Как лучше фотографировать: маленькие выдержки и много кадров или наоборот?

[Ledneff]

Как лучше фотографировать на цифровой фотоаппарат:
1. Можно сделать 100 кадров с выдержкой 5 сек и сложить их в Регистаксе
2. Можно сделать один кадр с выдержкой 500 сек.

Какой из этих методов лучше? Будут ли видны в первом случае слабые объекты так же как и во втором?

И какую лучше ставить чувствительность камеры (большую или меньшую)?

[Net]

Золотая середина лучше

В названных вариантах результативнее должна быть одиночная выдержка в 500 сек. Она даст большее проницание, но будет больше зашумлена.
100 штук по 5 после сложения очень хорошо приглушат шум, но всецело картина будет чувствоваться недоэкспонированной..

Чувствительность поставить можно большую для варианта 100х5, все равно шумы значительно побьются, но больше будет проницаемость. На одиночном кадре сине-красная рябь будет замента больше (конечно, и от картины зависит - звездное поле это или яркая на весь кадр туманность).


Выводы делал из опыта..

[Zakoruchkin]

Как лучше фотографировать на цифровой фотоаппарат:
1. Можно сделать 100 кадров с выдержкой 5 сек и сложить их в Регистаксе
2. Можно сделать один кадр с выдержкой 500 сек.

Какой из этих методов лучше? Будут ли видны в первом случае слабые объекты так же как и во втором?

   

Чудес не бывает  если снимать Дипскай то хоть тысячу кадров по 5 сек, слабых галактик не вытянуть. Так что без длительных выдержек ни куда, а это монтировка, переодика, атмосфера, фокусировка, шумы матрицы и т.д.  Ни какая чудо - программа не поможет. С наскока не получится.
Юрий Закорючкин.

[Zakoruchkin]

Да, забыл добавить:  как завещал нам дедушка Ленин " Работать, работать, и еще раз работать"  или  " Дорогу осилит идущий"
 Ой, что то меня на лирику потянуло  пора домой, в астродеревню.
Юрий Закорючкин.

[Семен]

http://www.cloudynights.com/item.php?item_id=1622

[Anton]

Будут ли видны в первом случае слабые объекты так же как и во втором?

Нет. Читать и думать тот линк, который  Семен дал.

И какую лучше ставить чувствительность камеры (большую или меньшую)?

https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,20017.0.html

[Alexander_A]

Линк очень тяжёлый для восприятия

 Если выражаться проще - боле длительная экспозиция улучшает соотношение сигнал/шум, т.е. сигнала в пикселе матрицы становится больше, при том же уровне шума(или чуть большем чем на коротких выдержках).
 НО есть один нюанс - если снимаете в плохих условиях(городская засветка), то слишком длительные выдержки просто забивают световым фоном неба все объекты. Так что здесь, как и писали выше - нужна золотая середина.
 В том числе это касается и ISO цифровых камер, слишком задирать его не стоит, но и на самом низком не обязательно снимать.

Просвятиться на эту тему вам поможет видео с семинара по астрофотографии. Поищите в этой ветке ссылки в соответствующей теме.

[Mihail Sedyh]

Какой из этих методов лучше?

Давно читал (кажись у ЛЛ) еще применительно к пленке, что проницание результата сложения эквивалентно экспозиции одиночного кадра, равной субэкспозиции, умноженной на корень из их количества. Уровень же шумов обратно пропорционален корню из числа субэкспозиций. Пока применительно к цифре никакого опровержения данного утверждения еще не встречал.

Чудес не бывает  если снимать Дипскай то хоть тысячу кадров по 5 сек, слабых галактик не вытянуть.

Юра, тут вопрос довольно спорный. Достаточно вспомнить фотографии мелких спутников Сатурна, к примеру, с субэкспозициями 1\10-1\50сек. А это 10m+ между прочим. 

