Что такое «Правило 600» в астрофотографии?

Звезды движутся. Как и в случае с любым другим движением, нас интересует, насколько сильно они перемещаются на датчике во время экспозиции: движение, происходящее только в пределах одного пикселя, не может быть зафиксировано датчиком, т. е. движение кажется замороженным.

Но когда во время экспозиции движение занимает точку на нескольких пикселях, это будет видно как размытие движения, в этом случае следы звезд. Такое правило, как «правило 600», по духу похоже на «правило 1/фокусное расстояние» для ручной экспозиции, поскольку оно пытается дать время экспозиции, которое дает примерно такое же размытие движения для большинства фокусных расстояний.

Вывод довольно прост:

• Небо поворачивается на 360 градусов за 24 часа или на 0,0042 углового градуса в секунду.
• Предполагая полнокадровую камеру и объектив 24 мм, мы имеем угол обзора 73,7 градуса по горизонтали. (См . статью об угле обзора в Википедии .)
• При использовании сенсора с разрешением 24 мегапикселя (6000x4000, например, Nikon D600) эти 73,7 градуса проецируются на 6000 пикселей по горизонтали, что дает 81,4 пикселя на градус.
• Предполагая, что объектив 24 мм, «правило 600» дает 600/24 ​​мм = 25 секунд экспозиции.
• Через 25 секунд небо сдвинется примерно на 0,1 градуса.
• Для нашей 24-мегапиксельной полнокадровой камеры с 24-мм объективом 0,1 градуса соответствует 8,5 пикселям.

По правилу 600 эти 8,5 пикселя представляют собой максимально допустимое размытие движения до того, как звездные точки превратятся в звездные следы. (Это то, что гласит правило. Приемлемо ли 8-пиксельное размытие для конкретной цели — это другой разговор.)

Если мы подключим 400-миллиметровый объектив к тем же формулам, 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 мегапикселя (например, Nikon D3200) и использовали фокусные расстояния для получения эквивалентных углов обзора, у нас было 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 кроп-сенсором даст такое же размытие, как «правило 600» для полнокадрового примера.

Я предлагаю использовать «правило 600» (или более строгую версию с меньшим числителем) с эквивалентным, а не фактическим фокусным расстоянием, чтобы правило давало те же результаты для меньших сенсоров. (Например, 16 мм на датчике кадрирования 1,5x эквивалентно 24 мм на полном кадре; используйте «эквивалент 24 мм», а не «фактическое» фокусное расстояние 16 мм, чтобы рассчитать максимальное время экспозиции.)

Разные звезды движутся с разной скоростью относительно Земли. Самое быстрое движение происходит вдоль небесного экватора , а Полярная звезда (Полярная звезда для северного полушария) на небесном полюсе почти не движется.

Эффект можно увидеть на этой картинке из Викисклада: Полярная звезда выглядит как фиксированная точка посередине, в то время как другие звезды вращаются вокруг нее, а длина звездных следов увеличивается по мере их удаления от Полярной звезды.

Источник

Приведенный выше расчет относится к наихудшему сценарию, когда на картинке есть звезды, движущиеся вдоль небесного экватора.

Я предполагаю, что основной вывод заключается в том, что 600 в «правиле 600» зависит от разрешения камеры, размера сенсора, того, куда в небе вы направляете камеру, и того, что вы считаете приемлемым размытием.

Используйте меньшее число, если хотите меньше размытия.

И наоборот, более высокое число может быть приемлемым, если вы снимаете крупный план Polaris, используете камеру с низким разрешением и/или нацелены на выходной формат с низким разрешением.

Правило 600 гласит, что для «устранения» звездных следов время экспозиции в секундах должно быть равно 600, деленному на фокусное расстояние принимающего объектива. Объектив 20 мм может работать до 30 секунд, объектив 300 мм может работать до 2 секунд.

Конечно (как и любое размытие в движении) вы никогда не уберете звездные следы — вы просто уменьшите следы до приемлемого уровня для данного увеличения. Единственным идеальным решением является «идеально выровненная следящая экваториальная монтировка», а такой вещи не существует.

Этиология сложна, если не невозможна — это что-то вроде «Держать с рук не медленнее, чем 1/фокусное расстояние выдержки» — эмпирическое правило или здравый смысл, который 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 относится к выдержке, которую следует использовать при съемке ночного неба. Правило следующее:

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

Например, при использовании объектива 300 мм и скорости затвора (600/300) = 2 с или короче вам следует избегать видения звезд в виде линий, а не точек света.

