Выбор гейна, офсета, iso, выдержки etc.

[PavelF]

Из формулы

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

Следует еще один интересный вывод.

Рост светосилы телескопа, (именно светосилы, а не апертуры), на единицу увеличивает SNR одиночного снимка и всей серии чуть больше чем на SQRT(2), т.е. больше чем в 1,4 раза. Следовательно, то же качество снимка можно получить при вдвое меньшем времени суммарной экспозиции.

[Ihtamnet II]

Это теория, а практика - "увеличение светосилы" означает чаще уменьшение фокуса, а не увеличение апертуры и это уже совсем не то. Разные области применения.

[PavelF]

Это теория, а практика - "увеличение светосилы" означает чаще уменьшение фокуса, а не увеличение апертуры и это уже совсем не то. Разные области применения.

Может быть по разному. Например вместо SW250 F5, можно использовать SW300 F4. фокусное одинаковое, светосила больше в два раза. Математика работает.
Но даже если уменьшится фокусное, математка не страдает. Объект становится меньше в кадре, но SNR его при этом растет.

[Ihtamnet II]

Но даже если уменьшится фокусное, математка не страдает.

Математика вообще не страдает,  страдают зрители

Объект становится меньше в кадре, но SNR его при этом растет.

Вот именно. Но мы не можем снять М57 на фокус 300мм, кому она такая нужна с замечательным SNR? Поэтому отталкиваться приходится не от математики, а от физики

[diant]

Павел, простите, отвлекся - работа не давала слова чиркнуть, ниточку утерял. Сейчас вернулся.

- В одиночном кадре, наиболее существенный вклад вносит RN^2/t именно с ним мы боремся.

Да.
Причем что интересно - в обоих формулах в знаменателе стоит ОДНО И ТО ЖЕ. Это следует выжечь на корочке покрепче. А числители отличаются только на корень из N (кол-ва кадров).
Иначе говоря, если мы оптимизировали одиночный суб, то мы тем самым оптимизировали и всю сумму.
А еще другими словами: найденная оптимальная длительность суба подходит для любого интегрального времени экпозиции. Если вы на своей текущем сетапе и под текущем небом нашли опт. время суба скажем 30 сек - то такими субами надо снимать и час, и два, и пять, и сто!

- В серии кадров итоговый SNR зависит от суммарного времени экспозиции и того, насколько успешно мы побороли RN в первом пункте.

Yes.

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

Слово "нивелируется" конечно лихо сказано, мне нравится.
Но в принципе вы правы. Любитель может снять под белым небом то же самое, что и гавайец (с тем же качеством SNR кадра), только времени ему на это портебуется.... сейчас посчитаем....
Белое небо SQM18 отличется от гавайского неба SQM22 ровно в 40 раз.
Значит фон неба (S_sky) набегает у нас в первопрестольной в 40 раз быстрее,  чем у него на горе.
Значит, чтобы покрыть эту бяку (а именно S_sky будет у нас доминировать внизу под корнем), придется увеличить в 40 раз количество кадров (и время интегральной экспозиции)!
Тот SNR на какой-далекой галактике или туманности, которого он достигнет за час, вы будет собирать 5 ночей по 8 часов кряду, и тогда только его догоните (но он все равно обойдет вас по FWHM, но это уже совсем другая история).
Вот такие пироги.

А так да, "нивелирует"

Рост светосилы телескопа, (именно светосилы, а не апертуры), на единицу увеличивает SNR одиночного снимка и всей серии чуть больше чем на SQRT(2), т.е. больше чем в 1,4 раза.

А вот этой мысли не понял...

Может быть по разному. Например вместо SW250 F5, можно использовать SW300 F4. фокусное одинаковое, светосила больше в два раза. Математика работает.

Что-о-о!!! Это с какой планеты математика???
У нас на земле любой фотограф вам скажет, что рост светосилы в два раза - это шаг от f/5.6 к f/4.
Но чтобы шаг от f/5 до f/4 был в два раза - только на сфере Римана, иначе никак

[PavelF]

У нас на земле любой фотограф вам скажет, что рост светосилы в два раза - это шаг от f/5.6 к f/4.

Да, я ошибся. Вы правы.

[diant]

Рост светосилы телескопа, (именно светосилы, а не апертуры), на единицу увеличивает SNR одиночного снимка и всей серии чуть больше чем на SQRT(2), т.е. больше чем в 1,4 раза. Следовательно, то же качество снимка можно получить при вдвое меньшем времени суммарной экспозиции.

