Що таке "правило 600" в астрофотографії?

У цьому питанні згадується «Правило 600» для уникнення зіркових стежок в астрофотографії.

• Що це за правило?

• Як воно було отримане?

• Як його слід застосовувати?

Зірки рухаються. Як і при будь-якому іншому русі, нас хвилює те, наскільки вони рухаються на датчику під час опромінення: Рух, який відбувається лише в межах одного пікселя, не є рухом, який може сприйняти датчик, тобто рух виглядає замороженим.

Але коли рух під час опромінення покаже крапку в декількох пікселях, це буде видно як розмиття руху, в цьому випадку зірка стежки. Таке правило, як "правило 600", за духом схоже з "правилом 1 / фокусної відстані" для ручного опромінення, оскільки воно намагається надати час опромінення, що дає приблизно однакове розмиття руху для більшості фокусних відстаней.

Виведення досить просте:

• Небо обертається на 360 градусів за 24 години, або 0,0042 дугових градусів за секунду.
• Якщо припустити повну кадр камери та 24-міліметровий об'єктив, у нас горизонтальний вигляд 73,7 градусів. (Дивіться статтю «Кут зору Вікіпедії» .)
• Якщо припустити 24-мегапіксельний датчик (6000x4000, наприклад Nikon D600), ці 73,7 градусів проектуються на 6000 горизонтальних пікселів, даючи 81,4 пікселя на градус.
• Якщо припустити 24-мм об'єктив, "правило 600" дає експозицію 600/24 ​​мм = 25 секунд.
• За 25 секунд небо переміститься ~ 0,1 градус.
• Для нашої кадрової камери з 24 Мпкс з 24-міліметровим об'єктивом 0,1 градус означає 8,5 пікселів.

За правилом 600, ці 8,5 пікселів представляють максимально прийнятну розмитість руху до того, як зіркові точки перетворяться на зіркові сліди. (Ось що говорить правило. Чи прийнятний 8-піксельний мазок для певної мети - це інше обговорення.)

Якщо підключити 400-міліметровий об'єктив до тих же формул, ми отримаємо максимум 1,5 секунди часу експозиції та 7,3 пікселів під час експозиції. Тож це не точне правило - розмиття дещо відрізняється для різної фокусної відстані - але, як правило, це досить близько.

Якби ми використовували 1,5-кратний датчик обрізання з тією ж роздільною здатністю 24 Мп (наприклад, Nikon D3200) і використовували фокусні відстані для надання еквівалентних кутів зору, ми мали б, наприклад, фокусну відстань 16 мм, час витримки 37,5 секунд та розмиття 12,7 пікселів. Це на 50% більше розмиття.

У цьому випадку "правило 400" для камери датчика обрізання дасть таке ж розмиття, як "правило 600" для прикладу повного кадру.

Я пропоную використовувати "правило 600" (або більш сувору версію з меншим чисельником) з еквівалентною, а не реальною фокусною відстанню, таким чином правило дає ті ж результати для менших датчиків. (Наприклад, 16мм на датчику посіву 1,5х еквівалентно 24мм на повному кадрі; використовуйте фокусний відстань "24мм еквівалент", а не "фактичний" 16мм) для розрахунку максимального часу експозиції.)

Різні зірки рухаються з різною швидкістю відносно Землі. Найшвидший рух йде по небесному екватору , тоді як полярна зірка (Polaris для Північної півкулі) на небесному полюсі майже не рухається.

Ефект можна побачити на цій фотографії з wikimedia commons: Polaris постає фіксованою точкою в середині, тоді як інші зірки обертаються навколо неї, а довжина зіркових стежок збільшується в міру віддалення від Polaris.

Джерело

Розрахунок вище для найгіршого сценарію, коли на малюнку включені зірки, що рухаються по небесному екватору.

Я думаю, що повідомлення про винос полягає в тому, що значення 600 в "правилі 600" залежить від роздільної здатності камери, розміру датчика, де в небі ви вказуєте камеру і того, що вважаєте прийнятним розмиттям.

Використовуйте меншу кількість, якщо хочете менше розмиття.

І навпаки, більша кількість може бути прийнятною, якщо ви знімаєте низький поріг Polaris, використовуєте камеру низької роздільної здатності та / або орієнтуєте вихідний формат низької роздільної здатності.

Правило 600 зазначає, що для "усунення" зіркових стежок час опромінення в секундах повинен бути 600 поділений на фокусну відстань знімальної лінзи. 20-мм об'єктив міг би тривати 30 секунд, 300-мм об'єктив - 2 секунди.

Звичайно, (як і будь-яке розмиття руху) ви ніколи не усунете зіркових слідів - ви просто зменшите слід до прийнятного рівня для заданого збільшення. Єдиним ідеальним рішенням є "ідеально вирівняне екваторіальне кріплення відстеження", і такого немає.

Етіологія є складною, якщо не неможливою - це на кшталт "Рука не менша, ніж 1 / фокусна відстань затвора" - велике правило або загальна мудрість, яка працює у багатьох, але не у всіх випадках.

Обговорення плюсів і мінусів (і математики) можна знайти тут: http://blog.starcircleacademy.com/2012/06/600-rule/

Цікаве та більш загальне обговорення зіркових стежок можна знайти тут: http://blog.starcircleacademy.com/startrails/

Це правило стосується швидкості затвора, яку слід використовувати під час фотографування нічного неба. Правило таке:

• Використовуючи лінзу фокусної відстані L для фотографування нічного неба (зі стаціонарною камерою) на тривалій експозиції, максимальна швидкість затвора, яку ви повинні використовувати, щоб уникнути розмивання зірок, становить 600 / л секунди.

