Непрерывные вспышки многих коротких выдержек или несколько длинных выдержек для астрофотографии?

Читая много источников, посвященных астрофотографии, я часто вижу совет брать несколько экспозиций и складывать их, а не одну длинную экспозицию. Часто указанная причина заключается в том, что более длительное воздействие приводит к большему шуму из-за накопления тепла в датчике, который вызывает горячие пиксели . Тем не менее, мне кажется, что однократное экспонирование за другим, практически без периода охлаждения между кадрами, будет очень мало, чтобы уменьшить общее накопление тепла в датчике в течение серии. Хотя использование нескольких кадров в отношении случайного шума часто упоминается как дробовой шумЕсть ли какая-то выгода от использования гораздо более коротких кадров, чем было бы от использования меньшего количества более длинных кадров за тот же общий промежуток времени? Если да, то связано ли это преимущество с теплом?

Если я, например, хочу взять 2-часовую экспозицию ночного неба, чтобы создать звездные следы, будет ли какая-то заметная разница в шуме, если я объединю двадцать четыре пятиминутные выдержки, чем если бы я комбинировал 240 тридцатисекундных выдержек? Если да, будет ли какой-то из этих выигрышей связан с теплом? Или все это будет результатом большего усреднения шума от выстрела?

Когда речь идет о фотосъемке и укладке в ночном небе, реальной замены SNR (сигнал / шум) не существует. Вы можете практически улучшить SNR, наложив сотни очень коротких экспозиций (например, составляя 720 10-секундных экспозиций), но результат никогда не будет таким же, как если бы вы складывали, скажем, сорок 3-минутных экспозиций. Сочетание 30-секундных экспозиций лучше и может дать вам то, что вы ищете, однако, чем дольше вы можете избежать экспозиции, тем лучше в долгосрочной перспективе.

Для снимков звездных трасс, вы хотите выставить на более длительный срок. Вы можете составить несколько миллиардов коротких 30-секундных экспозиций, предполагая, что 30-секундная экспозиция действительно приводит к следам. При укладке на звездные трассы, по крайней мере, лучшая выдержка в течение нескольких минут, так как вы получите несколько приличных трасс. При более широких углах (т. Е. 16 мм) вы можете выставить на 45 секунд или даже немного дольше БЕЗ какого-либо заметного трейлинга (вы просто получите несколько слегка вытянутых звезд). Более длинные фокусные расстояния уменьшают минимальную экспозицию, необходимую, чтобы начать производить видимый трейлинг.

Укладка и сила сигнала

Когда дело доходит до стекирования, чем сильнее фактический сигнал изображения в каждом, тем лучше. Есть несколько причин для этого. Во-первых, считываемый шум от электроники камеры становится более высоким коэффициентом короткой экспозиции, чем длительная экспозиция. Экспонируйте дольше, и вы увеличиваете отношение сигнала изображения к показателю шума. Сам сигнал изображения по-прежнему имеет шум, называемый шумом фотонного выстрела, однако опять-таки ... более длительная экспозиция также уменьшит его.

Затем вам нужно выставить достаточно долго, чтобы сигнал был достаточно сильным, чтобы обеспечить хорошую точность цветопередачи. Хорошая цветопередача достигается в среднем тоне ... от самых высоких теней до самых ярких. Наилучшая точность цветопередачи наблюдается в средних полутонах, около 18% серого. (Технически говоря, цифровой датчик является линейным, но даже транзисторы имеют кривую отклика, и широкий диапазон между верхними тенями и нижними бликами обеспечивает лучший отклик.) Более глубокие нюансы цвета от туманности и тому подобного обычно вообще никогда не появляются вообще если фактическое SNR каждого из ваших кадров, которые будут сложены, не будет достаточно сильным, чтобы отобразить хотя бы часть из них. При более коротких выдержках слабый цвет обычно теряется из-за шума, и никакое количество стеков никогда не восстановит его.

Наконец, для полного разрешения более мелких, более темных нюансов, таких как пыль и темно-красные нити, часто присутствующие в туманности, или более мелких деталей в галактиках, вам необходим достаточно полный сигнал, чтобы охватить всю область неба, которую вы снимаете с хотя бы немного сигнала для каждого пикселя в нижних средних тонах. Наложение большого количества очень коротких экспозиций может привести к получению изображения, которое охватывает весь объект, но ему не хватает полноты, поскольку каждый кадр имеет более разреженную выборку, и в котором весь сигнал, вероятно, ниже этого нижнего среза среднего тона. Более длинные выдержки, которые дают более высокое SNR, дают более полностью сэмплированные кадры, так что при наложении все более темные нюансы становятся сильнее.

