Астрофотография начинающих (Deep Sky)

[PavelGhost]

Бери побольше, кидай подальше - длительные выдержки все равно остаются востребованными, по этому астросетап без гида пока это недосетап.

[toh@]

Tsub (оптимальное) = const * NR2

Всегда восхищался математиками! Вообще людьми, которые что-то понимают, глядя на формулы.
Мне бы хотелось понять физический смысл. (сразу вспоминается анекдот про сферического коня в вакууме  )
Откуда берется ограничение по длине сабэкспозиции? (то есть почему это выражение справедливо, впринципе)
Мы ведь фиксируем сигнал, превышающий суммарные шумы (хоть на сколько-то... иначе - смысл? шумы фотать не очень интересно) ?
Почему до какого-то времени накопления саба происходит увеличение NR, а после - спад (? или не верно понял смысл ограниченой, ОПТИМАЛЬНОЙ длительности) ?
... я могу понять ограничение глубиной ямы. Но если она позволяет - копи сколько влезет (казалось бы...)

[toh@]

когда мы снимаем на фильтры не самой узкой полосы под белым-белым небом.

Во времена моей молодости знающие люди говорили: снимать дипы в городе нельзя!
Теперь, получается, говорят - как бы можно, но нужно взять очень хорошую камеру, хороший фильтр, относительно короткие (идеологически правильно подобранные выдержки), и, помолясь, медленно и настойчиво, очень долго копить сигнал...
... но ведь по-прежнему, можно раз в год выехать под темное небо и накопить за ночь больше, чем соберется за год в городе...

... собственно понятно, почему в этом направлении мыслят люди... с такой динамикой увеличения светового загрязнения через сотню лет везде город будет...

[PavelGhost]

Почему до какого-то времени накопления саба происходит увеличение NR, а после - спад (? или не верно понял смысл ограниченой, ОПТИМАЛЬНОЙ длительности) ?

Оптимальность понятие растяжимое, особенно когда речь о многокритериальной задаче.
Ограничения по выдержке - их много, например вероятность испорченного кадра (моргнул свет, птичка нагадила на зеркало, набежали тучки, восход солнца).

[Sergeich]

Боюсь давать ссылку, там слишком сложно. Хочется по простому.
Вот есть закон F=ma. Он неизменен. Но меняется масса (например, вместо железного корпуса машины он становится теперь карбоновым и машина весит в 3 раза легче), ясно же, что теперь и сила F может быть сделана в 3 раза меньше, чтобы машина двигалась с тем же ускрением "a".
В астрофото этот закон выгляит примерно так:
T_sub (оптимальное) = const * NR²
Из нее сразу следует, что если NR упало, скажем, в 5 раз - то длительность оптимальной экспозиции падает в 25 раз. И если раньше типичная выдержка скажем на QHY8L была 5 мин, то теперь она становится на asi533 (gain 200-300) в 25 раз короче, то есть 12 сек.

А константу в чем нужно указывать?

[toh@]

например вероятность испорченного кадра

... это понятно (это все старые проблемы)
... но контекст был несколько другой. Акцент, как мне показалось, был на новые сенсоры...

[PavelGhost]

Акцент, как мне показалось, был на новые сенсоры...

Ну новые сенсоры они да, можно снимать более короткими выдержками, но именно что можно, но не значит нужно. 
Придумали фигню, и говорять что типа новое направление аж

[diant]

А константу в чем нужно указывать?

Увы, эта константа становится константой, когда у вас уже зафиксировано все - то есть ваше текущее небо, сетап, фильтр, камера с гейном. А до этого сия "константа" является сложной функцией от всего перечисленного.

to toh@: Антон, ты много всего спрашиваешь и получается уже явно офтоп в этой теме. Если ты или модераторы вынесут эту завязь будущей ветки "вопросы toh@'а" куда-нибудь поближе к сфиерическому коню, там можно будет продолжать. А пока могу только сказать, что вот это:

Мы ведь фиксируем сигнал, превышающий суммарные шумы (хоть на сколько-то... иначе - смысл? шумы фотать не очень интересно) ?

верно, только если ты имеешь в виду "фиксируем" на итоговой сумме. Там да, конечно.
Но если ты имел в виду фиксацию на одной единичной экспозиции (субе), то это ошибка, и насколько я успел заметить, немало астрофотографов думают как ты.

