¿Explosiones continuas de muchas exposiciones cortas versus algunas exposiciones largas para astrofotografía?

Cuando leo muchas fuentes que tratan de hacer astrofotografía, a menudo veo el consejo de tomar múltiples exposiciones y apilarlas en lugar de una exposición larga. A menudo, la razón dada es que la exposición más larga resulta en más ruido debido a la acumulación de calor en el sensor que causa píxeles calientes . Sin embargo, me parece que tomar una exposición breve tras otra, prácticamente sin período de enfriamiento entre cuadros, haría muy poco para reducir la acumulación general de calor en el sensor a lo largo de la serie. Si bien se puede obtener un beneficio al usar múltiples cuadros con respecto al ruido aleatorio , a menudo denominado ruido de disparo, ¿hay algún beneficio al usar muchos más cuadros más cortos que los que se obtendrían al usar menos cuadros más largos durante la misma cantidad de tiempo total? Si es así, ¿alguno de esos beneficios está relacionado con el calor?

Si yo, por ejemplo, quisiera tomar una exposición de 2 horas del cielo nocturno para crear rastros de estrellas, ¿habría alguna diferencia apreciable en el ruido si combinara exposiciones de veinticuatro y cinco minutos que si combinara exposiciones de 240 treinta segundos? Si es así, ¿alguna de esas ganancias estaría relacionada con el calor? ¿O sería todo el resultado de un mayor promedio de ruido de disparo?

Cuando se trata de la fotografía y el apilamiento del cielo nocturno, no existe un sustituto real para la SNR (Relación de señal a ruido) real. Puede mejorar virtualmente la SNR apilando cientos de exposiciones muy cortas (como apilar 720 exposiciones de 10 segundos), pero el resultado nunca será el mismo que si apila cuarenta exposiciones de 3 minutos. Apilar un montón de exposiciones de 30 segundos es mejor, y puede obtener lo que está buscando, sin embargo, cuanto más tiempo pueda salir con la exposición, mejor a largo plazo.

Para tomas de rastros de estrellas, desea exponer por más tiempo. Podría acumular un billón de exposiciones más cortas de 30 segundos, suponiendo que una exposición de 30 segundos realmente produzca senderos. Al apilar rastros de estrellas, exponer durante al menos un par de minutos probablemente sea mejor, ya que en realidad obtendrás algunos senderos decentes. En ángulos más amplios (es decir, 16 mm), puede exponer durante 45 segundos o incluso un poco más SIN ningún rastro notable (solo obtiene algunas estrellas ligeramente oblongas). Longitudes focales más largas reducirían la exposición mínima necesaria para comenzar a producir rastros visibles.

Apilamiento y fuerza de señal

Cuando se trata de apilar, cuanto más fuerte sea la señal de imagen real en cada uno, mejor. Hay algunas razones para esto. Primero, el ruido de lectura de la electrónica de la cámara se convierte en una relación más alta de una exposición corta que una exposición más larga. Exponga durante más tiempo y aumentará la señal de la imagen para leer la relación de ruido. La señal de la imagen en sí todavía tiene ruido, llamado ruido de disparo de fotones, sin embargo, una vez más ... una exposición más larga también reducirá eso.

A continuación, debe exponer el tiempo suficiente para que la señal sea lo suficientemente fuerte como para producir una buena fidelidad de color. Se produce una buena fidelidad de color en el rango del medio tono ... desde las sombras más altas hasta debajo de los reflejos. La mejor fidelidad de color se produce en los tonos medios centrales, un rango corto alrededor del 18% de gris. (Técnicamente hablando, un sensor digital es lineal, pero incluso los transistores tienen una curva de respuesta, y el amplio rango entre las sombras superiores y los reflejos inferiores ofrece la mejor respuesta). Los matices más profundos de color de la nebulosa y similares generalmente nunca aparecerán en absoluto a menos que la SNR real de cada uno de sus cuadros que se apilarán sea lo suficientemente fuerte como para representar al menos parte de ella. Con exposiciones más cortas, el color débil generalmente se perderá por el ruido, y ninguna cantidad de apilamiento lo recuperará.

Finalmente, para resolver completamente los matices de detalles más finos y oscuros, como el polvo y los filamentos rojos profundos que a menudo están presentes en la nebulosa, o los detalles más finos en las galaxias, necesita una señal lo suficientemente completa como para cubrir toda el área del cielo con la que está imaginando en menos alguna señal para cada píxel en los tonos medios inferiores. Apilar muchas exposiciones muy cortas puede dar como resultado una imagen que abarca todo el sujeto, pero que carece de integridad ya que cada fotograma está muestreado de forma más escasa, y en la que toda la señal está probablemente por debajo de ese límite de tono medio inferior. Las exposiciones más largas que producen una SNR más alta producen cuadros con muestras más completas, de modo que cuando se apilan, todos los matices más oscuros de los detalles se vuelven más fuertes.

