O ruído é um fato da vida quando se trata de astrofotografia, com a exceção de serem empilhadas fotos do céu profundo tiradas em uma montagem de rastreamento (mais em um momento).
Sua foto é realmente muito silenciosa, no grande esquema de fotos de astrofotografia de campo amplo que eu já vi ... mas também não tem saturação. Eu acho que tudo se resume a uma questão de gosto, mas, de uma maneira ou de outra, você terá aproximadamente a mesma quantidade de ruído em suas fotografias, independentemente da configuração ISO. Se você deseja alcançar a mesma quantidade de saturação, deve fazer uma de duas coisas. Você precisará usar uma configuração ISO mais alta (ISO 3200, talvez até 6400), ou precisará aumentar a exposição após a publicação. A grande maioria do ruído na astrofotografia é proveniente do ruído da tomada de fótons, portanto, usar um ISO mais alto é o mesmo que um aumento da exposição pós-processo do ponto de vista do ruído.
Na sua foto de exemplo, você tem uma foto de campo único e quadro único. Você está limitado a um único quadro por causa do primeiro plano, a menos que você recorra a truques mais complexos, onde tira vários quadros, corta o céu e empilha esses quadros para melhorar a saturação do céu. Certamente possível ... também muito trabalho. Como você, eu gosto de fotos de astrofotografia que incluem parte da paisagem em primeiro plano; portanto, vale a pena tentar um empilhamento parcial manual para melhorar seu SNR.
O calor certamente contribui para o ruído durante longas exposições. Não tenho certeza de que 40 segundos sejam longos o suficiente para produzir tanto calor que o ruído térmico se torne um fator mais significativo do que o ruído da tomada de fótons. As DSLRs mais antigas costumavam ter bolhas térmicas devido ao superaquecimento de componentes próximos da matriz ... ao tirar quadros escuros, era possível ver claramente as regiões nos cantos ou nas bordas do quadro que apresentavam mais ruído. Nunca vi essa ocorrência com a minha 7D, e há momentos em que tirei exposições de 40 a 50 segundos a 16 mm.
Existem maneiras de reduzir as várias fontes de ruído que não são fótons. Quadros escuros e quadros de polarização são dois. Geralmente, o uso de quadros escuros e tendenciosos é realmente necessário ao fazer empilhamento de exposição múltipla com uma ferramenta como o Deep Sky Stacker . De um modo geral, a "Redução de ruído de longa exposição" na câmera está apenas capturando uma moldura escura que é subtraída nativamente da moldura clara antes de ser salva no cartão de memória. Um único quadro escuro ajudará a mitigar algum ruído de leitura, mas não tanto quanto um quadro escuro de exposição múltipla empilhado adequadamente, conforme explicado no site da DSS aqui .
Deve-se notar que o mais importante na astrofotografia é SNR, ou razão sinal-ruído. Quanto maior o seu SNR por quadro, melhores os resultados ... empilhados ou não. Você pode tirar 120 quadros de 5 segundos ou 5 quadros de 120 segundos ... os cinco quadros de 120 segundos sempre produzirão melhores resultados. Você pode até pegar 500 quadros de 5 segundos e os 5 quadros de 120 segundos ainda produzirão um resultado mais rico, já que o SNR por quadro é muito maior. Cada quadro contém informações mais ricas e completas que é improvável que você replique totalmente ao empilhar exposições muito mais curtas.
A próxima melhor maneira de melhorar o SNR é mudar para uma câmera com pixels maiores. O SNR por pixel é mais alto com pixels maiores, portanto, por pixel, seus resultados devem ser melhores e com configurações ISO mais altas do que com uma câmera com pixels menores. Se compararmos o 1D X e o 7D (ambos os sensores de 18mp), os pixels maiores do 1D X reunirão 2,6x mais luz. Você já está usando a 6D, uma câmera muito boa para astrofotografia, graças aos pixels grandes e ao ótimo desempenho ISO. Do ponto de vista SNR puro (com base nos dados sensorgen.info), o 1D X na ISO 3200 suporta ~ 3x a saturação por pixel, o 6D na ISO 3200 suporta ~ 2x a saturação por pixel, como qualquer um dos APS-C de 18mp da Canon sensores.
Como você já está usando a melhor câmera que você provavelmente pode obter da Canon para fins de astrofotografia, a única outra coisa que você realmente pode fazer é aumentar o ISO. Em configurações ISO mais baixas, mais ruído de leitura está presente. Particularmente com a Canon, quanto mais você aumenta o ISO, menor é a contribuição do ruído de leitura, até o ponto em que nas configurações ISO mais altas o ruído de leitura pode ser tão baixo quanto 1,3 por pixel (bem abaixo do mínimo plano de ~ 3e - para o Sony Exmor encontrado no D800.)
