Выбор гейна, офсета, iso, выдержки etc.

[PavelF]

Так, форма I дает SNR чистой НЕПРИВЕДЕННОЙ суммы. То есть когда отдельные субы складываются без нормировки, вот так:
S1 + S2 + ... + SN = STOTAL

Правомерно ли преобразование этой формулы к такому виду?

[diant]

Павел, ну конечно! У вас получилась тоже приведенная форма, только не по сигналу, а по шуму, причем по удельному.
Короче, в вашей формуле знаменатель - константа, равная удельному шуму за 1 сек. При этом шум чтения тоже как бы приводится к 1 сек. Получается "удельный шум чтения".
Из вашей формулы опять же видно, что общий SNR растет как корень из общей длительности экспозиции.

[PavelF]

Антон, а дальше двинемся? Или в этой теме еще что-то осталось неизученное?

[diant]

Павел, у нас остались вопросы о влиянии отклонения длительности суба от оптимальной на другие параметры (ДД, FWHM, и т.д.); еще вопрос о выборе гейна. Я жду когда у меня спадет цейтнот - ибо в таком режиме не могу сосредоточиться. Надеюсь после след. пятницы это случится. Сейчас я веду один проект и выступаю в нем двигателем, это берет все оставшиеся силы и внимание. Все мысли пока там.

[diant]

Павел, появилось немного времени, коснусь вопроса ДД (динамического диапазона).
Это будет чистый экспромт, поэтому мне лучше не верить, а за мной всё проверять.

Итак, первое, что стоит понять, это тот факт, что ДД, указываемый производителем камер, это нечто иное, чем ДД в реальных условиях астрофото.
Нет, конечно формальное определение ДД не меняется и остается тем же.

ДД = S_MAX / S_SNR1
Здесь:
  S_MAX - максимальные регистрируемый сигнал (измеряется в e-/pix), то есть макс. яма при выбранном гейне
  S_SNR1 - сигнал, регистрируемый при S/N=1 (измеряется в e-/pix), то есть фактически сигнал S равный шуму N.

Разница между цифрой производителя и реальным ДД при астросъемке заключается в том, что производитель выбрасывает из рассмотрения как S_SKY, так и S_DC. Для него они равны нулю, потому что камера тестируется в лаборатории, где нет фона неба (лабораторная темнота) и не нужно думать о темновом токе, поскольку экспозиция считается сколь угодно короткой.
Кроме того производитель всегда может подобрать уровень яркости слабого сигнала так, чтобы LN²_SUB = t*S_OBJ << RN²
И конечно производитель считает ДД одиночного снимка.

Поэтому S/N=1 для производителя фактически означает, что S/N = t_SUB*S_OBJ / sqrt (RN²) = t_SUB*S_OBJ / RN = 1
То есть, другими словами, сигнал S_SNR1 у него попросту равен RN.

Таким образом, производитель просто делит глубину ямы матрицы при выбранном гейне на RN при этом гейне и выдает это за ДД для данного гейна. И эта цифра - совсем не ДД астронома, снимающего небо. Этот факт стоит запомнить.

Пример
Берем матрицу панаса (QHY163m) и смотрим, какой ДД дает ей производитель для гейна 200. Смотрим на его сайте заветные графики и видим - ДД=10,5.
Теперь заглянем туда же и посмотрим глубину ямы для g200. Она составляет (по тем же графикам) примерно 1300е-.
А каков RN? Опять смотрим в графики... RN=0.9e-

Теперь считаем сами. Делим яму на RN и получаем ДД = 1300 / 0.9 = 1444=2^10,5
Мы получили то самое, заявленное производителем число - 10,5 стопов.

==================

А теперь вешаем эту же камеру на телескоп f/7, ну скажем под небом SQM20 (Павел, под ваш телескоп и небо подстраиваю пример), и делаем серию из 16 субов при том же гейне и выдержке каждого суба 5 минут. Считаем ДД итоговой суммы (без клиппинга).
Прежде всего, стоит выбрать одно из представлений формулы SNR (I, II или III) и далее его придерживаться. (См этот пост).
Выберем для определенности представление III, поскольку многие тут привыкли оперировать приведенной суммой, а мозги (точнее их привычки), штука коренастая...