Насколько я могу судить, нет никаких записей о том, кто придумал это правило или как оно было получено, однако, скорее всего, оно было основано на пробах и ошибках с использованием 35-мм пленки с изначально более низким разрешением (зернистостью) и меньшим допуском. (размер кадра), чем у современных камер, и округляется вверх (или вниз) до круглых 600.

Что касается применения, следует соблюдать осторожность. Современные цифровые сенсоры намного четче, чем 35-миллиметровая пленка, а это означает, что они менее терпимы, когда речь идет о размытости движения. Кроме того, большинство цифровых камер в наши дни имеют датчики меньшего размера, чем 36 мм x 24 мм 35-мм пленки, что означает, что допуск ДАЖЕ МЕНЬШЕ, поэтому, вероятно, его следует отрегулировать, чтобы он больше походил на правило 400 при использовании этих камер с обрезанным датчиком (то есть, если вы считаете, что 600 все еще является допустимым значением для полнокадровых камер, что спорно). И наоборот, при использовании камер среднего формата можно использовать большее количество.

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

Стандартные условия отображения/просмотра дают кружок нерезкости около 0,030 мм для пленки/датчика размером 36x24 мм, CoC около 0,020 мм для 1,5-кратного датчика кадрирования APS-C и CoC около 0,019 мм для 1,6-кратного увеличения. Кроп-сенсор APS-C.

«Правило 600» немного более щедрое и основано на CoC около 0,050 мм для камеры FF. Некоторые из более широких допущений, вероятно, могут быть основаны на трудности точной фокусировки на звезды с помощью пленочных камер, использовавшихся в то время, когда было выведено правило: расщепленные призмы бесполезны для помощи в фокусировке на точке, а не на линии. астрофотографии дня, снятые 35-мм камерами, были сфокусированы с использованием метки бесконечности на шкале фокусировки объектива (или жесткой остановки на бесконечности , чем у многих объективов в то время), и поэтому звезды на полученном изображении были еще большими кружками размытия, чем могли бы быть. был случай с правильно сфокусированными точками.

Стоит поточнее рассчитать, сколько можно выставлять, прежде чем получатся звездные шлейфы. Если вы используете эмпирическое правило и/или методы проб и ошибок, пока не добьетесь нужного результата, вы, скорее всего, недооцените максимальное время экспозиции, что в конечном итоге приведет к большему шуму, поскольку вы будете создавать окончательное изображение с менее чем оптимальным путь.

Рассчитать максимальное время выдержки несложно, если заранее знать, какие объекты на небе вы хотите сфотографировать. Объект находится под определенным углом по отношению к оси вращения Земли, который равен 90 градусам минус так называемое склонение объекта. Например, если интересующим объектом 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 зрения большое, вы можете не захотеть, чтобы следы звезд появлялись к югу от Андромеды, поэтому вам нужно рассмотреть больший угол. Предположим, вы решили, что будет угол, и 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, то расстояние до оси вращения равно sin(alpha). Сфера вращается вокруг своей оси один раз за звездные сутки, что составляет 23 часа 56 минут 4,01 секунды (это немного меньше 24 часов, потому что Земля вращается вокруг Солнца, поэтому Земля должна еще немного повернуться вокруг своей оси, чтобы Солнце было в том же месте). Это означает, что скорость тела:

омега = 2 пи sin(альфа)/(86164,01 секунды) = 7,2921*10^(-5) sin(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 отношением размера пикселя к фокусному расстоянию. Размер пикселя можно рассчитать, взяв квадратный корень из соотношения между размером сенсора и количеством пикселей. Типичный кроп-сенсор может иметь размер пикселя 4,2 микрометра. Если фокусное расстояние равно 50 мм, то предельное угловое разрешение из-за конечного размера пикселя, таким образом, составит 8,4*10^(-5) радиан. Разделив это значение на угловую скорость омега, вы получите максимальное время экспозиции, при превышении которого следы звезд становятся видимыми в идеальном случае. В общем, для пикселей размером s и фокусным расстоянием f это определяется следующим образом:

T = с/(4,2 микрометра) (57,6 мм/f)/sin(альфа) секунды