Більш довга експозиція та нижча ISO або коротша експозиція та вища ISO - що дає кращі результати при фотографуванні зірок?

Я з великим успіхом займався нічними пейзажами та зоряними фотографіями. Я знаю, що в мене немає ідеального об'єктива (Canon 17-40mm f4 на корпусі Canon 6D), але я бачив кілька чудових знімків, зроблених з тією ж передачею. У мене також є Canon 50mm f1.4, що чудово, але він просто недостатньо широкий.

Зазвичай я знімаю на f4, ISO 800-1600, зменшення шуму при тривалій експозиції, 30 - 40 секунд. Я вважаю результати дуже галасливими, а зірки недостатньо яскравими . за 30 секунд зірки недостатньо яскраві, а за 40 секунд вони вже затримуються. Ось одна з моїх спроб.

Нещодавно я побачив кілька фотографій (приклади тут і тут ), які зроблені за коротших часових експозицій, але набагато вище ISO (5000-6400)

Я думаю, можливо, коли мені близько 40 секунд датчик нагрівається більше, що викликає більше шуму? Краще формула для зірок фотозйомки: чи коротший час витримки та вищий ISO, тим краще формула?

Шум - це факт життя, коли мова йде про астрофотографію, за винятком складених у глибокому небі фотографій, зроблених на горі стеження (більше за мить).

На вашому фотографії насправді дуже низький рівень шуму, у грандіозній схемі широких полів, однокадрових астрофотографічних знімків, які я бачив ... але йому також не вистачає насичення. Я думаю, що це дійсно зводиться до питання смаку, але в кінцевому рахунку, так чи інакше, ви отримаєте приблизно однакову кількість шуму на фотографіях незалежно від налаштувань ISO. Якщо ви хочете досягти однакової насиченості, вам потрібно зробити одну з двох речей. Вам або потрібно буде використовувати більш високий рівень ISO (ISO 3200, можливо навіть високий, ніж 6400), або вам доведеться збільшити експозицію на посаді. Переважна більшість шумів в астрофотографії - від шуму фотонного пострілу, тому використання вищої ISO - це те саме, що після підвищення рівня шуму з точки зору шуму.

У вашому прикладі фотографії ви маєте ширококадровий одно кадр. Ви обмежені одним кадром через перший план, якщо ви не вдаєтеся до більш складних хитрощів, коли ви берете кілька кадрів, виріжте небо і складіть ці кадри, щоб поліпшити насиченість неба. Безумовно, можливо ... теж багато роботи. Як і ви, мені подобаються знімки астрофотографії, які включають частину пейзажу на передньому плані, тому варто спробувати деякі ручні часткові укладання для поліпшення SNR.

Тепло, безумовно, сприяє шуму під час тривалої експозиції. Я не впевнений, що 40 секунд вистачає на отримання стільки тепла, що тепловий шум стає більш значущим фактором, ніж шум фотонного пострілу. У старих DSLR-камерах використовувались теплові бульбашки через перегрів майже відмираючих компонентів ... під час зйомки темних кадрів ви могли чітко бачити ділянки по кутах або уздовж країв кадру, які мали більше шуму. Я ніколи не бачив такого явища з моїм 7D, і бувають випадки, коли я робив 40-50 секунд довгих експозицій на 16 мм.

Існують способи зменшення різних нефотонних джерел шуму. Темні кадри та кадри Bias - два. Використання темних та зміщених кадрів, як правило, дійсно необхідне лише при виконанні багаторазового складання експозиції з таким інструментом, як Deep Sky Stacker . Взагалі кажучи, "Зменшення шуму з довгою експозицією" в камері насправді просто знімає темну рамку, яка спочатку віднімається від світлого кадру, перш ніж вона буде збережена на карту пам'яті. Один темний кадр допоможе зменшити шум читання, але не настільки, як правильно складений темний кадр із багатоекспозицією, як пояснено на сайті DSS .

Слід зазначити, що найважливіше в астрофотографії - це SNR або співвідношення сигнал / шум. Чим вище ваш SNR за кадром, тим кращі результати ... складені чи іншим чином. Ви можете взяти 120 5-секундних кадрів або 5 120-секундних кадрів ... п'ять 120-секундних кадрів завжди дадуть кращі результати. Ви навіть можете взяти 500 5-секундних кадрів, і 5 120-секундних кадрів все ще дадуть більш багатий результат, оскільки SNR за кадром набагато вище. Кожен кадр містить багатшу, більш повну інформацію, яку ви навряд чи зможете повністю повторити, розміщуючи набагато коротші експозиції.