[Zakoruchkin]

[Чудес не бывает   если снимать Дипскай то хоть тысячу кадров по 5 сек, слабых галактик не вытянуть.
Юра, тут вопрос довольно спорный. Достаточно вспомнить фотографии мелких спутников Сатурна, к примеру, с субэкспозициями 1\10-1\50сек. А это 10m+ между прочим.  /quote] 

Я в планетной съемке не спец, но10m - это все же не слабые детали в галактиках или туманности.   К примеру такого не вытянуть с короткими экспозициями.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,17267.80.html   
Юрий Закорючкин.

[Max_canaryskies]

На 100х5 секунд просто вообще ничего не проработается.
Вот 5х500 секунд- уже получше, хотя 10х500-даст лучший результат.

[1212Lupus]

Для планетных съёмок вообще пишут ролики по 15-30 FPS, а потом слкоадывают тысячи кадров. Чем меньше выдержки, тем тусклее объект, но тем меньше воздействие турбуленции...

Для ответа на вопрос нужно определиться -- ЧТО именно снимать. Для дип-скаев -- одно, для планет, Солнца и т.д. -- другое.

[Mihail Sedyh]

Я в планетной съемке не спец, но10m - это все же не слабые детали в галактиках или туманности.  

Ну, во-первых, вроде мастера цепляли вполне уверенно Мимас и Энцелад это что-то вроде 12м (могу ошибаться - проверьте кто-нибудь), причем совсем рядом с ярким диском. Во-вторых, 5 сек, это в 50-250 раз больше, чем 1\10-1\50сек. Так что теоретически кое-что получить вполне возможно. Вопрос правда в количестве кадров и чисто технических особенностях (например на отдельном кадре просто может ничего не проработаться, за что мог бы уцепиться Регистакс и другая программа сложения).

На 100х5 секунд просто вообще ничего не проработается.

На неподвижной бытовой видеокамере в ночном режиме(максимальное усиление и выдержка 1\2сек) у меня прорабатывались звезды 8м при сложении порядка нескольких сотен кадров, но надо учитывать, что апертура была 20мм и максимальный зум 10х.

Вообще я конечно не призываю к съемки дипов со сверхкороткими субэкспозициями. Понятно, что для каждого сетапа+объекта существует некий оптимальный режим съемки (в смысле длительности и количества субэкспозиций). Основную роль играют три параметра: проницание(чем длительнее субэкспозиция, тем лучше), уровень шумов (чем больше субэкспозиций, тем лучше) и общее время съемки затраченное на один объект (идеальна одиночная экспозиция, например 100х5=500сек эквивалентны 5хКОРЕНЬ(100)=50сек одиночной экспозиции). Также значительную роль могут играть вторичные факторы: засветка, возможности монтировки, параметры приемника, применяемые фильтры, динамические параметры объекта и т.д.  Просто хотелось уточнить, что короткие субэкспозиции имеют право хотя бы на рассмотрение, ибо объекты и задачи могут очень сильно отличаться.

[Александр Ростов]

Линк очень тяжёлый для восприятия

А что там воспринимать? Only a change in T_Total will change the SNR. This is critical to understand - черным по белому

[echech]

Давно читал (кажись у ЛЛ) еще применительно к пленке, что проницание результата сложения эквивалентно экспозиции одиночного кадра, равной субэкспозиции, умноженной на корень из их количества. Уровень же шумов обратно пропорционален корню из числа субэкспозиций

Типа масло - масленое. Шумы уменьшаются пропорционально корню из числа кадров, плотность увеличивается пропорционально корню... Что-то не так. Никакой выгоды не видно...

Может накопление плотности кадра происходит все-же линейно (без учета более тонких моментов)?

[Александр Ростов]

Давно читал (кажись у ЛЛ) еще применительно к пленке, что проницание результата сложения эквивалентно экспозиции одиночного кадра, равной субэкспозиции, умноженной на корень из их количества. Уровень же шумов обратно пропорционален корню из числа субэкспозиций

Типа масло - масленое. Шумы уменьшаются пропорционально корню из числа кадров, плотность увеличивается пропорционально корню... Что-то не так. Никакой выгоды не видно...

