Wenn ich viele Quellen lese, die sich mit Astrofotografie befassen, sehe ich oft den Rat, mehrere Belichtungen zu machen und sie zu stapeln, anstatt eine Langzeitbelichtung. Oft wird als Grund angegeben, dass die längere Belichtung zu mehr Rauschen führt, da sich im Sensor Hitze ansammelt, die heiße Pixel verursacht . Dennoch scheint es mir, dass eine kurze Belichtung nach der anderen praktisch ohne Abkühlzeit zwischen den Bildern sehr wenig dazu beitragen würde, die Gesamtwärmeentwicklung im Sensor im Laufe der Serie zu verringern. Die Verwendung mehrerer Frames bietet zwar einen Vorteil in Bezug auf zufälliges Rauschen, das oft als Schrotrauschen bezeichnet wird, gibt es einen Vorteil, viel mehr kürzere Frames zu verwenden, als wenn weniger längere Frames über die gleiche Gesamtzeit verwendet würden? 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 erzeugen, würde es einen nennenswerten Unterschied im Rauschen geben, wenn ich 24-5-Minuten-Belichtungen kombinierte, als wenn ich 240 30-Sekunden-Belichtungen kombinierte? Wenn ja, würde etwas von diesem Gewinn mit Wärme zusammenhängen? Oder wäre das alles das Ergebnis einer stärkeren Mittelung des Schrotrauschens?
Wenn es um die Nachthimmelfotografie und das Stapeln geht, gibt es keinen wirklichen Ersatz für das tatsächliche SNR (Signal-Rausch-Verhältnis). Sie können das SNR virtuell verbessern, indem Sie Hunderte von sehr kurzen Belichtungen stapeln (wie das Stapeln von 720 10-Sekunden-Belichtungen), aber das Ergebnis wird nie ganz dasselbe sein, als wenn Sie sagen, vierzig 3-Minuten-Belichtungen stapeln. Das Stapeln einer Reihe von 30-Sekunden-Belichtungen ist besser und bringt Ihnen möglicherweise das, wonach Sie suchen. Je länger Sie jedoch mit der Belichtung davonkommen, desto besser auf lange Sicht.
Bei Sternspuraufnahmen möchten Sie länger belichten. Sie könnten eine Unmenge kürzerer 30-Sekunden-Belichtungen stapeln, vorausgesetzt, eine 30-Sekunden-Belichtung erzeugt tatsächlich Spuren. Wenn Sie nach Sternspuren stapeln, ist es wahrscheinlich besser, mindestens ein paar Minuten zu belichten, da Sie tatsächlich einige anständige Spuren erhalten. Bei größeren Winkeln (z. B. 16 mm) können Sie 45 Sekunden lang oder sogar etwas länger belichten, OHNE dass es zu einem merklichen Nachziehen kommt (Sie erhalten nur einige leicht längliche Sterne). Längere Brennweiten würden die Mindestbelichtung verringern, die erforderlich ist, um mit der Erzeugung eines sichtbaren Nachlaufs zu beginnen.
Stacking und Signalstärke
Beim Stacking gilt: Je stärker das eigentliche Bildsignal in jedem ist, desto besser. Dafür gibt es einige Gründe. Erstens wird das Leserauschen von der Elektronik der Kamera bei einer kurzen Belichtung zu einem höheren Verhältnis als bei einer längeren Belichtung. Belichten Sie länger, und Sie erhöhen das Verhältnis von Bildsignal zu Leserauschen. Das Bildsignal selbst weist immer noch Rauschen auf, das als Photonenschussrauschen bezeichnet wird, aber auch hier ... eine längere Belichtung reduziert das ebenfalls.
Als nächstes müssen Sie lange genug belichten, damit das Signal stark genug ist, um eine gute Farbtreue zu erzeugen. Eine gute Farbtreue tritt im Mitteltonbereich auf ... von den höchsten Schatten bis knapp unter die Glanzlichter. Die beste Farbtreue tritt in den zentralen Mitteltönen auf, einem kurzen Bereich um 18 % Grau. (Technisch gesehen ist ein digitaler Sensor linear, aber selbst Transistoren haben eine Reaktionskurve, und der breite Bereich zwischen den oberen Schatten und den unteren Lichtern bietet die beste Reaktion.) Tiefere Farbnuancen von Nebeln und dergleichen werden im Allgemeinen überhaupt nicht erscheinen es sei denn, das tatsächliche SNR jedes Ihrer Frames, die gestapelt werden, ist stark genug, um zumindest einen Teil davon zu rendern. Bei kürzeren Belichtungen gehen schwache Farben normalerweise durch Rauschen verloren, und keine noch so große Stapelung wird sie jemals wiederherstellen.
Um schließlich feinere, dunklere Detailnuancen wie Staub und diese tiefroten Filamente, die oft in Nebeln 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 abbilden zumindest 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, dem jedoch die Vollständigkeit fehlt, da jedes Bild spärlicher abgetastet wird und in dem das gesamte Signal wahrscheinlich unter dieser unteren Mitteltongrenze liegt. Längere Belichtungen, die ein höheres SNR erzeugen, erzeugen vollständiger abgetastete Frames, sodass beim Stapeln alle dunkleren Detailnuancen stärker werden.
