Ciągłe wybuchy wielu krótkich ekspozycji kontra kilka długich ekspozycji dla astrofotografii?

Czytając wiele źródeł zajmujących się wykonywaniem astrofotografii, często widzę radę, aby robić wiele ekspozycji i układać je w stos zamiast jednej długiej ekspozycji. Często podawanym powodem jest to, że dłuższa ekspozycja powoduje więcej szumu z powodu gromadzenia się ciepła w czujniku, który powoduje gorące piksele . Wydaje mi się jednak, że wykonywanie jednej krótkiej ekspozycji po drugiej, praktycznie bez przerwy między ramkami, niewiele by zrobiło, aby zmniejszyć ogólne nagromadzenie ciepła w czujniku w trakcie serii. O ile można uzyskać korzyść z używania wielu ramek dotyczących szumu losowego, często nazywanego szumem śrutowym, czy jest jakaś korzyść ze stosowania o wiele więcej krótszych ramek niż przy użyciu mniejszej liczby dłuższych ramek w tym samym łącznym czasie? Jeśli tak, to czy któraś z tych korzyści jest związana z ciepłem?

Jeśli na przykład chcę zrobić 2-godzinną ekspozycję na nocnym niebie, aby stworzyć ślady gwiazd, czy byłaby jakaś znacząca różnica w hałasie, gdybym połączyła dwadzieścia cztery pięciominutowe ekspozycje niż gdybym połączyła 240 trzydziestosekundowych ekspozycji? Jeśli tak, czy którykolwiek z tych zysków byłby związany z ciepłem? Czy może wynikałoby to z większego uśrednienia odgłosu strzału?

Jeśli chodzi o fotografowanie i układanie na nocnym niebie, nie ma prawdziwego substytutu rzeczywistego współczynnika SNR (stosunek sygnału do szumu). Możesz wirtualnie poprawić SNR, ustawiając setki bardzo krótkich ekspozycji (np. Ustawianie 720 10-sekundowych ekspozycji), ale wynik nigdy nie będzie taki sam, jak w przypadku powiedzenia czterdziestu 3-minutowych ekspozycji. Ułożenie 30-sekundowych ekspozycji jest lepsze i może zapewnić ci to, czego szukasz, jednak im dłużej będziesz mógł uniknąć ekspozycji, tym lepiej na dłuższą metę.

W przypadku ujęć gwiazdowych szlaków chcesz je wystawiać na dłużej. Możesz ustawić gazillion o 30-sekundowej ekspozycji, zakładając, że 30-sekundowa ekspozycja faktycznie powoduje powstawanie śladów. W przypadku układania gwiazdowych szlaków ekspozycja przez co najmniej kilka minut jest prawdopodobnie lepsza, ponieważ faktycznie uzyskasz przyzwoite ślady na miejscu. Przy szerszych kątach (tj. 16 mm) możesz eksponować przez 45 sekund, a nawet nieco dłużej, BEZ zauważalnego spływu (dostajesz tylko trochę lekko podłużne gwiazdy). Dłuższe ogniskowe zmniejszyłyby minimalną ekspozycję niezbędną do rozpoczęcia tworzenia widzialnego trailingu.

Układanie w stosy i siła sygnału

Jeśli chodzi o układanie w stos, im silniejszy jest rzeczywisty sygnał obrazu w każdym, tym lepiej. Jest kilka powodów. Po pierwsze, szum odczytu z elektroniki aparatu staje się wyższym współczynnikiem krótkiej ekspozycji niż dłuższej ekspozycji. Ujawniaj na dłużej, a zwiększysz stosunek sygnału obrazu do odczytu szumu. Sam sygnał obrazu wciąż ma szum, zwany szumem fotonu, jednak znowu ... dłuższa ekspozycja również go zmniejszy.