ruido

El ruido de disparo de fotones sigue una distribución de Poisson, que sigue una desviación estándar que es la raíz cuadrada de la intensidad de la señal. Como ejemplo hipotético, si expone durante dos minutos a ISO 800 en un 5D III para obtener un resultado casi saturado, la intensidad máxima de la señal sería de alrededor de 9000e-, mientras que el ruido de disparo de fotón sería ~ 95e-. Si toma doce exposiciones de 10 segundos a ISO 6400, la intensidad de la señal es 900e-, y el ruido de disparo sería ~ 30e-. Para decirlo en términos más obvios, el ruido con una exposición de dos minutos es 1/95 de la fuerza de la señal, mientras que el ruido con exposiciones de diez segundos es 1/30 de la fuerza de la señal. Suponiendo que no haya otros problemas, apilar las exposiciones de diez segundos debería producir un resultado que sea casi idéntico a la exposición de dos minutos.

Sin embargo, hay otros problemas. El ruido de lectura también es un porcentaje mayor de la señal con exposiciones de diez segundos. Como tal, el ruido de color y otros artefactos causados ​​por la lectura electrónica de la señal de imagen serán mayores con las exposiciones de diez segundos. Suponiendo que tome los fotogramas oscuros y sesgados necesarios para usar con el apilamiento, mucho de eso se puede eliminar, pero no del todo (el apilamiento solo puede ir tan lejos para eliminar el ruido de las imágenes dispersas y ruidosas). El calor, que es otro factor que contribuye al ruido de las sombras, no será significativamente diferente con una secuencia más larga de exposiciones más cortas frente a una secuencia más corta de exposición más larga, suponiendo un disparo continuo.

La fidelidad del color con una toma ISO 6400 de diez segundos no será tan buena como con una toma ISO 800 de 120 segundos. Una cámara como la 5D III tiene una capacidad total de más de 67,000e-. En ISO 800, la intensidad máxima de la señal es 9055e-, y en ISO 6400 es 1079e-. Ambos están por debajo de ese nivel de tono medio ideal, sin embargo, 9055 es un orden de magnitud mejor que 1079.

Senderos de estrellas

Sé que preguntaste explícitamente sobre la fotografía de rastros de estrellas. La fidelidad del color no será una preocupación principal aquí, y tampoco lo es capturar esos colores profundos y tenues y elementos de detalles oscuros como el polvo. Sin embargo, para apilar imágenes para producir una de esas fotos de rastros de estrellas donde las estrellas rodean el cielo, debe exponerse el tiempo suficiente para producir rastros ... incluso si son cortas.

En ángulos más amplios, como 14 mm y 16 mm, puede exponerse durante más de 30 segundos y no obtener ningún rastro. A 20 mm y 24 mm, debe comenzar a ver rastros de estrellas alrededor de 30 segundos, suponiendo que esté utilizando un sensor APS-C con píxeles más pequeños. Puede comenzar a ver rastros de estrellas con un sensor FF a 24 mm y una exposición de solo 30 segundos. En 35 mm, debe obtener senderos cortos con exposiciones de 30 segundos ... sin embargo, 35 mm realmente está empezando a reducir el campo, por lo que debe asegurarse de que eso es lo que desea.

Para obtener senderos decentes, recomiendo exponer por más de un minuto. No es necesario exponer durante las dos horas completas en una sola toma, pero exponer durante unos dos o tres minutos debería obtener algunos senderos agradables que, cuando se apilan, producirán una buena pista de arco continuo. Luego puede apilar tantos disparos como sea necesario para obtener la longitud del camino que desee. La tierra gira aproximadamente 15 ° por hora, por lo que una secuencia de dos horas de tomas de senderos apilados producirá un arco de aproximadamente 30 ° en sus senderos.

El ruido de disparo depende solo de la cantidad de luz entrante, por lo tanto, siempre que los tiempos de exposición totales sean los mismos, no se gana nada en términos de ruido de disparo promediando exposiciones cortas (la exposición prolongada efectivamente está haciendo el promedio por usted).

En la práctica, disparar exposiciones múltiples tiene el efecto de aumentar el ruido de lectura del sensor en las sombras (si tiene uno de los sensores Sony más nuevos que se ha encontrado en varios cuerpos de Nikon, Pentax y Sony, el ruido de lectura es tan bajo que probablemente esto no es un problema)

Según lo que he leído en los foros de astrofotografía, la mejor práctica parece ser tomar múltiples exposiciones (una larga con cuadros oscuros para reducir el ruido), lo que permite que el sensor se enfríe lo suficiente entre tomas, aunque esto lo hacen personas que modificó su cámara para agregar enfriamiento activo. Dependiendo de la temperatura ambiente, es posible que no logre un enfriamiento suficiente a menos que deje la cámara durante un tiempo prolongado entre exposiciones.

Si haces un tiro largo de señal, el sensor se calienta y terminas teniendo puntos calientes. Entonces, muchos tiros cortos individuales son mejores.

Es aún mejor si puede poner unos segundos en pausa entre ellos, para dejar que el sensor se enfríe.