Оптимальное ISO для дипскай съемки

[Юрий Торопин]

И я не согласен, что лучший вариант это 1 ADU = 1 e. Это вообще крайне редко получается и часто будет вредить!

А какой тогда лучший вариант? Когда будет вредить?

****

Возвращаясь к моему "намёку" уважаемому Sanni, который снимает на Canon 500D...

Теория:
Достаточно полный список характеристик сенсоров камер можно найти на страничке www.photonstophotos.net.
Для 14-битной Canon 500D unity gain равен ISO204.
Ниже этого ISO снимать не надо, но и сильно выше лезть тоже не надо, поскольку увеличение ISO в 2 раза снижает динамический диапазон тоже примерно в 2 раза.
В таблице указан также "шум считывания" в 2.7е^-. С ходу не нашёл табличку зависимости ISO/шум считывания для Canon 500D, для Canon'ов обычно шум считывания уменьшается с ISO, что кажется относительно важным "для ночных пейзажей" с их относительно коротким экспозициями в десятки секунд (и они ещё и не калибруют снимки  )...

Но...мы-то снимаем дипскай многоминутными экспозициями...
И для нас становиться намного важнее вклад от темнового тока. Не нашёл данных по Canon 500D, но он заведомо порядка или хуже значения темнового тока для D7000, где он составляет 0.5 e-/sec при комнатной температуре.
За 10 мин (600 сек) экспозиции набежит около 300 e^- темнового тока, его шум пропорционален квадратному корню из величины накопленного темнового тока и в этом случает составит порядка 17 е^-, для 20 мин экспозиции шум темнового тока составит ~25 е^-...

Как видим, величина шума считывания составляет заведомо мАлую величину по сравнению с шумом темнового тока - для 20 минут шум считывания на порядок меньше.

Этого мало? Аааа, я же не упомянул ещё и про фон неба , который в большинстве мест набирается куда быстрее, чем темновой ток.
И тоже даёт шум, который во много раз больше шума считывания на любом практическом ISO (выше unity gain ISO)...
И замечу, не уменьшается при снижении температуры окружающего воздуха в отличии от темнового тока...

Все рассуждения для одиночного кадра напрямую  переносятся и на сумму серии снимков. На сумме случайные вклады всех рассмотренных шумов (фона, темнового тока, считывания) усредняться и, в первом приближении, уменьшатся в корень квадратный из числа снимков в серии.

Вот честно всё так просто, можно стремиться минимизировать влияние шума считывания через увеличение ISO - но вы не увидите разницы,
в нормальном дипскае с многоминутными экспозициями шум темнового тока и фона неба всегда на порядок-два больше шума считывания...

При этом на высоких ISO вы будете серьёзно отъедать динамический диапазон и получать обрезанные звёзды-блямбы, где этого можно было бы банально избежать, снимая на ISO, следующим за 200 (ддя Canon 500D).

***
Если и после прочтения вышесказанного кто-то ещё не верит (и я не говорю про владельцев старых 12-битных камер типа Canon 350D, там unity gain ISO как раз чуть больше ISO1000), то просто снимите две 20-минутки на своём сетапе, одну на unity gain ISO, вторую на ISO1600, одинаково растяните их в Пиксе или ином софте - вы удивитесь, но вы не увидите разницы в проработке слабых деталей.

Но при этом на unity gain+ ISO будет куда как меньше "обрезаных" сверху пережжённых звёзд!!!

***
Практика:
фактические измерения по 30 минутной экспозиции, снятой на Майданаке на Nikon D7000, ISO280 + Samyang 135/2 @ f/2

(кликните для показа/скрытия)

median(Bias) ~ 129 ADU;
median(Dark_30мин - Offset) = 861ADU (0,48 e-/sec), шум от накопленного дарка ~29ADU;
Фон неба по каналам за 30 минут, в центре кадра, после вычета дарка и биаса:
   R ~ 1524ADU, соответствующий вклад в шум в канале от фона неба ~39ADU;
   G ~ 2444ADU, соответствующий вклад в шум в канале от фона неба ~49ADU;
   B ~   594ADU, соответствующий вклад в шум в канале от фона неба ~24ADU.

Итого на снимке суммарный шум от темнового тока и минимального фона неба (B канал)  ~53ADU, максимального фона и шума фона (G канал) ~78ADU.

Что заведомо более чем на порядок выше шума считывания Nikon D7000 в 3.2 е^- (столько же ADU на unity gain ISO).

