Более длинная экспозиция и более низкая ISO или более короткая экспозиция и более высокая ISO - что дает лучшие результаты при фотографировании звезд? - Фотопедия
22 голосов
/

Я увлекаюсь ночными пейзажами и звездной фотографией с разным уровнем успеха. Я знаю, что у меня нет идеального объектива (Canon 17-40mm f4 на корпусе Canon 6D), но я видел несколько великолепных снимков, сделанных с той же самой передачей. У меня также есть Canon 50mm f1.4, который хорош, но он недостаточно широк.

Я обычно снимаю при f4, ISO 800-1600, Снижение шума при длительной выдержке включено, 30 - 40 секунд. Я нахожу результаты очень шумными, а звезды недостаточно яркими . через 30 секунд звезды недостаточно яркие, а через 40 секунд они уже тянутся. Вот одна из моих попыток.

Я недавно видел несколько фотографий (примеры здесь и здесь ), которые сняты при более коротком времени экспозиции, но гораздо более высоком ISO (5000-6400)

Возможно, я думаю, что когда я подхожу к 40 секундам, датчик нагревается больше, что вызывает больше шума? Специально для фотографических звезд, более короткое время экспозиции и более высокий ISO лучше формула?

Ответы [ 4 ]

26 голосов
/

Шум - это жизненный факт, когда дело доходит до астрофотографии, за исключением того, что он снимает фотографии глубокого неба, снятые на гусеничном шасси (еще чуть позже).

Ваша фотография на самом деле имеет очень низкий уровень шума, в большой схеме широкоформатных однокадровых снимков астрофотографии, которые я видел ... но ей также не хватает насыщенности. Я думаю, что это действительно вопрос вкуса, но в конечном итоге, так или иначе, вы получите примерно одинаковое количество шума на ваших фотографиях независимо от настройки ISO. Если вы хотите достичь одинаковой степени насыщения, вам нужно сделать одну из двух вещей. Вам либо потребуется использовать более высокое значение ISO (ISO 3200, может быть, даже до 6400), либо вам придется увеличить экспозицию в посте. Подавляющее большинство шума в астрофотографии исходит от шума фотонной съемки, поэтому использование более высокого значения ISO аналогично увеличению экспозиции после обработки с точки зрения шума.

На фотографии в качестве примера у вас есть широкоформатный снимок с одним кадром. Вы ограничены одним кадром из-за переднего плана, если только вы не прибегаете к более сложным приемам, когда вы берете несколько кадров, вырезаете небо и складываете эти кадры, чтобы улучшить насыщенность неба. Конечно, возможно ... также много работы. Как и вы, мне нравятся астрофотографические снимки, на которых изображены некоторые пейзажи на переднем плане, поэтому стоит попробовать частичную ручную укладку для улучшения SNR.

Тепло, безусловно, является источником шума при длительных выдержках. Я не уверен, что 40 секунд достаточно для того, чтобы производить столько тепла, что тепловой шум становится более значимым фактором, чем шум фотонного излучения. В старых зеркальных фотокамерах раньше были тепловые пузырьки из-за перегрева компонентов, находящихся рядом с матрицей ... при съемке темных рамок можно было четко видеть области по углам или по краям рамки, в которых было больше шума. Я никогда не видел такого случая с моим 7D, и бывают случаи, когда я делал 40-50 секундные выдержки на 16 мм.

Есть способы уменьшить различные нефотонные источники шума. Темные рамки и рамки смещения - два. Использование темных и смещенных кадров обычно действительно необходимо только в случае многократной укладки с помощью инструмента, подобного Deep Sky Stacker . Вообще говоря, «Шумоподавление при длительной экспозиции» в камере на самом деле просто берет темную рамку, которая изначально вычитается из светлой рамки перед ее сохранением на карту памяти. Одна темная рамка поможет смягчить некоторый шум при чтении, но не так, как правильно сложенная темная рамка с мультиэкспозицией, как описано на сайте DSS здесь .


Следует отметить, что наиболее важной вещью в астрофотографии является SNR, или отношение сигнал / шум. Чем выше SNR для каждого кадра, тем лучше результаты ... с накоплением или иным образом. Вы можете взять 120 5-секундных кадров или 5 120-секундных кадров ... пять 120-секундных кадров всегда будут давать лучшие результаты. Вы могли бы даже взять 500 5-секундных кадров, и эти 5 120-секундных кадров все еще будут давать более богатый результат, поскольку SNR для каждого кадра намного выше. Каждый кадр содержит более богатую, более полную информацию, которую вы вряд ли когда-либо сможете полностью воспроизвести, создавая более короткие экспозиции.

