Was ist die "600er-Regel" in der Astrofotografie?

In dieser Frage wird die "600er-Regel" zur Vermeidung von Sternspuren in der Astrofotografie erwähnt.

• Was ist diese Regel?

• Wie ist es entstanden?

• Wie soll es angewendet werden?

Sterne bewegen sich. Wie bei jeder anderen Bewegung ist es uns wichtig, wie viel sie sich während der Belichtung auf dem Sensor bewegen: Eine Bewegung, die nur innerhalb eines einzelnen Pixels auftritt, ist keine Bewegung, die der Sensor erfassen kann, dh die Bewegung erscheint eingefroren.

Wenn die Bewegung während der Belichtung einen Punkt über mehrere Pixel nimmt, wird dies als Bewegungsunschärfe sichtbar, in diesem Fall als Sternspur. Eine Regel wie die "Regel von 600" ähnelt der "Regel von 1 / Brennweite" für Handbelichtung, indem versucht wird, Belichtungszeiten zu erhalten, die für die meisten Brennweiten ungefähr die gleiche Bewegungsunschärfe ergeben.

Die Herleitung ist ziemlich einfach:

• Der Himmel dreht sich in 24 Stunden um 360 Grad oder 0,0042 Bogengrad pro Sekunde.
• Unter der Annahme einer Vollformatkamera und eines 24-mm-Objektivs haben wir eine horizontale Sicht von 73,7 Grad. (Siehe Wikipedia-Artikel "Blickwinkel" .)
• Bei einem 24-Mpx-Sensor (6000 x 4000, z. B. Nikon D600) werden diese 73,7 Grad auf 6000 horizontale Pixel projiziert, was 81,4 Pixel pro Grad ergibt.
• Unter der Annahme eines 24-mm-Objektivs ergibt die "Regel von 600" eine Belichtung von 600/24 ​​mm = 25 Sekunden.
• In 25 Sekunden bewegt sich der Himmel um ca. 0,1 Grad.
• Bei unserer 24-Mpx-Vollformatkamera mit 24-mm-Objektiv entsprechen 0,1 Grad 8,5 Pixel.

Nach der 600-Regel stellen diese 8,5 Pixel die maximal zulässige Bewegungsunschärfe dar, bevor aus Sternpunkten Sternspuren werden. (So ​​lautet die Regel. Ob ein 8-Pixel-Abstrich für einen bestimmten Zweck akzeptabel ist, ist eine andere Diskussion.)

Wenn wir ein 400-mm-Objektiv an die gleichen Formeln anschließen, erhalten wir eine Belichtungszeit von maximal 1,5 Sekunden und eine Bewegung von 7,3 Pixeln während der Belichtung. Es ist also keine exakte Regel - die Unschärfe ist für verschiedene Brennweiten leicht unterschiedlich -, aber als Faustregel ist es ziemlich nahe.

Wenn wir einen 1,5-fachen Erntegutsensor mit derselben 24-Mpx-Auflösung (z. B. Nikon D3200) verwenden und Brennweiten verwenden, um äquivalente Blickwinkel zu erzielen, würden wir z. B. eine Brennweite von 16 mm, eine Belichtungszeit von 37,5 Sekunden und eine Unschärfe von 12,7 Pixeln haben. Das ist 50% mehr Unschärfe.

In diesem Fall würde eine "Regel von 400" für die Erntegutsensorkamera die gleiche Unschärfe ergeben wie die "Regel von 600" für das Vollbildbeispiel.

Ich schlage vor, eine "600er-Regel" (oder eine strengere Version mit kleinerem Zähler) zu verwenden, die nicht der tatsächlichen Brennweite, sondern der Äquivalenz entspricht. Auf diese Weise liefert die Regel die gleichen Ergebnisse für kleinere Sensoren. (ZB 16 mm bei einem 1,5-fachen Erntegutsensor entsprechen 24 mm bei einem Vollbild. Verwenden Sie zur Berechnung der maximalen Belichtungszeit die Brennweite "24 mm" anstelle der tatsächlichen Brennweite "16 mm".)

Verschiedene Sterne bewegen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit relativ zur Erde. Die schnellste Bewegung erfolgt entlang des Himmelsäquators , während sich der Polstern (Polaris für die nördliche Hemisphäre) am Himmelspol kaum bewegt.

Der Effekt ist in diesem Bild aus Wikimedia Commons ersichtlich: Polaris erscheint als fester Punkt in der Mitte, während sich andere Sterne um ihn drehen, und die Länge der Sternspuren nimmt mit der Entfernung von Polaris zu.

