Шумы и оптимальные режимы съемки Canon 350D

[Александр Ростов]

Кроме "количества" полезной информации есть еще и динамический диапазон. На ISO 1600 у меня большинство звезд моментом "выгорают" и становятся бесцветными. На ISO 400 с этим получше будет.

А если ISO1600 реализовано программно, то в таком случае его использование вообще не имеет смысла - новых звезд (да и вообще новой информации) не появится. Надо выдержку увеличивать. Так что 100% согласен - ISO400 рулит в этом случае.

[Lentz]

А если ISO1600 реализовано программно, то в таком случае его использование вообще не имеет смысла - новых звезд (да и вообще новой информации) не появится.

Графики Бахтинова говорят об обратном. Графики идут вверх - значит при одинаковой суммарной выдержке информации получается тем больше, чем большее ISO установлено, вплоть до 1600.

[Zakoruchkin]

Pavel nakonec to vse razlogil vse po mestam/ molodec
Urii Zakoruchkin
ps/ a ja uge v Laose

[Юрий Гилев]

Подобную работу, правда меньшую по объему,  проводил прошлой зимой - никак не могу найти файл с результатами.
Результаты:
1). Зависимость уровня заполнения гистограммы от времени не линейна, хорошо аппроксимируется экспонентой. (экспенименты ставил на ночном небе)
2) Зависимость уровня шумов от ISO практически линейна. (чем больше тем больше)
3) При длинных выдержках сенсор заметно греется.
4) С повышением температуры сильно растет уровень шумов. (СКО кадров полученных на балконе в -15 мороза сильно порадовали)
5) Чем больше ISO тем меньше динамический диапазон (эт  итак понятно)


Выводы:
1) Чем на улице теплее тем короче выдержка
2) После съемки длинных кадров фотоаппарат должен остыть
3) ISO выбирается исходя из получения удовлетворительного снимка за самую короткую выдержку (туманность нужна - 1600ISO, звезды цветные - 400ISO)
4) Снимать несколько одинаковых экспозиций, шумы давить медианным сложением.
5) Необходимость калибровки по OFFSET возникает большом числе экспозичий, DARK при длинных выдержках, FLAT - если мусор на сенсоре или есть виньетирование.

[pavelL]

Вставлю свои пять копеек: методом "всенаучного тыка" пришел к выводу, что снимая слыбые туманности наиболее подходящий вариант ISO 200 (может быть даже 100) и выдержка 20-30 мин. Фильтр в фотоаппарате заменен на Баадер. ISO 1600 использовал только для центровки.

[Юрий Гилев]

Вот - эксперимент опровергает теорию. pavelL, почему Вам маленькие ISO понравились? Уверен тем, что обрабатывать меньше надо и снимки выглядят "естественнее". Хорошо бы провести такого рода эксперимент: отснять одну туманность с максимальной выдержкой при данной температуре и ISO100, потом при ISO200, так чтобы уровень заполнения гистограммы был такой же сумма выдержек кадров должна быть равна первой выдержке,  потом ISO400, 800 1600. Затем серии обработать и оценить что получится. Оценить отношение сигнал/шум и эстетическое впечатление от картинки.

[Lentz]

отснять одну туманность с максимальной выдержкой при данной температуре и ISO100, потом при ISO200, так чтобы уровень заполнения гистограммы был такой же сумма выдержек кадров должна быть равна первой выдержке,  потом ISO400, 800 1600.

Да, я и сам хотел провести подобный эксперимент. Но это столько времени надо. И погоды.

[Павел Бахтинов]

Вообще, если принять идеально случайную модель шума (...), то теоретически можно зафиксировать полезный сигнал равный или превышающий одну дискрету безотносительно уровня шума при условии сложения бесконечного числа субэкспозиций

Интересно, что, при наличии некоторого шума, за счет сложения субэкспозиций во многих случаях можно зарегистрировать даже сигнал, меньший единицы младшего разряда АЦП (а вот без шума - нельзя).