Следующий лучший способ улучшить SNR - перейти на камеру с большими пикселями. SNR на пиксель выше с большими пикселями, поэтому для каждого пикселя ваши результаты должны быть лучше и при более высоких настройках ISO, чем с камерой с меньшими пикселями. Если бы мы сравнили 1D X и 7D (оба 18-мегапиксельных датчика), то большие пиксели 1D X будут собирать в 2,6 раза больше света. Вы уже используете 6D, которая является очень хорошей камерой для астрофотографии благодаря большим пикселям и отличной производительности ISO. С точки зрения чистого SNR (на основе данных sensorgen.info), 1D X при ISO 3200 поддерживает ~ 3-кратное насыщение на пиксель, 6D при ISO 3200 поддерживает ~ 2-кратное насыщение на пиксель, как и любой из 18-мегапиксельной APS-C Canon. датчики. У 6D также самая высокая квантовая эффективность (скорость преобразования фотонов в электроны) среди всех зеркальных фотокамер Canon (по состоянию на 2013 год - более поздние модели превзошли ее), что означает большее «SNR для доллара».

Поскольку вы уже используете лучшую камеру, которую вы, вероятно, можете получить от Canon для астрофотографических целей, единственное, что вы действительно можете сделать, это повысить ISO. При более низких значениях ISO больше шума при чтении. В частности, с Canon, чем больше вы увеличиваете ISO, тем меньше вклад шума чтения, до точки, где при самых высоких настройках ISO, шум чтения может быть всего 1,3e на пиксель (намного ниже плоского минимума ~ 3e - для Sony Exmor, найденной в D800.)


Для этого, поскольку усиление постобработки экспозиции - это то же самое, что увеличение ISO, когда шум при чтении настолько низок, чтобы улучшить насыщенность неба и яркость звезд, используйте более высокое значение ISO. Вы сказали, что используете ISO 800-1600. Попробуйте ISO 3200, 6400 ... возможно, даже 8000. Общая идея состоит в том, чтобы уменьшить вашу белую точку таким образом, чтобы камера использовала свою электронику, чтобы максимально усилить сигнал перед чтением, чтобы минимизировать влияние шума чтения. Следует отметить, что усиление экспозиции снимка ISO 800 в посте таким образом, что оно напоминает экспозицию ISO 6400, вероятно, приведет к БОЛЬШЕМУ шуму, так как шум чтения при ISO 800 более чем в два раза больше при более низкой настройке ISO (5.1e - по сравнению с 2.0e- согласно sensorgen.info.)


Чтобы прояснить ситуацию, я наметил гипотетический сценарий астрофотографии. В этом сценарии предполагается 30-секундная экспозиция при f / 4, выполняемая один раз для каждой настройки ISO от 100 до 12800 с использованием Canon 5D III. Предполагается, что экспозиция 30 с f / 4 при ISO 12800 приводит к тому, что самые яркие пиксели (звезды) достигают «точки насыщения» (другими словами, самые яркие звезды получаются чисто белыми, как любые красные, зеленые и синие пиксели для эти звезды достигают максимального уровня заряда). Точно такая же экспозиция при всех других настройках ISO приведет к экспозиции ниже точки насыщения. Кроме того, показана разница между шумом чтения и шумом фотонного выстрела.

На диаграмме ниже, линейная ось X представляет каждую настройку ISO, а логарифмическая ось Y представляет уровень заряда в электронах (e-). Красные и зеленые линии показаны для каждой настройки ISO, с красным , представляющим шумом чтения , и зеленым , представляющим точку насыщения . Динамический диапазон - это фактически соотношение между точкой насыщения и шумом чтения (зеленый над красным). Для ISO 100 точка насыщения также является буквальным максимальным уровнем заряда фотодиода (FWC или полная емкость лунки). Синие полосы представляют сигнал, а более темная часть синей полосы представляет собственный шум в этом сигнале (шум фотонных импульсов, который является квадратным корнем сигнала).

enter image description here

Если предположить, что экспозиция 30 с f / 4, которая достигает максимальной насыщенности при ISO 12800, заряд этого сигнала составляет 520e- (согласно sensorgen.info). Поэтому при условии, что точно такая же экспозиция используется для всех других настроек ISO ... сигнал, как и фотонный шум, будет ИДЕНТИЧНЫЙ . (Заряд в фотодиоде является продуктом света с течением времени ... на который влияют ТОЛЬКО диафрагма и выдержка.) Что меняется при уменьшении ISO, так это то, что шум считывания начинает расти. Поскольку шкала логарифмическая, настройки ISO от 800 до 12800 имеют небольшую разницу в уровне шума при чтении (особенно от 1600 до 12800). Как только мы достигаем ISO 400, шум считывания начинает повышаться до такой степени, что это отношение к общему сигналу больше, чем у фотонного шума.