Quelle

Die obige Berechnung gilt für den schlimmsten Fall, wenn das Bild Sterne enthält, die sich entlang des Himmelsäquators bewegen.

Ich vermute, die Meldung zum Mitnehmen ist, dass der 600er in der "Regel 600er" von der Kameraauflösung, der Sensorgröße, der Position der Kamera am Himmel und der von Ihnen als akzeptabel erachteten Unschärfe abhängt.

Verwenden Sie eine kleinere Zahl, wenn Sie weniger Unschärfe wünschen.

Umgekehrt kann eine höhere Zahl akzeptabel sein, wenn Sie eine Nahaufnahme von Polaris machen, eine Kamera mit niedriger Auflösung verwenden und / oder ein Ausgabeformat mit niedriger Auflösung verwenden.

Die Regel von 600 besagt, dass die Belichtungszeit in Sekunden, um Sternspuren zu eliminieren, 600 geteilt durch die Brennweite des Aufnahmeobjektivs sein sollte. 20-mm-Objektiv reicht für 30 Sekunden, 300-mm-Objektiv reicht für 2 Sekunden.

Natürlich werden Sie (wie bei jeder Bewegungsunschärfe) niemals Sternspuren eliminieren - Sie reduzieren die Spur lediglich auf ein akzeptables Maß für eine bestimmte Vergrößerung. Die einzig perfekte Lösung ist eine "perfekt ausgerichtete äquatoriale Nachführung", und so etwas gibt es nicht.

Die Ätiologie ist schwierig, wenn nicht unmöglich - es ist eine Art "Griff nicht langsamer als 1 / Brennweite Verschlusszeit" - eine Faustregel oder allgemeine Weisheit, die in vielen, aber nicht in allen Fällen funktioniert.

Eine Diskussion der Vor- und Nachteile (und Mathematik) finden Sie hier: http://blog.starcircleacademy.com/2012/06/600-rule/

Eine interessante und allgemeinere Diskussion über Sternspuren finden Sie hier: http://blog.starcircleacademy.com/startrails/

Diese Regel gilt für die Verschlusszeit, die Sie beim Fotografieren des Nachthimmels verwenden sollten. Die Regel lautet wie folgt:

• Wenn Sie mit einem Objektiv der Brennweite L eine Langzeitbelichtung des Nachthimmels aufnehmen (mit einer stationären Kamera), sollten Sie eine maximale Verschlusszeit von 600 / L Sekunden verwenden, um ein Verwischen der Sterne zu vermeiden.

Wenn Sie beispielsweise ein 300-mm-Objektiv verwenden und eine Verschlusszeit von (600/300) = 2 s oder kürzer verwenden, sollten Sie die Sterne nicht als Linien, sondern als Punkte des Lichts sehen.

Soweit ich das beurteilen kann, gibt es keine Aufzeichnungen darüber, wer auf die Regel gekommen ist oder wie sie abgeleitet wurde. Höchstwahrscheinlich basiert sie jedoch auf Versuchen mit Kleinbildfilmen mit einer von Natur aus geringeren Auflösung (Körnung) und einer geringeren Toleranz (Bildgröße) als die heutigen Kameras und auf eine schöne runde 600 auf- (oder abgerundet).

Bei der Anwendung ist Vorsicht geboten. Moderne digitale Sensoren sind viel schärfer als 35-mm-Filme, was bedeutet, dass bei Bewegungsunschärfe weniger Toleranz besteht. Darüber hinaus haben die meisten Digitalkameras heutzutage kleinere Sensoren als der 36 mm x 24 mm große 35 mm-Film, was bedeutet, dass die Toleranz GERADE WENIGER ist. Daher sollte diese Einstellung bei Verwendung dieser Cropped-Sensor-Kameras wahrscheinlich eher einer 400-Regel entsprechen (d. H. wenn Sie denken, 600 ist immer noch ein gültiger Wert für Vollbildkameras, was fraglich ist). Umgekehrt könnte bei Verwendung von Mittelformatkameras eine größere Anzahl verwendet werden.

Obwohl mehrere dieser Antworten darauf tanzen, weist keine darauf hin, dass die "Regel von 600/500" auf der Annahme einer Standardanzeigegröße und eines Betrachtungsabstands beruhte. Das heißt: 8x10 Zoll Displaygröße, die von einer Person mit 20/20 Sehvermögen bei 10-12 Zoll betrachtet wird.

Die Standard-Anzeige- / Betrachtungsbedingung ergibt einen Verwechslungskreis von ca. 0,030 mm für eine Film- / Sensorgröße von 36 x 24 mm, einen CoC von ca. 0,020 mm für einen 1,5-fachen APS-C-Erntesensor und einen CoC von ca. 0,019 mm für einen 1,6-fachen APS-C Erntesensor.

