Читая много источников, посвященных астрофотографии, я часто вижу совет делать несколько экспозиций и складывать их, а не одну длинную экспозицию. Часто причина заключается в том, что более длительная выдержка приводит к большему шуму из-за накопления тепла в датчике, что вызывает перегрев пикселей . Тем не менее, мне кажется, что съемка одной короткой выдержки за другой практически без периода охлаждения между кадрами мало что сделает для уменьшения общего накопления тепла в сенсоре в течение серии. Хотя использование нескольких кадров дает преимущества в отношении случайного шума, часто называемого дробовым шумом., есть ли какая-либо польза от использования большего количества более коротких кадров, чем от использования меньшего количества длинных кадров за то же общее время? Если да, то связано ли какое-либо из этих преимуществ с теплом?
Если я, например, хочу сделать двухчасовую экспозицию ночного неба, чтобы создать звездные следы, будет ли какая-либо заметная разница в шуме, если я объединим двадцать четыре пятиминутных экспозиции, чем если я объединим 240 тридцатисекундных экспозиций? Если да, то будет ли какая-либо из этих выгод связана с теплом? Или все это будет результатом большего усреднения дробового шума?
Когда дело доходит до фотографии ночного неба и суммирования, нет реальной замены фактическому SNR (отношению сигнал/шум). Вы можете фактически улучшить SNR, сложив сотни очень коротких экспозиций (например, сложив 720 10-секундных экспозиций), но результат никогда не будет таким же, как если бы вы сложили, скажем, сорок 3-минутных экспозиций. Лучше сложить несколько 30-секундных экспозиций, и это может дать вам то, что вы ищете, однако чем дольше вы можете выдерживать экспозицию, тем лучше в долгосрочной перспективе.
Для снимков звездных следов вы хотите использовать более длительную экспозицию. Вы можете складывать миллионы более коротких 30-секундных экспозиций, предполагая, что 30-секундная экспозиция действительно оставляет следы. При укладке для звездных следов выдержка хотя бы на пару минут, вероятно, лучше, так как вы действительно получите несколько приличных следов на месте. При более широких углах (например, 16 мм) вы можете выставить 45 секунд или даже немного дольше БЕЗ какого-либо заметного шлейфа (вы просто получите немного продолговатые звезды). Более длинные фокусные расстояния уменьшат минимальную экспозицию, необходимую для создания видимого следа.
Стекирование и сила сигнала
Когда дело доходит до наложения, чем сильнее фактический сигнал изображения в каждом из них, тем лучше. Для этого есть несколько причин. Во-первых, считываемый шум от электроники камеры становится более высоким коэффициентом при короткой выдержке, чем при более длинной выдержке. Экспозиция увеличивается, и вы увеличиваете отношение сигнала изображения к шуму считывания. Сам сигнал изображения по-прежнему имеет шум, называемый шумом фотонного выстрела, однако опять же ... более длительная выдержка также уменьшит его.
Затем вам нужно выставить достаточно длинную экспозицию, чтобы сигнал был достаточно сильным для обеспечения хорошей цветопередачи. Хорошая точность цветопередачи достигается в диапазоне средних тонов... от самых высоких теней до самых светлых участков. Наилучшая точность цветопередачи достигается в основных средних тонах, коротком диапазоне около 18% серого. (С технической точки зрения цифровой датчик является линейным, но даже транзисторы имеют кривую отклика, а широкий диапазон между верхними тенями и нижними светлыми участками обеспечивает наилучший отклик.) Более глубокие оттенки цвета от туманности и тому подобного, как правило, вообще никогда не проявляются. 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 наложение никогда не восстановит его.
Наконец, для полного разрешения более тонких и темных нюансов деталей, таких как пыль и темно-красные нити, часто присутствующие в туманностях, или более тонких деталей в галактиках, вам нужен достаточно полный сигнал, чтобы покрыть всю область неба, которую вы визуализируете в наименьший сигнал для каждого пикселя в нижних полутонах. Наложение большого количества очень коротких экспозиций может привести к получению изображения, которое охватывает весь объект, но которому не хватает полноты, поскольку каждый кадр выбирается более редко, и в котором весь сигнал, вероятно, находится ниже нижнего порога средних тонов. Более длительные выдержки, дающие более высокое отношение сигнал-шум, создают более полные выборки кадров, так что при наложении все более темные нюансы деталей становятся сильнее.