Павел, я кажется понял, что вы хотели сказать. Наверное под словами "на единицу" вы подразумевали "вдвое" - верно?
И тогда вы совершенно правы. При росте светосилы вдвое (если 3-й и 4-й члены под корнем пренебрежимо малы - а так часто и бывает), SNR одиночного суба тут же вырастет на корень из двух. Если DC и RN²/t_sub не малы - то вырастет даже больше.

Однако масштаб! Чтобы его сохранить надо наращивать светосилу апертурой. Если же она наращивается укорачиванием фокуса - то мы теряем масштаб.

[diant]

Олег, пользуюсь затишьем и отвечу тебе.

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

Мы уже обсуждали чуть выше в этой ветке разные алгоритмы сложения файлов.
Нам сейчас нужна суть, не детали; поэтому нормировка (или ее отсутствие) при сложении нас сейчас не интересуют.
Ведь ты же согласен, что умножение или деление знаменателя и числителя на любую константу самой дроби (то есть S/N) не меняет?

А в реальности ж функция ассимптотически приближается к своему пределу в 0е шума.

Олег, это ты здорово сказал! Посмотри, к какому пределу приблизится функция SNR = S/N, если N стремится к нулю.

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

Олег, ты применяешь аддитивные добавки в числу, которое подчиняется геометрической прогрессии. Так не сравнивают.
Разница между 5 часовой экспозицей и 5 минутной - в 60 раз.
А между 5+5 часовой и 5 часовой - всего в 2 раза.
Ясно, что от вторых 5 часов не стоит ждать прироста в те же sqrt(60) раз (и никто понятно не ждет). Это уже обсуждалось в этой ветке.

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.

Нет этого предела, Олег. И зависимость всегда одна и та же - степенная с показателем 1/2.
Прирост SNR после вторых 100 часов составит все ту же положенную ему величину - 41%.

Тоже не до конца верно.
В дип.астрофото есть только две значимые величины. Это SNR и FWHM.

Олег, ты пойми, я поставил целью Павлу объяснить сначала азы, то есть самое основное, к чему потом уже можно прикладывать новые подробности.
Разговора про FWHM у нас еще не было, но он впереди - ибо рано или поздно Павел над ним задумается.
Невозможно же объяснить все сразу. Теорему Пифагора в школе ведь не вместе с азбукой проходят.
А так - согласен с тобой совершенно.

[diant]

Сергей (vivid_grey) прислал мне пару лайтов (1) (2) со своей QHY128C и пару дарков (1) (2) с нее же для анализа.
Что и проделаю сейчас.

Камера цветная (RGGB),
Параметры этих снимков:
- 600 сек
- gain 128
- offset достаточный
- T=-15

Первое, что оказалось, - дарки для анализа не нужны. Камера мудрая и встраивает кусочки дарков прямо в лайты. А именно - оставляет в лайтах полосу оверскана (которая никогда не засвечивается).
Поэтому оценить RN камеры удалось прямо из лайтов.

Итак, вычитаем L1-L2. (Все делаю в Максиме, коэф. конверсии для g128 - 4.35e/ADU).
Смотрим в поле оверскан (к примеру верхняя полоска кадра) StdDiv в небольших прямоугольниках. Получается около 5.0 если шибко горячие пикселы не захватывать.
Делим на корень из двух и далее переводим в электроны:
StdDiv/sqrt(2) =  3.55 (ADU16) = 0.89 (ADU14) = 3.86 e- - это у нас общий шум, составленный из двух шумов, DN и RN

DN у этой камеры на 600 секундах при -15 мизерный: DN² = DC*600 = 0,0006 * 600 = 0.36
DN = 0.6е - о таком DN можно просто забыть.

Итак, весь шум (3.86е-) - это в сущности и есть RN.
Проверяем даташит производителя. У него для гейна 128 на графике нарисован RN около 3.95. Совпало.

Идем дальше.
Трижды проделываем теперь следующую процедуру: выделяем в L1 и L2 отдельный цветовой канал (сначала R, затем G, последний B) и смотрим разницу этих файлов поканально:
• (L1-L2)R
• (L1-L2)G
• (L1-L2)B

Я сразу выбрал наиболее виньетированный верхний левый угол и там маленькими квадратиками (строго между звездами и горячими пикселами) нашел примерные значение StdDiv.
StdDiv (L1-L2)R = 12.8 (ADU16)
StdDiv (L1-L2)G = 13.2 (ADU16)
StdDiv (L1-L2)B = 9.8 (ADU16)