Поехали.
S_MAX = 1300e-    (он же = t_SUB * S_OBJ = 300 сек * S_OBJ, где S_OBJ - уже удельный поток максимального регистрируемого сигнала)
Все, что написано в скобках - просто для проветривания мозгов. Все равно ясно, что максимальный регистрируемый сигнал в приведенной сумме будет равен 1300е-, ибо выше ямы не прыгнешь.

Теперь вычислим S_SNR1.
Первое, что я бы сделал - сразу оценил, какой шум будет у нас доминировать под корнем у того слабого сигнала, для которого SNR=1. И только этот шум и оставим под корнем.
Ну, темновой ток будем считать мизерным, поскольку у нас охл. камера. Поэтому про DN²_SUB забываем.
Теперь по поводу фотонного шума. Для слабого сигнала (мы ведь оцениваем S_SNR1) они тоже ничтожен. Значит про LN²_SUB тоже забываем.

Остались два шума - шум фона неба и шум чтения. Но! Мы ведь уже научились подбирать оптимальную выдержку и утапливаем RN² под BN²_SUB, а 5 мин субы - уж точно не короче оптимальных для панасовской матрицы при g200, f/7 и SQM20.

Это означает, что сейчас для оценки S_SNR1 мы будем учитывать не RN, а на этот раз BN, и еще (не забываем!) - будем делить его на кол-во субов в сумме. Помним, что у нас ("простите, не у нас, а у вас"))) S_SKY = ~1 e/pix/sec.

Итак S_SNR1 = sqrt (BN²_SUB/N) = sqrt (BN²) / 4 = sqrt (t_SUB * S_SKY) / 4 = sqrt (300*1) / 4 = 4.3e-

Значит наш реальный ДД в этой серии будет равен 1300/4.3 = 2^8.2
Иначе говоря, 8.2 стопа.

А теперь над этим примером стоит подумать со всех сторон.
Ну например. Я уже точно не помню, Павел, какова у вас там реальная длительность оптимального суба на g200 под вашим небом и вашим сетапом (без фильтров или с UV/IR). Но сдается мне, что она намного короче 300 сек.
Если бы мы укоротили выдержку суба вдове (до 150 сек), сохранив интегральное время съемки, и если бы при этом мы еще оставались в зоне "длинее опт. длительности суба", - мы бы выиграли в ДД ровно на 1 стоп!
Поначалу это кажется невероятным, но числитель уменьшится на корень из двух, а знаменатель увеличится на корень из двух - и против этого никуда не попрешь!

Секрет этого фокуса стоит искать не около слабого сигнала (нижней планки ДД), а совсем с другой стороны - около его верхней планки, то есть в S_MAX. Именно эта штука, формально не меняясь в приведенной сумме, будет отвечать вдвое более сильному удельному сигналу от наиболее ярких регистрируемых звезд. Удельный сигнал наиболее слабых регистрируемых при SNR=1 объектов, остается в этих условиях, конечно, тем же самым (поскольку мы все еще остается в зоне "длинее опт. длительности суба").

Павел, в действителььности, опуская все промежуточные шаги, я сделаю сразу конечный вывод в такой форме:
Всякое превышение длительности субов в астрофотографии за пределы оптимальной их длительности ведет к резкой потере ДД - прямо пропорциональной этому превышению. И по какой-то неведомой мне причине, эта ошибка повторяется астрофотографами раз за разом, сколько существует сама астрофотография.
Это набившие оскомину снимки со звездами-блямбами можно было бы нередко облагородить, помня только одно это правило:
Не стоит превышать длительность субов выше оптимальной, это ведет к резкой потере ДД.

[PavelF]

авел, появилось немного времени, коснусь вопроса ДД (динамического диапазона).
Это будет чистый экспромт, поэтому мне лучше не верить, а за мной всё проверять.

Очень рад, что у Вас время появилось и мы можем продолжить.

Касательно ДД. Не возражая тому, что Вы написали, отмечу, что по выводам, которые мне удалось сделать, максимальный ДД будет при максимуме соотношения FullWell/RN^2. Следовательно, если мы хотим получить максимальный ДД, то выбирать гейн нужно с учетом этого соотношения. Выбрав гейн, можем определять длительность суба.

У Вас есть замечания по этой технологии?

[diant]

У Вас есть замечания по этой технологии?

Павел, в многомерных пространствах можно двигаться по разным координатам.
Я сейчас прошелся вдоль оси "sub's time", а вы гуляете вдоль оси "Gain". Это перпендикулярные направления.
Если мне доведется прогуляться с вами вдоль гейна, м.б. что-то толковое и смогу сказать.