Die "Rule of 600" ist etwas großzügiger und basiert auf einem CoC von ca. 0,050 mm für eine FF-Kamera. Ein Teil der größeren Toleranz kann wahrscheinlich auf der Schwierigkeit beruhen, mit den zum Zeitpunkt der Erstellung der Regel verwendeten Filmkameras präzise auf Sterne zu fokussieren. Geteilte Prismen sind für die Unterstützung der Fokussierung auf einen Punkt und nicht für die Fokussierung auf eine so große Anzahl von Linien nutzlos Astrofotos des Tages, die mit 35-mm-Kameras aufgenommen wurden, wurden unter Verwendung der Unendlichmarkierung auf der Fokusskala des Objektivs (oder der harten Unendlichblende, die viele Objektive zu diesem Zeitpunkt hatten) fokussiert, und daher waren die Sterne im resultierenden Bild noch größere Unschärfekreise als dies der Fall wäre war der Fall mit richtig fokussierten Punkten.

Es lohnt sich, genauer zu berechnen, wie lange Sie belichten können, bevor Sie Sternspuren erhalten. Wenn Sie eine Faustregel und / oder Versuchs- und Fehlermethoden anwenden, bis Sie alles richtig gemacht haben, werden Sie wahrscheinlich die maximale Belichtungszeit unterschätzen, die letztendlich zu mehr Rauschen führt, da Sie das endgültige Bild in weniger als optimaler Weise produzieren werden Weg.

Es ist nicht schwierig, die maximale Belichtungszeit zu berechnen, wenn Sie zuvor wissen, welche Objekte am Himmel Sie fotografieren möchten. Das Objekt befindet sich in einem bestimmten Winkel zur Erddrehachse, der um 90 Grad minus der sogenannten Deklination des Objekts gegeben ist. Wenn das interessierende Objekt beispielsweise die Andromeda-Galaxie ist, dann [können Sie hier] [1] feststellen, dass die Deklination 41 ° 16 '9' 'beträgt, daher beträgt der Winkel zur Erdrotationsachse 48,731 Grad. Wenn das Sichtfeld groß ist, möchten Sie möglicherweise nicht, dass Sternspuren südlich von Andromeda angezeigt werden. Daher müssen Sie einen größeren Winkel berücksichtigen. Angenommen, Sie haben sich für einen Winkel entschieden und nennen diesen Winkel Alpha.

Wir müssen dann wissen, wie hoch die Winkelgeschwindigkeit eines Objekts im Winkel Alpha zur Erddrehachse ist. Wenn wir Himmelsobjekte auf die Einheitskugel projizieren, ist der Abstand zur Rotationsachse sin (alpha). Die Kugel dreht sich einmal an jedem Sternentag um ihre Achse, was 23 Stunden 56 Minuten 4,01 Sekunden entspricht (dies sind etwas weniger als 24 Stunden, da sich die Erde um die Sonne dreht, sodass sich die Erde ein bisschen mehr um ihre Achse drehen muss, damit die Sonne sein kann an der gleichen Stelle). Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit des Objekts ist:

omega = 2 pi sin (alpha) / (86164,01 Sekunden) = 7,2921 · 10 ^ (-5) sin (alpha) / Sekunde

Befindet sich der Kamerasensor in der Mitte der Kugel, so befindet er sich in einem Abstand von 1 zu den Punkten auf der Kugel, dies macht die Geschwindigkeit auf der Oberfläche der Kugel auch zur relevanten Winkelgeschwindigkeit in Bogenmaß pro Sekunde.

Die Winkelauflösung des Bildes ergibt sich aus der Pixelgröße geteilt durch die Brennweite. Die Pixelgröße kann berechnet werden, indem die Quadratwurzel des Verhältnisses zwischen der Sensorgröße und der Anzahl der Pixel verwendet wird. Ein typischer Erntesensor kann eine Pixelgröße von 4,2 Mikrometern haben. Wenn die Brennweite 50 mm beträgt, beträgt die Grenzwinkelauflösung aufgrund der endlichen Pixelgröße somit 8,4 · 10 & supmin; & sup5; Bogenmaß. Wenn Sie dies durch die Winkelgeschwindigkeit omega dividieren, erhalten Sie die maximale Belichtungszeit, ab der Sternspuren im Idealfall sichtbar werden. Im Allgemeinen ist dies für Pixel der Größe s und der Brennweite f gegeben durch:

T = s / (4,2 Mikrometer) (57,6 mm / f) / sin (alpha) Sekunden