Выбор гейна, офсета, iso, выдержки etc.

[Дмитрий Маколкин]

Пережигать, в случае необходимости, можно канал яркости, не теряя информацию о цвете.

Сможете объяснить подробнее?

Простейший пример.

1. Открываете в фотошопе цветное изображение
2. Делаете копию изображения в новом слое, режим наложения слоя - Luminocity.
3. Верхний слой можно обесцветить и выполнять с ним необходимые преобразования гистограммы, повышать резкость и пр. Цвет будет взят из нижнего слоя, манипуляции с верхним слоем на нём не скажутся.
4. Можно дополнительно подавить шумы нижнего слоя, шумоподавлением или даже простым легким размытием, снижение его резкости не скажется на общей резкости картинки, за неё в большей степени отвечает канал яркости, т.е. в нашем примере - верхний слой.

[PavelF]

Дмитрий, большое спасибо! Возьму на вооружение.

[PavelF]

Зато смотрите какую я вам штуку нарисовал.

Из этой штуки, сразу следует другой вопрос.

С помощью методики, мы получили одиночный кадр с неким SNR, оптмальным для нашего неба, и камеры. Этот кадр обеспечивает возможность отделиить минимально слабый сиглал от шумов. Более слабые сигналы выделить из шума уже невозможно, поскольку они не различимы. Мы делаем серию таких кадров для того чтобы увеличить SNR для этого минимального сигнала? Или есть надежда выделить еще более слабые сигналы, растворенные в шумах на одиночном кадре?

Предполагаю, что зависимость итогового SNR от кол-ва кадров серии не линейна. А какая? Есть ли некий разумный предел для общего кол-ва кадров или рост качества изображения бесконечен?

[diant]

С помощью методики, мы получили одиночный кадр с неким SNR, оптмальным для нашего неба, и камеры.

Павел, это неверно. Мы оптимизируем не SNR одиночного суба, а SNR суммы с фиксированной интегральной длительностью. Мы пляшем от такой печки: вот у нас есть 3 часа - как выжать из них максимум в своих реальных условиях. Нам не важны оптимизации SNR, ДД и т.д. одиночных субов - но только конечного результата.

Мы делаем серию таких кадров для того чтобы увеличить SNR для этого минимального сигнала?

Да.

Или есть надежда выделить еще более слабые сигналы, растворенные в шумах на одиночном кадре?

Конечно! Увеличивая общую длительность N.
Весь секрет в том, что с увеличением общей длительности съемки сигнал растет линейно, а шумы - как корень.
Удвойте N до 4N - и ваш сигнал вырастет вчетверо, а шум - только вдвое. Тут и ответ на ваш следующий вопрос (про нелинейность).

Да, конечно, чем длиннее общее время накопления, тем более слабые объекты мы достаем, но заивисмость получается не линейная, а "коренная" (степенная с показателем 1/2).
В частности, чтобы поднять проницание на 1m, приходится удлинить общее время N в 6,25 раз.

Есть ли некий разумный предел для общего кол-ва кадров или рост качества изображения бесконечен?

В принципе предела росту качества не существует. Именно по этой причине на нашем форуме присутствуют люди, готовые многие ночи подряд посвящать одному объекту, даже не удаленно, да еще и на выездах.

[PavelF]

Картина в моей голове все больше начинает прояснятся. Спасибо Антон!

Правильно ли я понимаю, если мы к примеру, уменьшаем гейн, то можем компенсировать потерю SNR отдельного кадра, кратным увеличением количества кадров в серии? И вопрос в данном случае сводится к эффективности потраченного суммарного времени на экспозицию?

[diant]

Правильно ли я понимаю, если мы к примеру, уменьшаем гейн, то можем компенсировать потерю SNR отдельного кадра, кратным увеличением количества кадров в серии? И вопрос в данном случае сводится к эффективности потраченного суммарного времени на экспозицию?

Yes, yes, yes!
Павел. Я вот что вообще подумал. Ведь все что я тут пишу - простое следствие всего одной формулы. Практически все. И вы бы могли сами себе все это написать и все вывести, если бы эта формула была у вас выбита на корке (как когда-то это сделал я на своих мозгах). Только у меня со временем она уже настолько подзатерлась, что я вижу перед своими глазами скорее не ее саму, а только ее суть - все остальное стерли время, ветер и дождь.

