Вопрос про оптимальную выдержку

[dmcl]

Есть вопрос, на который не могу найти вразумительного ответа. Связано с выбором оптимальной выдержки.

Монтировка и погодные условия никогда не бывают идеальными. С одной стороны, уменьшая выдержку мы уменьшаем вероятность смаза из-за косяков монтировки, внезапного порыва ветра и прочих факторов. Т.е. хотелось бы фотографировать с минимальной выдержкой. Все-таки, потерять кадр в 30 сек. не так обидно, как потерять кадр в 10 минут. Но...

При сложении соотношение сигнал/шум пропорционально квадратному корню из количества кадров. Получается, что при уменьшении выдержки, например, в четыре раза (при одинаковом общем времени экспозиции) отношение сигнал/шум уменьшается в два раза. Т.е., если щелкать с маленькими выдержками, то для получения того же результата нужно увеличивать общее время съемки. Получается, что для уменьшения шума нужно наоборот стремиться к более длинным выдержкам.

Коллеги, разъясните вопрос, если кто знает. Какие есть общие соображения в выборе выдержки?

[PavelGhost]

При сложении соотношение сигнал/шум пропорционально квадратному корню из количества кадров.

Не количеству кадров, а суммарной выдержке, и то при идеальных условиях.

[Дмитрий Маколкин]

Минимальная допустимая выдержка обычно определяется исходя из шума камеры (шум считывания, шум темнового тока) и шума фона неба, определяемого засветкой. Второй должен быть раза в 3 больше первого.

Предположим, что для выбранного усиления шум считывания равен 2е (обычно есть в описаниях астрокамер). Мы снимаем в месте с умеренной засветкой, где, скажем, за 60 секунд у нас набралось 100 электронов фона неба (можно посчитать зная яркость фона и e/ADU для используемого усиления). Шум фона неба равен квадратному корню из яркости фона, т.е. 10е. Он в 5 раз больше шума считывания, а значит будет доминировать в шуме фона суммы таких кадров. Значит можно снимать с такой выдержкой, наша система регистрации не внесет ничего значимого в сумму кадров.

На практике, при сильной засветке, минимальная допустимая по этому критерию выдержка может оказаться совсем короткой. Так для моей дачи при съёмке в широкой полосе яркость фона за минуту может составить 2000е, т.е. шум фона составит почти 45е, что в 20 с лишним раз больше шума считывания камеры. Да, можно уменьшить выдержку в раз в 20, но тогда мне придётся снимать выдержками по 3 сек, что не рационально. В кадре будет мало звёзд для уверенного выравнивания кадров перед сложением, а объём складываемого материала за ночь будет излишне большим. В результате выдержку я увеличиваю и выбираю из практических соображений, чтобы и кадров было не слишком много, и звёзды не сильно "сгорели".

Что же касается количества кадров, то как выше заметили, работает суммарная длительность съёмки. Сколько фотонов накопили - такой и с/ш получится. И не очень важно, где идёт их накопление, в одном длинном или нескольких коротких, если сумма длительности коротких равна длительности длинного. При соблюдении вышеуказанного условия.

[Goodw]

Наверное, я нашел, что искал: https://-----rium.ru/TextDetails.aspx?TextID=2641

Опасное чтиво. Или нужно поверить в рекламу программы из этой статьи и отказаться от классической схемы калибровки или не читать это вовсе. Тут на форуме есть длинное обсуждение этого ПО.

[dmcl]

Предположим, что для выбранного усиления шум считывания равен 2е (обычно есть в описаниях астрокамер). Мы снимаем в месте с умеренной засветкой, где, скажем, за 60 секунд у нас набралось 100 электронов фона неба (можно посчитать зная яркость фона и e/ADU для используемого усиления). Шум фона неба равен квадратному корню из яркости фона, т.е. 10е. Он в 5 раз больше шума считывания, а значит будет доминировать в шуме фона суммы таких кадров. Значит можно снимать с такой выдержкой, наша система регистрации не внесет ничего значимого в сумму кадров.

Спасибо! А как можно получить яркость фона в электронах из таких данных?

SQM   21.96 mag./arc sec2
Brightness   0.177 mcd/m2
Artif. bright.   5.87 μcd/m2
Ratio   0.0343
Bortle   class 2

[Дмитрий Маколкин]

Предположим, что для выбранного усиления шум считывания равен 2е (обычно есть в описаниях астрокамер). Мы снимаем в месте с умеренной засветкой, где, скажем, за 60 секунд у нас набралось 100 электронов фона неба (можно посчитать зная яркость фона и e/ADU для используемого усиления). Шум фона неба равен квадратному корню из яркости фона, т.е. 10е. Он в 5 раз больше шума считывания, а значит будет доминировать в шуме фона суммы таких кадров. Значит можно снимать с такой выдержкой, наша система регистрации не внесет ничего значимого в сумму кадров.

Спасибо! А как можно получить яркость фона в электронах из таких данных?

SQM   21.96 mag./arc sec2
Brightness   0.177 mcd/m2
Artif. bright.   5.87 μcd/m2
Ratio   0.0343
Bortle   class 2

Нужно добавить данные по телескопу, фильтру и камере.
Но гораздо проще сделать пробный снимок и исходить из него.

[dmcl]

Нужно добавить данные по телескопу, фильтру и камере.

Это понятно. Думал, что может быть есть какой-то способ, зная светосилу телескопа и квантовую эффективность матрицы, как-то примерно определить эту границу.

