Optymalna ekspozycja

[jolo]

W trakcie przyswajania i trawienia wiedzy teoretycznej na temat astrofotografii udało mi się napisać mini serię trzech wpisów na moim blogu na tematy z tym związane - o jasności tła nieba i sposobach jego wyznaczania, o wyznaczaniu optymalnej subekspozycji i o wpływie różnych parametrów naszego zestawu na końcowy wynik. Mam nadzieję, ze komuś się mogą przydać, a i wszelkie uwagi będą mile widziane:

Optymalna ekspozycja cz. I - jasność tła nieba

Optymalna ekspozycja cz. II - ciemność widzę

Optymalna ekspozycja cz. III - cena czasu

W planach czwarta część z jakościową i ilościową analizą wpływu filtrów UHC i narrow na astrofoto, ale póki co jeszcze jestem w trakcie zbierania materiału

 

Pogodnych nocy!

Edytowane 4 Czerwca 2012 przez jolo

[Adam_Jesion]

Bardzo fajne opracowanie, ale nie spodziewam się, żeby było popularne W zasadzie rozpisałeś coś, co można zawrzeć w 3 zdaniach. Nie mniej, dobrze, żeby coś takiego wisiało w internecie, gdyby komuś zachciało się w przyszłości znowu powtarzać mity typu, że przy sporym LP trzeba robić długie ekspozycje, a w Bieszczadach wystarczą 5 min.

[jolo]

Wszystkie takie opracowania można podsumować w kilku zdaniach. Co więcej - powinno się dać to zrobić bo na tym to polega Jeśliby się nie dało to znaczy że albo autor nie rozumie o czym pisze, albo nie wie o czym chce pisać Ciągła dostawa treści wymagana jest w prozie, opracowania na temat opisują temat i dają się podsumować.

[astroccd]

Piszesz o SNR Signal Noise Ratio jakby obiekt miał stałą jasność, tymczasem taka galaktyczka może mieć jasne jądro i ciemniejsze ramiona spralne, Light Pollution degraduje nam obraz w pewien charakterystyczny sposób, doskonale widzimy jasne jądro i bardzo słabo ramiona spiralne, gdyż poziom szumów na obrazie z dużym Light Pollution jest zawsze taki sam, jeśli przykładowo ramię spiralne jest 10x ciemniejsze od jądra to stosunek sygnał szum pogarsza się 10x. Mamy zjawisko szybkiego znikania ciemnych fragmentów obiektu. Zupełnie inaczej jest w absolutnej ciemności, jeśli jakiś fragment galaktyki jest ciemniejszy to szum spada razem z jego jasnością, zgodnie ze wzorem: poziom szumu równa się pierwiastek kwadratowy z ilości fotonów. Dzięki temu obraz nie jest taki płaski. Ma dużo większy zakres dynamiki. Praktycznie do jednego fotonu możemy rejestrować ze stosunkiem SN >=1:1.

 

Zupełnie inaczej wygląda wykres rozkładu dynamiki jasności obiektu dla tego sfotografowanego w absolutnej ciemności i dla takiego z dużym Light Pollution.

 

Nie da się odbudować obrazu z dużym Light Pollution poprzez stackowanie czy wydłużanie czasu ekspozycji żeby wyglądał dokładnie tak samo jak sfotografowany w absolutnej ciemności.

 

Często żeby odzyskać najsłabsze fragmenty galaktyki zniszczone przez LP musimy niepotrzebnie stackować ponad miarę te jaśniejsze fragmenty nawet jeśli tak duży stosunek SN jest nam nie potrzebny.

[jolo]

Piszesz o SNR Signal Noise Ratio jakby obiekt miał stałą jasność, tymczasem taka galaktyczka może mieć jasne jądro i ciemniejsze ramiona spralne, Light Pollution degraduje nam obraz w pewien charakterystyczny sposób (...)

Jest dokładnie tak jak piszesz, natomiast we wpisie nie ma ani słowa o tym że modelujemy obiekty, których jasność powierzchniowa jest funkcją położenia. Wartość SNR jest wyznaczana dla dwóch konkretnych wartości strumienia światła, które za każdym razem są podane. Jako żywy przykład wzięto mgławicę M97, której jasność powierzchniowa nie zmienia się drastycznie w funkcji położenia i wyznaczenie jej jasności powierzchniowej ma sens na potrzeby przykładu.