Кстати, для тех кто снимает в условиях сильной засветки (вроде меня), из графиков Павла следует важнейший вывод...

Строго говоря, проведенный мной эксперимент моделирует лишь вариант съемки с малой засветкой (о чем я упоминал выше). Высокий уровень фоновой засветки способен (теоретически) изменить характеристики шума, а значит, и результаты сравнения разных режимов съемки. Насколько велики эти отличия, будут ли они качественными, или лишь количественными - я не знаю, для выяснения этого нужны дополнительные опыты.

...есть еще и динамический диапазон...

Да, это важное замечание. При съемке объектов, требующих проработки ярких деталей, нужно это учитывать, и не выбирать слишком большие значения ISO, даже если они дают некоторое преимущество по шумам.

методом "всенаучного тыка" пришел к выводу, что снимая слыбые туманности наиболее подходящий вариант ISO 200 (может быть даже 100) и выдержка 20-30 мин.

Недавно я и сам так думал, и это действительно так, если использовать некалиброванные (или недостаточно хорошо откалиброванные) кадры.
В связи с этим возникает интересный вопрос: достижимо ли качество калибровки, полученное в эксперименте (благодаря которому и получили преимущество высокие ISO), в реальной практике? Насколько, например, стабилен во времени темновой кадр (в реальных наблюдениях его получают, как правило, не совсем одновременно с рабочими)? В общем, есть темы для продолжения опытов   .
 

[Mihail Sedyh]

Вообще, если принять идеально случайную модель шума (...), то теоретически можно зафиксировать полезный сигнал равный или превышающий одну дискрету безотносительно уровня шума при условии сложения бесконечного числа субэкспозиций

Интересно, что, при наличии некоторого шума, за счет сложения субэкспозиций во многих случаях можно зарегистрировать даже сигнал, меньший единицы младшего разряда АЦП (а вот без шума - нельзя).

Это возможно, но не при любых условиях. Например, если (абстрактно) средний уровень шума 1,3 дискреты и максимальный размах +\-0,2дискреты (значение в ячейке всегда 1 дискрета), то любой полезный сигнал, меньший 0,5 дискреты будет недостаточен для фиксации статистической аномалии. (а если средний уровень шума был бы скажем 1,7 дискреты, то сигнал можно было бы зафиксировать).   

[Vitaliy]

Значит шума на сырых кадрах ненадо бояться.
Вот мне тут кое кто сказал что лучьше лобать больше фоток по числу, с небольшой экспоцицией, а не с большой экспозицией и меньшим количеством фоток.

Т.е на 12х10мин, а например 40х3 мин.

[anovikov]

Павел, а ты не мог бы прокрутить эксперимент дальше вниз? Вот ты установил что при ISO=1600 24 секунды отдельная выдержка или 600, разницы нет. А если попробовать дальше вниз? 20, 15, 10 секунд?

Ведь как раз где-то с этого диапазона выдержек начинают резко упрощаться требования к ведению, то есть если при 600 секундах (что близко к периоду оборота червяка у среднестатистической монтировки) полностью сказываются как высокочастотная, так и низкочастотная компоненты периодики, то при 24 секунды низкочастотная уже в
основном снивелирована. Ты понимаешь к чему я... Скажем снижение соотношения сигнал/шум раза в 1.5 при переходе от 24 к 10-секундным выдержкам на мой взгляд, все равно оправдывало бы эту операцию в большинстве случаев.

[Garmisch]

Вот мне тут кое кто сказал что лучьше лобать больше фоток по числу, с небольшой экспоцицией, а не с большой экспозицией и меньшим количеством фоток.

"Лабать" нужно в соответствии с вашими локальными условиями (аппаратура + небо). Соответственно будут определяться и времена суб-экспозиций. Поэтому для кого-то 12х10 мин будут вполне приемлемыми, а кого и на 40х3 мин фон неба будет давить.

