせも結構楽です。
もちろん、カメラが複数あっても選択可能です。


アプリは面倒なんでサイズ変更不可にしてます。フルHD画面でないとはみ出ます。


趣味でLinuxアプリは初めてだったんですが、何とか無事出来上がりました。これで、ピント合わせの時にタブレットにつなぎなおす手間が省けます。
さて、実践投入はいつになることやら。

とうとうGWも最終日となりましたが、やりたいことが終わらずじまいでした。

とりあえず、ソフトを完成させるべく進めていたのですが、バーティノフマスクの輝線を検出するのが上手くいかず、悩みまくりました。

少し考えた方法は次の手順です。


デバッグなんで、壁にピント調整時の写真を貼って取り込みます。その中央部を切り出し2値化。


それを、OpenCVの細線化関数にかけます。するとこんなヒョロヒョロの線になります。


次は、膨張処理をして少し太くします。この時点で不要な線が見えててあかん感じなんですが進めます。


最後はハフ変換で直線検出をして、なんとなくそれらしい感じになりました。ただ、ここから3本の線に集約するのが上手くいかず時間切れとなりました。
とりあえず目的のカメラ画像の表示と中央部拡大ができるようになったので、この状態でUbuntuに移植してみます。
GUIはQt5を使うつもりですが、フォームの準備とかが大変そうなんでwindowsにQt5をインストールして、試してからにしようと思います。

さて、Qt5の使い方の勉強だあ～