Может всеже накопление плотности кадра происходит все-же линейно (без учета более тонких моментов)?

Накопление полезного сигнала происходит линейно (в отличие от пленки). А вот SNR(t) ведет себя нелинейно по причине наличия нелинейных составляющих шума.

[Павел Бахтинов]

Давно читал (кажись у ЛЛ) еще применительно к пленке, что проницание результата сложения эквивалентно экспозиции одиночного кадра, равной субэкспозиции, умноженной на корень из их количества.

Честно говоря, эту формулировку я вообще не понял. "Проницание ... эквивалентно экспозиции" - как это?
На самом деле, если у нас есть N кадров с известным одинаковым SNR и мы их сложили, то на результате сложения SNR увеличится в корень из N раз (это для арифметического сложения, с медианой будет похуже). Это правило обычно выполняется на практике с довольно хорошей точностью.
Сложнее ответить на вопрос, каким будет выигрыш по SNR при увеличении выдержек субэкспозиций в k раз при равной суммарной экспозиции. Ответ может варьироваться от корня из k (если нет других шумов, кроме шума считывания) до ... полного отсутствия какого-либо выигрыша (если, к примеру, имеется сильная фоновая засветка, а шум считывания камеры мал). Вот в последнем случае, действительно "Only a change in T_Total will change the SNR"

Развернутый ответ подготовлю завтра.

[Mihail Sedyh]

Честно говоря, эту формулировку я вообще не понял. "Проницание ... эквивалентно экспозиции" - как это?

Мда, криво сказал... В общем мысль была такая: Снимаем одиночный кадр. Чем больше выдержка (Т_ок), тем больше проницание. Теперь снимаем несколько субкадров с меньшей выдержкой Т_ск. Чтобы получить тоже проницание, что и в первом случае, нам надо сложить N=(Т_ок/Т_ск)² субкадров.

На самом деле, если у нас есть N кадров с известным одинаковым SNR и мы их сложили, то на результате сложения SNR увеличится в корень из N раз (это для арифметического сложения, с медианой будет похуже). Это правило обычно выполняется на практике с довольно хорошей точностью.

Собственно это я и имел в виду, когда говорил, что

Уровень же шумов обратно пропорционален корню из числа субэкспозиций.

(Меня расстраивает собственное косноязычие. Видать уставший был...  )

Сложнее ответить на вопрос, каким будет выигрыш по SNR при увеличении выдержек субэкспозиций в k раз при равной суммарной экспозиции. Ответ может варьироваться от корня из k (если нет других шумов, кроме шума считывания) до ... полного отсутствия какого-либо выигрыша (если, к примеру, имеется сильная фоновая засветка, а шум считывания камеры мал).

Во, в точку, вопрос действительно ключевой. Только, чтобы на него ответить, надо дать очень точное определение SNR  и рассмотреть более-менее реалистичную модель структуры шумов. Осмелюсь даже сказать, что при определенных условиях SNR может ухудшиться при увеличении субвыдержек (но при сохранении суммарного времени экспозиции и соответственно уменьшении количества кадров).

Может всеже накопление плотности кадра происходит все-же линейно (без учета более тонких моментов)?

Да я про плотность ничего и не говорил, при арифметическом сложении конечно можно принять линейный рост плотности. Только абсолютное значение среднего уровня шума(фона) особо ни на что не влияет (имется в виду, что мы находимся в области далекой от насыщения). Наиболее интересно среднеквадратичное отклонение шума, а вот оно, думаю, изменяется нелинейно с ростом числа кадров.

Все ИМХО.