Эту формулу мне сейчас проще вывести заново, чем написать по памяти, чего и вам бы советовал. И я даже видел, как иногда тут на форуме проскакивают ссылки на статьи с этой формулой, хотя многие от нее отворачиваются и даже называют такие статьи сомнительными. Но она - всё! В ней вся суть. Особенно если вы понимаете, как она выводится. Я сейчас не поленюсь и найду ее где нибудь. А вы уже тоже не поленитесь и выведите ее сами - это раз и навсегда снимет с ваших глаза пелену "волшебства" со всех этих гейнов, выдержек и прочих крутилок этого увлекательного ящичка под названием астрофотография.

Так, вот я сейчас не ленюсь.... ищу ... ищу... нашел!!!
Вот она (здесь она под номером 2 идет, после слова "Therefore", а под номером 1 - она же для одиночного суба).
Только она одна вам и нужна. Если вы ее (сейчас сорвусь и перейду на этот бездушный совр. слэнг) выкурите до последней травинки - всё. У вас больше не останется ко мне вопросов. Я ведь больше ничего и не знаю.

Вот здесь она же, на 2-й странице.

Вот тут она тоже есть - ближе к концу.

Вот здесь она тоже есть и подробно обсуждается.

[warbird]

Вот еще подробно и доходчиво, но исключительно для тех кто этим интересуется - https://www.cloudynights.com/articles/cat/articles/astrophotography/finding-the-optimal-sub-frame-exposure-r1571

[diant]

warbird, спасибо! Да на клаудях тоже очень основательно все разжевывается, даже чересчур.
Тут главное в куче формул суть усмотреть. А она кмк всего в двух истинах заключена: (1) "SNR решает все" и (2) "независимые шумы складываются в ортогональных пространствах" (многомерная теорема Пифагора).

[PavelF]

Если вы ее (сейчас сорвусь и перейду на этот бездушный совр. слэнг) выкурите до последней травинки - всё.

К сожалению, Антон, мой английский не достаточно хорош, чтобы на нем разбирать непонятный мне материал. Но я попробую.

[mo]

Весь секрет в том, что с увеличением общей длительности съемки сигнал растет линейно, а шумы - как корень.

Не так. Сигнал не меняется. Шум уменьшается в корень от кол-ва кадров. Т.о. увеличивается SNR.

В принципе предела росту качества не существует. Именно по этой причине на нашем форуме присутствуют люди, готовые многие ночи подряд посвящать одному объекту, даже не удаленно, да еще и на выездах.

"В принципе" - нет.

А в реальности ж функция ассимптотически приближается к своему пределу в 0е шума. И, если первые 5 часов дают огого какой прирост, сравнивая с одиночной пятиминуткой. То вот вторые 5 часов съёмки улучшают ситуацию заметно меньше. А когда снимаешь 50..100 часов, заметное увеличение SNR наступает после десятков часов съёмки

Поэтому, практический предел накопления есть. И зависит от только от фона (электрон в минуту). Не готов дать формулу, но если в частном случае, прирост SNR за следующие 100 часов после первых 100 часов составляет лишь единицы процентов... стоит остановиться, я думаю.

(1) "SNR решает все"

Тоже не до конца верно.
В дип.астрофото есть только две значимые величины. Это SNR и FWHM.
Порой лучше стожить десяток хороших лайтов, чем сотню размазанных. О том косвенно говорил Дж. Соломон, если не ошибаюсь, в фразе "Лучше 5 кадров в фокусе, чем 100 без него". О том недавно упоминал @onwlad в теме "Галактики":

Секрет прост.   

В канале светимости почти все субы лучше или на уровне 2 сек. дуги по FWHM. 
Считаю, что во главу угла дипскай-фото, прежде всего, надо ставить разрешение. Лучше два кадра по две секунды, чем 10 по три секунды.
 
По моему мнению, в астрографе главное абсолютно не светосила, а  ровное и исправленное поле дифракционного качества, и железобетонная юстировка системы (особенно важно для мобильных астрографов).

[diant]

К сожалению, Антон, мой английский не достаточно хорош, чтобы на нем разбирать непонятный мне материал. Но я попробую.

Э..мм. Тогда да. Тогда вот что. Я просто напишу эту формулу здесь. Но вам все равно остается задание - поразмышляйте над ней настолько глубоко, чтобы в ней не осталось более ничего непонятного для вас.
Кстати, попробую написать в предельно простой форме.

Для одиночного суба.

