Астрофотография: сигнал и шум
Содержание:
1. Кадры — световой, темновой и ошибки считывания;
2. Съёмка темновых кадров;
3.Сигнал и Шум: хорошо, плохо и ужасно(Вы читаете данный раздел);
4. Применение калибровочных кадров;
5. Как улучшить отношение сигнал/шум.
Каждая фотография, сделанная на CCD или DSLR-камере, записывает много типов сигналов — какие полезные, какие нет. Многие любители с удивлением узнают, что многое из того, что мы называем шумом, это сигнал, который можно удалить, применяя калибровочные кадры.
СИГНАЛ ОТ ОБЪЕКТА, сформированный в сенсоре камеры слабым небесным объектом, происходит от фотонов, пришедших из Вселенной с невероятного расстояния. Камера записывает этот сигнал в "световом кадре" - фактическом снимке объекта.
ОШИБКА СЧИТЫВАНИЯ или "СМЕЩЕНИЕ" (Bias) — это слабый заряд, присущий сенсору камеры в виде постоянного сигнала. Ошибка считывания присутствует в каждом кадре.
ТЕПЛОВОЙ ТОК, также называемый темновым током, создаётся тепловыми электронами в сенсоре. Он возникает даже когда свет не падает на сенсор. На DSLR-камерах это обнаруживается как "горячие пиксели", которые выглядят как белые крапинки и цветные кляксы.
ФОН НЕБА, хотя обычно и раздражающий своим неприятным цветом, фактически и есть настоящий сигнал, записанный на каждом изображении при длинной экспозиции. Городская засветка, рассеяние и свечение самой атмосферы, присутствующее на небе даже в самых тёмных местах на Земле - всё это даёт вклад в фоновый сигнал. Он может быть удалён в процессе обработки.
Шумовой компонент каждого цифрового изображения происходит от многих источников внутри и вне камеры. Истинный шум по определению - это случайный, неповторяющийся сигнал в изображении.
ФОТОННЫЙ ШУМ обязан своим происхождением квантовой природе света. Он создаётся статистическими вариациями числа фотонов. Всегда есть неопределённость в том, сколько фотонов приходит на сенсор в каждый данный интервал времени. Темновой ток также имеет шум по той же причине.
ШУМ СЧИТЫВАНИЯ — это электронный шум, вносимый в момент считывания изображения с сенсора камеры, поскольку этот процесс также подвержен статистическим неопределённостям.
К счастью, вы можете минимизировать значительную часть нежелательного сигнала калибровкой отдельных снимков. Это, правда, тоже не даром даётся. Калибровка изображения также вносит свой собственный шум, но при внимательном отношении к деталям и методике, объясняемой в приводимой статье, вы сможете изрядно повысить качество своих астрофотографий.
Как при всякой дип-скай астрофотографии, чем больше сигнал, тем лучше изображения. Картинки сверху показывают отличие между отдельной калиброванной 5-минутной экспозицией (верхняя) и объединением множества калиброванных кадров с суммарной выдержкой 175 минут (нижняя). Разница вполне очевидна. Все образцы изображений увеличены, чтобы лучше показать шум.
1. Кадры — световой, темновой и ошибки считывания;
2. Съёмка темновых кадров;
3.
4. Применение калибровочных кадров;
5. Как улучшить отношение сигнал/шум.
Каждая фотография, сделанная на CCD или DSLR-камере, записывает много типов сигналов — какие полезные, какие нет. Многие любители с удивлением узнают, что многое из того, что мы называем шумом, это сигнал, который можно удалить, применяя калибровочные кадры.
СИГНАЛ ОТ ОБЪЕКТА, сформированный в сенсоре камеры слабым небесным объектом, происходит от фотонов, пришедших из Вселенной с невероятного расстояния. Камера записывает этот сигнал в "световом кадре" - фактическом снимке объекта.
ОШИБКА СЧИТЫВАНИЯ или "СМЕЩЕНИЕ" (Bias) — это слабый заряд, присущий сенсору камеры в виде постоянного сигнала. Ошибка считывания присутствует в каждом кадре.
ТЕПЛОВОЙ ТОК, также называемый темновым током, создаётся тепловыми электронами в сенсоре. Он возникает даже когда свет не падает на сенсор. На DSLR-камерах это обнаруживается как "горячие пиксели", которые выглядят как белые крапинки и цветные кляксы.
ФОН НЕБА, хотя обычно и раздражающий своим неприятным цветом, фактически и есть настоящий сигнал, записанный на каждом изображении при длинной экспозиции. Городская засветка, рассеяние и свечение самой атмосферы, присутствующее на небе даже в самых тёмных местах на Земле - всё это даёт вклад в фоновый сигнал. Он может быть удалён в процессе обработки.
Шумовой компонент каждого цифрового изображения происходит от многих источников внутри и вне камеры. Истинный шум по определению - это случайный, неповторяющийся сигнал в изображении.
ФОТОННЫЙ ШУМ обязан своим происхождением квантовой природе света. Он создаётся статистическими вариациями числа фотонов. Всегда есть неопределённость в том, сколько фотонов приходит на сенсор в каждый данный интервал времени. Темновой ток также имеет шум по той же причине.
ШУМ СЧИТЫВАНИЯ — это электронный шум, вносимый в момент считывания изображения с сенсора камеры, поскольку этот процесс также подвержен статистическим неопределённостям.
К счастью, вы можете минимизировать значительную часть нежелательного сигнала калибровкой отдельных снимков. Это, правда, тоже не даром даётся. Калибровка изображения также вносит свой собственный шум, но при внимательном отношении к деталям и методике, объясняемой в приводимой статье, вы сможете изрядно повысить качество своих астрофотографий.
Как при всякой дип-скай астрофотографии, чем больше сигнал, тем лучше изображения. Картинки сверху показывают отличие между отдельной калиброванной 5-минутной экспозицией (верхняя) и объединением множества калиброванных кадров с суммарной выдержкой 175 минут (нижняя). Разница вполне очевидна. Все образцы изображений увеличены, чтобы лучше показать шум.
