Выбор гейна, офсета, iso, выдержки etc.

[warbird]

 Вот график зависимости SNR от длинны одиночной экспозиции для суммы в 2 часа накопления. В калькулятор ввел данные для очень слабого сигнала.
Видно, что при выдержках меньше 60 сек, SNR суммы меньше 1. А уж об выдержках в 1 сек даже говорить не стоит.  Вот и пытаюсь понять почему у diant  3600х1сек=1х3600сек.

(кликните для показа/скрытия)

Калькулятор использовал такой -  http://www.stark-labs.com/craig/resources/Articles-&-Reviews/SNR-Calculator.xls
Skyglow background =120
Target signal =122
Dark signal =25
Bias signal =23
Exposure duration =120 сек
Gain   =1   e-/ADU
Read noise   = 8   in electrons

[PavelF]

Вот и пытаюсь понять почему у diant  3600х1сек=1х3600сек.

Думаю потому, что Антон говорит о кол-ве захваченных фотонов. А Вы о качестве итогового снимка. Это не одно и тоже.
Между первым и вторым есть прослойка в виде камеры, которая основана на реальной физике. Это учтено в Вашей таблице.

[diant]

Думаю потому, что Антон говорит о кол-ве захваченных фотонов. А Вы о качестве итогового снимка. Это не одно и тоже.

Павел, нет не поэтому, конечно.
Все правильно в калькуляторе. Только там не указан один параметр, который я попробую отгадать (как задача с одним неизвестным). А именно Read Noise выбранной камеры.

Итак, попробуем. Из графика warbird'а видно, что SNR достигает уровня "best SNR - 12%" примерно на 200 сек субах.
Это значит, что на 200-сек субах BN=2RN
Но шум фона неба BN = sqrt (S_sky*t_sub) = sqrt (0.8e/sec * 200 sec) = sqrt (160) = 12.6e
Отсюда RN = 6.3e

Ответ, что дело очень напоминает CCD камеру среднего класса (типа 8300).

PS. Цифру для S_sky я взял из колонки  (Skyglow e-), поделив ее на (Sub-Dur)
warbird, если что-то в этом примере смущает - сразу пишите об этом прямо тут. Пример хороший.

[PavelF]

А именно Read Noise выбранной камеры.

Антон, будете удивлены. но именно это я и имел в виду.

[diant]

Точно, удивлен. Но видно уже плохо соображаю к вечеру.

[PavelF]

Точно, удивлен. Но видно уже плохо соображаю к вечеру.

Антон, Вы несете свет в наши темные головы. Я, конечно, спорю, где-то не соглашаюсь, пока Вы не приводите неопровержимые аргументы. Но остаюсь крайне благодарным за науку. Эти знания давно искал. Надеюсь, что у Вас хватит сил и терпения продолжить и завершит начатое.

[PavelF]

Итак, поделите это дело (то есть L1-L2) на корень из двух, выбирайте в этом файле квадратик между звездами и смотрите его статистику.
Формула почти та же:
StdDiv^2 = RN^2 + DN(t)^2 + BN(t)^2

RN - вы уже знаете. (0.9е для g200)
DN(t)^2 = DC * t = 0.006e * t    (для -20 градусов)
Осталось одно неизвестное - BN. Его и находите.

Мне тут удалось вклиниться, на короткое время, в плотный поток облаков, и провести съемку. К сожалению, все было наспех и в суматохе, поэтому снял не совсем то, что нужно. Но определенная информация для обсуждения есть.
Снимал разреженные от звезд места, максимально близко к зениту. Камера QHY163M, светофильтр прозрачный, температура сенсора -20, гейн 200, оффсет 120.
Подмосковье желтая зона. Небо было в дымке, но звезды было видно. Гидирование запустить удалось. Были снято по 2 кадра с выдержками 60, 100, 200, 300, 400 сек. В двух разных местах неба.
По методике изложенной здесь Выбор гейна, офсета, iso, выдержки etc.

Попробовал посчитать.
1.   Вычел один кадр из другого
2.   Поделил итоговый кадр на корень из 2 (1,4142)
3.   Выбрал квадрат между звездами и посмотрел его StdDev
4.   Произвел расчет по формуле BN(t)=sqrt[(StdDev/16)^{^}2-DN(t)^{^}2-RN^{^}2], где DN(t)^{^}2 = DC*t, DC=0.006, RN=0.91
5.   Свел результаты в таблицу.

