Kontinuierliche Ausbrüche vieler Kurzbelichtungen im Vergleich zu einigen Langzeitbelichtungen für die Astrofotografie?

Wenn ich viele Quellen lese, die sich mit Astrofotografie befassen, sehe ich oft den Rat, Mehrfachbelichtungen zu machen und sie zu stapeln, anstatt eine Langzeitbelichtung. Der häufig angegebene Grund ist, dass die längere Belichtung aufgrund des Wärmestaus im Sensor, der heiße Pixel verursacht, zu mehr Rauschen führt . Es scheint mir jedoch, dass eine kurze Belichtung nach der anderen ohne Abkühlzeit zwischen den Bildern nur sehr wenig dazu beitragen würde, den gesamten Wärmestau im Sensor im Verlauf der Serie zu verringern. Die Verwendung mehrerer Frames in Bezug auf zufälliges Rauschen, das häufig als Schussrauschen bezeichnet wird, bietet zwar einen VorteilGibt es einen Vorteil bei der Verwendung von viel mehr kürzeren Frames als bei der Verwendung von weniger längeren Frames über dieselbe Gesamtdauer? Wenn ja, hängt einer dieser Vorteile mit der Wärme zusammen?

Wenn ich zum Beispiel eine 2-stündige Belichtung des Nachthimmels machen möchte, um Sternspuren zu erstellen, gibt es dann einen nennenswerten Unterschied im Rauschen, wenn ich 24 25-Minuten-Belichtungen kombiniere, als wenn ich 240 30-Sekunden-Belichtungen kombiniere? Wenn ja, würde einer dieser Gewinne mit der Wärme zusammenhängen? Oder wäre alles das Ergebnis einer stärkeren Mittelung des Schussrauschens?

Wenn es um das Fotografieren und Stapeln am Nachthimmel geht, gibt es keinen wirklichen Ersatz für das tatsächliche SNR (Signal to Noise Ratio). Sie können das SNR virtuell verbessern, indem Sie Hunderte von sehr kurzen Belichtungen stapeln (z. B. 720 10-Sekunden-Belichtungen). Das Ergebnis wird jedoch nie ganz das gleiche sein, als würden Sie beispielsweise vierzig 3-Minuten-Belichtungen stapeln. Das Stapeln von 30-Sekunden-Belichtungen ist besser und bringt Ihnen möglicherweise das, wonach Sie suchen. Je länger Sie mit der Belichtung davonkommen, desto besser auf lange Sicht.

Für Star-Trails-Aufnahmen möchten Sie länger belichten. Sie könnten eine Unmenge kürzerer 30-Sekunden-Belichtungen stapeln, vorausgesetzt, eine 30-Sekunden-Belichtung erzeugt tatsächlich Spuren. Wenn Sie nach Sternpfaden stapeln, ist es wahrscheinlich besser, mindestens ein paar Minuten zu belichten, da Sie tatsächlich einige anständige Pfade an Ort und Stelle haben. Bei größeren Winkeln (z. B. 16 mm) können Sie 45 Sekunden oder sogar etwas länger belichten, ohne dass ein merkliches Nachlaufen auftritt (Sie erhalten nur einige leicht längliche Sterne). Längere Brennweiten würden die minimale Belichtung verringern, die erforderlich ist, um sichtbares Nachlaufen zu erzeugen.

Stapelung und Signalstärke

Wenn es um das Stapeln geht, ist es umso besser, je stärker das tatsächliche Bildsignal in jedem ist. Dafür gibt es einige Gründe. Erstens wird das Lesegeräusch von der Elektronik der Kamera zu einem höheren Verhältnis einer kurzen Belichtung als einer längeren Belichtung. Wenn Sie länger belichten, erhöhen Sie das Bildsignal, um das Rauschverhältnis zu lesen. Das Bildsignal selbst weist immer noch Rauschen auf, das als Photonenschussrauschen bezeichnet wird. Eine längere Belichtung verringert dies jedoch ebenfalls.