[astroccd]

Czy na pewno ten tekst jest dobrze przetłumaczony? Cytat:

 

"już dla ekspozycji 3 minuty mamy ponad 95% końcowego maksymalnego SNR".

 

Czy przypadkiem nie powinno być?:

 

"przy podzieleniu 120 min na 3 minutowe kawałki mamy ponad 95% końcowego maksymalnego SNR".

[jolo]

Czy na pewno ten tekst jest dobrze przetłumaczony? Cytat:

 

"już dla ekspozycji 3 minuty mamy ponad 95% końcowego maksymalnego SNR".

 

Czy przypadkiem nie powinno być?:

 

"przy podzieleniu 120 min na 3 minutowe kawałki mamy ponad 95% końcowego maksymalnego SNR".

Fragment jest prawidłowy, ponieważ to jaki ułamek maksymalnego SNR uzyskamy nie zależy od całkowitego czasu ekspozycji. Przedstawiony fragment jest interpretacją wykresu - wykres przedstawia zależność SNR od czasu pojedynczej ekspozycji dla konkretnej wartości K, natomiast w treści jest odniesienie do osiągniętego ułamka SNR, stąd nie ma tu zależności od całkowitego czasu ekspozycji.

Edytowane 5 Czerwca 2012 przez jolo

[astroccd]

Na stronce http://www.starrywonders.com/snr.html mamy:

 

7. This yields the following representative graph of SNR versus subexposure duration for a fixed total exposure K (4 hours in this example). http://www.starrywonders.com/basicgraph.jpg

 

Na polskim tłumaczeniu:

 

"A tutaj mamy wykres przedstawiający zależność pomiędzy czasem ekspozycji i SNR dla przykładowego zestawu, gdzie R=5, Lsky=50 a Lobj=15 i sumarycznego czasu ekspozycji K=120 minut:"

 

Powinieneś używać słowa subexpozycji lub podekspozycji tak jak autor oryginału w sensie 40 x 3 min, bowiem używając słowa ekspozycji wykres jest nieprawidłowy, bo każdy rozumie 1 x 3 min. Popatrz na wykres dynamiki Canona G12:

 

 

Krzywa rośnie w tempie 3db/EV (10db/10 krotny przyrost jasności), a na samym dole gdzie fotkę degradują szumy odczytu 6db/EV (20db/10 krotny przyrost jasności). Dodaj 32 klatki 3200 ISO do siebie, podnosząc tym samym krzywą 3200 ISO o 5 EV (15db) do góry do poziomu 100 ISO i przyrównaj do krzywej 100 ISO, wtedy różnice między krzywymi pokażą sedno sprawy.

 

Na samym początku myślałem że wykres z twojej stronki jest nieprawidłowy, miałem napisać o tym na forum, jednak doszedłem do wniosku że ten tekst jest tłumaczeniem jakieś angielskiej strony, wykres jest prawidłowy, ale tłumaczenie niepoprawne.

 

Czemu wykres miał by być nie prawidłowy, czy ekspozycja 1 x 3 min może osiągnąć 95% SNR ekspozycji 40 x 3 minut? Nie. Było by bez sensu eksponować 40 x 3 min zamiast 1 x 3 min tylko po to żeby poprawić fotkę z 95% do 100% SNR. Krzywa stackowania zawsze jest nachylona 3db/EV. Zresztą podstaw dane do własnego wzoru:

 

 

Zwiększaj parametr N bez zmiany pozostałych i otrzymasz wykres nachylony 3db/EV, rosnący w nieskończoność inny od tego dążącego do 20,3:

 

 

Taki sam wykres otrzymasz dopiero kiedy zwiększając N zmniejszasz odpowiednio t, aby iloczyn N*t był stały.

