Längere Belichtung und niedrigere ISO-Werte oder kürzere Belichtung und höhere ISO-Werte - was liefert bessere Ergebnisse beim Fotografieren von Sternen?

Ich habe mich mit Nachtlandschaften und Sternenfotografie mit unterschiedlichem Erfolg beschäftigt. Ich weiß, dass ich nicht das ideale Objektiv habe (Canon 17-40mm f4 auf einem Canon 6D-Gehäuse), aber ich habe einige großartige Aufnahmen mit der gleichen Ausrüstung gesehen. Ich habe auch eine Canon 50mm f1.4, die großartig ist, aber nicht breit genug.

Normalerweise fotografiere ich mit f4, ISO 800-1600, Rauschunterdrückung bei Langzeitbelichtung, 30 - 40 Sekunden. Ich finde die Ergebnisse sehr laut und die Sterne nicht hell genug . nach 30 Sekunden sind die Sterne nicht hell genug und nach 40 Sekunden folgen sie bereits. Hier ist einer meiner Versuche.

Ich habe kürzlich einige Fotos gesehen (Beispiele hier und hier ), die mit kürzeren Belichtungszeiten, aber einer viel höheren ISO (5000-6400) aufgenommen wurden.

Ich denke vielleicht, wenn ich fast 40 Sekunden bin, heizt sich der Sensor mehr auf, was mehr Rauschen verursacht. Ist eine kürzere Belichtungszeit und ein höherer ISO-Wert speziell für Fotostars eine bessere Formel?

Rauschen ist eine Tatsache, wenn es um Astrofotografie geht, mit Ausnahme von gestapelten Deep-Sky-Fotos, die auf einem Tracking-Mount aufgenommen wurden (mehr in einem Moment).

Ihr Foto ist tatsächlich sehr rauscharm, in dem großartigen Schema von Einzelbild-Astrofotografien mit großem Bildfeld, das ich gesehen habe ... aber es fehlt auch die Sättigung. Ich denke, es kommt wirklich auf den Geschmack an, aber letztendlich werden Sie auf die eine oder andere Weise unabhängig von der ISO-Einstellung ungefähr das gleiche Bildrauschen auf Ihren Fotos sehen. Wenn Sie das gleiche Maß an Sättigung erreichen möchten, müssen Sie eines von zwei Dingen tun. Entweder müssen Sie eine höhere ISO-Einstellung verwenden (ISO 3200, möglicherweise sogar 6400), oder Sie müssen die Belichtung nachträglich erhöhen. Die überwiegende Mehrheit des Rauschens in der Astrofotografie beruht auf Photonenschußrauschen, daher ist die Verwendung eines höheren ISO-Werts vom Standpunkt des Rauschens aus die gleiche wie eine Belichtungssteigerung nach dem Prozess.

In Ihrem Beispielfoto haben Sie eine Weitwinkelaufnahme mit einem Einzelbild. Sie sind aufgrund des Vordergrunds auf ein einzelnes Bild beschränkt, es sei denn, Sie greifen auf komplexere Tricks zurück, bei denen Sie mehrere Bilder aufnehmen, den Himmel ausschneiden und diese Bilder stapeln, um die Sättigung des Himmels zu verbessern. Sicher möglich ... auch viel Arbeit. Wie Sie mag ich Astrofotografien, bei denen ein Teil der Landschaft im Vordergrund angezeigt wird. Es lohnt sich daher, ein manuelles Teilstapeln durchzuführen, um das SNR zu verbessern.

Wärme trägt bei Langzeitbelichtungen mit Sicherheit zum Lärm bei. Ich bin mir nicht sicher, ob 40 Sekunden lang genug sind, um so viel Wärme zu erzeugen, dass thermisches Rauschen ein wichtigerer Faktor ist als das Rauschen mit Photonenschüssen. Ältere DSLRs hatten früher Wärmeblasen aufgrund der Überhitzung von Komponenten, die sich in der Nähe des Chips befanden. Bei dunklen Bildern konnte man deutlich Bereiche an den Ecken oder entlang der Ränder des Bilds erkennen, die mehr Rauschen aufwiesen. Ich habe mit meiner 7D noch nie so etwas gesehen, und es gibt Zeiten, in denen ich Langzeitbelichtungen von 40-50 Sekunden bei 16 mm aufgenommen habe.