Шум
Фотонный дробовой шум подчиняется распределению Пуассона, которое соответствует стандартному отклонению, равному квадратному корню из уровня сигнала. В качестве гипотетического примера, если вы экспонируете в течение двух минут при ISO 800 на 5D III, чтобы получить почти насыщенный результат, максимальная сила сигнала будет около 9000e-, а фотонный шум будет ~95e-. Если вы сделаете двенадцать 10-секундных экспозиций при ISO 6400, мощность сигнала составит 900e-, а дробовой шум будет ~30e-. Проще говоря, шум с двухминутной выдержкой составляет 1/95 мощности сигнала, тогда как шум с десятисекундной выдержкой составляет 1/30 мощности сигнала. При отсутствии других проблем суммирование десятисекундной выдержки должно дать результат, почти идентичный двухминутной выдержке.
Однако есть и другие проблемы. Шум считывания также составляет больший процент сигнала при десятисекундной экспозиции. Таким образом, цветовой шум и другие артефакты, вызванные электронным считыванием сигнала изображения, будут выше при десятисекундной экспозиции. Предполагая, что вы берете необходимые темные кадры и кадры смещения для использования с наложением, многое из этого можно исключить, но не полностью (наложение может зайти так далеко, чтобы удалить шум из разреженных, зашумленных изображений). Тепло, которое является еще одним источником шумов в тенях, не будет существенно отличаться при более длинной последовательности более коротких экспозиций по сравнению с более короткой последовательностью более длительных экспозиций, при условии непрерывной съемки.
Точность цветопередачи при 10-секундном снимке с ISO 6400 будет далеко не такой хорошей, как при 120-секундном снимке с ISO 800. Камера, такая как 5D III, имеет полную емкость более 67 000 е-. При ISO 800 максимальный уровень сигнала составляет 9055e-, а при ISO 6400 — 1079e-. Оба ниже идеального уровня средних тонов, однако 9055 на порядок лучше, чем 1079.
Звездные тропы
Я знаю, что вы прямо спрашивали о фотосъемке звездных следов. Точность цветопередачи не будет здесь главной задачей, равно как и захват таких глубоких, тусклых цветов и темных элементов деталей, таких как пыль. Тем не менее, чтобы сложить изображения, чтобы получить одну из тех фотографий звездных следов, на которых звезды кружат по небу, вам нужно выставить достаточно длинную экспозицию, чтобы действительно получить следы ... даже если они короткие.
При более широких углах, таких как 14 мм и 16 мм, вы можете выставлять экспозицию более 30 секунд и вообще не получить никаких следов. На 20 мм и 24 мм вы должны начать видеть следы звезд примерно через 30 секунд, если вы используете датчик APS-C с меньшими пикселями. Вы можете начать видеть следы звезд с датчиком FF на 24 мм и выдержкой всего 30 секунд. На 35 мм вы должны получить короткие следы с 30-секундной выдержкой... однако 35 мм действительно начинает сужать поле, поэтому вы должны убедиться, что это то, что вы хотите.
Чтобы получить достойные следы, я рекомендую экспозицию более минуты. Вам не нужно экспонировать все два часа в одном снимке, но экспонирование в течение примерно двух или трех минут должно дать вам несколько хороших следов, которые при наложении друг на друга дадут хороший непрерывный дугообразный трек. Затем вы можете сложить столько снимков, сколько вам нужно, чтобы получить нужную длину следа. Земля вращается примерно на 15° в час, поэтому двухчасовая последовательность снимков следов создаст дугу около 30° на ваших следах.
Дробовой шум зависит только от количества падающего света, таким образом, при одинаковом общем времени экспозиции вы ничего не получаете с точки зрения дробового шума, усредняя короткие выдержки (длинная выдержка фактически выполняет усреднение за вас).
На практике съемка с мультиэкспозицией приводит к увеличению шума считывания с сенсора в тени (если у вас есть один из новых сенсоров Sony, который нашел свое применение в различных камерах Nikon, Pentax и Sony, шум считывания настолько низок, что, вероятно, это не проблема).
Судя по тому, что я читал на форумах по астрофотографии, наилучшей практикой, по-видимому, является съемка с несколькими экспозициями (длинная с темными кадрами для уменьшения шума), позволяющая сенсору достаточно охлаждаться между кадрами, хотя это, как правило, делают люди, которые модифицировали свою камеру, чтобы добавить активное охлаждение. В зависимости от температуры окружающей среды вы можете не добиться достаточного охлаждения, если не оставите камеру на длительное время между экспозициями.
Если вы сделаете небольшой дальний выстрел, сенсор станет теплее, и в итоге у вас появятся горячие точки. Таким образом, лучше делать много одиночных коротких снимков.
Еще лучше, если между ними можно сделать паузу в несколько секунд, чтобы дать датчику остыть.
Майкл С
джриста