...Дополнительно, я бы не смог делать экспозиции по 30 минут на Майданаке на диафрагме f/2, если бы использовал более высокие ISO, фон бы просто "выгорал".

[Vladimir_91]

Юрий, спасибо за ссылку на характеристики сенсоров, как раз то что я искал! Добавил в закладки. Объяснение очень толковое и понятное, думаю после него у многих должен отпасть вопрос какое исо все таки ставить.

[Rain Dog]

И я не согласен, что лучший вариант это 1 ADU = 1 e. Это вообще крайне редко получается и часто будет вредить!

А какой тогда лучший вариант? Когда будет вредить?

Например когда яма больше чем отсчётов АЦП (яма 25 ке-, а АЦП 14 бит, т.е. максимум 16384), в случае 1е = 1 отсчёт, мы потеряем информацию о ярких объектах. И наоборот, если яма 10 ке-, а АЦП 14 бит, то максимальное значение будет только 10к и вычисления шума будет не настолько точным, как могло бы.

[Serge_ra0]

А если использовать информацию из графика?.

[Юрий Торопин]

Unity gain ISO является лучшим выбором для дипская,
по описанным ситуациям

...когда яма больше чем отсчётов АЦП (яма 25 ке-, а АЦП 14 бит, т.е. максимум 16384), в случае 1е = 1 отсчёт, мы потеряем информацию о ярких объектах.

Это точно, но если нам нужна информация именно _о ярких объектах_, то надо просто сделать выдержку по-меньше и не терять лишнего времени на съёмку.
А вот если хочется, как это обычно и бывает, вытянуть слабые объекты и при этом не пережечь звёзды, то тут без unity gain ISO и без HDR на DSLR не обойтись. Да и на 16-бит астрокамерах при наличии ярких объектов в кадре без HDR никуда.

И наоборот, если яма 10 ке-, а АЦП 14 бит, то максимальное значение будет только 10к и вычисления шума будет не настолько точным, как могло бы.

А вот так не бывает, конструкторы фотоаппаратов понимают про сенсоры и обработку не хуже нас
В зеркалках на большинстве сенсоров яма глубже 20ке- (самая мелкая, что при быстром просмотре увидел в таблике - Canon EOS 50D с ямой 17,264 е-), для них всех невозможна гипотетическая ситуация, описанная Вами.
Там, где "яма" мельче (беззеркалки, "цифромыло"), конструкторы абсолютно корректно используют 12 бит АЦП.

***
Коллеги, мы можем бесконечно придумывать какие-то "особые" "граничные случаи" (типа пережёга ярких объектов на unity gain ISO в дипскае),
но это никоим образом не отменяет мои основные выводы,
выбирать для съёмки дипская
     чувствительность == unity gain ISO,
     продолжительность выдержек = максимальная из практически доступных и реализуемых.

А дальше продолжиться самое интересное...

Многие прочитают - и продолжат снимать дипскай на ISO 1600 выдержками по 5 минут

[Sanni]

Многие прочитают - и продолжат снимать дипскай на ISO 1600 выдержками по 5 минут

Не знаю кто и как снимает, но я исо800 снимаю и буду снимать, но возможно в некоторых случаях поставлю 400, только в некоторых!

[Sanni]

ISO800 в дипскае вас сразу банально дисквалифицирует...

если бы не обратил внимание на это сообщение, то небыло бы тут вселенских споров про исо.

[mo]

ISO800 в дипскае вас сразу банально дисквалифицирует...

если бы не обратил внимание на это сообщение, то небыло бы тут вселенских споров про исо.

Ещё и с аргументацией 30-минутками на старший никон

[Sanni]

раз уж Юрий Торопин советует снимать на слабые ISO200, то и выдержка должна быть в районе 20 минут на каждый кадр
снимаемого объекта. Будь у меня весь сетап в астробудке, и спокойно туда приезжал, то я бы конечно же снимал так какой
нибудь один объект не спеша несколько ночей, но этого нету, всё происходит далеко не спокойно, поэтому одна ночь=1 объект.
Прошу меня понять!

[mo]

одна ночь=1 объект.

Отличное правило!

Мне б такую выдержку. Я снимал по 2...10 объектов за ночь. Получалось так себе
Но было интересно.