Когда понял, что не снял кадры с короткими выдержками, расстроился, но решил перехитрить систему. Подумал, вычислю BN по формуле BN = BN(t)/t. Сделал и присел от удивления.    Мало того, что зависимость BN(t) оказалось нелинейной, так BN еще и растет при уменьшении t. К этому я оказался не готов. Проверял несколько разных квадратов на одном кадре, цифры совпадают. Также сходятся цифры, взятые из разных мест неба. Так и должно быть? Я то думал, что BN(t) график линейный, пропорциональный времени кадра. Ошибался? Или где-то напутал? 

[diant]

Павел, сейчас я тоже научусь такую штуку ставить... где тут она у нас... ага нашел.
 

Это как это вы так лихо огурцы с килограммами складываете?
SdtDiv вы перевели в ADU12 и на этом все бросили. А RN и DN считаете в электронах.
Или это вы нас снова на прочность проверяете?

Беру из первой вашей таблицы две строчки (100 и 400 сек) и все считаю для них.

100 сек:
StdDiv = 34,12 (ADU12) = 11,1e
BN = sqrt (StdDiv²-DN²-RN²) =  sqrt (11,1² - 0,6 - 0,83) = 11,0
S_sky * 100 sec = BN² = 121e
S_sky = 1.21 e/pix/sec

400 сек:
StdDiv = 62,19 (ADU12) = 20,2e
BN = sqrt (StdDiv²-DN²-RN²) =  sqrt (20,2² - 0,6 - 0,83) = 20,2
S_sky * 400 sec = BN² = 407e
S_sky = 1.02 e/pix/sec

Итог:
S_sky = 1.1 ± 0.1 e/pix/sec
Когда "плотного потока облаков" не будет, цифру можно уточнить. Но! У вас неплохое небо, чертовски неплохое!!! Или это не Люберцы? В Люберцах - не поверю.

[PavelF]

Это как это вы так лихо огурцы с килограммами складываете?
SdtDiv вы перевели в ADU12 и на этом все бросили. А RN и DN считаете в электронах.
Или это вы нас снова на прочность проверяете?

Не, не проверяю. Это я не разобрался. Сейчас уже не полезу пересчитывать, завтра на свежую голову займусь.

Конечно, это не Люберцы! Люберцы совсем не желтая зона. Люберцы белая, совсем. Это под Орехово-Зуево место.
Не просто нужно уточнить, а провести все замеры заново. Эти я сделал для отработки методики. Чтобы в ней разобраться в деталях.

[diant]

Павел, на всякий случай: поток Ssky в центре будет больше, чем в углах - из-за виньетирования.
Я обычно ориентируюсь на углы, поскольку утапливать 2RN под BN нужно не только в центре, но по всему полю. Когда 2RN < BN в углу, то в центре и подавно.

Кстати, интересная особенность. Буржуи все тяготеют к критерию 3RN<BN (а то и похлеще).
Вот интересно, они педанты во всем. И в этом тоже оказались.
Но если мне не изменяет полусонное сознание, со своими 3RN они уже теряют в ДД.

[PavelF]

Павел, на всякий случай: поток Ssky в центре будет больше, чем в углах - из-за виньетирования.
Я обычно ориентируюсь на углы, поскольку утапливать 2RN под BN нужно не только в центре, но по всему полю. Когда 2RN < BN в углу, то в центре и подавно.

А я как раз наоборот. Считал в самом центре. Там же изображение Пересчитаю.

[diant]

Павел, крамольную мысль выскажу (меня сейчас прибьют опытные коллеги), но...
В вашем случае при съемке под "прозрачным светофильтром" (L что-ли?) оптим. длительность выдержки будет около 4 сек. Вы и сами это видите. "Виной" всему ваша камера с ее RN=0.9
А выводы из этого далекоидущие (вам скорее всего и гидирование как таковое не нужно вообще)...