А дальше простой рассчет (темновой ток, как уже сказано, здесь можно опустить за малостью).
Сделаем расчет для R канала (цена конверсии у нас 4.35 е/ADU):
12.8 (ADU16) это у нас 3.2 (ADU14) и это же у нас 3.2*4.35 = 13.92e

Делим это число на корень из двух:
13.92e / sqrt(2) = 9.9е - вот это у нас шум одиночного лайта, составленный из RN и BN
Находим BN по теореме Пифагора:
BN = sqrt (9.9² - RN²) = sqrt (9.9² - 3.9²) = sqrt (97.5 - 15.2) = 9.1e

Итак шум неба BN за 600 сек экспозиции составил у нас 9.1е
Но BN² = S_sky * 600 sec
Отсюда S_sky = 83/600 = 0.14 e/pix/sec

Оличное небо, Сергей! Если я нигде не напортачил с цифрами (перепроверь пожалуйста), то у тебя очень медленно копится фон неба в канале R. В двух других каналах выйдет примерно то же самое. Самый медленный канал получится конечно B - обычно он самый слабый оптически на RGB матрице .

Если судить только по R каналу, то у тебя оптимальная экспозиция при гейне 128 (да и при g0 примерно то же самое), если брать критерий BN = 2RN, выходит такой:

BN = 2*RN
BN² = 4*RN²

S_sky * t_opt = BN² = 4 * 3.9² = 61
0.14 * t_opt = 61

t_opt = 436 сек   (для гейна 0-128, твоего неба, твоего скопа и 128-й камеры без фильтров)
Значит на таком гейне можно снимать субами от 300 до 600 сек, чтобы и шумов не напустить лишних и в то же время не обрезать себе ДД.

Я думаю, что по каналу G и B цифры будут близкие и опт. экспозиции тоже пересекутся.

[vivid_grey]

Оличное небо, Сергей! Если я нигде не напортачил с цифрами (перепроверь пожалуйста), то у тебя очень медленно копится фон неба в канале R. В двух других каналах выйдет примерно то же самое. Самый медленный канал получится конечно B - обычно он самый слабый оптически на RGB матрице .

Если судить только по R каналу, то у тебя оптимальная экспозиция при гейне 128 (да и при g0 примерно то же самое), если брать критерий BN = 2RN, выходит такой:

BN = 2*RN
BN2 = 4*RN2

Ssky * topt = BN2 = 4 * 3.92 = 61
0.14 * topt = 61

topt = 436 сек   (для гейна 0-128, твоего неба, твоего скопа и 128-й камеры без фильтров)
Значит на таком гейне можно снимать субами от 300 до 600 сек, чтобы и шумов не напустить лишних и в то же время не обрезать себе ДД.

 Антон, колоссально,  спасибо тебе  большое  !  Исходные цифры правильные, за остальное я уже не ручаюсь 

 Что интересно, к тем же примерно цифрам я уже как-то ( не знаю как )  пришел импирически - у меня как раз и было два варианта экспозиций - 300 сек для ярких объектов и 600 для слабых.
 
 Делаю вывод - коль скоро BN вносит 9е за 10 минут, а RN - только 4 , то логично снижать экспозицию и увеличивать гейн - при этом и BN и RN уменьшатся !

 И еще интересно, как мне лучше быть при Луне - тогда доля BN будет еще больше - выходит логично экспозиции тоже уменьшать - это ясно, а вот как быть с гейном ?  Чтобы посчитать, надо бы знать, насколько увеличивается засветка неба от нашего ночного светила, наверно эти цифры должны быть известны.

[diant]

Что интересно, к тем же примерно цифрам я уже как-то ( не знаю как )  пришел импирически - у меня как раз и было два варианта экспозиций - 300 сек для ярких объектов и 600 для слабых.

Выходит, у тебя уже отличная астро-интуиция развилась
Это наверное высший пилотаж, ни о чем не думая, сразу правильные цифры ставить.

Делаю вывод - коль скоро BN вносит 9е за 10 минут, а RN - только 4 , то логично снижать экспозицию и увеличивать гейн - при этом и BN и RN уменьшатся !

А какая конечная цель этого снижения экспозиции и увеличения гейна?

И еще интересно, как мне лучше быть при Луне - тогда доля BN будет еще больше - выходит логично экспозиции тоже уменьшать - это ясно, а вот как быть с гейном ?  Чтобы посчитать, надо бы знать, насколько увеличивается засветка неба от нашего ночного светила, наверно эти цифры должны быть известны.