[Дмитрий Маколкин]

Нужно добавить данные по телескопу, фильтру и камере.

Это понятно. Думал, что может быть есть какой-то способ, зная светосилу телескопа и квантовую эффективность матрицы, как-то примерно определить эту границу.

Попробуйте вот этот калькулятор: http://tools.sharpcap.co.uk/
или посмотрите тут: https://www.gibastrosoc.org/sections/astrophotography/optimum-exposures-calculator, но это только для ориентировки.

[dmcl]

Попробуйте вот этот калькулятор: http://tools.sharpcap.co.uk/

Спасибо большое! Теперь я вооружен )

[Pilgrim]

Расчеты и выкладки верны, но только для идеальной калибровки. То есть когда все нерегулярные шумы убраны полностью (для этого нужна бесконечность идеальных дарков при идеальной температуре, столько же биасов или даркфлэтов и флэтов, при идеально стабильной матрице).
В реальности, если снимать 3-секундными там, где "калькулятор разрешает", получится регулярный паттерн фона, не убывающий при сложении бОльшего количество кадров. В этом паттерне будет всё, что отличает вашу матрицу и методику калибровки от идеальной. Кто снимал "лаки" без дизеригна, хорошо знают о чем речь. Единственный способ избавиться от такого паттерна, это дизеринг - межкадровые подвижки, и чем ярче паттерн, тем чаще и дальше нужно двигать. Это занимает время, и в случае 3-секундных, займёт больше времени чем экспозиции.
Несомненно, матрицы с шумом считывания 1е^- увеличили возможности для съёмки короткими экспозициями, однако не сравняли их с длительными при прочих равных. Совет снимать настолько длительными экспозициями, насколько позволяет ваше железо, всё еще актуален. (естественно с исключеениями для лаки, а само понятие "позволяет" включает компромисс с сиингом, процентом брака и т.п)

Практические замеры это подтверждают. Для моих условий и инструмента, согласно калькулятору, даже на 5-минутных экспозициях фон неба должен в ~100 раз превышать шум считвания. Казалось бы, нет никакого смысла снимать 20-минутные субы (*пример взят с H-alpha 3нм). Однако на практике 3х20(=60) минут в сумме, дают измеренный сигнал/шум на ~6% лучше, чем 12х5(=60) мин. Причем съёмка вторых, за счет межкадровы подвижек, займёт как минимум на 6 минут больше. Если компенсировать потерю с/ш временем накопления, то добавится ещё ~12% и для эквивалентного качества, короткими субами понадобится около 1ч 13 минут наблюдательного времени. Лишняя наблюдательная ночь на каждые пять ночей и 4х к объёму храилища данных и времени обработки.

[dmcl]

Единственный способ избавиться от такого паттерна, это дизеринг - межкадровые подвижки, и чем ярче паттерн, тем чаще и дальше нужно двигать.

Я использую дизеринг. Конечно, это отнимает несколько секунд между кадрами на "устаканивание" гидирования. Матрица с охлаждением, поэтому заранее сделал библиотеку дарков (по 50 штук на каждую используемую комбинацию усиление/температура/выдержка). В целом, я получил ответ на свой вопрос и буду стараться использовать максимально длинные выдержки (если пережигать не будет).

[dmcl]

Однако на практике 3х20(=60) минут в сумме, дают измеренный сигнал/шум на ~6% лучше, чем 12х5(=60) мин.

Пояему так получается? Допустим, время на дизеринг здесь не учитывается. Откуда разница в 6%? Это влияние шума канала чтения?

[cin]

Вот ещё. Может кому-то пригодится:
https://deepskydetail.shinyapps.io/Calculate_SNR/

И видео на английском с разъяснениями:
https://youtu.be/E-QBFmjUQx4

[GordonBrau]

А как быть в случае DSLR камеры? Ведь тип матрицы в них не указывается "до электрона"... Скажем на матрицу своего Canon 60D я так и не нашел данных - только размер, разрешение и проч. для фотографов.

[Pilgrim]

Пояему так получается? Допустим, время на дизеринг здесь не учитывается. Откуда разница в 6%? Это влияние шума канала чтения?

Так я же в первом абзаце об этом писал, в этой разнице "всё, что отличает вашу матрицу и методику калибровки от идеальной".

Причем в том примере я со своей стороны для калибровки сделал всё что мог (мастердарк 11 20-минутных кадров, тармостабилизация, флэт 50 кадров при хорошем заполнении, 50 даркфлэт кадров, в общем силы не экономил.), там могла остаться плавающая нестабильность пикселей, нелинейность чувствительности и её разница между пикселями (частично обесценивающая высокочастотку флэта с высоким заполнением) и т.п.

[Reactor]

Скажем на матрицу своего Canon 60D я так и не нашел данных

Всё есть, ищите тщательнЕе

И вообще, вот тут всё скрупулёзно и грамотно разобрано

[Alex_S_Bond]

А как быть, когда объект не туманность, а скажем шаровое скопление, где звезды 6-8m? С одной стороны С/Ш понятно, а с другой не хотелось бы цвет звезд терять. У меня, например, при выдержке 120с на звездах 11,5m уже появляются горелые пиксели. 10m - уже однозначно горелые. Есть какая методика, как определить максимальную экспозицию, чтоб не сгорела звезда заданной яркости? Или только методом тыка?

[PavelGhost]

Или только методом тыка?

В данном случае это самый верный способ.
Сделать пару-тройку экспозишек не проблема, потом уже будет опыт.