[PavelF]

Итог:
Ssky = 1.1 ± 0.1 e/pix/sec
Когда "плотного потока облаков" не будет, цифру можно уточнить. Но! У вас неплохое небо, чертовски неплохое!!! Или это не Люберцы? В Люберцах - не поверю.

Пересчитал результаты. Теперь они уложились в пределы здравого смысла. 1 ± 0,2 e/pix/sec.
Что неплохого в небе мне не очень понятно. Когда шумом все забивается моментально.
Попробуем найти оптимальную выдержку по, ранее изученной, методике. Очевидно BN >> DN. Тогда
2RN = BN, при BN^2 = S_sky * t
S_sky*t = 4RN^2
t = 4RN^2/S_sky = 4*0,91^2/1 = 3.3 сек

Нигде не напутал?

p.s. При соотношении 3RN = BN, t = 9RN^2/S_sky = 9*0,91^2/1 = 7.45 сек
p.s.s. Конечно, все данные персчитаю по всем фильтрам, проверю в зоне оптимальной экспозиции. Нужно, чтобы небо дали.

[diant]

Павел, все вроде теперь правильно. Но предупреждаю. Раньше меня одного тут пытались сравнять с землей за секундные выдержки ("надо снимать минуту и даже 300 сек и т.д."). Теперь вы оказываетесь со мной в одном окопе. Будьте готовы к артобстрелу!

Что неплохого в небе мне не очень понятно.

Ах непонятно. Так... где тут мои записи...
Нашел - 17 e/pix/sec на моем балконе!
Все познается в сравнении Мне бы ваше небо - я бы луну достал.

ПС У меня правда f/5

Кстати - несколькими страницами ранее мы посчитали поток у Сергея в Латвии (у небо шикарное небо SQM21.5) - если память не сбоит, там у него 0.14 e/pix/sec в красном канале RGB камеры на  Астросибе (кажется f/8).
Это эквивалентно примерно 0.5 e/pix/sec на ч/б камере без фильтров при той же светосиле.
Хотя я не знаю точно, что там у Сергея перед матрицей, может редуктор стоит....

[PavelF]

Теперь вы оказываетесь со мной в одном окопе. Будьте готовы к артобстрелу!

Не все так однозначно, IMHO

Вспоминая замечательную формулу:

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

Можем заметить, что итоговый SNR не изменится при росте RN² если мы сумеем компенсировать этот рост пропорциональным ростом времени одиночного кадра. Это дает нам интересную возможность. Мы можем не упираться в минимальный RN при выборе гейна. Давайте попробуем посмотреть, есть ли другие варианты выбора гейна, например, с целью увеличить ДД. С этой целью сделаем табличку, в которой найдем соотношение RN² и FullWell при разных величинах гейна. Почему RN²? Потому что рост времени кадра будет пропорционален RN². И для электронов, накапливаемых за это время, потребуется больше места. Если рост ямы опережает RN² мы получаем рост ДД, который мы можем компенсировать ростом времени одиночного кадра. И делать это можем до тех пор, пока выполняется условие BN >> DN.

На графике хорошо виден максимум соотношения FullWell/RN² в точке гейна 20. Расчет времени кадра по известной нам формуле

t = 4RN²/S_sky   Дает нам значение t_sub = 26 секундам.

Вывод. Оптимальным будет гейн 20 при экспозиции кадра t_sub = 26 секудам. В моем небе, камерой QHY163,  L-фильтре.

Неожиданно... 

Антон, критикуйте.

[diant]

Можем заметить, что итоговый SNR не изменится при росте RN2 если мы сумеем компенсировать этот рост пропорциональным ростом времени одиночного кадра. Это дает нам интересную возможность. Мы можем не упираться в минимальный RN при выборе гейна.

Совершенно верно. Но это только если мы думаем о SNR. Однако есть и другие факторы (ДД не единственный), которые нужно держать в поле зрения.

  Давайте попробуем посмотреть, есть ли другие варианты выбора гейна, например, с целью увеличить ДД. С этой целью сделаем табличку, в которой найдем соотношение RN2 и FullWell при разных величинах гейна. Почему RN2, потому что рост времени кадра будет пропорционален RN2. И для электронов, накапливаемых за это время, потребуется больше места. Если рост ямы опережает RN2 мы получаем рост ДД, который мы можем компенсировать ростом времени одиночного кадра. И делать это можем до тех пор, пока выполняется условие BN >> DN. 

