Шумы и оптимальные режимы съемки Canon 350D

[Юрий Торопин]

В дополнении -- анимация фрагмента изображения окрестностей Бета Лиры, составленная из сумм по 1, 2, 4, ..., 64, 110 кадров.

Хорошо заметна М57 (диаметром в 5 пикселей  )

[LifeIsGood]

Юрий, очень интересное исследование! Наглядней не бывает! 5 баллов!

[Slide]

Полезная тема, спасибо Павлу за проделанную работу, очень интересно! Также спасибо Юрию Торопину, правильно сказал LifeIsGood, наглядней не бывает.

У меня вопрос может и не совсем по теме, но все же по шумам. Все знают, что в 350 есть внутренний шумодав, так вот вопрос насколько корректно он работает, ведь он тоже снимает темновой ток с сенсора, с тем же временем, при той же температуре и т.д. Согласен, что полезнее получить серию темновых, усреднить их и вычитать уже в Ирисе, например. Но к сожалению (связано это с кривизной моих рук) Ирис я еще не изучил, а в тех программах в которых я вычитал темновые, результат мягко говоря был не очень... по крайней мере внутренний шумодав это делает куда лучше чем я...

[Юрий Гилев]

Согласен, что полезнее получить серию темновых, усреднить их и ...

Не согласен )))

[VD]

Полезная тема, спасибо Павлу за проделанную работу, очень интересно! Также спасибо Юрию Торопину, правильно сказал LifeIsGood, наглядней не бывает.

У меня вопрос может и не совсем по теме, но все же по шумам. Все знают, что в 350 есть внутренний шумодав, так вот вопрос насколько корректно он работает, ведь он тоже снимает темновой ток с сенсора, с тем же временем, при той же температуре и т.д. Согласен, что полезнее получить серию темновых, усреднить их и вычитать уже в Ирисе, например. Но к сожалению (связано это с кривизной моих рук) Ирис я еще не изучил, а в тех программах в которых я вычитал темновые, результат мягко говоря был не очень... по крайней мере внутренний шумодав это делает куда лучше чем я...

Чем каждый раз убивать наблюдательное время (а хорошие ночи очень редки и тем самым еще более ценны) позволяя фотику сначала получать, а потом уже вычитать темновые кадры большой длительности,  лучше остановиться на некоторой последовательности длительности выдержек типа  30с,  60с,  90с,  120с  и т.д.  и получить темновые кадры при разных температурах (через 1-2 С).  Поместить у себя в компе такую базу темновых кадров и использовать их для вычитания из полученных снимков объектов.  Займет такая база около одного - двух Гб.  Не страшно.  Зато экономия наблюдательного времени будет весьма существенной. 

[Юрий Гилев]

Есть тут один интересный момент ))). Во время длительной выдержки сенсор нагревается, и перед следующим кадром ему нужно дать остыть. Иначе уровень шумов от кадра к кадру будет возростать с ростом температуры. Во время работы шумодава сенсор остывает. (Сам проверял!!!) Да еще и вычитается темновой кадр, полученный в условиях, идентичных условиям съемки. Лучше чем шумодав темновой кадр не вычтет никто.

[Slide]

Ну так что получается, шумодав "рулит" чтоли?

Есть тут один интересный момент ))). Во время длительной выдержки сенсор нагревается, и перед следующим кадром ему нужно дать остыть. Иначе уровень шумов от кадра к кадру будет возростать с ростом температуры. Во время работы шумодава сенсор остывает. (Сам проверял!!!) Да еще и вычитается темновой кадр, полученный в условиях, идентичных условиям съемки. Лучше чем шумодав темновой кадр не вычтет никто.

А Вы учитываете то, что сенсор может остыть "слишком" сильно и таким образом камера неверно вычтет темновой впоследствии. Если продолжать Вашу мысль, то тогда нужно сделать кадр, потом дать остыть камере и опять сделать  кадр (темновой), что в итоге даст нам примерно одну и ту же температуру на сенсоре во время съемок этих кадров.

Может кто делал (или сделает и правильно обработает результаты) сравнительный тест вычитания темнового кадра внутренним шумодавом, просто полученным кадром после съемки и после съемки с некоторым итервалом времени (для остывания сенсора). Вот там было бы все наглядно и ясно.

[Юрий Гилев]

Ну так что получается, шумодав "рулит" чтоли?

А Вы учитываете то, что сенсор может остыть "слишком" сильно и таким образом камера неверно вычтет темновой впоследствии. Если продолжать Вашу мысль, то тогда нужно сделать кадр, потом дать остыть камере и опять сделать кадр (темновой), что в итоге даст нам примерно одну и ту же температуру на сенсоре во время съемок этих кадров.

Может кто делал (или сделает и правильно обработает результаты) сравнительный тест вычитания темнового кадра внутренним шумодавом, просто полученным кадром после съемки и после съемки с некоторым итервалом времени (для остывания сенсора). Вот там было бы все наглядно и ясно.