Als nächstes müssen Sie lange genug belichten, damit das Signal stark genug ist, um eine gute Farbtreue zu erzielen. Eine gute Farbtreue tritt im Mitteltonbereich auf ... von den höchsten Schatten bis knapp unter die Lichter. Die beste Farbtreue tritt in den Kernmitteltönen auf, ein kurzer Bereich um 18% Grau. (Technisch gesehen ist ein digitaler Sensor linear, aber selbst Transistoren haben eine Antwortkurve, und der breite Bereich zwischen den oberen Schatten und den unteren Lichtern bietet die beste Antwort.) Tiefere Farbnuancen von Nebeln und dergleichen treten im Allgemeinen überhaupt nicht auf es sei denn, das tatsächliche SNR jedes Ihrer zu stapelnden Frames ist stark genug, um zumindest einen Teil davon zu rendern. Bei kürzeren Belichtungen geht schwache Farbe normalerweise durch Rauschen verloren, und kein Stapel wird sie jemals wiederherstellen.

Um feinere, dunklere Detailnuancen wie Staub und die tiefroten Filamente, die häufig im Nebel vorhanden sind, oder feinere Details in Galaxien vollständig aufzulösen, benötigen Sie ein Signal, das vollständig genug ist, um den gesamten Bereich des Himmels abzudecken, mit dem Sie sich abbilden mindestens ein Signal für jedes Pixel in den unteren Mitteltönen. Das Stapeln vieler sehr kurzer Belichtungen kann zu einem Bild führen, das das gesamte Motiv umfasst, jedoch nicht vollständig ist, da jedes Bild spärlicher abgetastet wird und bei dem das gesamte Signal wahrscheinlich unter diesem unteren Mittelton-Cutoff liegt. Längere Belichtungen, die ein höheres SNR erzeugen, erzeugen vollständig abgetastete Bilder, so dass beim Stapeln alle dunkleren Detailnuancen stärker werden.

Lärm

Das Photonenschussrauschen folgt einer Poisson-Verteilung, die einer Standardabweichung folgt, die die Quadratwurzel der Signalstärke ist. Wenn Sie als hypothetisches Beispiel zwei Minuten bei ISO 800 auf einer 5D III belichten, um ein nahezu gesättigtes Ergebnis zu erzielen, liegt die maximale Signalstärke bei 9000e-, während das Photonenschussrauschen bei ~ 95e- liegt. Wenn Sie zwölf ISO-Aufnahmen von 10 Sekunden bei ISO 6400 machen, beträgt die Signalstärke 900e- und das Schussrauschen ~ 30e-. Um es offensichtlicher auszudrücken: Rauschen mit einer Belichtung von zwei Minuten beträgt 1/95 der Stärke des Signals, während Rauschen mit einer Belichtung von zehn Sekunden 1/30 der Stärke des Signals beträgt. Unter der Annahme, dass keine anderen Probleme auftreten, sollte das Stapeln der Belichtungen von zehn Sekunden zu einem Ergebnis führen, das fast identisch mit der Belichtung von zwei Minuten ist.

Es gibt jedoch noch andere Probleme. Das Lesegeräusch macht bei Belichtung von zehn Sekunden auch einen größeren Prozentsatz des Signals aus. Daher sind Farbrauschen und andere Artefakte, die durch das elektronische Auslesen des Bildsignals verursacht werden, bei Belichtungen von zehn Sekunden höher. Angenommen, Sie verwenden die für das Stapeln erforderlichen dunklen und vorgespannten Frames, kann ein Großteil davon eliminiert werden, jedoch nicht vollständig (das Stapeln kann nur so weit gehen, um Rauschen aus spärlichen, verrauschten Bildern zu entfernen). Die Wärme, die ebenfalls zum Schattenrauschen beiträgt, unterscheidet sich bei einer längeren Folge kürzerer Belichtungen nicht wesentlich von einer kürzeren Folge längerer Belichtung, wenn eine kontinuierliche Aufnahme vorausgesetzt wird.