Да. конечно, при Луне можно (и нужно) экспозицию субов уменьшать и здорово.
Если у тебя небо 21.5, то при Луне будет не лучше 19, а то и 18-18.5 в полнолуние. Да чем ближе к ней, тем ярче.
Между небом 21.5 и 19 разница аккурат в 10 раз.
Ровно во столько же и Ssky растет.
BN соответственно в корень из 10 вырастет, то есть в 3.2 - значит во столько же и выдержку надо уменьшить. При полной Луне еще чуть более.

Но вообще при Луне лучше уже вообще не снимать, когда нативное небо 21.5...

[vivid_grey]

А какая конечная цель этого снижения экспозиции и увеличения гейна?

Чтобы увеличить  отношение С/Ш. 

Выходит, у тебя уже отличная астро-интуиция развилась
Это наверное высший пилотаж, ни о чем не думая, сразу правильные цифры ставить.

Антон, это конечно приятно слышать, но вот с выбором гейна я видимо сильно ошибся, интуиция тут подвела.   Буду ситатуцию исправлять.

Снимать при Луне к сожалению приходится, слишком мало у нас хорошей погоды !  Просто объекты для таких случаев выбираю яркие, где отношение С/Ш не так важно.

[vivid_grey]

Если судить только по R каналу, то у тебя оптимальная экспозиция при гейне 128 (да и при g0 примерно то же самое), если брать критерий BN = 2RN, выходит такой:

BN = 2*RN
BN2 = 4*RN2

Ssky * topt = BN2 = 4 * 3.92 = 61
0.14 * topt = 61

Антон, готовясь к пробным снимкам с другими гейнами, взял твою формулу и расчеты  за основу, и посчитал в Excel  ( сделал простенький калькулятор для своей камеры )  какие экспозиции нужно брать. Вот такой получился результат:

Gain   RN   Texp, s
0       4        457
200    3.9  435
500    3.8    413
1000   3.7   391
2000   3.3   311
3200   2.7   208
3500   2.2   138
3800   1.2   41


 В пиксе есть такой скрипт  CalculateSkyLimitedExposure, попробовал - он дал примерно те же цифры.  Что  забавно, для моей предыдущей камеры Атик, этот калькулятор выдал 46 минут. Я-то думал, почему такие шумные снимки получаются )

[diant]

Антон, это конечно приятно слышать, но вот с выбором гейна я видимо сильно ошибся, интуиция тут подвела.   Буду ситатуцию исправлять.

Ничуть не подвела. Сереж, интуиция это такая штука - она либо есть, либо нет.
И с гейном ты не ошибся. Снимая на низком гейне ты интуитивно подобрал правильную (оптим.) выдержку (то есть утопил слагаемое RN²/t_sub под S_sky) - и тем самым не проигрывал в SNR конечной суммы (в той самой формуле, которую Павел вывел под конец сам).

Цитата: diant от Вчера в 23:22:49
    А какая конечная цель этого снижения экспозиции и увеличения гейна?

Чтобы увеличить  отношение С/Ш.

Нет, увеличения С/Ш тут не будет - если в обоих случаях выдержка не ниже оптимальной (которая в каждом случае своя для каждого гейна, конечно).
Тут будет другое что ты уже сам нашел, а именно - когда, поднимая гейн, ты дойдешь почти до самого низа уровня RN (это у тебя на g3800 рещко происходит), ты тем самым попадаешь в область очень коротких оптим. выдержек.

Ты там сделал здоровский калькулятор (я за 10 лет до сих не сделал по своей лени и всегда в голове это считал заново) и смотри какая у тебя короткая оптим. выдержка на g3800 вышла - всего 41 сек.

Кому и когда это становится преимуществом. Тому, у кого на длинных выдержках монти дает много брака или атмосфера слишком разносит FWHM на таких длинных субах. Конечно, 41 сек - это все еще очень длинный суб для неспокойной атмосферы, но процент брака у монти (даже из-за той же PE или песчинок с зубьях) - на 40 сек будет ощутимо меньше, чем на 600 сек.
Но я не знаю до сих, как у тебя с браком на 600-сек субах?

[vivid_grey]

Кому и когда это становится преимуществом. Тому, у кого на длинных выдержках монти дает много брака или атмосфера слишком разносит FWHM на таких длинных субах. Конечно, 41 сек - это все еще очень длинный суб для неспокойной атмосферы, но процент брака у монти (даже из-за той же PE или песчинок с зубьях) - на 40 сек будет ощутимо меньше, чем на 600 сек.
Но я не знаю до сих, как у тебя с браком на 600-сек субах?