Наступний найкращий спосіб поліпшити SNR - перейти до камери з більшими пікселями. SNR на піксель більший з більшими пікселями, тому на піксельній основі ваші результати повинні бути кращими та при більш високих налаштуваннях ISO, ніж у камери з меншими пікселями. Якщо ми порівнюємо 1D X і 7D (обидва датчики 18 мп), то більші пікселі 1D X збирають на 2,6 рази більше світла. Ви вже використовуєте 6D, що є дуже хорошою камерою для астрофотографії завдяки великим пікселям та чудовій високій продуктивності ISO. З чистої точки зору SNR (на основі даних sensgen.info), 1D X на ISO 3200 підтримує ~ 3-кратну насиченість на піксель, 6D в ISO 3200 підтримує ~ 2 рази насичення на піксель, як і будь-який з 18-кратних APS-C Canon датчики.

Оскільки ви вже використовуєте найкращу камеру, яку ви, напевно, можете отримати від Canon для цілей астрофотографії, єдине, що ви дійсно можете зробити, - це прокрутити ISO вгору. При менших налаштуваннях ISO присутній більше шуму читання. Зокрема, з Canon, чим більше ви закручуєте ISO, тим менший внесок шуму читання, до того, коли при найвищих налаштуваннях ISO шум читання може становити лише 1,3 е- на піксель (значно нижче плоского мінімуму ~ 3e - для Sony Exmor, знайденого в D800.)

Для цього, оскільки посилення експозиції після процесу є таким же, як підвищення ISO, коли шум читання настільки низький, для поліпшення насиченості неба і яскравості зірок використовуйте більш високі настройки ISO. Ви сказали, що використовуєте ISO 800-1600. Спробуйте ISO 3200, 6400 ... можливо навіть 8000. Загальна ідея полягає в тому, щоб зменшити білу точку таким чином, щоб камера використовувала електроніку, щоб посилити сигнал якомога більше перед читанням, щоб мінімізувати вплив шуму читання. Слід зазначити, що посилення опромінення знімка ISO 800 у пості так, що воно нагадує експозицію ISO 6400, швидше за все, спричинить ДУШЕ шум, оскільки шум читання при ISO 800 у нижчих параметрах ISO більше ніж удвічі (5.1e - порівняно з 2.0e- відповідно до sensgen.info.)

Щоб зробити речі яснішими, я накреслив гіпотетичний сценарій астрофотографії. Цей сценарій передбачає 30 секундну експозицію при f / 4, що виконується один раз для кожного параметра ISO від 100 до 12800, використовуючи Canon 5D III. Припущення полягає в тому, що експозиція f / 4 за 30-х років при ISO 12800 призводить до того, що найяскравіші пікселі (зірки) досягають "точки насичення" (іншими словами, найяскравіші зірки виходять чисто білими, як і будь-які червоні, зелені та сині пікселі для ці зірки досягають максимального рівня заряду). Точно така ж експозиція на всіх інших параметрах ISO призведе до впливу нижче точки насичення. Додатково показана різниця між шумом читання та шумом фотонного пострілу.

На наведеній нижче схемі лінійна вісь X представляє кожну установку ISO, а логарифмічна вісь Y являє собою рівень заряду в електронах (e-). Червоні та зелені лінії намальовані для кожного параметра ISO, червоним кольором, що відображає шум читання , а зеленим - точкою насичення . Динамічний діапазон - це ефективне співвідношення між точкою насичення та шумом читання (зелений над червоним). Для ISO 100 точка насичення - це також буквальний максимальний рівень заряду фотодіоду (FWC, або повна ємність свердловини). Сині смуги представляють сигнал, а темніша частина синього смуги являє собою внутрішній шум у цьому сигналі (шум фотонного пострілу, який є квадратним коренем сигналу.)

Якщо припустити, що експозиція f / 4 30-х років, яка досягає максимальної насиченості при ISO 12800, заряд цього сигналу становить 520e- (за даними sensgen.info). Звідси, якщо припустити, що для всіх інших параметрів ISO використовується точно така ж експозиція ... сигнал, як і шум фотона, буде ідентичним . (Заряд у фотодіоді - продукт світла з часом ... на який впливає ТОЛЬКО діафрагма та швидкість затвора.) Що змінюється, коли ми зменшуємо ISO, це те, що шум читання починає зростати. Оскільки шкала є логарифмічною, налаштування ISO від 800 до 12800 мають незначну різницю в шумі читання (особливо, 1600 - 12800). Як тільки ми досягнемо ISO 400, шум читання починає підніматися до тієї точки, де це більше співвідношення загального сигналу, ніж шум фотона.

