О пользе и вреде часовых выдержек

[Юрий Торопин]

...
Вот пример аналогичного исследования по выбору оптимальной экспозиции: http://www.hiddenloft.com/notes/SubExposures.pdf
....

Ох уж этот вопрос про "оптимальные" экспозиции - он настолько могуч, что всплывает из небытия с завидной регулярностью.

По поводу упоминаемой статьи и формулы из неё - см., например, тут и обсуждение в нескольких сообщениях выше в той теме. Формула вовсе не описывает никакую "оптимальную" экспозицию, а лишь минимально необходимую для достижения заданных в статье критериев.

По поводу длительности экспозиции - для регистрации слабого объекта нам важно только соотношение S/N, сигнал к шуму. Обычно удаётся зарегистрировать объекты при соотношении S/N от 1 и выше. На длинных экспозициях и малошумящих камерах ШУМ (N) фона неба растёт как корень квадратный из экспозиции, СИГНАЛ (S) от объекта же линейно зависит от времени.
Соответственно, S/N растёт как корень квадратный от времени. Точка. Длиннее экспозиция - слабее объекты фиксируем.

На практике же длительность экспозиции ограничивается множеством факторов, часть из которых описана выше onwlad'ом.

...
Основные соображения по широкополосным субам:
1. 20 минут заметно легче получить. Выше вероятность, что не прийдет шальное облачко, выпадет роса или наступит рассвет...
2.  Для алгоритмов сложения сигма-клиппингом  желательно хотя бы десяток кадров, но совсем будет уже хорошо, чтобы их было порядка 25-30 штук. Тогда и этот бл. жирный спутник наискосок через весь кадр не имеет никакого значения.
3. При съемке относительно ярких объектов на фоне МП или при наличии большого числа ярких (8-10 зв. величины) в кадре может показаться, что и 20 минут то много - яркие звезды начинают безбожно пухнуть и количеством забивать туманность.

Каждый астрофотограф сам себе злобный Буратино, определяющий себе процесс.
...

[hyperion]

а как же ETTR?

как я понял из этой методики "чем больше выдержка тем лучше, главное чтобы клиппинга не было"

[Alex1967]

Помнится читал я в школе книжечку, ещё советскую, по астрофото, так там говорилось, что из-за фона неба предел выдержки таки есть. Если бы его не было, то снимать можно было бы и днём. 
В общем всё, что ярче фона может быть сфотографировано, а то что ниже нет. Далее в зависимости от параметров оборудования (определяет предельное время выдержки) и параметров свечения неба (определяет, что может быть сфотографировано) определяется предельная выдержка. Где-то она может быть час, а где-то 5 мин.
Собственно мой практический опыт пока показывает правильность этого вывода.

[Opossum]

в советской книге не писалось о том, что выдержек может быть несколько для одного объекта.
Типа намёк

[Alex1967]

Там как раз рассказывалось как складывать изображения с нескольких фотопластинок. 
Если у вас сигнал от объекта меньше уровня шума, то вы его не увидите сколько бы не складывали - шум тоже будет складываться.  Тоже - типа намёк.

[Юрий Торопин]

Если у вас сигнал от объекта меньше уровня шума, то вы его не увидите сколько бы не складывали - шум тоже будет складываться.  Тоже - типа намёк.

В корне неверное утверждение.
Намёком на намёк, - шум случаен, сигнал нет, про изменение S/N при увеличении экспозиции см. несколькими сообщениями выше.

Именно из-за этого так разительно отличается результат экспозиции в 15 секунд, на котором объект (туманность, галактика) и слабые звёздочки попросту теряются в шумах и не видны, т.е. сигнал ниже уровня шума, S/N<<1, и 15 минутная экспозиция, где уже многие объекты и слабые звёзды будут видны во всей красе, S/N>1...

Аналогично и при сложении серий снимков, шум усредняется и уменьшается, сигнал сохраняется, S/N растёт как корень квадратный из числа сложенных снимков. То, что не видно на одном снимке, отлично проявится на сумме.

а как же ETTR? ...