 Вот для меня как жителя прибалтики - это как раз очень важно - выдежки покороче.  Гидирующую звезду так колбасит иногда, что монти за не не успевает    И облака часто разные шатаются.  Про песчинки, самолеты и спутники - это всеобщая проблема.
 И главное - просто тупо при том же качестве субов, их в единицу времени можно набрать больше !  Правда, нужно проверить, получится ли это качество в самом деле таким же...

Насчет S/N отношения, да я ошибся - забыл, что со снижением шума, мы также снижаем и полезный сигнал от более короткой экспозиции. но если принять во внимание, что в единицу времени я соберу этих субов в энное количество раз больше, результирующий снимок после сложения  и по показателю S/N тоже выиграет - разве не так ?

[PavelF]

Господа, не хочу прерывать Вашу дискуссию. Просто хочу отметить, что я тут и готов двигаться дальше. Вчера просто без интернета сидел.
Антон, предлагаю, как будет возможность, разбирать темы дальше. Что у нас следующее? FWHM?

[vivid_grey]

Да, конечно, нет проблем,   хотел только поблагодарить Антона за исчерпывающую информацию и помощь.  Куда двигаться мне уже общих чертах понятно.  Я вернусь только через какое-то время, когда будет информация по пробным съемкам.

[diant]

И главное - просто тупо при том же качестве субов, их в единицу времени можно набрать больше !  Правда, нужно проверить, получится ли это качество в самом деле таким же...

Да, вот это и будет интересно. Все что ты потеряешь, перейдя с гейна 128 на гейн скажем 3800 - это два стопа ДД. Об это чуть позже напишу отдельно.

Насчет S/N отношения, да я ошибся - забыл, что со снижением шума, мы также снижаем и полезный сигнал от более короткой экспозиции. но если принять во внимание, что в единицу времени я соберу этих субов в энное количество раз больше, результирующий снимок после сложения  и по показателю S/N тоже выиграет - разве не так ?

Не так.

Пусть в обоих случаях интегральное время у нас 60 мин.
Пусть в 1-м случае мы снимает на g0 10-минутками (их будет 6 штук)
А вот 2-м случае мы снимает на g3800 1-минутками (их будет 60 штук)

В результирующем снимке в обоих случаях в числителе у нас будет:
(1): S =  Sobj*sqrt(N*tsub) =  Sobj*sqrt(6*10) = Sobj*sqrt(60)
(2): S =  Sobj*sqrt(N*tsub) =  Sobj*sqrt(60*1) = Sobj*sqrt(60)
То есть одно и то же.

А в знаменателе:
(1): sqrt[Sobj + Ssky + DC + RN²/t_sub] ~ sqrt[Sobj + Ssky + DC] = Const
(2): sqrt[Sobj + Ssky + DC + RN²/t_sub] ~ sqrt[Sobj + Ssky + DC] = Const
Опять одно и то же.
Как достигнуто? Подбором оптим. экспозиции в обоих случаях (то есть такой экспозиции, когда RN²/t_sub становится << Ssky, и шумом чтения можно пренебречь).

Павел. У нас теперь на очереди рассмотрение следующих вещей.
- что будет, если на выбранном гейне снимать с субами короче оптим. длительности
- что будет, если на выбранном гейне снимать с субами длинее оптим. длительности
- что будет, если менять гейн, оставаясь при этом каждый раз в области оптим. длительности субов на каждом гейне

Напишу об этом чуть позже.

[diant]

Да, вот это и будет интересно. Все что ты потеряешь, перейдя с гейна 128 на гейн скажем 3800 - это два стопа ДД. Об это чуть позже напишу отдельно.

Сереж, а вот тут я похоже поторопился.
Ты ничего не потеряешь в итоговой сумме. Это только в одиночном субе будет потеря на два стопа. Но в общей сумме ДД, скорее всего, не изменится. Я потом проверю это, но пока вижу, что вроде так.

[PavelF]

Павел. У нас теперь на очереди рассмотрение следующих вещей.
- что будет, если на выбранном гейне снимать с субами короче оптим. длительности
- что будет, если на выбранном гейне снимать с субами длинее оптим. длительности
- что будет, если менять гейн, оставаясь при этом каждый раз в области оптим. длительности субов на каждом гейне

1. Будет расти вклад RN в SNR. Значит SNR будет хуже и хуже. Перегоревших звезд будет меньше. Электроны не будут успевать накапливаться.
2. SNR существенно не будет меняться. Перегоревших звезд будет все больше.
3. Вклад RN в общий шум будет расти, поскольку с уменьшением гейна RN растет. Т.е. ситуация будет схожей с п.1, а пропорции зависят от параметров камеры. Перегоревших звезд будет меньше. Яма растет с уменьшением гейна.

На первый взгляд так.