Тут есть нюанс - в понимании того, что есть ДД при астрофотографии.
Да, производитель маркирует ДД своих камер как FW/RN. Но этот критерий - лабораторное нечто, когда Ssky = 0 и DN ~ 0.
В астрономической реальности ДД считается с учетом всех реальных шумов.
Однако похоже, ваш конечный резулььтат удачно минует этот нюанс и возможно близок к истине.

Я проверю это позже. Жизнь так устроена, что "нет нам покоя". Думал, в воскресенье буду более менее свободнен - однако вышло, что работы сегодня больше чем ожидалось. Сейчас редактор дал мне паузу, но скоро снова вынужден буду погрузиться в работу.

Кстати, ваша разница между г200 и г20 эфемерна. Там даже нет одного стопа.

[PavelF]

Да, производитель маркирует ДД своих камер как FW/RN. Но этот критерий - лабораторное нечто, когда Ssky = 0 и DN ~ 0.
В астрономической реальности ДД считается с учетом всех реальных шумов.
Однако похоже, ваш конечный резулььтат удачно минует этот нюанс и возможно близок к истине
.
.
.
Кстати, ваша разница между г200 и г20 эфемерна. Там даже нет одного стопа.

Да ладно! Неужели я хотя бы один раз не накосячил с расчетами и выводами.

Тут важна не только практическая применимость, но и физический смысл процессов. Для одной камеры это может быть несущественным, а для другой жизненно необходимо. Представляется полезным такую возможность иметь, а пользоваться ей можно по необходимости.

По мимо роста ДД, решается еще несколько проблем практического характера:
- Объем хранения кадров на диске при суммарном времени накопления 4-5 часов, кадрами по 3с и по 26с существенно отличается.
- Скорость обработки при сложении также меняется
- Количество смен фильтров, также падает. Если я снимаю полностью серию в одном фильтре, а потом в другом, то лезет жуткий градиент фона. Способ борьбы один. Смена фильтра после каждой экспозиции.
- Потери времени на считывание кадра с камеры и смену фильтра, позволит, при тех же общих временных затратах, увеличить время накопления полезного сигнала.
- Межкадровые подвижки, при коротком времени кадра, так же съедят полезное время съемки

Но если есть иные факторы, влияющие на результат, о которых мне неведомо, давайте о них поговорим. Конечно, когда у Вас будет время.

[PavelF]

Давайте порассуждаем еще об одной закономерности. Если не ошибаюсь :

BN² = S_sky*t_sub
DN²=DC*t_sub

Не сложно заметить, при S_sky >> DC, BN >> DN. Испытываю серьезные сомнения в возможности найти небо с S_sky << 0.006 e-/pix/sec.  Поэтому, предположу, для современных охлаждаемых камер при -20, это условие всегда будет справедливо. Следовательно, в расчетах оптимальной выдержки, можем руководствоваться формулой 

t_sub = 4RN²/S_sky  или t_sub = 9RN²/S_sky (для перфекционистов) без оглядки на DN

Ну а если кому-то повезло и он нашел небо с S_sky << 0.006 e-/pix/sec, то может руководствоваться формулой:

t_sub = 4RN²/DC  или t_sub = 9RN²/DC (для перфекционистов) без оглядки на BN

Да, когда найдет, пусть скажет где. Очень любопытно.


Жду замечания.

[diant]

Павел в общем - рассуждение правильное.
Но в цифрах вы любите ошибаться. DC ваше не 0.06, а 0.006.
"Небо" определяется не только местом, но и сетапом. Как только вы начнете снимать в узкополосных фильтрах, сразу "найдете такое небо".

[PavelF]

Павел в общем - рассуждение правильное.
Но в цифрах вы любите ошибаться. DC ваше не 0.06, а 0.006.
"Небо" определяется не только местом, но и сетапом. Как только вы начнете снимать в узкополосных фильтрах, сразу "найдете такое небо".

Точные цифры мешают творческому полету фантазии Спасибо, Антон, исправил. Как небо дадут, проверю все фильтры, включая узкополосники.