[echech]

Ответ может варьироваться от корня из k (если нет других шумов, кроме шума считывания)

С шумами считывания как раз хоть немного, но понятно.
А вот эффект от уменьшения субэкспозиций, мне кажется невозможно грамотно моделировать без учета таких факторов как: дискретность представления сигнала, величины порогового значения освещенности (для "вползания" в первый дискрет), динамический диапазон сенсора и объекта съемки (точнее, сюжетно важных его деталей).

[Павел Бахтинов]

Вот мои соображения (наконец-то дописал начатый ранее текст). Попытался обобщить сказанное ранее здесь на форуме и на январском семинаре.

1) Будем считать, что полное суммарное время экспозиции объекта у нас задано, вопрос состоит в том, как наиболее оптимально разбить его на субэкспозиции отдельных кадров. Под "оптимальностью" будем понимать достижение максимального отношения сигнал/шум (SNR) после сложения этих кадров.
При этом, однако, следует помнить, что, даже найдя какие-то оптимальные цифры, нужно еще иметь возможность ими реально воспользоваться. Так, если фотографируемый объект содержит яркие детали, нельзя будет использовать слишком длительные выдержки, иначе эти детали окажутся в области насыщения и информация о них будет потеряна. Аналогичная ситуация возникает (или усугубляется) при наличии в месте наблюдения сильной внешней засветки. Применяемые выдержки также могут быть ограничены сверху в случае каких-то проблем с гидированием и т.п.
В силу индивидуального характера подобных проблем, мы их здесь рассматривать не будем, приняв, что все условия реализуемости оптимальных (в смысле SNR) выдержек по умолчанию выполняются. Примем также, что все субэкспозиции в серии одинаковы по длительности.

2) С точки зрения теории, длительные выдержки обеспечивают лучшее SNR, чем короткие (несмотря на большее количество складываемых в последнем случае кадров). Конкретная величина выигрыша, однако, может быть разной... Если увеличивать выдержки одиночных кадров, начиная от самых коротких, рост SNR поначалу идет быстро, но по достижении выдержкой некоторого значения замедляется, а затем и вовсе практически останавливается. Положение этой "точки перегиба" зависит от соотношения интенсивности различных источников шума. Теоретическому исследованию этого вопроса посвящен целый ряд зарубежных публикаций (John Smith и др.), ссылки на некоторые из них здесь уже приводились. В них рассматриваются, как правило, охлаждаемые ПЗС-камеры, у которых шум темнового тока мал, поэтому в качестве главного фактора, ограничивающего рост SNR при увеличении выдержек, там выступает засветка фона неба. "Оптимальной" в этих публикациях считается такая минимальная длительность субэкспозиции, дальнейшее увеличение которой (при заданной засветке неба) уже не приводит к росту SNR (более длительные выдержки дают такой же результат по SNR, но считаются неоптимальными, видимо, из-за их более сложной технической реализации).
К цифрозеркалкам эти выкладки могут быть применены лишь в плане схожести основных закономерностей, количественные же параметры (в силу отсутствия охлаждения матрицы и других конструктивных особенностей) окажутся здесь иными.

3) Важной особенностью цифровых зеркальных камер (в частности, с КМОП-матрицами от Canon) является недостаточная повторяемость темнового кадра, вследствие чего после калибровки остается значительная по амплитуде псевдошумовая помеха, которая, не будучи полностью детерминированной (иначе она была бы подавлена калибровкой), имеет все же хорошую корреляцию от кадра к кадру. Вредное действие этой помехи проявляется не столько в нескольких "плавающих" горячих, сколько в большом числе "теплых" пикселей, которые, несмотря на сравнительно небольшую амплитуду ошибки, заметно портят изображение благодаря своей многочисленности. Эффективным средством подавления подобного рода помех служит съемка серии с небольшим межкадровым сдвигом объекта в поле зрения (т.н. dithering) и последующее сложение кадров с использованием алгоритма сигма-клиппинг, или ему подобного (для охлаждаемых ПЗС-камер использование таких алгоритмов также оправдано, но все же не столь насущно необходимо, как для цифрозеркалок). Применение dithering для достижения высоких результатов с цифрозеркалкой - обязательно; без этого коррелированная составляющая помехи не будет подавляться сложением кадров.
Поскольку сигма-клиппинг не работает при сложении менее 3-х кадров, то, применительно к обсуждаемому вопросу о выдержках, из сказанного следует, что увеличивать длительность субэкспозиции (в погоне за лучшим SNR "нормальной" шумовой составляющей - см. п.2) имеет смысл лишь до тех пор, пока в серии остается хотя бы 4-5 кадров.