Die Farbtreue bei einer ISO 6400-Aufnahme von zehn Sekunden ist bei weitem nicht so gut wie bei einer ISO 800-Aufnahme von 120 Sekunden. Eine Kamera wie die 5D III hat eine volle Kapazität von über 67.000 Euro. Bei ISO 800 beträgt die maximale Signalstärke 9055e- und bei ISO 6400 1079e-. Beide liegen unter diesem idealen Mitteltonpegel, 9055 ist jedoch eine Größenordnung besser als 1079.

Sternspuren

Ich weiß, dass Sie ausdrücklich nach der Fotografie von Star Trails gefragt haben. Die Farbtreue wird hier kein Hauptanliegen sein und auch nicht die tiefen, schwachen Farben und dunklen Detailelemente wie Staub erfassen. Um jedoch Bilder zu stapeln, um eines dieser Sternspurenfotos zu erstellen, bei denen die Sterne den Himmel umkreisen, müssen Sie lange genug belichten, um tatsächlich Spuren zu erzeugen ... auch wenn sie kurz sind.

Bei größeren Winkeln wie 14 mm und 16 mm können Sie länger als 30 Sekunden belichten und erhalten überhaupt keine Spuren. Bei 20 mm und 24 mm sollten Sie nach etwa 30 Sekunden Sternspuren sehen, vorausgesetzt, Sie verwenden einen APS-C-Sensor mit kleineren Pixeln. Möglicherweise sehen Sie Sternspuren mit einem FF-Sensor bei 24 mm und einer Belichtung von nur 30 Sekunden. Mit 35 mm sollten Sie kurze Spuren mit 30-Sekunden-Belichtung erhalten ... 35 mm beginnen jedoch, das Feld wirklich einzuschränken, also sollten Sie sicherstellen, dass dies das ist, was Sie wollen.

Um anständige Trails zu erhalten, empfehle ich, länger als eine Minute zu belichten. Sie müssen nicht die gesamte Dauer von zwei Stunden in einer einzigen Aufnahme belichten, aber wenn Sie etwa zwei oder drei Minuten belichten, erhalten Sie einige schöne Trails, die, wenn sie gestapelt sind, eine schöne kontinuierliche Lichtbogenspur erzeugen. Sie können dann so viele Aufnahmen stapeln, wie Sie benötigen, um die gewünschte Traillänge zu erhalten. Die Erde dreht sich ungefähr 15 ° pro Stunde, sodass eine zweistündige Folge von Stapeln von Trail-Aufnahmen einen Bogen von ungefähr 30 ° in Ihren Trails erzeugt.

Das Schussrauschen hängt nur von der Menge des einfallenden Lichts ab. Wenn also die Gesamtbelichtungszeiten gleich sind, erhalten Sie durch Mittelung der Kurzbelichtungen nichts in Bezug auf das Schussrauschen (die Langzeitbelichtung übernimmt effektiv die Mittelung für Sie).

In der Praxis hat das Aufnehmen von Mehrfachbelichtungen den Effekt, dass das Lesegeräusch des Sensors im Schatten erhöht wird (wenn Sie einen der neueren Sony-Sensoren haben, der in verschiedene Körper von Nikon, Pentax und Sony gelangt ist, ist das Lesegeräusch wahrscheinlich so gering ist kein Problem).

Nach dem, was ich in Astrofotografie-Foren gelesen habe, scheint die beste Vorgehensweise darin zu bestehen, Mehrfachbelichtungen aufzunehmen (eine lange mit dunklen Rahmen zur Rauschunterdrückung), damit der Sensor zwischen den Aufnahmen ausreichend abkühlen kann, obwohl dies in der Regel von Personen durchgeführt wird, die dies getan haben modifizierte ihre Kamera, um aktive Kühlung hinzuzufügen. Abhängig von den Umgebungstemperaturen erreichen Sie möglicherweise keine ausreichende Kühlung, es sei denn, Sie lassen Ihre Kamera zwischen den Belichtungen längere Zeit stehen.

Wenn Sie einen Signle Long Shot machen, wird der Sensor wärmer und Sie haben Hotspots. Viele Einzelaufnahmen sind also besser.

Es ist sogar noch besser, wenn Sie einige Sekunden Pause einlegen können, um den Sensor abkühlen zu lassen.