Слишком сильно не остынет - остынет в самый раз. Тесты делал я в прошлом году, результаты никак не могу найти. Помню вывод был один - шумодав не идиоты делали. И на выдержках до 15 мин и внешей температурой 20 градусов работает как надо. Точно знаю что если не дать сенсору остыть то при медианном сложении кадров уровень шумов растет по сравнению с первым кадром. При использовании шумодава понижается. Согласен, что для идентичности нужно сначала охладить сенсор, потом темновой фотографировать. Увы, времени на это точно не хватит. А при работе шумодава сенсор охлаждается, потому что зеркало опущено.

[Андрей Остапенко]

Лучше чем шумодав темновой кадр не вычтет никто.

Это истинная правда, но мало кто может себе позволить делать темновой кадр после каждой экспозиции. Так что вряд ли удастся уйти от съемки темновых кадров отдельно. Действительно, первый кадр после перерыва в серии будет отличаться от других. Но когда температура сенсора "устаканится", мне кажется, все остальные кадры, если они делаются с одинаковами интервалами, будут иметь одинаковый уровень шумов. То же справедливо и для темновых кадров.

[Юрий Гилев]

Кстати, когда холодно и гидирование ручное и наблюдения проходят в поле вдали от компьютеров и зданий - то обязательно придется делать перерывы чтобы согреться, вот самое время чтобы включить шумодав. Я фотографировал так: 5 минут гидирование, 5 минут работает шумодав, а в это время отжимания на кулаках,  присядания-выпрыгивания... Где там холодно... Жарко было!!! Зимой в -27 снимал.

[Mihail Sedyh]

Что-то меня терзают смутные сомнения...

Тут есть ограничение снизу, обусловленное дискретизацией сигнала. Если мы делает маленькую экспозицию и суммарный шум+сигнал в ячейке не превышает одной дискреты оцифровки, то такой сигнал не заригистрируется никогда безотносительно количества кадров.
Из опыта - снимал на бытовую видеокамеру с неподвижного штатива в ночном режиме (максимальное усиление + выдержка примерно 1\2сек). При сложении 50-100 кадров (дословно не помню) регистрируется 8-8,2м примерно.
Возможности еще более коротких выдержек (1\5...1\60сек) можно оценить по спутникам при планетной съемке (правда обычно обработка не рассчитана на выявление спутников).

[Юрий Торопин]

Парочка ссылок по теме "оптимальные режимы съёмок" (данные для CСD,  но все идеи за выкладками по поводу коротких экспозиций вполне приложимы и к цифрозеркалкам)
   страничка John Smith, Hidden Loft Observatory
   статья Steve Cannistra, Starry Wonders Astrophotography

[Александр Ростов]

Тут есть ограничение снизу, обусловленное дискретизацией сигнала. Если мы делает маленькую экспозицию и суммарный шум+сигнал в ячейке не превышает одной дискреты оцифровки, то такой сигнал не заригистрируется никогда безотносительно количества кадров.

Вот, я-то чувствую что что-то не то   Т.е. слабые детали (меньше  одной или половины дискреты) не проработаются никогда. Длительные выдержки рулят!

Про SNR, Юрий, спасибо - теперь всё очень наглядно понятно.

[VD]

Интерсный топик. 
http://www.cloudynights.com/ubbthreads/showflat.php/Cat/0/Number/1204385/page/0/view/collapsed/sb/5/o/all/fpart/1/vc/1


Самый интресный пост - Samir Kharusi  на второй странице.

[DenJS]

По поводу темновых кадров - я проводил эксперимент со своим 30d снимал на ISO100/30сек при одной и той же температуре c интервалами в 30 минут.
Каждый раз получал совершенно разную картинку шума. А на ISO1600 это вообще тихий ужас.
Объясните мне какой смысл вычитать этот рандомный шум из реального изображения? Я или недопонимаю чего-то или у меня камера глючная

[Юрий Гилев]

Да не рандомный он....Шум зависит от тепловых полей на сенсоре в процессе съемки.

[DenJS]

От чего он зависит понятно. Я же практически проверил и убедился в том, что на каждом кадре (с учетом *примерно* одинаковой температуры) шум имеет место быть в разных местах и в разном количестве. Или это не так? Если у всех и всегда шум проявляется (при прочих равных) в одних и тех же местах, то логика его вычитания в принципе понятна, но тогда у меня камера глючная, эх...

P.S.
Кстати на счет шумоподавления, не мог бы кто-нибудь дать мне ссылку на на свои RAW снимки и уже обработанные для показа так сказать. Спасибо.

[Павел Бахтинов]

Может кто делал (или сделает и правильно обработает результаты) сравнительный тест вычитания темнового кадра внутренним шумодавом, просто полученным кадром после съемки и после съемки с некоторым итервалом времени (для остывания сенсора). Вот там было бы все наглядно и ясно.

