Что такое «Правило 600» в астрофотографии?

В этом вопросе упоминается «Правило 600» для избежания следов звезд в астрофотографии.

• Что это за правило?

• Как это было получено?

• Как это следует применять?

Звезды движутся. Как и в случае любого другого движения, мы заботимся о том, насколько сильно они перемещаются на датчике во время экспонирования: движение, которое происходит только в пределах одного пикселя, не является движением, которое может зафиксировать датчик, то есть движение кажется замороженным.

Но когда во время экспозиции движение принимает точку на несколько пикселей, оно будет видно как размытие движения, в этом случае звезда тянется. Правило, подобное «правилу 600», по духу похоже на «правило 1 / фокусное расстояние» для ручной экспозиции, поскольку оно пытается дать время экспозиции, которое дает примерно одинаковую размытость при движении для большинства фокусных расстояний.

Вывод довольно прост:

• Небо поворачивается на 360 градусов за 24 часа или 0,0042 градуса в секунду.
• Предполагая полнокадровую камеру и 24-миллиметровый объектив, у нас горизонтальный обзор 73,7 градуса. (См. Статью «Угол зрения» в Википедии .)
• Предполагая 24-мегапиксельный сенсор (6000x4000, например, Nikon D600), эти 73,7 градуса проецируются на 6000 горизонтальных пикселей, что дает 81,4 пикселя на градус.
• Предполагая, что объектив 24 мм, «правило 600» дает экспозицию 600/24 ​​мм = 25 секунд.
• Через 25 секунд небо сместится на ~ 0,1 градуса.
• Для нашей полнокадровой 24-мегапиксельной камеры с 24-мм объективом 0,1 градуса соответствует 8,5 пикселям.

По правилу 600 эти 8,5 пикселей представляют максимально допустимое размытие движения до того, как точки звезды превращаются в следы звезд. (Это то, что говорит правило. Приемлемость 8-пиксельного мазка для определенной цели - другое обсуждение.)

Если мы подключим 400-миллиметровую линзу в те же формулы, мы получим максимальное время экспозиции 1,5 секунды и движение 7,3 пикселя во время экспозиции. Так что это не точное правило - размытие немного отличается для разных фокусных расстояний - но, как правило, оно довольно близко.

Если бы мы использовали 1,5-кратный датчик кадрирования с тем же разрешением 24 Мпикс (например, Nikon D3200) и использовали фокусные расстояния для получения эквивалентных углов обзора, мы имели бы, например, фокусное расстояние 16 мм, время экспозиции 37,5 секунд и размытие 12,7 пикселей. Это на 50% больше размытия.

В этом случае «правило 400» для камеры с датчиком кадрирования даст такое же размытие, как и «правило 600» для полного кадра.

Я предлагаю использовать «правило 600» (или более строгую версию с меньшим числителем) с эквивалентным, а не фактическим фокусным расстоянием, таким образом, правило дает те же результаты для меньших датчиков. (Например, 16 мм на 1,5-кратном датчике кадрирования эквивалентны 24 мм на полном кадре; используйте «24-миллиметровый эквивалент», а не «фактическое 16-миллиметровое» фокусное расстояние для расчета максимального времени экспозиции.)

Различные звезды движутся с разными скоростями относительно Земли. Самое быстрое движение происходит вдоль небесного экватора , в то время как Полярная звезда (Polaris для северного полушария) на небесном полюсе практически не движется.

Эффект можно увидеть на этой картинке из общего достояния Викимедиа: Polaris выглядит как фиксированная точка в середине, в то время как другие звезды вращаются вокруг него, и длина звездных следов увеличивается с увеличением их расстояния от Polaris.

Источник

Вышеприведенный расчет относится к сценарию наихудшего случая, когда на изображении присутствуют звезды, которые движутся вдоль небесного экватора.

Я предполагаю, что сообщение о том, что 600 в «правиле 600» зависит от разрешения камеры, размера сенсора, того, где в небе вы указываете камеру, и того, что вы считаете приемлемым размытием.

Используйте меньшее число, если вы хотите меньше размытия.

И наоборот, большее число может быть приемлемым, если вы снимаете с близкого расстояния в Polaris, используете камеру с низким разрешением и / или выбираете выходной формат с низким разрешением.

Правило 600 гласит, что для «устранения» следов звезд время экспозиции в секундах должно быть 600, деленное на фокусное расстояние снимающего объектива. 20 мм объектив может идти до 30 секунд, 300 мм объектив может идти до 2 секунд.

Конечно (как любое размытое изображение) вы никогда не устраните следы звезд - вы просто уменьшите след до приемлемого уровня для данного увеличения. Единственное идеальное решение - это «идеально выверенное экваториальное крепление», и такого не бывает.

Этиология сложна, если не невозможна - она ​​вроде «Рукоятка не медленнее, чем 1 / выдержка фокусного расстояния» - правило большого пальца или общая мудрость, которая работает во многих, но не во всех случаях.

Обсуждение плюсов и минусов (и математики) можно найти здесь: http://blog.starcircleacademy.com/2012/06/600-rule/

Интересное и более общее обсуждение звездных троп можно найти здесь: http://blog.starcircleacademy.com/startrails/

Это правило применяется к скорости затвора, которую следует использовать при съемке ночного неба. Правило следующее:

• При использовании объектива с фокусным расстоянием L для фотосъемки ночного неба с длинной выдержкой (со стационарной камерой) максимальная выдержка, которую следует использовать, чтобы избежать размытия звезд, составляет 600 л / с.