Откуда берется ограничение по длине сабэкспозиции? (то есть почему это выражение справедливо, впринципе)

Строго говоря нет никакого ограничения, каждый волен выбирать себе любую длительность субов. Но дело вот в чем. Вот у тебя скажем есть 3 часа ночью, которые ты можешь потратить на объект. И ты волен разбить эти 3 часа на одиночники любым способом, например:
- 3 суба по 1 часу
- 6 субов по полчаса
- 18 субов по 10 мин
- 36 субов по 5 мин
- 180 субов по 1 мин
- 360 субов по 30 сек
- 1080 субов по 10 сек
(Подвижки пока замнем для простоты)
Ясно, что 3 по часу дадут примерно такой же результат, как 6 по полчаса. И наверное такой же, как 18 по 10 мин. Но если двигаться дальше, то при конкретных условиях съемки в какой-то момент эта  эквивалентность начнет сыпаться. Например, 360 субов по 30 сек уже не дадут в сумме такого же SNR как 3 по часу. В этом случае предыдущая ступенька (1-мин субы) и названа мною оптимальной длительностью одиночной экспозиции. Это понятно?
То есть можно делать субы и по 5 мин и по полчаса, но выигрыша это уже не даст. А как верно подмечено Павлом, кто-нибудь, типа Маска или хвоста собаки, испортит кадр на полчаса - жалко, а 1 мин суб выбросить в корзину - и не заметишь.

[toh@]

Если ты или модераторы вынесут эту завязь будущей ветки "вопросы toh@'а" куда-нибудь поближе к сфиерическому коню, там можно будет продолжать

Как-то несколько обидно прозвучало. Как-будто я самый тупой тут...
... готов поспорить, что даже 10% участников этого форума не понимают, о чем речь...
Спросил, только потому, что это непосредственно относится к астрофото, и, кмк, это важно именно для начинающих (все матерые то уже в курсе... )

Я имел ввиду SNR именно исходника. Не думаю, что кто-то практически использует в любительском астрофото исходники с SNR меньше 1. Понятно, что их можно получить, даже знаю (в общих чертах, не в деталях), что есть методы выделения полезного сигнала из преобладающего шумового фона. Понимаю, что все эти методы внедрены и используются в астрософте (тянут же как-то слабую периферию объектов). Но так, чтобы основной объект тонул в шумах (средняя статистика по кадру, SNR меньше 1) - у меня не было никогда таких исходников, и я боюсь их даже представить. В такой ситуации рационально было бы переключиться на более яркий объект или использовать фильтрацию. Иначе, кмк, смысл есть заниматься астрофото только ради спортивного интереса. Результат будет печальный.

Насчет длины выдержки саба, я не имел ввиду какие-то крайние случаи с сабами в секунду или час (с собачками все ясно, и с погрешностями ведения, это очевидные причины), интересно было ближе к реальным, практически используемым (Вы просто назвали экспозицию в 15с, довольно короткую на мой взгляд). Всегда считал (и до сих пор уверен), что например, сумма 100 кадров по 20 сек всегда проиграет по итоговому SNR 40 кадрам по 50 сек. (если условиться, что не принимаем в расчет переполнения ярких областей). Понятно, что пара-тройка длинных кадров может проиграть большому количеству более коротких, засчет того, что алгоритму просто не достаточно будет такой глубины выборки для корректной статистической обработки материала. Тут нужен какой-то разумный компромисс. Но, если правильно понял, речь то шла о другом?

... так же понятно, что итоговый шум одиночника состоит (частично) из системных шумов, таких, как тепловые шумы сенсора. Которые относительно легко ощутимо снижаются статистической обработкой, но раз мы обсуждали новые сенсоры с низкими шумами (в сравнении со старыми шумными), то речь и не об этом тоже?

ПС: если считаете, на самом деле, что вопрос не по теме - могу больше не засорять форум. Найду ответы сам. Просто очень интересно стало. Сетапа нет еще, чтобы проверить, все старые исходники далеко, нет возможности посмотреть (да и сняты они были на камеры, мягко говоря, ну очень не новые)...