Ключова відмінність зйомки на ISO 12800 та зйомки на ISO 400 - це точка насичення (зелені смуги). При ISO 12800 шум читання низький, а сигнал насичує, тож у вас буде яскрава, барвиста протока зображення поза камерою. У ISO 400 сигнал є невеликою часткою (520e-) точки насичення (18273e-), і це вимагатиме значного збільшення експозиції в пості, щоб виглядати так само, як знімок ISO 12800. Якщо ви робите зйомку за ISO 400 і правильну експозицію в пост, то загальний шум є важливим фактором сигналу. Підлога, що читається, під якою корисної інформації фактично не існує, майже настільки ж висока, як і шум фотона. Таке збільшення експозиції після процесу призведе до високого ступеня смуг та кольорового шуму, ймовірно, прямо через півтони.

На крайній приклад, якщо потрібно було стріляти в ISO 100, зчитування шуму стає основним фактором шуму (у цьому конкретному прикладі ... майте на увазі, при ISO 100 зображення сильно недоекспоновано відносно точки насичення.) Підвищення експозиції ISO 100 у цьому випадку (що, щоб імітувати те, що створено пострілом ISO 12800, повинно було бути ШИСТОМОТИЧНИМ ЗАВАНТАЖЕННЯМ ), призведе до значного смуги та кольорового шуму. Наведена нижче схема демонструє, як посилюється шум як зчитування, так і фотона, шляхом виправлення експозиції в пості на ISO 100 - 6400, щоб відповідати експозиції ISO 12800:

Пам’ятайте, що шкала тут логарифмічна, тому кількість шуму для кожного послідовно нижчого встановлення ISO експоненціально більша після корекції експозиції в пост.

Я навіть не збираюся намагатися витіснити дуже інформативну та добре написану відповідь jrista. Він дуже добре висвітлює основи фізики в трубопроводі зображень камери . Я хотів би додати спостереження, яке може пролити деяке світло на зв’язок між зірками та шумом.

Якби всі зірки у Всесвіті були однаково яскравими, як дивитись з поверхні Землі, нічне небо було б суцільним білим. Призупиніть мить і впустіть цю раковину. На небі дуже мало плям, навіть при використанні вузького доступного поля зору, щоб ви могли навести високочутливий телескоп (наприклад, Хаббл) на те, що не виявить джерела світла . Найпомітніші «темні» ділянки неба - це туманності, що блокують більшу частину світла зірок та галактик за ними.

Це правда, що ви можете зробити так, щоб збільшити SNR, що дозволяє розвивати свої зображення таким чином, щоб зірки були яскравішими порівняно з темним небом навколо них. Коли ви це зробите, ви також збільшуєте яскравість тьмяних зірок, які не були яскравішими від шуму, перш ніж ви вносили такі коригування, а також підвищуєте рівень рівних тьмяних зірок, які навіть не були видні зовсім до того, що вони є тепер видає таку ж кількість сигналу, що і шум у зображенні. Незалежно від того, наскільки хороший номер SNR, завжди знайдуться зірки, які мають таку ж яскравість, як і шум.Найяскравіші зірки з точки зору своєї яскравості, видно з Землі, найрідкісніші, а найтемніші зорі - найчисленніші на нічному небі. Таким чином, збільшити SNR під час зйомки зображення, а потім збільшити експозицію після публікації, це може зробити зображення більш галасливим ! Не тому, що в зображенні більше шуму. Немає. Але тому, що ті дуже тьмяні зірки, які ви витягли з темного фону, здаються шумом.

Я думаю, що секрет зображень з одноразовою експозицією полягає в післяобробці. Щоб бути впевненим, максимізуйте свій SNR після відповіді jrista під час зйомки зображень. Але також спробуйте це в подальшій обробці: як тільки ви отримаєте найяскравіші зірки так, як вам потрібно, зніміть усе нижче певного значення яскравості аж до чорного. Зменшення насиченості кольорів також допоможе боротися із шумом кольоровості, що є головним винуватцем, який я бачу у вашому дуже хорошому прикладі зображення.

Я б здогадувався, що це буде залежати від моделі до моделі, камери до камери і навіть залежно від умов зйомки. Я б загрожував, що в прохолодну ніч, коли сенсор зображення охолоджується більше, вам пощастить з довгою експозицією, тоді як якщо буде спекотна ніч, датчик буде нагріватися швидше, а вища ISO може дати кращі результати. Укладання, як згаданий Метт Грум, є варіантом і в деяких випадках.

Особисто я намагаюся встановити десь посередині і базувати ISO на тому, що випускає прийнятний рівень шуму, а потім використовувати стільки, скільки потрібно, експозицію. На моєму 5D Mark III, який виявляється десь у діапазоні 5000-6400.

Я не маю жодних даних про те, де існує точка перетину між перевагою збільшення світла та недоліком теплового шуму, проте ви можете отримати найкраще з обох світів, знімаючи кілька коротких експозицій та укладаючи їх у програмне забезпечення.

Існують програми, призначені для цього для астрофотографії, які також вирівнюватимуть зображення в стеку, що має додаткову перевагу уникнення зіркових стежок. Погляньте на Decker Sky Decker .