SNR_sub = S_Obj*t_sub / sqrt [S_Obj*t_sub + S_Sky*t_sub + DC*t_sub + RN²]

Здесь:
S_Obj - собственно сигнал от объекта на матрице за одну секунду (е/pix/sec)
t_sub - длительность суба (в сек).

Другими словами - в числителе просто наш полный (набежавший за время суба) полезный сигнал от объекта - S
Кстати, а в знаменателе будет полный шум за это время, то есть N.
(И вся формула, собственно, читается так: SNR = S/N - это чтобы было понятно, как она выводится

Теперь дальше:
S_Sky - сигнал от фона неба (Background Sky) на матрице за одну секунду (е/pix/sec)
   (в наших старых обозначениях BN² = S_Sky*t_sub )
DC - (dark current) темновой ток за одну секунду (е/pix/sec)
   (в наших старых обозначениях DN² = DC*t_sub )

Павел, пока остановляюсь. Когда вы ее полностью "выкурите", напишу формулу для интегральной суммы, хорошо?

Олег, если мы сейчас с тобой начнем диспут, я боюсь увязнем и тут трудно будет разобраться, что к чему. Хотя это конечно надо сделать, чтобы не оставалось недопониманий.
Я чуть позже тебе отвечу, ок?

[mo]

Я чуть позже тебе отвечу, ок?

Я сам во многом плаваю, посему сказанное мною нужно тщательно проверять / корректировать. В этом плане я только за твой ответ.
С другой стороны, именно поэтому я не хочу глубоко залезать в тему.

[PavelF]

SNR_sub = S_Obj*t_sub / sqrt [S_Obj*t_sub + S_Sky*t_sub + DC*t_sub + RN²]

После нехитрых преобразований, если я нигде не ошибся, можем привести ее к виду:

SNR_sub = S_obj*sqrt(t_sub) / sqrt[S_obj + S_sky + DC + RN²/t_sub]

S_obj - константа, зависящая от параметров оборудования и самого объекта.
S_sky - константа, характеризующая условия съемки
DC и RN - константы, определяемые качеством камеры
Очевидно, что при t -> бесконечности (не знаю где знак найти), величиной RN²/t можно пренебречь.

Тогда становится понятно, что SNR прямо пропорционален корню из времени экспозиции. Что, кстати, несколько отличается от графика, который вы рисовали и который асимптотически приближался к некой величине.

p.s.
Но нет ли тут тонкости? Мы рассматриваем не чистую математику. У нас есть физические ограничения на накопление суммарного сигнала. Того самого S_obj + S_sky + DC. Мы это ограничение не берем в расчет. Разве это правильно?

p.p.s А, забегая вперед, для серии кадров, мы получим формулу:

SNR_sub = S_obj*sqrt(N*t_sub) / sqrt[S_obj + S_sky + DC + RN²/(t_sub)]

Где N - количество кадров.
Учитывая, что N*t_sub - суммарное время выдержки, мы получаем, что для нас не принципиально как оно набрано. Мелкими субами в большом коичестве или одним большим. Итог будет один.
SNR прямо пропорционален квадратному корню из суммарного времени экспозиции.

[diant]

Очевидно, что при t -> бесконечности (не знаю где знак найти), величиной RN2/t можно пренебречь.

Совершенно верно!

И всё, что мы до сих пор делали, Павел, практически всё - это находили тот момент, когда это самое слово "пренебречь" становится уместным. Более ничего

Смотрите. S_obj=0 - в областях, где нет звезд, туманностей и галактик ("открылась бездна, звезд полна" - о ней речь; ибо нас как раз и интересуют шумы на фоне черного космоса и самых слабых объектов).
И тогда под корнем, кроме RN, остаються только два слагаемых: фон неба и темновой ток, наши старые знакомые из колонки 2 и 3 вашей итоговой таблицы. С ними RN и сравнивается и строится критерий, когда уже "можно пренебречь".

Тогда становится понятно, что SNR прямо пропорционален корню из времени экспозиции.

Истинно, так. И предела этому делу нет! Французы тут как-то недавно отбабахали что-то (LMC кажется) c временем интеграции 1200 часов (или типа того). Ни один снимок с ними рядом не сравнится.

Что, кстати, несколько отличается от графика, который вы рисовали и который асимптотически приближался к некой величине.

Мой график построен для случая, когда интегральная экспозиция N - фиксирована. Это другой случай, не путайте их, будьте внимательны.