[diant]

Антон, и в мыслях не было как-то обидеть - это я над собой пытался иронизировать, поскольку теорию тут мало кто любит, все на опыте постигают, а я занудствую цифирями. Увы, мне пришлось много лет изучать этот предмет в цифирях (конечно, провяряя на практике, но вне астрофото). Когда начинается математика, многих это отталкивает, поэтому я сразу и написал, что лучше это отдельной веткой обсуждать. Надеюсь модераторы рано или поздно увидят тут наш офтоп и вынесут его - пуская хоть под топиком "diant отжигает", название роли не играет.

> Я имел ввиду SNR именно исходника. Не думаю, что кто-то практически использует в любительском астрофото исходники с SNR меньше 1.

Это далеко не так. Сейчас уже люди такую пыляку тянут, что ее не только на одиночниках не видно, но даже на сумме из десятка одиночников. И все равно в итоговой сумме она выходит и вполне сносно. Именно это сейчас один из трендов - все яркое уже попереснимали по тысяче раз.

> Понятно, что их можно получить, даже знаю (в общих чертах, не в деталях), что есть методы выделения полезного сигнала из преобладающего шумового фона.

Дело вообще не в этом. Не надо ничего выделять - на сумме это и не потребуется. На одиночнике ничего - на итоговой сумме SNR уже огого. Тут все дело в том, что lim (N*x/sqrt(N*k*x)) стремится к бесконечности при увеличении количества кадров. Здесь х - полезный сигнал в одном кадре; k*x - сигнал фона неба в одном кадре. Если тут все константы вынести, останется N/sqrt(N) - эта штука всегда стремится к бесконечности при росте N. Фокус только в этом.

>  Всегда считал (и до сих пор уверен), что например, сумма 100 кадров по 20 сек всегда проиграет по итоговому SNR 40 кадрам по 50 сек.

Отличный пример. Нет, не всегда.

> Понятно, что пара-тройка длинных кадров может проиграть большому количеству более коротких,
> засчет того, что алгоритму просто не достаточно будет такой глубины выборки для статистической обработки материала.
Какая статистическая? Получая сумму из кучи одиночных кадров, мы делаем просто алгебраическую сумму кадров попиксельно (сигму пока отбросим). То есть та самая операция, которую в школе обозначают как "+". Тут нет статистики. И уже в этой сумме, без всякой стат. обработки, объект вылезет над шумом фона. И при большом N сильно вылезет.

[toh@]

останется N/sqrt(N) - эта штука всегда стремится к бесконечности при росте N. Фокус только в этом.

Ага, то есть (если правильно понял) получается, что сигнал в любом случае, стремится к бесконечности, когда количество кадров стремится к бесконечности (пока вроде все логично, и даже не сложно ), но скорость этого стремления (простите за колхозность терминологии) зависит от условий (в том числе, характеристик сенсора, поганости неба и яркости конкретного объекта на нем {вот про яркость объекта, кстати, не уверен, а это важно})...
... т.е. может возникнуть такое сочетание условий, что большая длина сабов приведет к худшему результату SNR на сумме, накопленной за какое-то время, чем меньшая длинна сабов за то же время...
Иными словами, сигнал будет копиться всегда, при увеличении итогового времени накопления. Вопрос только в эффективности накопления?
Правильно подобранная длина сабэкспозиции (не менее какой-то, и, что важно, не более какой-то  ) позволяет накопить максимум полезного сигнала за какое-то определенное время?

[PavelGhost]

... т.е. может возникнуть такое сочетание условий, что большая длина сабов приведет к худшему результату SNR на сумме, накопленной за какое-то время, чем меньшая длинна сабов за то же время...

Не может быть такого, ибо при прочих равных условиях шум вносимый чтением зависит от числа субов - если 10 кадров по 10 минут внесут 10 электронов шума при чтении (допустим) , то 100 кадров по 1 минуте внесут 100. По этому всегда более длинная выдержка выиграет, если не птички и прочие неожиданности.
Зы, 100 внесут не в 10 раз больше а в корень квадратный из 10 - но сути это не меняет - больше субов за тоже время гадят больше.
Другой вопрос что если засветка гадит 1000 электронов в секунду на пиксель, то эта разница просто необнаружима на сумме.