[Sanni]

Только летом, когда ночи очень короткие, можно и две-три ночи=1 объект

[Юрий Торопин]

Многие прочитают - и продолжат снимать дипскай на ISO 1600 выдержками по 5 минут

Не знаю кто и как снимает, но я исо800 снимаю и буду снимать, но возможно в некоторых случаях поставлю 400, только в некоторых!

    Что и требовалось доказать!

раз уж Юрий Торопин советует снимать на слабые ISO200, то и выдержка должна быть в районе 20 минут на каждый кадр снимаемого объекта.

Вывод неправильный, на выдержках в 5-10 минут математика та же самая, вы не увидите выигрыша при использовании ISO выше unity gain ISO, а динамический диапазон потеряете.
Проверяется на раз, вам надо будет только сделать корректное сравнение и просто поверить своим глазам...

Ещё и с аргументацией 30-минутками на старший никон

Олег, вброс не засчитан, ну сколько можно, ты мозг-то включи...
Nikon D7000 - это НЕ СТАРШИЙ Никон, и не последняя "кропнутая" модель в семействе (но замечу, что по квантовой эффективности и динамическому диапазону он существенно выигрывает у современных кропнутых Canon'ов, да и Никонов, во многом являясь наилучшим выбором),
уровни шумов от темнового тока и фона неба на 30-минутке всего лишь в 2 раза выше, чем при 7,5-минутных экспозициях,
так что и для 5-10 минутных экспозициях все выводы остаются в силе...

***
Зачем спорить с очевидным? Биться головой о стену, есть кактусы?! 

Я по теме сказал всё, что мог. Доступными словами. Дальше каждый решает сам для себя.

***

Но хотелось бы обратить внимание общественности на различие между информационным шумом и Знаниями.

Я представляю вам Знания, те самые ценные крупицы настоящего Знания, которое не возможно оспорить.
У вас есть шанс выйти из своей зоны комфорта, научиться новому и начать применять его на практике для улучшения ваших результатов.

Но вокруг слишком много бесконечного информационного шума, болота, которым завален и этот форум, и CloudyNight, и т.п.
Вбросов, словоблудия людей, которые не понимают, о чём говорят, их каких-то смешным, жалких отсылок к их собственной "самости" и "особенности".
Продолжая в том же духе вы мешаете многим участникам форума отделять "зёрна" (Знания) от "плевел" (ничего не значащего информационного шума).

Ну что ж, *** болтать - не мешки ворочать

[mo]

Олег, вброс не засчитан, ну сколько можно, ты мозг-то включи...

Ну нифига себе прикол
Для тебя нормальна такая манера публичного общения?

Ты сейчас пытаешься донести истину до окружающих или обидеть окружающих? Разберись с целями, стоящими перед тобой, пожалуйста.

[Юрий Торопин]

... Ты сейчас пытаешься донести истину до окружающих или обидеть окружающих? Разберись с целями, стоящими перед тобой, пожалуйста.

Это не прикол, а прямое сообщение о том, что пустопорожний троллинг - также не лучшая манера общения.

Я делюсь своими знаниями,
и - немножко, попутно - сообщаю части "окружающих", что их троллинг и вбросы без минимальной доли информации имеют нулевую ценность, являются "шумом".
Но при этом могут иметь негативные последствия, поскольку могут субъективно девальвировать ценность знаний для публики, поставить их под сомнения безо всяких оснований на то...
Не согласен?

С моими целями всё понятно?

А что с твоими?
К чему все эти вбросы? Какие цели ТЫ преследуешь?
Есть что сказать по теме - скажи, есть другая теория - приведи и докажи её.
Я лично всегда рад узнать что-то новое и попробовать его на практике.

[Sanni]

 

[Astrolighter]

Сначала:

"Зачем спорить с очевидным? Биться головой о стену, есть кактусы?!...  Я представляю вам Знания, те самые ценные крупицы настоящего Знания, которое не возможно оспорить".

А потом:

"Я лично всегда рад узнать что-то новое и попробовать его на практике".


И как это сочетать?) То ли у нас тут Мессия, который несёт "настоящие Знания", которые "невозможно оспорить", то ли всё-таки человек здравый,  готовый к дискуссии, который "рад узнать что-то новое". Непонятно.  Но та форма в которой Пророк подаёт свои откровения вызывает отвращение у здравомыслящих людей независимо от того прав он в итоге или нет.

[Юрий Торопин]

По теме есть что сказать?