Es gibt Möglichkeiten, die verschiedenen Nicht-Photonen-Rauschquellen zu reduzieren. Dark Frames und Bias Frames sind zwei. Die Verwendung von dunklen und Schrägbildern ist normalerweise nur dann wirklich erforderlich, wenn Sie mit einem Werkzeug wie Deep Sky Stacker mehrere Aufnahmen stapeln . Im Allgemeinen nimmt "Rauschunterdrückung bei Langzeitbelichtung" in der Kamera nur ein dunkles Bild auf, das nativ vom hellen Bild subtrahiert wird, bevor es auf der Speicherkarte gespeichert wird. Ein einzelner dunkler Rahmen verringert das Lesegeräusch, jedoch nicht so stark wie ein ordnungsgemäß gestapelter dunkler Mehrfachbelichtungsrahmen, wie auf der DSS-Website hier erläutert .

Es ist anzumerken, dass das wichtigste in der Astrofotografie das SNR oder das Signal-Rausch-Verhältnis ist. Je höher Ihr SNR pro Frame ist, desto besser sind die Ergebnisse ... gestapelt oder auf andere Weise. Sie könnten 120 5-Sekunden-Bilder oder 5 120-Sekunden-Bilder aufnehmen ... die fünf 120-Sekunden-Bilder werden immer bessere Ergebnisse liefern. Sie könnten sogar 500 5-Sekunden-Bilder aufnehmen, und die 5 120-Sekunden-Bilder werden immer noch ein reichhaltigeres Ergebnis liefern, da das SNR pro Bild viel höher ist. Jeder Frame enthält umfangreichere und vollständigere Informationen, die Sie wahrscheinlich nie vollständig replizieren werden, wenn Sie viel kürzere Belichtungen stapeln.

Die nächstbeste Möglichkeit zur Verbesserung des SNR besteht darin, zu einer Kamera mit größeren Pixeln zu wechseln. Das SNR pro Pixel ist bei größeren Pixeln höher, daher sollten die Ergebnisse bei höheren ISO-Einstellungen pro Pixel besser sein als bei einer Kamera mit kleineren Pixeln. Wenn wir die 1D X und die 7D (beide 18-Megapixel-Sensoren) vergleichen würden, würden die größeren Pixel der 1D X jeweils 2,6-mal mehr Licht einfangen. Sie verwenden bereits die 6D, eine sehr gute Kamera für die Astrofotografie, die sich durch große Pixel und eine hervorragende ISO-Leistung auszeichnet. Vom reinen SNR-Standpunkt aus (basierend auf sensorgen.info-Daten) unterstützt die 1D X bei ISO 3200 die ~ 3-fache Sättigung pro Pixel, die 6D bei ISO 3200 die ~ 2-fache Sättigung pro Pixel, wie bei jedem 18-MP-APS-C von Canon Sensoren.

Da Sie bereits die beste Kamera verwenden, die Sie wahrscheinlich für Astrofotografiezwecke von Canon erhalten können, können Sie nur die ISO-Empfindlichkeit erhöhen. Bei niedrigeren ISO-Einstellungen ist mehr Lesegeräusch vorhanden. Insbesondere bei Canon ist der Beitrag zum Leserauschen umso geringer, je höher die ISO-Empfindlichkeit eingestellt wird. Bei den höchsten ISO-Einstellungen beträgt das Leserauschen möglicherweise nur 1,3-pro Pixel (deutlich unter dem flachen Minimum von ~ 3e) - für die Sony Exmor im D800 gefunden.)

Daher sollten Sie eine höhere ISO-Einstellung verwenden, um die Sättigung des Himmels und die Helligkeit der Sterne zu verbessern, da das Erhöhen der Belichtung nach dem Prozess dasselbe ist wie das Erhöhen der ISO-Werte, wenn das Leserauschen so gering ist. Sie sagten, Sie verwenden ISO 800-1600. Versuchen Sie es mit ISO 3200, 6400 ... vielleicht sogar mit 8000. Die allgemeine Idee ist, den Weißpunkt so zu reduzieren, dass die Kamera das Signal vor dem Lesen mithilfe ihrer Elektronik so weit wie möglich verstärkt, um die Auswirkungen von Lesegeräuschen zu minimieren. Es sollte beachtet werden, dass das Erhöhen der Belichtung einer ISO 800-Aufnahme im Nachhinein, sodass sie einer ISO 6400-Belichtung ähnelt, wahrscheinlich MEHR Rauschen zur Folge hat, da das Leserauschen bei ISO 800 bei der niedrigeren ISO-Einstellung (5.1e) mehr als doppelt so hoch ist - vs. 2.0e- laut sensorgen.info.)

