Was sind die Gründe, warum bei der Astrofotografie keine extrem langen Belichtungen (Stunden) gemacht werden?


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Ich recherchiere, um mich mit Astrofotografie zu befassen.

In den meisten Tutorials wird empfohlen, mehrere Aufnahmen zu machen und diese dann zu stapeln.

Das wundert mich: Wenn sich die Kamera in einem Tracking-System befindet, lassen Sie den Auslöser so lange wie möglich offen.


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Gehen diese Tutorials davon aus, dass Sie über ein Tracking-System verfügen?
unperson325680

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Ich empfehle das Buch "Deep-Sky Imaging Primer" von Charles Bracken. Es beantwortet die meisten Anfängerfragen. Weitere Informationen finden Sie in einem speziellen Astro-Forum wie bewölkten Nächten.
user71927

Antworten:


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@ Michael Clark und @ Itai haben gute Antworten geliefert. Noch ein paar Gedanken aus Sicht des begeisterten Amateurs:

  • Tracking-Technologie ist nicht perfekt und manchmal ist es besser, innerhalb der praktischen Grenzen des verfügbaren Trackings zu arbeiten, als es zu weit zu treiben

  • Sehr lange Belichtungen können bei starker Lichtverschmutzung nicht gut funktionieren. Es gibt ein Gleichgewicht zwischen dem Fangen so vieler Zielphotonen wie möglich, ohne die unerwünschten zu übertreiben

  • Risikomanagement: Wenn Sie nur eine Langzeitbelichtung haben, kann dies leicht durch einen externen Lichtblitz zerstört werden. Mehrfache, kürzere Belichtungen bedeuten, dass Sie die schlechten Bilder einfach wegwerfen können


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Zu "Es gibt ein Gleichgewicht zwischen dem Fangen so vieler Zielphotonen wie möglich, ohne die unerwünschten zu übertreiben": Das sollte völlig unabhängig von der Belichtungszeit sein.
Peter - Reinstate Monica

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+1 für den Tracking-Technologie-Kommentar, mit einem dummen, polar ausgerichteten Äquitorial habe ich bisher ~ 3 Minuten bei 300 mm FL ohne Sternspuren geschafft, aber nur mit etwas Glück auf meiner Seite. Abhängig von der Qualität und dem technischen Fortschritt Ihres Kits können Sie eine bessere oder schlechtere Leistung erzielen. Das Ausrichten und Stapeln in der Post ist jedoch immer hilfreich, wenn Sie mit dem Amateur-Kit Deep-Sky-Objekte suchen.
Joseph Rogers

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@ PeterA.Schneider Es gibt zeitlich veränderliche Störer wie Meteore, Flugzeuge und Wolken. Wenn Sie mehrere Bilder aufnehmen, können Sie diese problemlos verwerfen. Ein weiterer Faktor ist die Sättigung der Photonenspeicherung eines Pixels, eine Grenze, die als "Volltopfkapazität" bezeichnet wird.
user71659

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@PeterA.Schneider Das stimmt eigentlich nur, wenn das "unerwünschte Licht" nahezu konstant UND allgegenwärtig ist. Oder Sie haben keinen Algorithmus zum Verwerfen der fehlerhaften Frames. Wenn Sie viele kurze Belichtungen haben, haben Sie viele Proben aus einer Verteilung. Die Sterne bleiben an (fast) der gleichen Stelle (vorausgesetzt, ein Tracking-System). Das unerwünschte Licht ist wahrscheinlich entweder ausgeschaltet (Autos, Häuser, sogar Straßenlaternen heutzutage) oder nicht stationär in Bezug auf den Tracking-Referenzrahmen. In beiden Fällen können Sie es mit intelligenten Algorithmen filtern.
DRF

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@DFR du sagst "verwerfe schlechte Frames" und ich kann nicht sagen, ob du MartinVs Punkt 3 zustimmst oder ob du eine digitale Komposition von mehreren aufeinanderfolgenden Bildern zu einer simulierten Langzeitbelichtung implizierst (füge den Wortalgorithmus hinzu, glaube ich letzteren) ). Ich weiß nichts über das OP, aber meine Langzeitbelichtung [sehr Amateur] Astrofotografie wird mit schwerem Glas auf ehrlichen Filmen gemacht. Sie können nicht davon ausgehen, dass digitale Bereinigungsprozesse bei Langzeitbelichtung verfügbar sind, es sei denn, das OP gibt ausdrücklich an, dass dies der Fall ist.
Ruscal

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Es liegt zum einen daran, dass wir es jetzt können.