Шум

Шум фотонных импульсов следует распределению Пуассона, которое следует за стандартным отклонением, которое является квадратным корнем от силы сигнала. В качестве гипотетического примера, если вы выставите в течение двух минут при ISO 800 на 5D III, чтобы получить почти насыщенный результат, максимальная сила сигнала будет около 9000e-, в то время как шум фотонного выстрела будет ~ 95e-. Если вы возьмете двенадцать 10-секундных экспозиций при ISO 6400, уровень сигнала будет 900e-, а шум выстрела будет ~ 30e-. Чтобы выразить это в более очевидных терминах, шум с двухминутной экспозицией составляет 1/95 от силы сигнала, тогда как шум с десятисекундной экспозицией составляет 1/30 от силы сигнала. Если предположить, что никаких других проблем нет, то суммирование десятисекундных экспозиций должно дать результат, практически идентичный двухминутной экспозиции.

Однако есть и другие проблемы. Шум при считывании также представляет собой больший процент сигнала с выдержкой в ​​10 секунд. Таким образом, цветовой шум и другие артефакты, вызванные электронным считыванием сигнала изображения, будут выше при десятисекундных выдержках. Предполагая, что вы берете необходимые темные и смещенные кадры для использования со наложением, многие из них могут быть устранены, но не полностью (наложение может пойти так далеко, чтобы удалить шум из редких, зашумленных изображений). Тепло, которое является еще одним фактором, создающим теневые шумы, не будет существенно отличаться при более длинной последовательности более коротких экспозиций по сравнению с более короткой последовательностью более длительной экспозиции при условии непрерывной съемки.

Точность цветопередачи с десятисекундным снимком ISO 6400 будет не такой хорошей, как при 120-секундном снимке ISO 800. Камера, подобная 5D III, имеет полную емкость более 67 000e-. При ISO 800 максимальный уровень сигнала составляет 9055e-, а при ISO 6400 - 1079e-. Оба ниже уровня идеального среднего тона, однако 9055 на порядок лучше, чем 1079.

Звездные тропы

Я знаю, что вы явно спрашивали о фотографии звездных следов. Точность цветопередачи не будет здесь главной проблемой, и при этом не захватывает те глубокие, слабые цвета и темные детали, такие как пыль. Тем не менее, чтобы складывать изображения для получения одной из тех фотографий звездных следов, где звезды окружают небо, необходимо экспонировать достаточно долго, чтобы на самом деле создавать следы ... даже если они короткие.

При более широких углах, таких как 14 мм и 16 мм, вы можете экспонировать дольше 30 секунд и вообще не получать никаких следов. При 20 и 24 мм вы должны начать видеть следы звезд примерно через 30 секунд, при условии, что вы используете датчик APS-C с меньшими пикселями. Вы могли бы начать видеть звездные следы с датчиком FF на 24 мм и только 30-секундной выдержкой. На 35 мм вы должны получить короткие трассы с 30-секундной экспозицией ... однако 35 мм действительно начинают сужать поле, поэтому вы должны убедиться, что это то, что вы хотите.

Чтобы получить приличные трассы, я рекомендую выставляться более минуты. Вам не нужно экспонировать на протяжении всей двухчасовой продолжительности одним выстрелом, но экспозиция в течение двух или трех минут должна дать вам несколько хороших следов, которые при сложении дадут хороший непрерывный след дуги. Затем вы можете делать столько кадров, сколько вам нужно, чтобы получить желаемую длину следа. Земля вращается примерно на 15 ° в час, поэтому двухчасовая последовательность выложенных друг на друга снимков следов приведет к появлению дуги на 30 ° в ваших следах.

Шум от выстрела зависит только от количества поступающего света, поэтому при условии, что общее время экспозиции будет одинаковым, вы ничего не получите в плане шума от выстрела, усредняя короткие экспозиции (длинная экспозиция эффективно делает усреднение для вас).

На практике съемка нескольких экспозиций приводит к увеличению шума считывания от датчика в тени (если у вас есть один из более новых датчиков Sony, который обнаружил, что он попадает в различные тела от Nikon, Pentax и Sony, шум считывания настолько низок, что, вероятно, не проблема).

Из того, что я читал на форумах по астрофотографии, лучшая практика, по-видимому, заключается в том, чтобы снимать несколько экспозиций (длинных с темными рамками для уменьшения шума), позволяя сенсору достаточно остыть между кадрами, хотя это обычно делают люди, которые изменил свою камеру, чтобы добавить активное охлаждение. В зависимости от температуры окружающей среды вы можете не достичь достаточного охлаждения, если не оставите камеру на длительное время между выдержками.

Если вы сделаете длинную стрельбу с сигналом, датчик станет теплее, и в результате вы получите горячие точки. Таким образом, многие одиночные шорты лучше.

Еще лучше, если вы можете сделать паузу в несколько секунд, чтобы дать датчику остыть.