Это вообще не в тему.
Если я правильно понял мысль автора статьи, то снимки на зеркалках для хорошей проработки неба должны быть ХОРОШО экспонированы, гистограмма при просмотре на фотике должна доходить до правого края экранчика (Expose To The Right), - запоздалое открытие любителя о том, что на экранчике показывается нелинейно обработанная гистограмма соответствующего JPEG'a после гамма-растяжения.

Основной вопрос этой ветки - что даст лучшее соотношение S/N при одинаковой общей продолжительности съёмки, серия из более коротких или более длинных экспозиций? Снимать 10 минутками или 30 минутками? Мой ответ - для проработки слабых объектов нужно стремиться к максимально длинным практически реализуемым экспозициям, на которых фон неба не будет выше 10-15% "глубины ямы" камеры. Т.е. на 16-битных камерах фон до 10.000 ADU вполне приемлем, конечно, если это не утреннее небо .

[Александр Ростов]

В общем всё, что ярче фона может быть сфотографировано, а то что ниже нет.

Юрий как обычно чётко всё расписал. Добавлю лишь один момент, который почему-то редко где упоминается: фон можно просто вычесть. Как константу. И всё! Так что уровень фона еще ни о чем не говорит. Реально создает проблем лишь пуассоновский шум фотонов, который от него остается, но при сложении и он уходит пропорционально корню... далее по тексту (см. выше).

[passer_by]

Основной вопрос этой ветки - что даст лучшее соотношение S/N при одинаковой общей продолжительности съёмки, серия из более коротких или более длинных экспозиций?  Мой ответ - для проработки слабых объектов нужно стремиться к максимально длинным практически реализуемым экспозициям, на которых фон неба не будет выше 10-15% "глубины ямы" камеры.

Ну вот и все, что я хотел понять из всей этой темы и своих рассуждений. Уводим фон неба за темновые шумы матрицы. Дальнейшее увеличение времени экспозиции просто приведет к неоправданному пережогу ярких объектов и потеря цвета на них. На счет 10-15%, тут можно немного уточнять, так как на разных настройках матрицы, установка оффсета (в разумны, естественно, пределах) немного двигает эту границу туда сюда.

[Юрий Торопин]

... Уводим фон неба за темновые шумы матрицы. Дальнейшее увеличение времени экспозиции просто приведет к неоправданному пережогу ярких объектов и потере цвета на них. ...

Немного не так.
Слабые объекты не вытянешь без действительно длинных индивидуальных экспозиций.

Для увеличения же динамического диапазона, против пережога есть проверенное средство - HDR.

Опять же из своего опыта скажу, что наиболее просто HDR делать (в PixInsight'e), выбирая коэффициент x4 между экспозициями для HDR, например 1 - 4 - 16-минутки.

[Alex1967]

Если у вас сигнал от объекта меньше уровня шума, то вы его не увидите сколько бы не складывали - шум тоже будет складываться.  Тоже - типа намёк.

В корне неверное утверждение.
Намёком на намёк, - шум случаен, сигнал нет, про изменение S/N при увеличении экспозиции см. несколькими сообщениями выше.

Именно из-за этого так разительно отличается результат экспозиции в 15 секунд, на котором объект (туманность, галактика) и слабые звёздочки попросту теряются в шумах и не видны, т.е. сигнал ниже уровня шума, S/N<<1, и 15 минутная экспозиция, где уже многие объекты и слабые звёзды будут видны во всей красе, S/N>1...

Аналогично и при сложении серий снимков, шум усредняется и уменьшается, сигнал сохраняется, S/N растёт как корень квадратный из числа сложенных снимков. То, что не видно на одном снимке, отлично проявится на сумме.

Основной вопрос этой ветки - что даст лучшее соотношение S/N при одинаковой общей продолжительности съёмки, серия из более коротких или более длинных экспозиций? Снимать 10 минутками или 30 минутками? Мой ответ - для проработки слабых объектов нужно стремиться к максимально длинным практически реализуемым экспозициям, на которых фон неба не будет выше 10-15% "глубины ямы" камеры. Т.е. на 16-битных камерах фон до 10.000 ADU вполне приемлем, конечно, если это не утреннее небо .