Например, если вы используете объектив 300 мм, если вы используете выдержку затвора (600/300) = 2 с или меньше, вам следует избегать видеть звезды как линии, а не точки света.

Насколько я могу судить, нет записей о том, кто придумал правило или как оно было получено, однако, скорее всего, оно было бы основано на методе проб и ошибок с использованием 35-мм пленки с изначально более низким разрешением (зернистостью) и более низким допуском. (размер кадра), чем сегодняшние камеры, и округляется (или уменьшаться) до хорошего круглого 600.

Что касается применения, следует позаботиться. Современные цифровые датчики намного острее, чем 35-миллиметровая пленка, что означает меньшую толерантность, когда дело доходит до размытия в движении. Кроме того, в наши дни большинство цифровых камер имеют сенсоры меньшего размера, чем пленка размером 36 мм x 24 мм из 35-мм пленки, что означает, что существует допуск ДАЖЕ МЕНЬШЕ, поэтому при использовании этих камер с кадрированным датчиком его, вероятно, следует отрегулировать, чтобы он больше походил на правило 400 (то есть если вы думаете, 600 по-прежнему является допустимым значением для полнокадровых камер, которые спорно). И наоборот, если использовать камеры среднего формата, можно использовать большее число.

Хотя некоторые из этих ответов танцуют вокруг него, ни один из них не указывает, что «Правило 600/500» было получено на основе предположения о стандартном размере дисплея и расстоянии просмотра. То есть: размер дисплея 8x10 дюймов, видимый на 10-12 дюймов человеком с зрением 20/20.

Стандартное состояние отображения / просмотра приводит к путанице около 0,030 мм для пленки / сенсора размером 36x24 мм, CoC около 0,020 мм для датчика обрезки APS-C 1,5X и CoC около 0,019 мм для 1,6X. Датчик урожая APS-C.

«Правило 600» является более щедрым и основано на CoC около 0,050 мм для FF камеры. Некоторые из более широких допусков, вероятно, могут быть основаны на сложности точной фокусировки на звездах с пленочными камерами, которые использовались в то время, когда было получено правило: разделенные призмы бесполезны для помощи в фокусировке на точке, а не на очень многих линиях. Астрофотоснимки дня, снятые 35-мм камерами, были сфокусированы с использованием метки бесконечности на шкале фокусировки объектива (или жесткого упора на бесконечности, который был у многих объективов в то время), и, таким образом, звезды на получающемся изображении были еще большими размытыми кругами, чем были случаи с точным фокусом.

Стоит более точно рассчитать, как долго вы можете подвергаться воздействию, прежде чем получите звездные следы. Если вы используете эмпирическое правило и / или методы проб и ошибок, пока не получите правильные результаты, вы, вероятно, недооцените максимальное время экспозиции, которое в конечном итоге приведет к большему шуму, так как вы будете стремиться к получению окончательного изображения с менее чем оптимальным путь.

Нетрудно рассчитать максимальное время экспозиции, если заранее знать, какие объекты на небе вы хотите сфотографировать. Объект находится под определенным углом относительно оси вращения Земли, который задается на 90 градусов минус так называемое склонение объекта. Например, если объектом интереса является галактика Андромеды, то [вы можете найти здесь] [1], что склонение составляет 41 ° 16 ′ 9 ″, поэтому угол относительно оси вращения Земли составляет 48,731 градуса. Если поле обзора велико, возможно, вы не хотите, чтобы звездные тропы появлялись к югу от Андромеды, поэтому вам нужно рассмотреть больший угол. Предположим, что вы решили, что угол будет, и давайте назовем этот угол альфа.

Затем нам нужно знать, какова угловая скорость объекта под углом альфа относительно оси вращения Земли. Если мы проецируем небесные объекты на единичную сферу, тогда расстояние до оси вращения равно sin (альфа). Сфера вращается вокруг своей оси один раз в каждый звездный день, что составляет 23 часа 56 минут 4,01 секунды (это чуть меньше 24 часов, потому что Земля вращается вокруг Солнца, поэтому Земля должна вращаться немного вокруг своей оси, чтобы Солнце было в том же месте). Это означает, что скорость объекта:

омега = 2 пи грех (альфа) / (86164,01 секунды) = 7,2921 * 10 ^ (- 5) грех (альфа) / секунда

Датчик камеры находится в центре сферы, поэтому он находится на расстоянии 1 от точек на сфере, что делает скорость на поверхности сферы также соответствующей угловой скоростью в радианах в секунду.

Угловое разрешение изображения определяется размером пикселя, деленным на фокусное расстояние. Размер пикселя можно рассчитать, взяв квадратный корень из соотношения между размером датчика и количеством пикселей. Типичный датчик обрезки может иметь размер пикселя 4,2 микрометра. Если фокусное расстояние составляет 50 мм, то ограничение углового разрешения из-за конечного размера пикселя, таким образом, составит 8,4 * 10 ^ (- 5) радиан. Разделив это на угловую скорость, Омега дает максимальное время воздействия, выше которого звездные следы становятся видимыми в идеальном случае. В общем случае для пикселей с размером s и фокусным расстоянием f это определяется следующим образом:

T = s / (4,2 микрометра) (57,6 мм / фут) / sin (альфа) секунд