Сейчас же могу только повторить свой вывод на тему вариаций длительности субов:
- Удлинение субов относительно оптим. их длительности = потеря ДД, при сохранении практически максимального SNR для данного времени интеграции
- Сокращение субов относительно оптим. их длительности = сохранение ДД, при потере доступного SNR для данного времени интеграции (зачем тогда вообще покупать дорогие камеры и большие телескопы?)

Ясно, что вторая ошибка намного страшнее первой. Ее ощущает всеми фибрами любой астрофотограф и инстинктивно опасается делать слишком короткие субы (и правильно делает). Но иногда он боится "слишком" - и тогда он ошибается, теряя ДД.

Что касается выбора оптим. гейна (перпендикулярная ось)  - это мне надо еще раз напрячься и войти в тему, а у меня назревает второй цейтнот и снова надолго. Но и это пройдет...

[PavelGhost]

Гейн надо исключить.

[PavelF]

Павел, в многомерных пространствах можно двигаться по разным координатам.

Бесспорно. Однако, в наших с Вами рассуждениях, мы вышли на достаточно строгие определения с точными математическими формулами. При таком подходе определение гейна, а это важнейшая характеристика, влияющая на ряд параметров камеры, не выглядит математически обосновано. Это не радует. Думаю, крайне важно, применить к выбору гейна такой же строгий математический подход. И уже определив его, двигаться дальше.

Методика мной предложена. Возможно, она неверная, буду рад критическим замечаниям или альтернативе.

[diant]

Вот 3 кадра скинул, с 1 по 3 кадр съемки https://dropmefiles.com/gws2G

Саш, сейчас открыл пару твоих лайтов L1 и L2 в Максиме и вычел один из другого. Вот что получилось.

В канале Green(L1-L2) величина стандартного отклонения  StdDiv = 800 (ADU16).
В каналах Blue и Red соответственно 800 и 1050 (надеюсь, правильно их раскидал).

Посчитаем твое небо для зеленого канала. Итак:
- выдержка 60 сек
- g30 (0.028e/ADU14)
- S_DC ... вот тут я осознал, что у тебя неохл. камера. Посмотрел дату - 20 мая, 22.26. Допустим у тебя там в это время +18 на улице. Тогда матрица было около 25 градусов, значит S_DC = 0.06e/pix/sec
- RN = 0.84e   (сильно! у меня на аналогичной АСИшке 1.4е)

Поехали.
Сначала несколько превращений.
800 ADU16 = 200 ADU14 = 5.6e   (при g30)
Таким образом StdDiv (L1-L2) = 5.6е
Тогда StdDiv L1 = 5.6 / sqrt(2) = 4.0e

Значит общий шум N в темных областях неба у тебя вышел на один кадр - 4 электрона. Этот шум состоит из трех компонент:

N² = BN² + DN² + RN²

Учитывая, что DN² = 60 * S_DC = 60 * 0.06 = 3.6, получаем:

16 = BN² + 3.6 + 0.7

Отсюда BN² = 11.7
Но BN² = 60 * S_SKY
Отсюда фон неба S_SKY у тебя набегает примерно 0.2 e/pix/sec в зеленом канале на твоем SW 250\1200 c марком3.
Я бы сказал, что у тебя просто отличное там небо.

А теперь главное. При гейне 30 и такой конфигурации сетапа ты перебираешь с длительностью суба.
У тебя на g30 RN=0.84, а шум неба за 60 сек выходит 3.4
Это перебор даже по тройному буржуйскому критерию. По такому критерию у тебя оптим. выдержка должна быть 30 сек. Тогда бы у тебя набегало фона неба около 6е, соответственно шум фона неба был бы около 2.4е - что аккурат в три раза выше шума чтения на g30.

А если брать критерий BN=2RN (считаю, он вполне достаточен), то оптим выдержка у тебя будет и вовсе 15 сек на таком гейне.

PS. Да, Саш, я конечно полностью доверился производителю. Но его RN=0.84e меня немного смущает. Камера получается просто фантастически хорошая. Я бы проверил...
... О! Сейчас обнаружил, что QHY178 и QHY5III178 - разные камеры. У твоей QHY5III178 RN указан 0.9e... впрочем разница невилика, там почти ничего не изменится.