Lärm
Photon Shot Noise folgt einer Poisson-Verteilung, die einer Standardabweichung folgt, die die Quadratwurzel der Signalstärke ist. Als hypothetisches Beispiel: Wenn Sie zwei Minuten lang bei ISO 800 auf einer 5D III belichten, um ein nahezu gesättigtes Ergebnis zu erhalten, würde die maximale Signalstärke bei etwa 9000e- liegen, während das Photonenschussrauschen ~95e- betragen würde. Wenn Sie zwölf 10-Sekunden-Belichtungen bei ISO 6400 machen, beträgt die Signalstärke 900e- und das Schrotrauschen ~30e-. Um dies deutlicher auszudrücken: Rauschen bei einer zweiminütigen Belichtung beträgt 1/95 der Signalstärke, während das Rauschen bei einer zehnsekündigen Belichtung 1/30 der Signalstärke beträgt. Unter der Annahme, dass keine anderen Probleme auftreten, sollte das Stapeln der 10-Sekunden-Belichtungen zu einem Ergebnis führen, das fast identisch mit der 2-Minuten-Belichtung ist.
Es gibt jedoch andere Probleme. Leserauschen ist auch ein größerer Prozentsatz des Signals bei Belichtungen von zehn Sekunden. Daher werden Farbrauschen und andere Artefakte, die durch das elektronische Auslesen des Bildsignals verursacht werden, bei den 10-Sekunden-Belichtungen höher sein. Angenommen, Sie nehmen die für das Stapeln erforderlichen Dunkel- und Bias-Frames, können viele davon eliminiert werden, aber nicht vollständig (das Stapeln kann nur so weit gehen, um Rauschen aus spärlichen, verrauschten Bildern zu entfernen). Hitze, die einen weiteren Beitrag zum Schattenrauschen leistet, unterscheidet sich bei einer längeren Folge kürzerer Belichtungen nicht wesentlich von einer kürzeren Folge längerer Belichtungen, wenn man von einer Serienaufnahme ausgeht.
Die Farbtreue bei einer 10-Sekunden-ISO-6400-Aufnahme ist nicht annähernd so gut wie bei einer 120-Sekunden-ISO-800-Aufnahme. Eine Kamera wie die 5D III hat eine Full-Well-Kapazität von über 67.000 e-. Bei ISO 800 beträgt die maximale Signalstärke 9055e- und bei ISO 6400 1079e-. Beide liegen unter diesem idealen Mitteltonpegel, aber 9055 ist eine Größenordnung besser als 1079.
Sternspuren
Ich weiß, dass Sie ausdrücklich nach der Sternenspurfotografie gefragt haben. Die Farbtreue wird hier kein Hauptanliegen sein, und auch das Erfassen dieser tiefen, schwachen Farben und dunklen Detailelemente wie Staub. Um jedoch Bilder zu stapeln, um eines dieser Sternenspurfotos zu erstellen, auf denen die Sterne den Himmel umkreisen, müssen Sie lange genug belichten, um tatsächlich Spuren zu erzeugen ... auch wenn sie kurz sind.
Bei breiteren 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 beginnen, Sternspuren zu sehen, vorausgesetzt, Sie verwenden einen APS-C-Sensor mit kleineren Pixeln. Mit einem FF-Sensor bei 24 mm und einer Belichtungszeit von nur 30 Sekunden sehen Sie möglicherweise Sternspuren. Bei 35 mm sollten Sie kurze Trails mit 30-Sekunden-Belichtungen erhalten ... jedoch fängt 35 mm an, das Feld wirklich einzuengen, also sollten Sie sicherstellen, dass es das ist, was Sie wollen.
Um anständige Spuren zu erhalten, empfehle ich, länger als eine Minute zu belichten. Sie müssen nicht die gesamten zwei Stunden in einer einzigen Aufnahme belichten, aber wenn Sie etwa zwei oder drei Minuten lang belichten, sollten Sie einige schöne Spuren erhalten, die, wenn sie gestapelt sind, eine schöne kontinuierliche Lichtbogenspur erzeugen. Sie können dann so viele Aufnahmen stapeln, wie Sie benötigen, um die gewünschte Spurlänge zu erhalten. Die Erde dreht sich um etwa 15° pro Stunde, sodass eine zweistündige Folge von gestapelten Trail-Aufnahmen einen Bogen von etwa 30° in Ihren Trails erzeugt.
Das Schussrauschen hängt nur von der Menge des einfallenden Lichts ab. Vorausgesetzt, die Gesamtbelichtungszeiten sind gleich, gewinnen Sie nichts in Bezug auf das Schussrauschen, wenn Sie kurze Belichtungen mitteln (die Langzeitbelichtung übernimmt effektiv die Mittelung für Sie).
In der Praxis führt das Aufnehmen von Mehrfachbelichtungen dazu, dass das Leserauschen des Sensors in den Schatten erhöht wird (wenn Sie einen der neueren Sony-Sensoren haben, der seinen Weg in verschiedene Körper von Nikon, Pentax und Sony gefunden hat, ist das Leserauschen wahrscheinlich so gering). ist kein Problem).
Nach dem, was ich in Astrofotografie-Foren gelesen habe, scheint es am besten zu sein, Mehrfachbelichtungen (eine lange mit dunklen Bildern zur Rauschunterdrückung) aufzunehmen, damit der Sensor zwischen den Aufnahmen ausreichend abkühlen kann, obwohl dies in der Regel von Leuten gemacht wird, die dies getan haben ihre Kamera modifiziert, um eine 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 langen Schuss machen, wird der Sensor wärmer und Sie haben am Ende Hotspots. Also, viele einzelne Kurzaufnahmen sind besser.
Noch besser ist es, wenn Sie zwischendurch ein paar Sekunden Pause machen können, um den Sensor abkühlen zu lassen.
Michael C
jrista