Następnie musisz naświetlić wystarczająco długo, aby sygnał był wystarczająco silny, aby zapewnić dobrą wierność kolorów. Dobra wierność kolorów występuje w zakresie półtonów ... od najwyższych cieni po tuż pod światłami. Najlepsza wierność kolorów występuje w środkowych półcieniach, w krótkim zakresie około 18% szarości. (Technicznie rzecz biorąc czujnik cyfrowy jest liniowy, ale nawet tranzystory mają krzywą odpowiedzi, a szeroki zakres między górnymi cieniami i dolnymi światłami oferuje najlepszą odpowiedź.) Głębsze niuanse kolorów z mgławicy i tym podobne na ogół nigdy się nie pojawią chyba że faktyczny SNR każdej z twoich ramek, które zostaną ułożone w stos, jest wystarczająco silny, aby renderować przynajmniej niektóre z nich. Przy krótszych czasach naświetlania zwykle słaby kolor zostanie utracony na skutek szumu i żadne nagromadzenie go nie odzyska.

Wreszcie, aby w pełni rozwiązać drobniejsze, ciemniejsze niuanse szczegółów, takie jak kurz i ciemnoczerwone włókna często obecne w mgławicy lub drobniejsze szczegóły w galaktykach, potrzebujesz wystarczająco kompletnego sygnału, aby pokryć cały obszar nieba, na którym obrazujesz przynajmniej trochę sygnału dla każdego piksela w dolnych półcieniach. Ułożenie wielu bardzo krótkich ekspozycji może skutkować obrazem obejmującym cały obiekt, ale pozbawionym kompletności, ponieważ każda klatka jest rzadziej próbkowana i w którym cały sygnał jest prawdopodobnie poniżej dolnej granicy półtonu. Dłuższe ekspozycje, które wytwarzają wyższy SNR, wytwarzają bardziej kompletnie próbkowane klatki, tak że po złożeniu wszystkie ciemniejsze niuanse szczegółów stają się silniejsze.

Hałas

Szum wystrzeliwany przez foton następuje zgodnie z rozkładem Poissona, który jest zgodny ze standardowym odchyleniem, które jest pierwiastkiem kwadratowym siły sygnału. Jako hipotetyczny przykład, jeśli wystawisz na dwie minuty przy ISO 800 na 5D III, aby uzyskać prawie nasycony wynik, maksymalna siła sygnału wyniesie około 9000e-, podczas gdy szum fotonu wyniesie ~ 95e-. Jeśli zrobisz dwanaście 10-sekundowych ekspozycji przy ISO 6400, siła sygnału wyniesie 900–, a szum strzału wyniesie ~ 30–. Mówiąc bardziej jasno, szum z dwuminutową ekspozycją wynosi 1/95 siły sygnału, podczas gdy szum z dziesięciosekundowymi ekspozycjami wynosi 1/30 siły sygnału. Zakładając, że nie ma innych problemów, zestawienie dziesięciosekundowych ekspozycji powinno dać wynik prawie identyczny z dwuminutową ekspozycją.

Są jednak inne problemy. Szum odczytu to także większy procent sygnału przy dziesięciosekundowych czasach ekspozycji. Jako takie, szum koloru i inne artefakty spowodowane przez elektroniczny odczyt sygnału obrazu będą wyższe przy dziesięciosekundowych czasach ekspozycji. Zakładając, że zabierasz niezbędne ciemne i stronnicze ramki, które mają być używane przy układaniu w stosy, wiele z nich można wyeliminować, ale nie całkowicie (układanie w stosy może przebiegać tylko tak daleko, aby usunąć szum z rzadkich, hałaśliwych obrazów). Ciepło, które jest kolejnym czynnikiem przyczyniającym się do szumu w cieniu, nie będzie się znacząco różnić przy dłuższej sekwencji krótszych ekspozycji w porównaniu do krótszej sekwencji dłuższych ekspozycji, przy założeniu ciągłego fotografowania.

