王為豪博士發表 STC Astro-Multispectra Filter 光害濾鏡初測結果

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STC首度在鍍膜技術上有了重大的突破,在臺灣天文界最具權威地位的王為豪博士,給與許多建議與指導下,改良國外大廠IDAS、Kenko等光害濾鏡的缺點,重新設計出MIT的頂級光害濾鏡!初步測試已經有王為豪博士率先發表了,接下來將進入量產製作階段,預計在2月份日本CP+攝影器材展發表上市。

以下引用王為豪博士所發表的文章,原文連結:http://alohaphotolog.blogspot.tw/2015/12/stc.html

 


 

這幾年為了支持國產品而跟B+W說byebye,凡是新買的鏡頭前裝的都是STC的保護鏡(除非沒有所需規格)。前陣子因緣際會得知STC有意生產天文用濾鏡,於是建議從光害濾鏡切入,原因是我發現市場上的光害濾鏡似乎都犯了個共同錯誤,所以效果很可能還有改善空間。經過幾個月的電腦模擬與試作,STC終於做出與我所建議相近的光害濾鏡,11月初拿到試作品,就趁天氣好帶上山測試。
第一片拿到的試作品是82mm規格,轉接到Nikon AIS ED 180mm/F2.8,拍攝時光圈一律縮到F4.0,配合改造後的D800。使用ISO 3200,單幅曝光一律2分鐘。所有拍攝目標都是先拍N張不加濾鏡,再緊接著拍2N張加光害濾鏡,然後回到不加濾鏡拍N張。如此,不加濾鏡的2N張,跟加了濾鏡的2N張,分別疊合之後可以看做是在幾乎相同的條件下拍攝。所有照片都經過暗電流與平場修正,平場針對使用濾鏡與不使用濾鏡各別拍攝。拍攝日期是2015年11月16日在大雪山森林遊樂區,當晚透明度絕佳,晴朗無雲且幾乎沒有露水。

相機直出JPG

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當晚共拍攝以上四個目標,除了北美洲星雲拍攝時仰角已低且幾乎泡在台中的光害裡(正適合測試光害濾鏡的本領),其它天體拍攝時仰角都很高,條件很好。目標的選取橫跨純發射型星雲(北美洲星雲)與連續譜天體(M31、M45),以及其混合型(M42與馬頭)。上圖四個目標無濾鏡(左側)與有濾鏡(右側)各取一張相機直出的JPG檔,可以看出使用濾鏡後天空亮度明顯下降,尤其是偏紅的背景有大幅矯正,而且一些較暗的紅色雲氣也變得較為明顯。

RAW檔疊合、處理後的結果

JPG檔很有參考價值,但天文攝影還是要疊合多張經暗電流與平場修正後的raw檔,然後做影像處理,不會放著讓照片的背景亮度過大。這裡的處理都是最低限度的基本曲線調整,而且為了較能客觀評估色彩,處理時不做飽和度調整。因為使用濾鏡與不使用濾鏡的影像背景亮度非常不同,所以其調整不可能一模一樣。但我在調整時盡可能讓使用濾鏡與不使用濾鏡的影像都經過類似程度的調整,且都依照我個人對影像的品味設法盡量調出類似的結果。以下所有照片都是未加濾鏡的在左,加了STC光害濾鏡的在右。

北美洲星雲

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使用濾鏡的結果是讓雲氣顏色更加飽和。且因為濾鏡會濾掉不少連續光(但不影響星雲的譜線),星點亮度也因而下降,許多較暗的雲氣不會被大量星點淹沒,雲氣與星點間的對比變好了。

M31

 

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這裡看不出使用濾鏡與不使用濾鏡有何實質差別。兩張照片的色平衡略微不同,但這比較像是處理不可能完全相同所造成的結果,而不是濾鏡本身帶來的差異。

M45

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M45本體在加了濾鏡之後變更藍了,這是因為光害濾鏡本來就不太會濾藍色光,但會濾掉部份紅色與綠色的連續光譜。另一方面,M45外圍的棕色(棕=紅+綠)反射雲氣在使用濾鏡後所剩不多。