[diant]

не выглядит математически обосновано

Почему не выглядит? Павел, вы же для нее вывели критерий выбора? И формулу только что привели:

максимальный ДД будет при максимуме соотношения FullWell/RN^2.

Если вы все правильно сделали и не ошиблись - почему сомневаетесь?

[PavelF]

Если вы все правильно сделали и не ошиблись - почему сомневаетесь?

Именно потому что, "если все правильно и не ошибся". Но, к сожалению, никто не подтвердил правильность моих расчетов и выводов, и не опроверг их. Пока нет независимого подтверждения, сложно считать теорию верной.

[Ihtamnet II]

Логично было как раньше с КМОП - гейном растягивали яму на 16 бит отсчетов - и зашивали. Юзеру варьировать длиной экспозиции. А сейчас голову сломишь, а уж все калибровочные сделать...

[diant]

Именно потому что, "если все правильно и не ошибся". Но, к сожалению, никто не подтвердил правильность моих расчетов и выводов, и не опроверг их. Пока нет независимого подтверждения, сложно считать теорию верной.

Павел, выкрою как-нибудь время и пройдемся по вашей "оси" обязательно. Думаю, на этом пути всё будет не так туманно; и вообще мне кажется, что ошибки у вас нет (пока только голос интуиции).

[GraY25]

Так что теория может сказать, как "правильно" снимать на светосильные системы?
В зелёной например зоне.
Например ГС14 + ASI294MC. (фокус 684мм масштаб 1.39")

[mo]

Хочу акцентировать внимание читающих на этом тезисе.

Павел, в многомерных пространствах можно двигаться по разным координатам.
Я сейчас прошелся вдоль оси "sub's time"

И добавить, что этот вывод:

то оптим выдержка у тебя будет и вовсе 15 сек на таком гейне.

не отвечает на вопрос, с какой именно выдержкой снимать. Вспомнить, хотя бы, необходимые межкадровые подвижки.

И, как мне кажется, самое главное в теме упущено. На сколько единиц (десятков?) процентов улучшается итоговый SNR при столь фатальном уменьшении выдержки. Сравнивая с данных для анализа фитов (60с). За какое время съёмки (час, ночь, неделя, ..)?

[diant]

Так что теория может сказать, как "правильно" снимать на светосильные системы? В зелёной например зоне.

Про "правильно" не скажу. Мы тут только длительность субов (и связанный с ней ДД) обсуждаем.
Что касается длительности субов - все так же, как в остальных случаях.  Подход общий, он не зависит от светосилы или зоны. Считаете по двум лайтам свой поток от фона неба и затем выбираете длит. субов исходя из критерия BN=2RN (выйдет на 12% хуже идеального SNR) или BN=3RN (выйдет на 5% хуже идеального SNR). Все тут вроде уже описано и на примерах разобрано.

Вспомнить, хотя бы, необходимые межкадровые подвижки.

Олег, это уже один раз проговорено, какой смысл повторять.

И, как мне кажется, самое главное в теме упущено. На сколько единиц (десятков?) процентов улучшается итоговый SNR при столь фатальном уменьшении выдержки.

А это где ты такое прочитал? Мы тут везде говорим про обратное.

[mo]

И, как мне кажется, самое главное в теме упущено. На сколько единиц (десятков?) процентов улучшается итоговый SNR при столь фатальном уменьшении выдержки.

А это где ты такое прочитал? Мы тут везде говорим про обратное.

60 секунд у Sanni кадр.
Ты говоришь: "Нет, это слишком много! Нужно 15!".

На сколько %% улучшится итоговый SNR суммы при переходе с 60 на 15 секунд? Из расчёта за час, за ночь, за неделю.

[diant]

На сколько %% улучшится итоговый SNR суммы при переходе с 60 на 15 секунд? Из расчёта за час, за ночь, за неделю.

Олег, почему ты считаешь, что SNR улучшится при переходе с 60 на 15 сек?

[mo]

На сколько %% улучшится итоговый SNR суммы при переходе с 60 на 15 секунд? Из расчёта за час, за ночь, за неделю.

Олег, почему ты считаешь, что SNR улучшится при переходе с 60 на 15 сек?

Встречный вопрос. Зачем переходить с 60 на 15 (как ты рекомендовал выше), если SNR суммы ухудшится.
Для более широкого ДД?