[toh@]

Другой вопрос что если засветка гадит 1000 электронов в секунду на пиксель

Ну, тут, кмк, надо в лес идти... Причем в любой, не глядя даже на карту засветки...

[PavelGhost]

Ну, тут, кмк, надо в лес идти... Причем в любой, не глядя даже на карту засветки...

Ну хорошо, пусть их будет не 1000, а 10.
Вот представим себе что сумма это большая бочка под навесом, а мы стоим с ведром под дождем - редкие капельки ловим - ну и условие, что при переливании из ведра в бочку теряется несколько капель, независимо от того полное ведро переливаем или нет.
Стоим ждем пока в ведерко наберется дождика - берем переливаем в бочку (к стати время на перелив тоже можно зачесть в минус).
Как мы больше наберем воды - набирая по полведра например или по 1/10 ?

[diant]

Ага, то есть (если правильно понял) получается, что сигнал в любом случае, стремится к бесконечности, когда количество кадров стремится к бесконечности

Точнее сказать, к бесконечности стремится отношение сигнала к шуму (не сам сигнал, хотя он тоже стремится к бесконечности - нам то важно SNR).
Далее Павел правильно замечает, твои мысли не совсем верны.

Антон, ты знаешь, я подумал и кажется придумал, как вот реально по простому тебе понять суть всей идеи. Давай зайдем с другой стороны. С этой стороны нам предстоит пройти всего три шага. На каждом шаге я буду ставить тебе некоторые условия, и просить тебя ответить на вопрос. Надеюсь, все будет просто. После ответа на третий вопрос (т.е. на третьем шагу), ты должен хлопнуть себя по лбу и все прояснится. Годится?

Шаг 1.
У тебя камера с нулевыми шумами со всех сторон, прямо вот с голыми 0 по всем шумам. И ты снимаешь DSO объект, который на твоем реальном сетапе сыпет тебе фотоны в пиксел примерно 100 штук в секунду.
Вопрос:
- сколько всего фотонов полезного сигнала ты соберешь в пискеле в итоговой сумме из 100 кадров по 20 сек?
- ...а в сумме из 50 кадров по 40 сек?

[СерёгаСергеев]

М63, Подсолнух. Желто-красная, SW150/600, 1.1 час по 13 сек.

[toh@]

О наконец-то "на кошках" ! 
Раз речь об арифметической сумме, полагаю, и там и там по 200 000

[toh@]

Стоим ждем пока в ведерко наберется дождика - берем переливаем в бочку (к стати время на перелив тоже можно зачесть в минус).
Как мы больше наберем воды - набирая по полведра например или по 1/10 ?

Если шустро орудовать ведром - одинаково.
(Современные камеры, вроде, вполне шустро ведром орудуют... но в целом, Вы правы, да...)
... но, чЪорт побери, подозреваю, что черпаем то мы не из колодца, а из лужи грязной, и каждый раз ила зачерпываем сколько-то... А интересует то нас - итоговый объем воды

[diant]

Отлично, первый шаг мы прошли на ура. Осталось всего два

Шаг 2.
Все условия те же самые, но вспоминаем, что есть еще засвеченное небо (гори оно огнем). И оно тоже сыпет нам фотоны в тот же пиксел, но только со скоростью 125 фотонов в секунду.
Вопрос А:
- сколько всего фотонов засвеченного неба ты соберешь в пискеле в итоговой сумме из 100 кадров по 20 сек?
- ...а в сумме из 50 кадров по 40 сек?
Вопрос В:
- какое получится отношение "Полезный Сигнал/Шум" на первой итоговой сумме (100 по 20 сек)?
- ... на второй итоговой сумме (50 по 40 сек)?

PS. Пожалуйста, хорошо подумай, прежде чем отвечать на "В"!

[toh@]

Фотонов засветки получается и там и там по 250000
Соответственно, SNR (пока без учета прочих шумов, только засветка), так же получается одинаковый 200 000 / 250 000 = 0,8
(... тут возник внутренний диссонанс, сигнал/шум получился абсолютно одинаковый, что на исходнике, что на сумме. Где-то ошибка, но пока не понимаю...)

Ну, да, шум растет (вроде), как квадратный корень из числа кадров (слышал где-то, но физ. смысл не понимаю...)
(по-сути, засветка - тоже сигнал для сенсора)