Большее время выдержки или количество снимков?

Астрофотография
Большее время выдержки или количество снимков?

С одной стороны ответ давно известен: большая выдержка + много снимков для сложения. :-) С другой, есть некоторые нюансы, которые нужно учитывать. Особенно этот вопрос актуален для астрономов с простым оборудованием, где длинные выдержки большая проблема.

Проницание

От времени экспозиции зависит максимальное проницание, то есть сколько матрица сможет зафиксировать слабых звёзд. Но у КМОП-матриц есть некий предел светочувствительности, который не позволяет зарегистрировать сколь угодно слыбые сигналы (увеличение времени экспозиции приводит к увеличению уровня шумов). К тому же максимальная выдержка зависит и от других факторов, в первую очередь точности гидирования. Другим фактором, ограничивающим время экспозиции, будет фон неба и состояние атмосферы в целом. Они приводят к «распушиванию» звёзд и фоновой засветке, особенно в городе.

Естественно, речь идёт о простом оборудовании. Для дорогого профессионального доступны длинные выдержки, да и там используются CCD-матрицы.

Таким образом, есть предел максимальной выдержки для конкретного фотоаппарата, телескопа и места наблюдения. Например у меня при 30 секундах (без гидирования), процент бракованных кадров (в основном треки звезд) будет 10..30%, а при 60 секундах, процент брака может увеличиться до 80..100%. С практической точки зрения выгодней сделать больше кадров с короткой выдержкой. Но при этом, неясно сколько именно мы «теряем звёзд».

Матрицу можно рассматривать как человеческий глаз, способный накапливать сигнал. Для обычных визуальных наблюдений предельная звездная величина определяется примерной формулой (см. Проницающая сила):

m=2.1+5*lg(D)

Где D - диаметр объектива в миллиметрах.

Для 150 мм — это около 13m. Всё, что «сверху» — это и есть работа матрицы. Её чувствительности достаточно для того, чтобы даже при 1 секунде зафиксировать больше, чем человеческий глаз. Насколько?

Для ответа придется сделать тестовые снимки неба с разной выдержкой. Предельную звёздную величину на снимке можно определить с помощью Cartes du Ciel или Stellarium. Например на моём телескопе 150/750 с Nikon D5100 при разных выдержках в безлунную ночь получается примерно так:

  • 1 секунда — 14.00m
  • 3 секунд — 15.00m
  • 10 секунд — 15.70m
  • 15 секунд — 15.90m
  • 30 секунд — 16.40m
  • 60 секунд — 16.50m

Из этого следует простой факт, что если объект яркий, то его можно снимать короткими выдержками. Слабые же объекты придется снимать уже длинными (насколько возможно) выдержками. При этом, увеличение времени экспозиции в два раза с 30 до 60 секунд приводит к увеличению проницания всего на 0.1m. С учетом резко возросшего процента брака, оптимальными будут именно 30-секундные выдержки.

Следует отметить, что проницание зависит не только от оборудования, но и от состояния атмосферы, включая и высоту объекта над горизонтом.

Для того, чтобы увеличить проницание, следует либо увеличить аппертуру телескопа, либо переходить на более чувствительную матрицу. При тех же 30 секундах получится зарегистрировать больше слабых объектов.

Сложение

Что касается сложения, то при его использовании, уменьшается шум, а значит усилятся слабые детали изображения, что позволит их лучше обработать в фоторедакторе. То есть количество складываемых кадров не приводит к увеличению чувствительности матрицы и не выделит на изображении звёзды 17m, поскольку матрица их физически не смогла зафиксировать. Но, зато при сложении увеличится яркость объектов, включая и самые слабые. Это будет справедливо для любых снимков с любой экспозицией.

Используя минимальное ISO, можно добиться существенного снижения шума на одиночных кадрах.

Таким образом, увеличивая количество кадров, упрощается работа по редактированию изображения. При сложении примерно 20..25 файлов уровень шума уже достаточно низкий, и дальнейшее незначительное увеличение количества файлов больше не приводит к заметному улучшению. Для галактик и туманностей, которые «сливаются» с фоном неба, количество кадров всегда лучше делать больше. Для рассеянных скоплений, разница будет уже не столь заметна.

Определить «минимальное» количество кадров можно только опытным путём, поскольку это зависит от множества факторов. Однозначно можно лишь сказать, что чем темнее объект, тем больше нужно делать снимков для сложения.

10 кадров х 10 секунд не равны 1 кадру х 100 секунд

При сложении говорят о «суммарной» экспозиции, которая складывается из серии субэкспозиций. Из-за этого кажется, что большой выдержки можно достичь серией малых. На самом деле это совершенно невозможно поскольку на длинной выдержке будет больше объектов.

Данный «фокус» возможен только для ярких обьектов, где не требуется высокая проницаемость. В этом случае длинные выдержки там просто не нужны и можно спокойно обойтись малыми.

Счетчики