Je nach Kamera kann die Langzeitbelichtung von Minuten bis zu mehreren Stunden reichen. Bei Verwendung einer Filmkamera erfolgt die Astrofotografie mit sehr langen Belichtungszeiten. Diese Kameras sind zeitlich unbegrenzt, da sie keine Stromversorgung benötigen.

Eine Digitalkamera kann auf die gleiche Weise verwendet werden, jedoch sind die meisten spiegellosen Belichtungszeiten auf 30 Minuten oder eine Stunde begrenzt, sodass es unmöglich ist, eine längere Belichtung aufzunehmen, sodass keine andere Wahl besteht.

Die meisten DSLRs können Belichtungen von mehr als einer Stunde aufnehmen, sodass sie sehr lange belichten können, um das endgültige Bild in einer Aufnahme zu erhalten. Die Verwendung mehrerer Aufnahmen kann jedoch vorteilhaft sein. Am wichtigsten ist, dass die maximale Helligkeit jedes Pixels virtuell erweitert wird. Sobald eine Fotoseite gesättigt ist, wird sie in einer Aufnahme überbelichtet. Bei Mehrfachaufnahmen tritt möglicherweise keine Sättigung auf, wodurch die Datenpräzision der Software erhöht wird. Jede Verdoppelung der Aufnahmen, die stark zu stark vereinfacht wird, verleiht Ihnen ein zusätzliches Maß an Präzision und Dynamik. Machen Sie also nur 4 Aufnahmen, und Sie erhalten 2 Stufen mehr Dynamikbereich als bei einer einzigen Belichtung.

Mehrfachbelichtungen haben den Effekt, dass das Rauschen gemittelt wird. Auf diese Weise erhalten Sie sauberere Bilder für die Arbeit, aber auf jedes Bild kann eine Software-Rauschunterdrückung angewendet werden, die effektiver ist als die Verarbeitung einer längeren, viel rauschintensiveren Belichtung.

Eine sehr lange Belichtung ist schwer zu messen, aber wenn Sie viele Bilder haben, haben Sie die Flexibilität, nicht den gesamten Stapel zu verwenden oder das Software-Blending zu steuern, um eine Überbelichtung zu vermeiden, insbesondere wenn Sie einen bestimmten Vordergrund in Ihre Komposition aufgenommen haben.

Die beiden Nachteile der Mehrbilderfassung sind gering. Zum einen ist es später arbeitsintensiver, da der Bildstapel anstelle eines einzelnen Bilds vom Computer übertragen und verarbeitet werden muss. Das andere ist, dass es winzige Lücken geben kann, wenn Sie Sternspuren machen, während die Kamera zwischen den Aufnahmen Zeit benötigt (stellen Sie sicher, dass die Rauschunterdrückung für lange Verschlusszeiten deaktiviert ist, wenn Sie keine großen Lücken wünschen), die von einer Reihe von Dingen und abhängig sein können die bestimmte Kamera.


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Der Hauptvorteil des Stapelns besteht darin, das "Schussrauschen" der randomisierten Poisson-Verteilung, das bei Bildern mit schlechten Lichtverhältnissen wie der Astrofotografie problematisch sein kann, zu mitteln. Ein weiterer Vorteil für das Stapeln besteht in der Verwendung dedizierter Monochrom-Bildsensoren, bei denen für jede Belichtung Farbfilter (oder spezielle astronomische Filter) über den gesamten Sensor gewechselt werden und diese anschließend nachträglich kombiniert werden.


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Das Stapeln von Bildrauschen bei Mehrfachbelichtungen entspricht genau der Verwendung einer einzelnen Langzeitbelichtung mit derselben akkumulierten Zeit. Wir können es uns als "analoges Stapeln" vorstellen. Nein, dies ist definitiv nicht der Grund, warum wir Mehrfachbelichtungen verwenden.
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@szulat Nur wenn Sie die Mehrfachbelichtungen im Gegensatz zum getrimmten Durchschnitts- oder Medianfilter mit einfacher Durchschnittsfilterung stapeln.
jpa

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@jpa Die Antwort lautet "Durchschnitt aus". Algorithmen sind sowieso zweitrangig. Der Prozess selbst sammelt die gleiche Menge an Lärm. was anders sein kann, ist technisch, z. B. die Fähigkeit, einen viel größeren Dynamikbereich zu erhalten (als eine einzelne Belichtung. 14- oder sogar 16-Bit-Dateien reichen oft nicht aus, um enorme Kontraste der Astrofotografie
abzudecken

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@szulat: Denken Sie daran - der Median ist eine Art Durchschnitt .
Psmears