4) Чтобы выяснить конкретные числовые значения оптимальных параметров для Canon-350D, мною были проведены опыты (см. https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,20017.0.html), имитирующие основные процессы съемки и обработки (калибровка, dithering, сигма-клиппинг); не учитывалось лишь влияние фоновой засветки неба.
Опираясь на эти полученные в лабораторных условиях экспериментальные данные, а также на опыт реальной съемки дип-скай объектов, в настоящее время я стараюсь придерживаться следующих режимов:
- снимаю обычно с 15-минутными выдержками, что позволяет получить достаточное количество кадров (в соответствии с п.3) при суммарной экспозиции 1-1.5 часа;
- при температуре около +10^оС устанавливаю ISO400, при температуре около нуля - ISO800, при -10^оС - ISO1600 (последний вариант опробовать на практике пока не довелось).
Вообще-то из описания опыта по вышеприведенной ссылке нетрудно видеть, что указанные режимы не являются единственно оптимальными и близкие результаты могут быть получены и при других сочетаниях параметров. Очевидно, что применяемые мной сравнительно длинные 15-минутные выдержки пригодны лишь в том случае, если проблемы с гидированием решены. Менее очевидно то, что длительные выдержки позволяют получить преимущества по SNR, только если фоновая засветка неба невелика (сам я снимаю именно в таких условиях). Количественных данных по этому поводу я привести не могу, поскольку опытов с засветкой не проводил; согласно теории, эффект от нее должен быть похожим на действие повышенной температуры: нивелирование различий между режимами при общем снижении максимально достижимого SNR. Чем больше засветка, тем в большей степени оказывается все равно, с какими параметрами снимать, а при особенно сильной засветке стоит задуматься, имеет ли смысл в этом месте снимать вообще .

[Александр Ростов]

Вот мои соображения (наконец-то дописал начатый ранее текст). Попытался обобщить сказанное ранее здесь на форуме и на январском семинаре.

Спасибо! Очень уж мало толковой доступной информации на этот счет, поэтому значимость подобных статей трудно переоценить.

- снимаю обычно с 15-минутными выдержками, что позволяет получить достаточное количество кадров (в соответствии с п.3) при суммарной экспозиции 1-1.5 часа;

 Позвольте задать вопрос, к которому я никак не могу подступиться - можно ли вышеприведенные данные линейно или как-то иначе экстраполировать как оптимальные для других оптических систем с учетом светосилы оптики и яркости объекта (интересно, что об этом мало где упоминается в ссылках, а ведь именно от этого в первую очередь зависит выдержка!!!)? Перефразирую: можно ли 15мин/1,5 часа для светосилы f/8 пересчитать в 7,5мин/45мин для f/5,6? Или 7,5мин/45мин для вдвое более яркого объекта? Вообще как кореллируют между собой эти величины?

- при температуре около +10^оС устанавливаю ISO400, при температуре около нуля - ISO800, при -10^оС - ISO1600 (последний вариант опробовать на практике пока не довелось).

 Меняется ли при этом суммарная выдержка и/или длина суб-экспозиций? Их соотношение?

Чем больше засветка, тем в большей степени оказывается все равно, с какими параметрами снимать, а при особенно сильной засветке стоит задуматься, имеет ли смысл в этом месте снимать вообще .