Проделал подобный опыт с Canon-350D.
Было снято 5 темновых кадров подряд с выдержкой по 10 мин каждый. Затем был сделан перерыв на 15 мин, после чего был снят еще один 10-минутный темновой кадр, но уже с включенным шумодавом (long exposure noise reduction - on). Съемка проходила на ISO800 при температуре окр.среды 29^оС (в комнате жарко, отопление "раскочегарили" раньше времени). Учитывая нагрев фотоаппарата в процессе экспозиции, минимальная температура сенсора была в первом кадре, максимальная - в последнем из 5-кадровой серии, а в кадре с шумодавом - какая-то средняя между ними (за 15-минутный перерыв сенсор должен был существенно остыть, но вряд ли до исходной температуры).
Было также получено несколько кадров смещения - bias.

Обработка 5-кадровой серии имитировала обычную методику, применяемую для дип-скай фотографии. Было сделано два варианта обработки: в одном из них первый кадр серии использовался в качестве рабочего, а остальные четыре складывались в master dark (метод - среднее арифметическое), во втором же варианте - пятый кадр, наоборот - рабочий, а первые четыре - master dark. Калибровка производилась в IRIS, для вычитания master dark из рабочего кадра использовалась функция оптимизации темнового тока (dark optimization) по критерию минимума среднеквадратической величины (RMS) шума.
Кадр с шумодавом (т.е. с внутренним авто-вычитанием дарка) никакой обработке не подвергался, для удобства сравнения из него была лишь вычтена константа для приведения к примерно такому же (близкому к нулю) начальному уровню, что и у калиброванных кадров.

Результаты (кропы полученных кадров, преобразованных в RGB) представлены на первой картинке. Слева - калиброванный по классической методике 1-й кадр (с минимальной температурой матрицы), в центре - аналогично обработанный 5-й кадр (с максимальной температурой), справа - кадр с авто-вычитанием дарка в фотоаппарате. Уровни черного и белого на картинке соответствуют диапазону -100...+300ед. (т.е. показано около 1/10 полного 12-битного диапазона яркостей фотоаппарата).

Учитывая вышеприведенные замечания о температуре матрицы, в случае равной эффективности классической методики калибровки по темновому полю и встроенного авто-вычитания дарка (шумодава в фотоаппарате), можно было ожидать, что уровень шума кадра с шумодавом будет занимать промежуточное положение между двумя вариантами "классической" калибровки. Легко видеть, что это не так: кадр с авто-вычитанием дарка проигрывает по шумам обоим "классическим" вариантам, в т.ч. и кадру, сделанному при заведомо более высокой температуре сенсора (RMS шума, вычисленные IRIS, приведены на рисунке).
Правда, обращает на себя внимание заметно большее число неподавленных "горячих" пикселей на кадрах с "классической" калибровкой по сравнению с результатом работы встроенного шумодава. Однако в типовом случае дип-скай астрофотографии подобные дефекты легко устраняются путем совместной обработки нескольких субэкспозиций. На второй картинке показан результат имитации сложения четырех кадров методом сигма-клиппинг (имитации - потому что в данном случае кадр складывался сам с собой, сдвинутым на 10-20 пикселей в произвольных направлениях).

[Павел Бахтинов]

Таким образом, можно сделать вывод, что применение встроенного авто-вычитания дарка в фотоаппарате не является оптимальным не только по соображениям непроизводительных затрат наблюдательного времени, но и по достигаемым при этом результатам (во всяком случае, это касается Кэнона-350D и достаточно длительных выдержек).

Честно говоря, полученный результат не стал для меня неожиданным. Причин этому, на мой взгляд, две.
1) Высокое энергопотребление фотоаппарата в режиме с поднятым зеркалом приводит к тому, что при длительной выдержке съемка темнового кадра для встроенного шумодава никогда не происходит при той же температуре, что и съемка рабочего кадра (сенсор успевает нагреться за время основной экспозиции и остыть за время "темновой"). Функция же оптимизации (подобная имеющейся в IRIS и некоторых других программах), позволяющая компенсировать эту разность температур, разработчиками фотоаппарата, похоже, не предусмотрена...
2) Темновой кадр, кроме регулярной составляющей темнового тока элементов матрицы (ради получения которой он и снимается), содержит еще и случайную шумовую составляющую. Даже в идеальном случае полной компенсации темнового тока эта случайная составляющая, складываясь с рабочим кадром, увеличивает его остаточные шумы. Чтобы свести этот эффект к минимуму, классическая методика калибровки предусматривает съемку нескольких темновых кадров с их последующим усреднением, что, понятно, невозможно для встроенного шумодава.

[VD]

Тогда, наверное,  нужно делать так.  Снимается первый очень длинный кадр - или он темновой или просто ради забавы.  Кадр с поднятым зеркалом.  Это так сказать приведение чипа к рабочей температуре.  После этого снимается кадр нужной длительности и тут же после него снимается кадр темновой.  И так со всеми кадрами суб-экспозиций.  Скорее всего тут разница температур будет минимальной и вычитание темнового кадра из рабочего будет иметь реальный смысл.