Ключевое различие между съемкой при ISO 12800 и съемкой при ISO 400 - это точка насыщения (зеленые полосы). При ISO 12800 шум при считывании низкий, а сигнал насыщается, поэтому вы получите яркое, красочное изображение, выходящее из камеры. При ISO 400 сигнал представляет собой небольшую долю (520e-) точки насыщения (18273e-), и это потребует значительного увеличения экспозиции после съемки, чтобы выглядеть так же, как снимок ISO 12800. Если человек снимает при ISO 400 и корректирует экспозицию в пост, то общий шум является существенным фактором сигнала. Минимальный уровень шума при чтении, ниже которого полезная информация фактически не существует, почти такой же, как шум фотонных импульсов. Такое усиление экспозиции после обработки приведет к высокой степени полосатости и цветового шума, вероятно, вплоть до средних тонов.

В крайнем примере, если снимать при ISO 100, шум считывания становится основным источником шума (в этом конкретном примере ... имейте в виду, что при ISO 100 изображение сильно недоэкспонировано относительно насыщенности точка.) Увеличение экспозиции ISO 100 в этом случае (которое для имитации того, что было произведено в ISO 12800, должно было бы быть SIX STOP BOOST ), привело бы к значительным полосам и цветовому шуму. Следующая диаграмма демонстрирует усиление шума, как считывания, так и фотона, путем корректировки экспозиции в пост для ISO 100 - 6400, чтобы соответствовать экспозиции ISO 12800:

enter image description here

Помните, что шкала здесь логарифмическая, поэтому количество шума для каждого последовательно снижающегося значения ISO экспоненциально выше после коррекции экспозиции в пост.

8 голосов
/

Я даже не собираюсь пытаться вытеснить очень информативный и хорошо написанный ответ Ирисы. Он охватывает основы физики в конвейере формирования изображения камеры очень хорошо. Я хотел бы добавить наблюдение, которое может пролить некоторый свет на связь между звездами и шумом.

Если бы все звезды во вселенной были одинаково яркими, если смотреть с поверхности Земли, ночное небо было бы чисто белым. Сделайте паузу на мгновение и дайте этому погрузиться. Очень мало пятен в небе, даже при использовании самого узкого из доступных полей зрения, вы можете указать высокочувствительный телескоп (например, Хаббл), который не обнаружит источник света. Наиболее заметные «темные» области неба - это туманности, которые блокируют большую часть света звезд и галактик позади них.

Это правда, что вы можете сделать что-то, чтобы увеличить SNR, что позволит вам развивать ваши изображения таким образом, чтобы звезды были ярче по сравнению с темным небом вокруг них. Однако, когда вы делаете это, вы также увеличиваете яркость диммерных звезд, которые были не ярче, чем шум, до того, как вы сделали такие корректировки и , вы также повышаете уровень даже диммерных звезд, которые вообще не были видны до такой степени, что они теперь производят то же количество сигнала, что и шум на изображении. Независимо от того, насколько хорошо число SNR, всегда будут некоторые звезды, которые имеют ту же яркость, что и шум. Самые яркие звезды с точки зрения их яркости, видимые с Земли, самые редкие и самые тусклые звезды являются самыми многочисленными на ночном небе. Таким образом, в некотором смысле увеличение SNR во время захвата изображения и последующее увеличение экспозиции в посте может сделать изображение более ярким шумнее ! Не потому, что на изображении больше шума. Нет Но поскольку те самые тусклые звезды, которые вы вытащили из темного фона , кажутся шумом.

Я думаю, что секрет изображений с одной экспозицией заключается в постобработке. Чтобы быть уверенным, увеличьте ваш SNR после ответа Jrista, когда вы снимаете свои изображения. Но также попробуйте это в постобработке: как только у вас появятся самые яркие звезды, как вы хотите, опустите все ниже определенного значения яркости вплоть до черного. Уменьшение насыщенности цвета также поможет справиться с шумом цветности, который является основной причиной, которую я вижу в вашем очень хорошем примере изображения.

3 голосов
/

Я предполагаю, что это будет варьироваться от модели к модели, от камеры к камере и даже от условий съемки. Я бы рискнул, что в прохладную ночь, когда датчик изображения охлаждается сильнее, вам больше повезет с длинной выдержкой, в то время как в жаркую ночь датчик нагревается быстрее, и более высокий ISO может дать лучшие результаты. Стекирование, как упоминал Мэтт Грум, тоже возможно в некоторых случаях.

Лично я стараюсь устанавливать где-то посередине и основывать ISO на том, что создает приемлемые уровни шума, а затем использовать как можно более длительную экспозицию. На моем 5D Mark iii он оказывается где-то в диапазоне 5000-6400.

2 голосов
/

У меня нет данных о том, где существует точка пересечения между преимуществом получения большего количества света и недостатком теплового шума, однако вы можете получить лучшее из обоих миров, снимая несколько коротких выдержек и складывая их в программном обеспечении.

Существуют программы, разработанные для этого для астрофотографии, которые также выровняют изображения в стопке, что дает дополнительное преимущество - избегать следов звезд. Взгляните на Deep Sky Stacker .

Добро пожаловать на сайт Фотопедия, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...