[mo]

Я был бы тебе очень признателен, если бы ты (ЮТ) смог абстрагироваться и обсудить технические моменты без жирных эмоциональных текстов и унижений собеседника.


Я буду признателен, если кто-то внесёт корректуры в мои выводы.

Вводные:
1. очень важно понять, что нельзя применять данные, полученные на коротких выдержках для длинных. Так же имеет значение и обратный случай. Нельзя анализировать 30 минутные снимки и делать обобщение на пятиминутки;
2. важно понимать, что старшие камеры работают иначе, чем дешёвые четёрёх и трёхцифрерные кэноны.

Принципы формирования шума (и SNR) не меняются, но меняется долевое участие компонент в формировании итоговой картинки.

Обычно, начинающие астрофотографы, купив кэнон, снимают 5, редко 10 минут (чем гордятся после пятиминуток). Дальше начинаются гуляния внешнего гида, неумение выставить полярку достаточно точно, отсутствие ветрозащиты - факторы, мешающие поднять выдержку до бесконечности.
Само собой, эти факторы можно преодолеть. Но изначально была речь про снимок Александра (21 по 5 минут). Обычные рабочие пятиминутки астрофотографа на ньютоне в середине пути.
Поэтому я анализирую только пятиминутки, только на младшие кэноны. См. вводные. Другие кадры на других камерах требуют отдельного анализа.

Когда я снимал на Canon 450da, я проводил небольшое исследование. Снимал двухминутными кадрами. Конечно, исходя из п.1. выше, это не даёт 100% корректный ответ для пятиминуток. Тем более, исходя из п.2. вводных, это не даёт 100% корректный ответ для Canon EOS 500Da. Нужно провести исследование именно на 500ке, именно на пятиминутках, чтобы дать точный ответ.

И всё же, я смею надеяться, что общие выводы моего мини-исследования в целом совпадут, будут разниться лишь точные цифры.

По совету Юрия, в 2010м году я не на долго включил мозги. Здесь подробности:
http://www.starlab.ru/showpost.php?p=354691&postcount=2131
http://www.starlab.ru/showpost.php?p=355254&postcount=2159

Так же, хочу обратить внимание на моё начальное сообщение и сообщение от 4D, в которых говорится, что ДД важен, но в дипскай астрофото есть достаточно много сцен, не ставящих высокие требования к ДД. Плюс есть техники его повышения, отличные от уменьшения ISO (gain).


Из чего строится шум итогового кадра:
1. темновой шум.
2. шум считывания;
3. фотонный шум (шум фона / неба, шум сигнала);

Подробней:

1. Темновой шум.
Является условно постоянной составляющей. При грамотной калибровке почти не влияет на итоговый кадр. Чем ниже температура, тем меньше темновой шум, тем проще калибровать. Чем стабильней температура, тем проще калибровать. Использование термонестабилизированных камер допускает достаточно хорошую калибровку за счёт оптимизации дарка.
Считаем этот тип шума несущественным для анализа

2. Шум считывания.

Анализ почти всех известных мне камер говорит о том, что шум считывания уменьшается с повышением ISO (gain) до определённого предела. Потом он замирает на одном значении и порой может повысится на сверхвысоких усилениях .

Это страница с графиком уменьшения шума считывания с повышением gain (до определённого предела):
https://astronomy-imaging-camera.com/products/usb-3-0/asi290mm-cool/
Тут можно любую камеру выбрать, графики похожи.

Здесь про кэноны и не только
http://www.sensorgen.info/
Те же графики, только в числах.
На сайте есть опечатки, но в основном информация верна.
Плюс сайт, данный Юрием.

Теория этого повышения SNR от ISO уже объяснена выше. Но повторюсь, хуже не будет.
Шум считывания есть всегда и он боль-мень константен. Он формируется на этапе считывания (отсюда и его название). Дальше идёт усиление (gain или ISO) и оцифровка усиленного. Тем самым меняется масштаб сигнала и шума. Но шума не всего, а всего за вычетом шума считывания, т.к. он не менялся от изменения множителя усиления.

Тем самым, чем выше усиление, тем меньше вклад шума считывания в общий шум. Конечно же, на высоких усилениях начинают превалировать другие шумы. Поэтому ISO400 -> ISO800 на моём 7D даёт большой прирост, а ISO3200 -> ISO6400 - почти никакой. А порой и наоборот, ухудшает SNR за счёт возросшего шума усилителя и АЦП, например.