Um die Dinge ein wenig klarer zu machen, habe ich ein hypothetisches Szenario für die Astrofotografie entworfen. In diesem Szenario wird eine Belichtung von 30 Sekunden bei 1: 4 angenommen, die einmal für jede ISO-Einstellung von 100 bis 12800 unter Verwendung einer Canon 5D III durchgeführt wird. Die Annahme ist, dass eine Belichtung von 30s 1: 4 bei ISO 12800 dazu führt, dass die hellsten Pixel (Sterne) den "Sättigungspunkt" erreichen (mit anderen Worten, die hellsten Sterne kommen rein weiß heraus, wie alle roten, grünen und blauen Pixel für Diese Sterne erreichen den maximalen Ladezustand. Die exakt gleiche Belichtung bei allen anderen ISO-Einstellungen führt zu einer Belichtung unterhalb des Sättigungspunkts. Zusätzlich wird der Unterschied zwischen Lesegeräusch und Photonenrauschen demonstriert.

In der folgenden Abbildung steht die lineare X-Achse für jede ISO-Einstellung und die logarithmische Y-Achse für den Ladungspegel in Elektronen (e-). Für jede ISO-Einstellung werden rote und grüne Linien gezeichnet, wobei Rot das Leserauschen und Grün den Sättigungspunkt darstellt . Der Dynamikbereich ist effektiv das Verhältnis zwischen Sättigungspunkt und Lesegeräusch (grün über rot). Bei ISO 100 ist der Sättigungspunkt auch der tatsächliche maximale Ladezustand der Fotodiode (FWC oder Full Well Capacity). Die blauen Balken stellen das Signal dar und der dunklere Teil des blauen Balkens stellt das Eigenrauschen in diesem Signal dar (Photonenschussrauschen, das die Quadratwurzel des Signals ist).

Unter der Annahme einer Belichtung von 30s 1: 4, die bei ISO 12800 die maximale Sättigung erreicht, beträgt die Ladung dieses Signals 520e (laut sensorgen.info). Unter der Annahme, dass für alle anderen ISO-Einstellungen genau dieselbe Belichtung verwendet wird, sind daher das Signal und das Photonenrauschen identisch . (Die Ladung in der Fotodiode ist ein Produkt des Lichts im Laufe der Zeit ... das NUR von Blende und Verschlusszeit beeinflusst wird.) Mit der ISO-Reduzierung ändert sich, dass das Leserauschen zu steigen beginnt. Da die Skala logarithmisch ist, unterscheiden sich die ISO-Einstellungen 800 bis 12800 kaum im Leserauschen (insbesondere 1600 bis 12800). Sobald wir ISO 400 erreicht haben, steigt das Leserauschen so weit an, dass es einen größeren Anteil am Gesamtsignal hat als das Photonenrauschen.

Der Hauptunterschied zwischen Aufnahmen mit ISO 12800 und Aufnahmen mit ISO 400 ist der Sättigungspunkt (grüne Balken). Bei ISO 12800 ist das Leserauschen gering und das Signal sättigt sich, sodass die Kamera ein helles, farbenfrohes Bild zeigt. Bei ISO 400 ist das Signal ein kleiner Bruchteil (520e -) des Sättigungspunkts (18273e -), und dies erfordert einen deutlichen Anstieg der Belichtung nach der Aufnahme, um so auszusehen wie bei ISO 12800. Wenn man bei ISO 400 schießt und die Belichtung im Nachhinein korrekt ist, ist das Rauschen insgesamt ein wesentlicher Faktor des Signals. Das Grundrauschen beim Lesen, unter dem praktisch keine nützlichen Informationen vorliegen, ist fast so hoch wie das Rauschen bei der Aufnahme von Photonen. Solch eine Belichtungssteigerung nach dem Prozess würde zu einem hohen Grad an Streifenbildung und Farbrauschen führen, wahrscheinlich bis in die Mitteltöne hinein.

Für ein extremes Beispiel, wenn man mit ISO 100 fotografiert, wird das Leserauschen zum Hauptverursacher des Rauschens (in diesem speziellen Beispiel ... denken Sie daran, dass das Bild bei ISO 100 im Verhältnis zum Sättigungspunkt stark unterbelichtet ist.) In diesem Fall würde eine Erhöhung der ISO 100-Belichtung (die, um die ISO 12800-Aufnahme zu simulieren, eine SIX STOP BOOST- Belichtung sein müsste) zu einer deutlichen Streifenbildung und einem deutlichen Farbrauschen führen. Das folgende Diagramm zeigt, wie das Rauschen sowohl beim Lesen als auch beim Aufnehmen von Photonen durch Korrigieren der Postbelichtung für ISO 100 - 6400 verstärkt wird, um der ISO 12800-Belichtung zu entsprechen:

Denken Sie daran, dass die Skala hier logarithmisch ist, sodass das Rauschen für jede nacheinander niedrigere ISO-Einstellung nach der Belichtungskorrektur im Nachhinein exponentiell höher ist.

