Копим фотоны

[apximhd]

В условиях слабой освещённости становится ценен каждый фотон, уловленный светочувствительной матрицей. Особенно актуально это при фотографировании звёздного неба, что заставляет нас делать длинные выдержки, позволяющие накопить достаточное количество фотонов для формирования изображения. Но поскольку ПЗС-матрица способна выдавать сигнал даже при поглощении светочувствительным пикселем одного единственного фотона, выглядит разумным предположение, что длинную экспозицию можно разбить на несколько более коротких, а затем обработать полученные изображения статистическими методами для получения приемлемого результата.
Например, если поток от какой-то звезды составляет один фотон в десять секунд на один пиксель, то при обработке 50 кадров, каждый из которых выполнен с секундной экспозицией, у нас в среднем будет пять кадров, на которых на искомый пиксель попадёт хотя бы один фотон.
Для проверки этой гипотезы я воспользовался программой DeepSkyStacker, позволяющей складывать астрономические фотографии с использованием различных методов статистической обработки.
На представленном снимке:

• слева — результат единичной экспозиции звёздного скопления χ Persei (NGC 869), снятого неподвижной камерой Canon 1100D через объектив Юпитер 21М (4/200 мм) с выдержкой 1 с, ISO 6400;


• справа — результат сложения 40 односекундных снимков при помощи программы DeepSkyStacker, что должно соответствовать суммарной 40-секундной экспозиции.

Щёлкните на фотографии для просмотра её в полном размере
К сожалению, по причине отсутствия монтировки с часовым механизмом, мне не удалось сделать тестовую единичную 40-секундную экспозицию для сопоставления результатов, но даже то, что получилось, на мой взгляд, заслуживает внимания.

Comments

[vgramagin.livejournal.com]

40 секунд для 320 мм - это очень много, звезды получатся смазанными. Для 40 секунд надо ставить 28мм

[al-pas.livejournal.com]

Я же написал: «по причине отсутствия монтировки с часовым механизмом, мне не удалось сделать тестовую единичную 40-секундную экспозицию».

Юпитер 21М имеет фокусное расстояние 200 мм, а не 320. Если взять объектив с фокусным расстоянием 28 мм, масштаб изображения получится в 7 раз меньше, то есть, снимать χ Персея таким объективом бессмысленно.

И наконец, максимальная экспозиция для 28-мм объектива при неподвижной камере составит не 40, а 7 секунд. Матрица — не плёнка, линейная плотность пикселей не ней 200 на мм.

[vgramagin.livejournal.com]

Юпитер 21 200, плюс кроп у ребела 1.6, умножаем и получаем 320
Практика показывает, что на 28мм при 30 секундах смазывания практически нет.

[al-pas.livejournal.com]

Причём тут кроп? Я работаю с конкретной матрицей и конкретным объектом съёмки и рассчитываю реальные оптические характеристики. Практика показывает, что при фокусном расстоянии 200 мм максимальное время экспозиции для матрицы с линейной плотностью пикселей 200 мм^-1 составляет 1 с. Дальнейшее увеличение экспозиции бесполезно, поскольку свет от звезды начинает попадать уже на соседние пиксели и дальнейшего накопления фотонов не происходит.
Соответственно, для объектива с фокусным расстоянием в семь раз меньше максимальная экспозиция оказывается в семь раз больше.

И последнее: поскольку звёзды являются для нашей оптики точечными объектами, то для их экспозиции решающую роль играет не относительное, а абсолютное отверстие объектива. У Юпитера 21М действующее отверстие 50 мм. Чтобы при фотографировании объективом с фокусным расстоянием 28 мм при 7-секундной экспозиции накопить столько же фотонов на пиксель, понадобится действующее отверстие 50/√7 = 19 мм, то есть нужен сверхсветосильный объектив с относительным отверстием 1/1.4 Стоить он будет дороже экваториальной установки с приводом для суточного ведения.