[Vitaliy]

Вот мне тут кое кто сказал что лучьше лобать больше фоток по числу, с небольшой экспоцицией, а не с большой экспозицией и меньшим количеством фоток.

"Лабать" нужно в соответствии с вашими локальными условиями (аппаратура + небо). Соответственно будут определяться и времена суб-экспозиций. Поэтому для кого-то 12х10 мин будут вполне приемлемыми, а кого и на 40х3 мин фон неба будет давить.

Да точно, забыл про эту часть разговора. Как раз была рекомендация фотографировать М33 без всяких фильтров. Я фотографирую с балкона в Москве.

[Garmisch]

Да точно, забыл про эту часть разговора. Как раз была рекомендация фотографировать М33 без всяких фильтров. Я фотографирую с балкона в Москве.

Честно говоря, я не знаю шумовых характеристик вашей камеры, но можно попробовать опытным путем минимизировать время экспозиции (увеличив соответственно количество кадров). При этом, если у вас есть такая возможность, то желательно каждый последующий кадр снимать с небольшим смещением относительно предыдущего. Это позволит вам при сложении более эффективно избавиться от шумов (как кореллированных, так и случайных).

[Garmisch]

Для владельцев CCD камер есть очень неплохой калькулятор суб-экспозиций:

http://www.ccdware.com/resources/subexposure.cfm

[Павел Бахтинов]

Павел, а ты не мог бы прокрутить эксперимент дальше вниз? Вот ты установил что при ISO=1600 24 секунды отдельная выдержка или 600, разницы нет. А если попробовать дальше вниз? 20, 15, 10 секунд?

Разницы между 24 и 600-сек выдержками (при равной суммарной) нет только при  экстремально высокой для ночного астрофото температуре (26^оС - кошмар, там вообще все одинаково плохо ). А при "нормальной" ночной температуре (8^о) 24сек выдержки уже изрядно отстают, и разница наверняка будет еще больше при дальнейшем уменьшении выдержки.
В принципе, я не против дальше поэкспериментировать, но сейчас времени нет (тем более, небо стало периодически появляться ). На самом деле, лично мне интереснее двинуться в противоположном направлении - в сторону низких температур и длинных выдержек - с наступлением осени это актуально (а особых проблем с гидированием у меня нет).
А вообще-то методику я описал, желающие могли бы и самостоятельно повторить и расширить эти опыты . Если какие-то подробности остались непонятны - объясню.

[LifeIsGood]

Недавно что то глюкануло в кабеле или программе управления фотиком и сделал выдержку 3150 секунд на ИСО 800. И что вы думаете? НИЧЕГО страшного. Только звезды поплыли. Очень жаль.

[VD]

Недавно что то глюкануло в кабеле или программе управления фотиком и сделал выдержку 3150 секунд на ИСО 800. И что вы думаете? НИЧЕГО страшного. Только звезды поплыли. Очень жаль.

А можно кадр в студию?

[Александр Ростов]

А если ISO1600 реализовано программно, то в таком случае его использование вообще не имеет смысла - новых звезд (да и вообще новой информации) не появится.

Графики Бахтинова говорят об обратном. Графики идут вверх - значит при одинаковой суммарной выдержке информации получается тем больше, чем большее ISO установлено, вплоть до 1600.

Что-то меня терзают смутные сомнения... Даже не по поводу ISO, а по поводу коротких выдержек вообще. Сколько 5-секундных экспозиций нужно сделать, чтобы например M31 проработалась так же, как при выдержке 10 минут? ISO в обоих случаях возьмем одинаковое, фокус и апертуру, разумеется, тоже.

[Юрий Торопин]

Что-то меня терзают смутные сомнения... Даже не по поводу ISO, а по поводу коротких выдержек вообще. Сколько 5-секундных экспозиций нужно сделать, чтобы например M31 проработалась так же, как при выдержке 10 минут? ISO в обоих случаях возьмем одинаковое, фокус и апертуру, разумеется, тоже.