Но нет ли тут тонкости? Мы рассматриваем не чистую математику. У нас есть физические ограничения на накопление суммарного сигнала. Того самого Sobj + Ssky + DC. Мы это ограничение не берем в расчет. Разве это правильно?

Нет этого ограничения - в этом весь фокус любительской астрофотографии. Профессионалы берут апертурой, а любители - упорством. И никто им не мешает копить, копить, устраивать колхозы и делать шедевры. Потому что от ночи к ночи Sobj*t растет и растет. А Ssky*t и DC*t - вычитаются и никого не беспокоят. От них остаются только их шумы (корни из Ssky*t и DC*t). А вот эти ребята не успевают расти так же быстро, как Sobj*t. Ведь из них извлекается корень - вот он ключик!
Поэтому из ночи в ночь у вас (при должном терпении) SNR будет все время расти.
Но закон будет не арифметическим, а геометрическим, как мы уже это обсуждали.
За 4 ночи вместо одной SNR получится в 2 раза выше.
Однако, чтобы поднять его еще в 2 раза, потребуются уже 16 ночей.
Еще в 2 раза - уже 64 ночи. И т.д.

p.p.s А, забегая вперед, для серии кадров, мы получим формулу:

SNRsub = Sobj*sqrt(N*tsub) / sqrt[Sobj + Ssky + DC + RN2/(N*tsub)]

Где N - количество кадров.
Учитывая, что N*tsub - суммарное время выдержки, мы получаем, что для нас не принципиально как оно набрано. Мелкими субами в большом коичестве или одним большим. Итог будет один.
SNR прямо пропорционален квадратному корню из суммарного времени экспозиции.

А вот тут серьезная ошибка - и соответственно вывод неправильный в корне.
Попробуйте найти ее самостоятельно.

[PavelF]

Антон, в итоговой формуле меня смущает этот член. RN²/(N*t_sub)
Не должен об быть обратно пропорционален колиичеству снимков, поскольку шум чтения возникает в каждом снимке. Он не должен уменьшаться от их кол-ва. Линейно уж точно.

Поскольку если это не так, то можно задирать гейн на максимум. Щелкать секундные выдержки. И копить общее время. RN должен стать на пути этого.

[diant]

Антон, в итоговой формуле меня смущает этот член. RN2/(N*tsub)

Именно в нем у вас и ошибка. Ну подумайте еще чуток - тут же все очевидно!

[PavelF]

Именно в нем у вас и ошибка. Ну подумайте еще чуток - тут же все очевидно!

Да, невнимательно формулу посмотрел. Нет в этом члене N.

Итоговая формула так будет выглядеть:

SNR_sub = S_obj*sqrt(N*t_sub) / sqrt[S_obj + S_sky + DC + RN²/t_sub]

p.s. Исправил в первом сообщении, а то будет народ путать.

[diant]

Yes!
Все, мне больше нечему вас учить - выведя формулу для общей суммы, вы теперь сами знаете ровно столько, сколько и я. Других секретов у меня нет!
Только глядя на выветрелые останки этой формулы у меня на корке, я и накатал вам эти 5 страниц объяснений. Теперь вы может сами все это проверить и перепроверить.

Я специально не стал уклоняться в детали и некоторые нюансы (о которых нам намекает к примеру Олег, типа FWHM и т.д.). Просто я хотел не сбивать вас мелочами и добиться у вас ясности в самом главном (надеясь что к нему, как к фундаменту) вы потом сами присовокупите все остальное.

И теперь уже мы конечно можен обсуждать FWHM, ДД, нюансы обработки и прочее. Но основа (получение наилучшего по SNR сырого материала на своем сетапе) у вас уже есть.

[PavelF]

Если больше нигде не напутал, подытожу:

- В одиночном кадре, наиболее существенный вклад вносит RN^2/t именно с ним мы боремся.
- В серии кадров итоговый SNR зависит от суммарного времени экспозиции и того, насколько успешно мы побороли RN в первом пункте.

Это не исключает необходимости борьбы за чистое небо, хорошую оптику и качественные сенсоры камер, но эти величины нивелируются обшим временем экспозиции.

[PavelF]

И теперь уже мы конечно можен обсуждать FWHM, ДД, нюансы обработки и прочее.

Дайте выдохнуть и продолжим. Старику тяжко все в голове укладывать.

Думаю тема актуальна многим интересующимся. Так что если Вам, Антон, не надоело, с удовольствием продолжу.