Вы не внимательно читали мой пост. Под шумом я имел ввиду фон неба. Если фон неба для вас не проблема, то снимайте днём - не ждите ночи. 
Ещё раз - вычесть фон неба можно, но если сигнал от объекта меньше фона, то он тоже будет вычтен и вы ничего не увидите сколько бы не складывали.

[Юрий Торопин]

Вы не внимательно читали мой пост. Под шумом я имел ввиду фон неба. Если фон неба для вас не проблема, то снимайте днём - не ждите ночи. 
Ещё раз - вычесть фон неба можно, но если сигнал от объекта меньше фона, то он тоже будет вычтен и вы ничего не увидите сколько бы не складывали.

Повторюсь,

В корне неверное утверждение.

или заблуждение, как хотите...
Поверьте, я читал очень внимательно, чего никак нельзя сказать о Вас. 
    

 

[Александр Ростов]

Ещё раз - вычесть фон неба можно, но если сигнал от объекта меньше фона, то он тоже будет вычтен и вы ничего не увидите сколько бы не складывали.

https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,131908.msg3299366.html#msg3299366

[passer_by]

В корне неверное утверждение.

При всем моем уважении, все таки достаточно спорное утверждение. Ну и это, наверное, off-top в этой теме. "Можно ли вытянуть объект ниже фона" - такую тему надо
Возможно здесь просто идет подмена понятий, определений. Что такое фон неба на суммарном кадре и что такое сигнал от объекта там же. Если на результирующем изображении виден объект - сигнал однозначно выше фона. Иначе мы бы его не видели. По ссылке уважаемого Александра Ростова следующий пост от Антона, 4D, на мой взгляд, все прекрасно объясняющий - https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,131908.msg3299517.html#msg3299517 - фон неба несколько гуляет и и на n_ом количестве кадров объект все таки прорывается сквозь фон.
Вот и вопрос - что считать фоном....

[Юрий Торопин]

... Если на результирующем изображении виден объект - сигнал однозначно выше фона. Иначе мы бы его не видели. ...

Это не так, сигнал может быть многократно ниже уровня фона, поскольку

... для регистрации слабого объекта нам важно только соотношение S/N, сигнал к шуму. Обычно удаётся зарегистрировать объекты при соотношении S/N от 1 и выше. ...

Под шумом понимается "шум фона", если сигнал от объекта сравним или выше "шума фона", то такой объект будет отождествляться.

Сумма "сигнал + фон" конечно же выше "фона", а вот сам сигнал после вычитания среднего значения фона может быть многократно меньше того самого среднего значения фона.

Для детектируемости важно лишь отношения S/N, не "сигнал к фону".

Я стараюсь быть максимально аккуратным в формулировках, у меня в сообщениях нет "подмены понятий, определений". Фон это фон, сигнал - это сигнал, шум фона - это пуасоновский шум фона, порядка корня квадратного от величины фона.

[Alex1967]

"Сумма "сигнал + фон" конечно же выше "фона", а вот сам сигнал после вычитания среднего значения фона может быть многократно меньше того самого среднего значения фона."

Вопрос: почему никто не снимает днём? Можно снять днём, сложить сигнал и вычесть фон - шедевр готов, а ночью поспать можно. 
 

[Opossum]

Можно и днём. Но долго получится. Мы ищем простые пути - снимаем ночью.
Юрий Торопин - человек квалифицированный (Физфак МГУ)- вроде бы объяснил и математику, и термины...


Понятно, что дневное небо - крайний, почти что вырожденный случай.. Но математика везде одна!
Вспомните, как складываются графики функций (это школьный курс). А про осреднение случайного шума Юрий всё уже сказал. При кол-ве кадров ->бесконечности, шум->к нулю, а фон (фон+его шум) превращается в константу (пьедестал), которую можно просто вычесть.

[Alex1967]

Ну, если форум почитать, то тут много квалифицированных физиков найти можно. Кто-то доказывает, что длительные выдержки не нужны - снимай много коротких и будет тебе счастье. Другие говорят - чем длиннее, тем лучше... Мой опыт показывает, что есть оптимальная выдержка для каждого объекта-оборудования-засветки, а всё остальное теория. Но теорию на хлеб не намажешь, так что если сможете показать, например, что 3-х часовая выдержка лучше, чем 3 по часу, то тогда все сомнения отпадут в вашей правоте сами собой.