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@MichaelClark In der Wissenschaft werden diese Techniken als robustes Stapeln bezeichnet . Wenn Sie das konkret meinen, sollten Sie es vielleicht in der Antwort explizit ausdrücken. Ich würde jedoch bemerken, dass robustes Stapeln nicht viel besser ist als einfache Mittelwertbildung bei Schussgeräuschen. Der Hauptvorteil besteht darin, dass extreme Ausreißer das Endergebnis nicht beeinflussen können. Dh es wird einen Meteor komplett entfernen, der irgendwann durch den Rahmen gefahren ist. Das Schussgeräusch ist jedoch nicht extrem genug und kann aufgrund der ungleichen Gewichte, die ein robustes Stapeln zuweist , sogar stärker ausfallen.
links um

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Digitale Sensoren erwärmen sich bei Langzeitbelichtungen. Ich hatte Belichtungen von nur 6 Minuten, die deutlich sichtbare Farbverzerrungen in den Ecken des Rahmens aufwiesen. Lassen Sie den Chip ohne spezielle Kühlung stundenlang ununterbrochen laufen, und das Ergebnis wäre wahrscheinlich ein unbrauchbares Durcheinander.


Ich habe einmal in einem Observatorium gearbeitet und kann bestätigen, dass die CCD-Sensoren des großen Teleskops (damals) dedizierte Kühlsysteme hatten. Ich erinnere mich nicht, ob es Stickstoff war, aber es war so etwas.
Basj

Spezielle Weltraum-Astrokameras haben normalerweise eine thermometrische Kühlung von 30-50 ° C. Die Schwarzkörperstrahlung ist proportional zur Temperatur (in Kelvin) zur 4. Potenz. Während also die Verringerung des thermischen Rauschens, die LN2 verursachen kann, bei weitem nicht annähernd 99,5% beträgt, verringern sie es doch um etwa ein Drittel auf die Hälfte. Das niedrigere Grundrauschen ist einer der Hauptgründe, warum die Leute sie anstelle von herkömmlichen DSLRs verwenden.
Dan Neely

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Auch bei Langzeitbelichtungen können Sie die Funktionen der in die Kamera integrierten Software nutzen. Wenn Sie viele Bilder aufnehmen und anschließend nachbearbeiten, können Sie Software mit unterschiedlichen Funktionen und Prioritäten verwenden, um ein besseres Bild zu erhalten.


(Dies sollte ein Kommentar sein, aber meine Wiederholung ist zu niedrig)
Thorbjørn Ravn Andersen

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Nachdem ich die anderen Antworten hier gelesen und das Super Blood Blue Moon-Ereignis in der letzten Woche angekündigt hatte, entschloss ich mich, ein Experiment durchzuführen. Ich schoss den Mond während einer der kurzen Pausen in der Wolke, als ich weder auf der Arbeit war noch schlief. Ich habe mit dem Handheld gedreht, da es nur ein Experiment war. Meine Kamera, eine Olympus E-520 (veröffentlicht 2008), ist bekanntermaßen rauscharm und hat ein Objektiv mit einem Durchmesser von 70 bis 300 mm und eine recht normale Qualität, wenn sie an ihre Grenzen stößt. Aufgrund der Sensorgröße von vier Dritteln entspricht dies einem Sichtfeld von 600 mm.

Ich habe mehrere Aufnahmen mit F9.0 1 / 40s ISO800 300mm Bildstabilisierung gemacht.

Ich habe ungefähr 5 ausgewählt und versucht, die Dateien mit Darktable, Gimp, Siril und Hugin zu verarbeiten. Das hier gezeigte Bild hat einen einfarbigen Rahmen ohne Rauschverarbeitung und ein zusammengesetztes Bild, das aus 5 ähnlichen Aufnahmen besteht, die ausgerichtet und gemischt, dann in Schwarzweiß umgewandelt und ein wenig geschärft werden. Sie können in den Ecken des Schwarzweißbilds sehen, wo sich die ausgerichteten Bilder nicht überlappt haben, was die Auswirkung zusätzlicher Ebenen auf das Rauschen aufzeigt.

Egal, ob ich die Ebenen in Gimp einfach gemittelt habe (obwohl das Ausrichten und Drehen der Ebenen so gut wie unmöglich war) oder Hugin oder Siril verwendet habe, wurde das Rauschen im Hintergrund merklich reduziert.Bildbeschreibung hier eingeben


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Eine sehr lange Belichtung entspricht der Mittelung mehrerer kürzerer Belichtungen. Wenn Sie mehrere kurze Belichtungen aufnehmen, haben Sie immer die Möglichkeit, einen Durchschnitt zu berechnen, um eine lange Belichtung zu imitieren, wenn Sie dies möchten. Neben der Mittelwertbildung stehen Ihnen aber auch viele andere Optionen zur Verfügung.

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