Наприклад, якщо ви використовуєте об'єктив 300 мм, якщо ви використовуєте швидкість затвора (600/300) = 2s або менше, вам слід уникати бачення зірок як ліній, а не точок світла.

Наскільки я можу сказати, немає даних про те, хто придумав правило або як воно було отримане, однак, швидше за все, це базувалося б на спробі та помилках при використанні 35-міліметрової плівки, з властивою меншою роздільною здатністю (зернистістю) та меншою толерантністю (розмір кадру), ніж сьогоднішні камери, і округлюються вгору (або вниз) до приємного раунду 600.

Що стосується застосування, то слід бути обережним. Сучасні цифрові датчики набагато чіткіші, ніж 35-міліметрова плівка, тобто менше толерантності, коли мова йде про розмиття руху. Крім того, більшість цифрових фотокамер сьогодні мають менші датчики, ніж 36 мм x 24 мм 35-мм плівки, це означає, що ВИМОЖЛЕНО допускається допуск, тому його, мабуть, слід відрегулювати так, щоб було більше як правило 400 при використанні цих камер з обрізаними датчиками (тобто якщо ви думаєте, що 600 все ще є дійсним значенням для повнокадрових камер, що сперечається). І навпаки, якщо використовувати камери середнього формату, можна використовувати більшу кількість.

Хоча декілька з цих відповідей танцюють навколо нього, жодна з них не вказує на те, що "Правило 600/500" було отримане на основі припущення про стандартний розмір дисплея та відстань перегляду. Тобто: розмір дисплея 8х10 дюймів, який переглядає людина з зором 20/20 на 10-12 дюймах.

Стандартна умова відображення / перегляду спричиняє коло замішання приблизно 0,030 мм для розміру плівки / датчика розміром 36x24 мм, коефіцієнт корисного копання приблизно 0,020 мм для датчика врожаю 1.5X APS-C та коефіцієнт корисної дії приблизно 0,019 мм для 1.6X APS-C датчик обрізання.

"Правило 600" дещо щедріше і базується на кок-коді близько 0,050 мм для FF-камери. Деякі з ширших припущень, можливо, можуть базуватися на труднощах зосередитись саме на зірках із використовуваними плівковими камерами на той момент, коли було виведено правило - розбиті призми марні для надання допомоги у фокусуванні на точці, а не при фокусуванні на лінії стільки астрофотографії дня, зняті 35-мм камерами, були сфокусовані за допомогою знака нескінченності за шкалою фокусування об'єктива (або жорсткої зупинки на нескінченності, ніж у багатьох об'єктивів у той час), і таким чином зірки на отриманому зображенні мали ще більші кола розмиття, ніж були випадки, коли точки зосереджені належним чином.

Варто точніше обчислити, скільки часу можна виставити, перш ніж отримати зіркові стежки. Якщо ви користуєтесь правилом та / або методами проб і помилок, поки не виправите все, ви, ймовірно, недооцінюєте максимальний час експозиції, що в кінцевому підсумку призводить до більшого шуму, оскільки ви будете готові створювати остаточне зображення менш ніж оптимально шлях.

Обчислити максимальний час експозиції не складно, якщо заздалегідь знати, які об’єкти на небі ви хочете сфотографувати. Об'єкт знаходиться під певним кутом відносно осі обертання Землі, що задається на 90 градусів мінус так звана декланація об’єкта. Наприклад, якщо об'єкт, що цікавить, - це галактика Андромеда, то [ви можете знайти тут] [1], що скланення становить 41 ° 16 ′ 9 ″, тому кут віссі обертання Землі становить 48,731 градус. Якщо поле зору велике, можливо, ви не хочете, щоб на південь від Андромеди з'являлися зіркові стежки, тож вам потрібно буде врахувати більший кут. Припустимо, ви вирішили, що кут буде, і назвемо цей кут альфа.

Тоді нам потрібно знати, яка кутова швидкість об’єкта під кутом альфа відносно осі обертання Землі. Якщо ми проектуємо небесні об’єкти на одиничну сферу, то відстань до осі обертання є sin (альфа). Куля обертається навколо своєї осі раз на кожен бічний день, що становить 23 години 56 хвилин 4,01 секунди (це трохи менше 24 годин, оскільки Земля обертається навколо Сонця, тому Земля повинна обертатися трохи більше навколо своєї осі, щоб Сонце було в тому ж місці). Це означає, що швидкість об’єкта дорівнює:

омега = 2 пі син (альфа) / (86164,01 секунди) = 7,2921 * 10 ^ (- 5) гріх (альфа) / секунда

Датчик камери знаходиться в центрі сфери, тому він знаходиться на відстані 1 до точок на кулі, це робить швидкість на поверхні сфери також відповідною кутовою швидкістю в радіанах в секунду.

Кутове дозвіл зображення задається розміром пікселя, розділеним на фокусну відстань. Розмір пікселя можна обчислити, взявши квадратний корінь співвідношення між розміром датчика та кількістю пікселів. Типовий датчик обрізання може мати розмір пікселя 4,2 мікрометра. Якщо фокусна відстань дорівнює 50 мм, то обмежувальна кутова роздільна здатність через кінцевий розмір пікселів буде таким чином 8,4 * 10 ^ (- 5) радіанів. Поділяючи це на кутову швидкість омеги, ви отримуєте максимальний час опромінення, понад який в ідеальному випадку стають видимими сліди зірки. Загалом, для пікселів розміром s та фокусної відстані f це задається таким чином:

T = s / (4,2 мікрометра) (57,6 мм / ф) / sin (альфа) секунд