[4D]

Кто-то доказывает, что длительные выдержки не нужны - снимай много коротких и будет тебе счастье.

Да вроде такого никто не говорит. Говорят "снимай максимально доступными длинными выдержками, а потом набирай этими кадрами статистику". Т.е. снимай "больше да лучше". Или более точно "длиннее и больше (кадров)".

Вопрос: почему никто не снимает днём?

Потому что фон здоровенный. Представьте, что у вас есть бак для воды, а сверху в него капает подкрашенная жидкость. Ваша цель — собрать как можно больше этой жидкости. Но дело осложняется тем, что туда же капает и вода, занимающая объём бака.
Объём бака ограничен, т.е. мы не можем поставить бесконечно большую экспозицию. Днём поток посторонней воды огромен, за это время красителя накапает с гулькин нос. Т.е. придётся набрать "триллионы" кадров с короткой выдержкой, т.к. длинную мы не сможем поставить из-за пересвета матрицы. Или, как говорят профессионалы, "глубина ямы" вся будет заполнена посторонней засветкой, а сигнала от собственно звёзд будет шиш да маленько.
Ночью же ситуация меняется, и поток посторонней воды практически пересыхает, оставляя нас практически наедине с полезным сигналом. И тут уже можно оторваться по полной, ставя максимально доступную выдержку. Такую, чтобы и пережога не было (яма/бочка не переполнялась) и количество сигнала (красителя) было максимально.(Всякие несоосности, гнутия, ошибки ведения и т.п. — туда же, в ограничения.)

Вроде как-то так.
Да, на дневных фото можно, как уже сказали:

При кол-ве кадров ->бесконечности, шум->к нулю, а фон (фон+его шум) превращается в константу (пьедестал), которую можно просто вычесть.

Только таких кадров действительно придётся бесконечность набрать.

Но теорию на хлеб не намажешь, так что если сможете показать, например, что 3-х часовая выдержка лучше, чем 3 по часу, то тогда все сомнения отпадут в вашей правоте сами собой.

Так ведь было же уже вот тут. И свои экзерсисы я тоже тут выкладывал когда-то. Это правда было до зеркалки, снято на мыльницу и больше в тему "почему астрофото надо снимать в RAW",но пусть тоже будет.

[ogre]

Для начала неплохо определить ISO единичной чувствительности - когда каждая капля (фотон), падая в бак, накидывает одну единичку в регистр. Потом можно поиграть немного туда - сюда, потому как у АЦП могут быть свои причуды на сей счет.

Вообще сравнение ячейки сенсора с баком очень точное. Правда, может бак - слишком много. Стакан - самое оно  В общем случае наилучший результат будет если в среднем по матрице стаканы будут наполнены наполовину.

[Александр Ростов]

"Сумма "сигнал + фон" конечно же выше "фона", а вот сам сигнал после вычитания среднего значения фона может быть многократно меньше того самого среднего значения фона."

И что? Уже несколько раз ответили, как поступать в таких случаях.

Вопрос: почему никто не снимает днём? Можно снять днём, сложить сигнал и вычесть фон - шедевр готов, а ночью поспать можно. 

Потому что в этом случае происходит быстрое насыщение сенсора (об этом речи пока не было – это совсем другой случай). Если бы матрицы давали делать часовые выдержки днём при прочих равных, можно было бы попробовать.

Кто-то доказывает, что длительные выдержки не нужны - снимай много коротких и будет тебе счастье.
...
Но теорию на хлеб не намажешь

На практике "много коротких" (планетная съемка дипскайных объкектов), это техника, направленная на получение максимального разрешения. Слабые детали объектов при этом недоступны, поэтому так снимают в основном яркие объекты – шаровые скопления, планетарные туманности, М42 и т.д. Именно поэтому же не снимают днём – нет возможности делать длинные выдержки.

p.s.: Нельзя сказать что в целом лучше – длинные и короткие. Нужно просто понимать происходящие процессы и уметь ими управлять для достижения необходимых результатов.