M42與馬頭星雲

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與北美洲星雲類似,紅色雲氣在使用濾鏡後變得更明顯與飽和。而與M45類似地,M42上方藍色的NGC 1977也變得更藍。整體畫面在使用濾鏡的影像中都變得更飽和。不過,未使用濾鏡的影像有較多非深紅與深藍的中間色調,我的直覺與經驗告訴我,對影像處理技術非常好的人來說,未使用濾鏡的那張經過謹慎處理後,可以變出的顏色會多一點。而使用濾鏡的那張,則是對初學者來說較容易無痛得到較飽滿的顏色。
從整體調性來看,這片光害濾鏡可以讓畫面飽和度增加,拉大雲氣與星點之間的對比,雖在中間色有些損失,但不至於讓照片的色調變得難以讓人接受。單就色調這一點來說,我會認為用與不用濾鏡都各有好處,或許使用濾鏡是利大於弊一點,但其實用或不用濾鏡該視天體類型而定。如果是純紅色星雲,那當然是要用濾鏡。純反射型星雲或連續光譜天體則反之。混合型天體則建議高手不要用濾鏡,初學者則可以使用濾鏡。

訊噪比

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上圖是北美洲星雲下方一角,影像底色略為提高,以利觀察暗部雜訊。左是未使用濾鏡八張曝光疊合的結果,中是使用光害濾鏡四張曝光疊合,右是使用光害濾鏡八張曝光疊合的結果。可以看出,如果都是比較八張影像疊合(總曝光時間16分),使用濾鏡的影像(右)大勝不使用濾鏡的影像(左),畫面中的雜訊比較少,可以拍到較暗的雲氣。這完全是因為光害濾鏡讓天空背景的亮度降低,所以來自背景的光子雜訊也降低了。大至上,使用光害濾鏡的話,所需的曝光時間可以至少減半。譬如,中圖就是只疊四張使用濾鏡的影像,仔細看的話會發現它的暗部品質還是比八張不加濾鏡的曝光所疊的好。

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上圖是M45一角,左是未加濾鏡,右是加濾鏡的照片,疊合張數相同。可以看出,因為光害濾鏡不太會濾藍色光,所以藍色的M45本體不只飽和度變高,暗部訊噪比也維持在跟未加濾鏡的影像類似。但如果看裁取部份的下半部,該處有些棕色雲氣,它在未加濾鏡的照片中有被拍出來,但在加了濾鏡的照片中就幾乎不見了。也就是,這片光害濾鏡並不會影響藍色雲氣,但會吃掉這幾年開始越來越流行的棕色雲氣。

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最後是M42上方一角,左方影像不加濾鏡,右方使用光害濾鏡,疊合張數相同。這裡基本上得到的跟之前的結論相同,紅色雲氣(上半部)在使用光害濾鏡後變得較易拍到,訊噪比增加不少。但棕色雲氣(下半部)則反而會被濾鏡吃掉不少,不用濾鏡的話會有較佳的表現力。

定量分析

此處對疊合後的線性影像不做任何處理,直接選取畫面中沒有星點也沒有雲氣的背景區,測量背景在R、G、B三色的亮度,測量區域在使用濾鏡與不使用濾鏡的影像中是一模一樣的。為了避免平場誤差的影響,儘量在畫面中心兩側各取一區取平均,這在M31與M45兩張照片中相對容易,但在另兩張雲氣無處不在的照片中就難了些,有可能會造成一些誤差。

在R、G、B三色,使用濾鏡之後,天空背景的亮度分別下降成原來的35%-40%、50%-60%、以及70%-72%。這與以上對影像的觀察完全相符。在R的部份,光害濾鏡對天空亮度有極佳的抑制效果,天空變暗兩倍以上甚至接近三倍的結果就是,對紅色雲氣來說,曝光時間可以減半甚至減少到接近1/3,就能得到與不加濾鏡接近的結果(見北美洲星雲的局部放大)。對藍、綠色的發射譜線來說,曝光時間則是可以少30%到40%而能得到與不加濾鏡接近的結果。當然,這些都是只對譜線型天體成立,換成連續型天體就不成立(詳見上方的討論)。

結語

這次使用STC試作的光害濾鏡結果出乎我意料地好,害我有種“乾脆以後都加光害濾鏡好了”的想法。試作品仍有些缺點,像是鬼影(在M45上可以明顯看到),這在量產品上應該會得到修正。這次測試很可惜因季節的緣故,無法拍攝天蠍座心臟區。該區因為五顏六色、各種發射型與反射型星雲都有,會對光害濾鏡夠成強烈挑戰。希望未來有機會拍攝此區,以及含有藍綠色譜線的行星狀星雲。未來也會有48mm規格的光害濾鏡,可以裝進天文望遠鏡拍攝、然後與其它廠牌的光害濾鏡比較。請拭目以待。

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