Edytowane 7 Czerwca 2012 przez astroccd

[Popcio]

Podczepie siętu z czymś o co kiedyś byłem proszony - krótki opis tego czy robić krótkie zdjęcia i uśredniać czy długie. Prosta sprawa, ale tak dla sportu to udowodniłem.

http://ptma-gliwice.astronomia.pl/O_dlugosci_ekspozycji.pdf

[ZbyT]

fajne opracowanie ... choć trochę nie na temat bo przecież autorowi wątku chodziło o LP, a nie szumy

niestety znalazłem 3 błędy (raczej mało istotne), które warto poprawić

zacznijmy od końca

 

1. uśrednienie matematyczne i wewnątrz piksela sprowadza się do tego samego bo w pikselu odbywa się to w/g dokładnie tych samych (matematycznych) reguł

 

2. uśrednienie darków powoduje zmniejszenie szumów tak samo jak uśrednienie klatek light

 

3. fonony i drgania termiczne to coś nieco innego (w ścisłym fizycznym znaczeniu). Fonony to kwazicząstki i tak się zachowują, a powstają podczas wychwytu fotonu przez elektron walencyjny atomu krzemu. Powodem ich powstawania jest struktura poziomów energetycznych elektronów w krzemie (brak przejść prostych). Powstały w ten sposób fonon może wzbudzić kolejny atom krzemu i w ten sposób przesunąć kolejny elektron ponad przerwą energetyczną. To zjawisko powoduje, że QE matrycy może być większe niż 100%. Z drugiej strony powstająca ogromna ilość fononów (oraz drgań termicznych) prowadzi do ich rozproszenia i przekształcenia w drgania termiczne

 

pozdrawiam

[skrzypas]

Podczepie siętu z czymś o co kiedyś byłem proszony - krótki opis tego czy robić krótkie zdjęcia i uśredniać czy długie. Prosta sprawa, ale tak dla sportu to udowodniłem.

http://ptma-gliwice.astronomia.pl/O_dlugosci_ekspozycji.pdf

Z tego ostatniego wzoru wynika, że ISO nie ma wpływu na SNR. Czy to oznacza, że z klatki naświetlonej na ISO100 da się wyciągnąć tyle samo co naświetlonej na ISO800?

[jolo]

@astroccd - no tak, ja zupełnie inaczej zrozumiałem Twój poprzedni wpis, myślałem że chodzi Ci o to, że ułamek otrzymanego maksymalnego SNR miałby zależeć również od całkowitego czasu ekspozycji, a chodziło o to, że w treści nie jest jasno napisane kiedy mówimy o całkowitym czasie ekspozycji, a kiedy o pojedynczej klatce.

@astroccd, @ZbyT - dzięki za uwagi, dziś wieczorem będę wprowadzał poprawki.

[jolo]

Z tego ostatniego wzoru wynika, że ISO nie ma wpływu na SNR. Czy to oznacza, że z klatki naświetlonej na ISO100 da się wyciągnąć tyle samo co naświetlonej na ISO800?

Tak by było przy założeniu nieskończonej rozdzielczości przetwornika ADC oraz stałej wartości szumu odczytu. Niestety np dla Canona 20D wraz ze zwiększaniem czułości szum odczytu maleje (w przeliczeniu na e-), natomiast jeśli chodzi o przetwornik to w Canonie 20D przy czułości 100 mamy G=12,3e/ADU, natomiast przy ISO800 mamy 1,45e/ADU. I mając przykładowo piksele o zawartości 15 i 20e- przy czułości 800 zostaną im przydzielone różne wartości ADU a przy czułości 100 najprawdopodobniej to samo ADU - stracimy więc informację. Natomiast oczywiście zyskamy na dynamice.

[astroccd]

Pomyślałem że przydało by się napisać symulator CCD żeby można było zobaczyć co będzie widać w konkretnych warunkach, sprawdziłem najpierw czy przypadkiem ktoś już takiego programu nie napisał i faktycznie jest taki program: http://www.darklights.org/simccd/manual.pdf'>http://www.darklights.org/simccd/manual.pdf można np.: zobaczyć jak wygląda galaktyka dla jednej 300 sekundowej ekspozycji przy niebie 17 mag/sek^2 oraz jednej 300 sekundowej ekspozycji przy 22 mag/sek^2.

 

60 60 sekundowych ekspozycji przy 22mag/sek^2 oraz 1 3600 sekundowej przy 22mag/sek.

 

http://www.darklights.org/simccd/