Хочу привести иллюстрацию на известную тему "отношение сигнал/шум растёт как корень квадратный из количества экспозиций":

Немодифицированный Nikon D70, AF Nikkor 50mm 1.8D (задиафрагмированный до 2.4, диаметр эффективного отверстия ~21мм), ISO 800, RAW, съёмка серий неподвижной камерой со штатива через окно недалеко от центра Киева, экспозиции по 3 сек (гистограмма на индивидуальном кадре заполняется фоном неба до 2/5), полная обработка с dark, flat, offset, выравниванием и сложением кадров, конвертацией и т.д. в Iris 5.33. Температура около +23 С.

В Iris складывалось 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 110 обработанных и конвертированных в ч/б кадров с 3х-секундными экспозициями созвездия Лиры (не удалось сложить более 110 кадров из серии в 128, Iris не смог найти правильное выравнивае последних кадров из серии по отношению к кадру из середины серии, за счёт суточного вращения неба смещение изображения на неподвижной матрице за более чем 10 минут получения серии (примерно 600 пикселов) оказывается слишком велико для алгоритма Iris'a).

Полученные суммарные экспозиции (время минимальной -- 3 сек, максимальной -- 330 сек соответственно) нормировались как по уровню сигнала от непересвеченных звёзд так и по среднему уровню (mean) значения сигнала, зарегистрированного по кадру.

Запись в FITS, загрузка в Photoshop CS 2 с одинаковыми параметрами преобразования в FITS Liberator 2.

Ниже приведена суммарная мозаика, в каждой из горизонтальных полос которой представлена гистограмма соответствующего суммарного кадра после конвертации в Photoshop и горизонтальный фрагмент соответствующего кадра. Это фрагмент, уменьшенный в 2 раза для публикации (несжатая версия доступна для скачивания в моём альбоме http://tinyurl.com/y6mcbc).

Картинка говорит сама за себя -- при такой экспозиции (3 сек) приемлемое соотношение сигнала к шуму (которое может быть оценено по ширине пика на гистограмме) достигается при сложении как минимум 32 индивидуальных кадров.  Улучшение сигнала к шуму в корень квадратный из 2х хорошо заметно и при большом числе эксозиций, глаз различает разницу между суммой из 64 и 110 кадров.

Предельная звёздная величина, отождествляемая на сумме 110 кадров, ~11.4^m.
Drizzling (изображение одного и того же объекта фиксируется разными участками матрицы), возникающий из-за ествественного смещения изображения при съёмке неподвижной камерой, позволяет существенно уменьшить влияние локальных неоднородстей чувствительности матрицы бытовой цифрозеркалки.

Я не готов делать выводов об оптимальной стратегии съёмки бытовыми цифрозеркалками в связи со специфическими условиями эксперимента (малое время накопления и, соответсвенно, относительно малые "темновые" шумы даже при такой высокой окружающей температуре), но для себя есть некоторые рекомендации:

* при одинаковой чувствительности сумма коротких экспозиций выгоднее одной эквивалентной по времени длинной с точки зрения максимального соотношения сигнала к шуму, особенно если обеспечивать drizzling между субэкспозициями, но при этом
* желательна ( но не необходима) экспозиция (комбинация диафрагмы (если она регулируется) и чувствительности), дающая хорошее заполнение гистограммы.
* много экспозиций не бывает никогда 

Есть некоторые идеи по поводу проведения дальнейших экспериментов на тему
"Какая стратегия даст наилучший результат по критерию максимальный сигнал/шум при фиксированном времени наблюдений с цифрозеркалкой?"
Но всё это достаточно затратно по времени, как при непосредственно съёмке, так и, особенно, при обработке материалов. Но хотелось бы поэкспериментировать на тему выдержек в диапазоне 30 сек -- 5 мин при хорошем небе на тему оптимальной длины субэкспозиций и чувствительности ISO.

Вот такое кино. 

Юрий