Шумы и оптимальные режимы съемки Canon 350D туда же

Похожем образом работают EMCCD и ФЭУ. Они умножают сигнал до его считывания, тем самым уменьшая роль шума считывания практически до нуля (доли электронов).

3. Фотонный шум.
Фотоны - не биты в компьютере, не чёткие "да" и "нет". Они, в определённых пределах, меняют своё состояние, вызывая хаотичные отклонения от регистрируемого значения даже в идеальном приёмнике (шум). Как обычно в этой теме, шум равен корню из числа.
Чем ярче сцена, чем длительней экспозиция, чем засвеченнее место астросъёмки - чем больше света в кадре, тем больше влияние фотонного шума. Он подавляет и недокалиброванный темновой (копейки), он подавляет и шум считывания (рубли).

От него не уйти и не скрыться. Он есть всегда и нам остаётся лишь понять, насколько существенный вклад вносит от в общую картину шума именно пятимиунтного кадра, именно ньютона моего или Александра, именно в месте наблюдения, в ту ночь наблюдения и в том участке неба.

Если фотонный шум зашкаливает (30 минутка даже на тёмном небе. Или короткий кадр в городе), то пп.1-2 можно пренебречь. И тогда, действительно, лучше снимать на "нативном" ISO. С оговоркой, озвученной Антоном (Rain Dog), касательно использования ямы и разрядности АЦП. Но если ради астросъёмки выбрано тёмное место без Луны, снимаем не сверхсветосильным объективом, а ньютоном 200...250 f4..5, то фотонный шум важен, но не полностью забивает шум считывания.

Выше я показал пример двухминуток по М31 на реальном небе моей прошлой Подмосковной обсерватории. Шум считывания в моём случае играл важнейшее значение. А он, согласно всем озвученным выше источникам, на Canon EOS 450 Da уменьшается при переходе на высокое ISO (200->400->800->1600).


Исследования Павла Бахтинова на 350ке и моя "лабораторка" на 450, возможно, устарели. Я не думаю, что на 500м фотике компания Canon сделала ах какой неслабый прорыв по сравнению с 450кой. Но допускаю это. На новых камерах шум считывания падает и, соответственно, падает прирост, даваемый повышением ISO. Для 6d или 5d3 я могу предположить (и проверить), что повышение ISO с нативного до двойного даёт лишь единицы процентов прироста SNR при двойном уменьшении ДД. Но для 450ки разница фатальна. А из переделанных кэнонов у меня именно эта камера.

Объяснение очень толковое и понятное, думаю после него у многих должен отпасть вопрос какое исо все таки ставить.

Объяснение толковое. Но однобокое, к сожалению. Сделаны другие вводные, получены другие выводы. Которые нельзя применять к обсуждаемому случаю.

[PavelGhost]

раз уж Юрий Торопин советует снимать на слабые ISO200, то и выдержка должна быть в районе 20 минут на каждый кадр
снимаемого объекта. Будь у меня весь сетап в астробудке, и спокойно туда приезжал, то я бы конечно же снимал так какой
нибудь один объект не спеша несколько ночей, но этого нету, всё происходит далеко не спокойно, поэтому одна ночь=1 объект.
Прошу меня понять!

Да каким образом выдержка связана с ИСО ?
Сколько фотонов пиксель может зарегистрировать - столько и зарегистрирует - это от ИСО никак не зависит.
От Исо зависит:
1)Шум считывания - которым на больших (для определенности скажем более минуты) выдержках уже можно пренебречь по причине наличия фона неба и темнового шума , к тому же не забываем про калибровку Биасами и Дарками.
2)Сколько отсчетов АЦП пойдет на пиксель в Рав, поднимая ИСО выше нативного мы тупо пишем бОльшее значение на один пойманный электрон.
В том числе и умножая шумы.
И главное - складывая много кадров мы в итоге получаем уменьшение шумов, то есть ДД расширяется вниз - то есть хоть миллион кадров на Canon500D ИСО 800 не дадут ДД шире 12бит.

[mo]

1)Шум считывания - которым на больших (для определенности скажем более минуты) выдержках уже можно пренебречь по причине наличия фона неба и темнового шума , к тому же не забываем про калибровку Биасами и Дарками.

Ключевое, пожалуй. Именно что до определённого предела. Поэтому и нужно анализировать именно пятиминутки, именно на том небе, именно в тот телескоп. А не 30 минутные кадры на другом фотоаппарате с и без того меньшим шумом считывания.