Wierność kolorów przy dziesięciosekundowym ujęciu ISO 6400 nie będzie tak dobra, jak przy 120 sekundowym ujęciu ISO 800. Aparat taki jak 5D III ma pełną pojemność studni wynoszącą ponad 67 000e. Przy ISO 800 maksymalna siła sygnału wynosi 9055e-, a przy ISO 6400 to 1079e-. Oba są poniżej tego idealnego poziomu półtonów, jednak 9055 jest o rząd wielkości lepszy niż 1079.

Gwiezdne Szlaki

Wiem, że wyraźnie zapytałeś o fotografowanie szlaków gwiazdowych. Wierność kolorów nie będzie tutaj przedmiotem szczególnej uwagi, a także uchwycenie tych głębokich, słabych kolorów i ciemnych detali, takich jak kurz. Jednak, aby układać obrazy w stos w celu utworzenia jednego ze zdjęć szlaków gwiazdowych, w których gwiazdy okrążają niebo, musisz wystawić wystarczająco długi czas, aby faktycznie wygenerować ślady ... nawet jeśli są one krótkie.

Przy szerszych kątach, takich jak 14 mm i 16 mm, możesz eksponować na dłużej niż 30 sekund i właściwie nie uzyskać żadnych śladów. Przy 20 mm i 24 mm powinieneś zacząć widzieć ślady gwiazd około 30 sekund, zakładając, że używasz czujnika APS-C z mniejszymi pikselami. Możesz zacząć widzieć ślady gwiazd z czujnikiem FF przy 24 mm i tylko 30 sekundowej ekspozycji. Do 35 mm powinieneś uzyskać krótkie trasy z 30-sekundową ekspozycją ... jednak 35 mm naprawdę zaczyna zawężać pole, więc powinieneś upewnić się, że tego właśnie chcesz.

Aby uzyskać przyzwoite trasy, polecam eksponowanie przez ponad minutę. Nie musisz narażać się przez całe dwie godziny w jednym strzale, ale wystawienie na około dwie lub trzy minuty powinno dać ci kilka ładnych szlaków, które po ułożeniu w stos utworzą ładny ciągły łuk. Następnie możesz ułożyć tyle strzałów, ile potrzebujesz, aby uzyskać żądaną długość szlaku. Ziemia obraca się około 15 ° na godzinę, więc dwugodzinna sekwencja ułożonych ułożonych śladów wytworzy około 30 ° łuku na twoich szlakach.

Hałas strzału zależy tylko od ilości przychodzącego światła, a zatem całkowity czas ekspozycji jest taki sam, że nie zyskujesz nic pod względem szumu strzału poprzez uśrednianie krótkich ekspozycji (długa ekspozycja skutecznie wykonuje uśrednianie za Ciebie).

W praktyce fotografowanie wielokrotnych ekspozycji powoduje zwiększenie szumu odczytu z czujnika w cieniu (jeśli masz jeden z nowszych czujników Sony, który znalazł drogę do różnych ciał od Nikona, Pentaxa i Sony, szum odczytu jest tak niski, że prawdopodobnie to nie problem).

Z tego, co przeczytałem na forach astrofotograficznych, najlepszą praktyką wydaje się być rejestrowanie wielu ekspozycji (długa z ciemnymi ramkami w celu redukcji szumów), co pozwala czujnikowi wystarczająco ostygnąć między ujęciami, chociaż zwykle robią to ludzie, którzy zmodyfikowali kamerę, aby dodać aktywne chłodzenie. W zależności od temperatur otoczenia, osiąganie wystarczającego chłodzenia może być niemożliwe, chyba że pozostawisz aparat na dłuższy czas między ekspozycjami.

Jeśli wykonasz strzał z dystansu, czujnik nagrzeje się i w efekcie pojawią się hotspoty. Tak więc wiele pojedynczych ujęć jest lepszych.

Jeszcze lepiej, jeśli możesz odczekać kilka sekund, aby czujnik ostygł.