Ich werde nicht einmal versuchen, jristas sehr informative und gut geschriebene Antwort zu ersetzen. Er deckt die Grundlagen der Physik in der Bildgebungspipeline der Kamera sehr gut ab. Ich möchte eine Beobachtung hinzufügen, die etwas Licht auf die Beziehung zwischen Sternen und Rauschen werfen könnte.

Wenn alle Sterne im Universum von der Erdoberfläche aus gesehen gleich hell wären, wäre der Nachthimmel fest und weiß. Halten Sie einen Moment inne und lassen Sie dies einwirken. Selbst bei Verwendung des engsten verfügbaren Sichtfelds gibt es nur sehr wenige Stellen am Himmel, an denen Sie ein hochempfindliches Teleskop (wie das Hubble) so ausrichten können, dass keine Lichtquelle sichtbar wird . Die auffälligsten "dunklen" Bereiche des Himmels sind Nebel, die den größten Teil des Lichts der dahinterliegenden Sterne und Galaxien blockieren.

Es ist richtig, dass Sie Maßnahmen zur Erhöhung des SNR ergreifen können, mit denen Sie Ihre Bilder so entwickeln können, dass die Sterne im Vergleich zum dunkleren Himmel um sie herum heller sind. Wenn Sie dies tun, erhöhen Sie jedoch auch die Helligkeit von dunkleren Sternen, die nicht heller als das Rauschen waren, bevor Sie solche Anpassungen vorgenommen haben, und erhöhen den Pegel von sogar dunkleren Sternen, die überhaupt nicht sichtbar waren, bis zu dem Punkt, an dem sie sind Jetzt wird die gleiche Signalmenge wie das Bildrauschen erzeugt. Egal wie gut die SNR-Zahl ist, es wird immer einige Sterne geben, die die gleiche Helligkeit wie das Rauschen haben.Die hellsten Sterne sind in Bezug auf ihre Helligkeit von der Erde aus gesehen die seltensten und die dunkelsten Sterne bei weitem die zahlreichsten am Nachthimmel. In gewisser Weise kann das Bild durch Erhöhen des SNR während der Bildaufnahme und anschließendes Erhöhen der Belichtung nach der Aufnahme verrauscht werden ! Nicht, weil das Bild mehr Rauschen enthält. Gibt es nicht Aber weil diese sehr dunklen Sterne, die Sie aus dem dunklen Hintergrund gezogen haben, Rauschen zu sein scheinen .

Ich denke, das Geheimnis für Einzelbelichtungsbilder liegt in der Nachbearbeitung. Um sicherzugehen, maximieren Sie Ihr SNR nach der Antwort von jrista, wenn Sie Ihre Bilder aufnehmen. Aber probieren Sie dies auch bei der Nachbearbeitung aus: Wenn Sie die hellsten Sterne so haben, wie Sie sie möchten, ziehen Sie alles unterhalb eines bestimmten Luminanzwerts auf Schwarz. Das Verringern der Farbsättigung hilft auch beim Umgang mit Chrominanzrauschen, was der Hauptgrund ist, den ich in Ihrem sehr guten Beispielbild sehe.

Ich denke, dies wird von Modell zu Modell, von Kamera zu Kamera und sogar auf der Grundlage der Aufnahmebedingungen variieren. Ich würde riskieren, dass in einer kühlen Nacht, in der der Bildsensor stärker gekühlt wird, Sie bei langer Belichtung mehr Glück haben. Wenn es eine heiße Nacht ist, erwärmt sich der Sensor schneller und ein höherer ISO-Wert kann zu besseren Ergebnissen führen. Stapeln wie Matt Grum erwähnt ist in einigen Fällen auch eine Option.

Persönlich neige ich dazu, irgendwo in der Mitte zu arbeiten und die ISO auf das zu stützen, was annehmbare Rauschpegel erzeugt, und dann so lange wie nötig zu belichten. Auf meinem 5D Mark III landet das irgendwo im Bereich von 5000-6400.

Ich habe keine Daten darüber, wo der Übergangspunkt zwischen dem Vorteil, mehr Licht zu gewinnen, und dem Nachteil des thermischen Rauschens liegt. Sie können jedoch das Beste aus beiden Welten herausholen, indem Sie mehrere kurze Belichtungen aufnehmen und diese in Software stapeln.

Es gibt Programme für die Astrofotografie, die die Bilder auch in einem Stapel ausrichten, was den zusätzlichen Vorteil hat, dass Sternspuren vermieden werden. Schauen Sie sich Deep Sky Stacker an .