Portanto, como aumentar o pós-processo de exposição é o mesmo que aumentar o ISO quando o ruído de leitura é tão baixo, para melhorar a saturação do céu e o brilho das estrelas, use uma configuração ISO mais alta. Você disse que usa a ISO 800-1600. Experimente ISO 3200, 6400 ... talvez até 8000. A idéia geral é reduzir o ponto branco, de modo que a câmera use seus eletrônicos para aumentar o sinal o máximo possível antes da leitura, para minimizar o impacto do ruído de leitura. Deve-se observar que aumentar a exposição de uma foto ISO 800 no pós, de modo que se assemelhe a uma exposição de ISO 6400, provavelmente resultaria em MAIS ruído, pois o ruído de leitura na ISO 800 é mais do que o dobro na configuração ISO mais baixa (5.1e - vs. 2.0e- de acordo com sensorgen.info.)
Para tornar as coisas um pouco mais claras, diagramamos um cenário hipotético de astrofotografia. Este cenário pressupõe uma exposição de 30 segundos em f / 4, realizada uma vez para cada configuração ISO de 100 a 12800, usando uma Canon 5D III. A suposição é que uma exposição de 30s f / 4 na ISO 12800 resulta nos pixels mais brilhantes (estrelas) atingindo o "ponto de saturação" (em outras palavras, as estrelas mais brilhantes ficam em branco puro, como qualquer pixel vermelho, verde e azul para essas estrelas atingem o nível máximo de carga). A mesma exposição exata em todas as outras configurações ISO resultará em uma exposição abaixo do ponto de saturação. Além disso, é demonstrada a diferença entre o ruído de leitura e o ruído da tomada de fótons.
No diagrama abaixo, o eixo X linear representa cada configuração ISO e o eixo Y logarítmico representa o nível de carga em elétrons (e-). Linhas vermelhas e verdes são desenhadas para cada configuração ISO, com vermelho representando ruído de leitura e verde representando ponto de saturação . A faixa dinâmica é efetivamente a razão entre o ponto de saturação e o ruído de leitura (verde sobre vermelho). Para ISO 100, o ponto de saturação também é o nível máximo de carga literal do fotodiodo (FWC ou capacidade total do poço). As barras azuis representam o sinal e a parte mais escura da barra azul representa o ruído intrínseco nesse sinal (ruído de tiro de fóton, que é a raiz quadrada do sinal).
Supondo uma exposição de 30s f / 4 que atinja a saturação máxima na ISO 12800, a carga desse sinal é 520e (de acordo com sensorgen.info). Portanto, assumindo que exatamente a mesma exposição é usada para todas as outras configurações ISO ... o sinal, assim como o ruído do fóton, será IDENTICAL . (A carga no fotodiodo é um produto da luz ao longo do tempo ... que é afetado apenas pela abertura e pela velocidade do obturador.) O que muda à medida que reduzimos o ISO é que o ruído de leitura começa a aumentar. Como a escala é logarítmica, as configurações ISO 800 a 12800 apresentam pouca diferença no ruído de leitura (principalmente 1600 a 12800). Quando atingimos a ISO 400, o ruído de leitura começa a subir ao ponto em que há uma proporção maior do sinal geral do que o ruído do fóton.
A principal diferença entre fotografar na ISO 12800 e fotografar na ISO 400 é o ponto de saturação (barras verdes). Na ISO 12800, o ruído de leitura é baixo e o sinal satura, para que você tenha uma imagem brilhante e colorida afastada da câmera. Na ISO 400, o sinal é uma pequena fração (520e-) do ponto de saturação (18273e-), e isso exigirá um aumento significativo na exposição pós-impressão para ter a mesma aparência da foto ISO 12800. Se alguém dispara na ISO 400 e corrige a exposição no pós, o ruído geral constitui um fator significativo do sinal. O piso do ruído de leitura, abaixo do qual informações úteis efetivamente não existem, é quase tão alto quanto o ruído da tomada de fótons. Esse aumento da exposição pós-processo resultaria em um alto grau de faixas e ruído de cores, provavelmente através dos tons médios.
Para um exemplo extremo, se alguém fotografar na ISO 100, o ruído de leitura se torna o principal contribuidor do ruído (neste exemplo em particular ... lembre-se, na ISO 100, a imagem é subexposta severamente em relação ao ponto de saturação). Aumentar uma exposição ISO 100 neste caso (que, para simular o que a foto ISO 12800 produziu, teria que ser um SEIS PARADA ), resultaria em ruído significativo nas faixas e nas cores. O diagrama a seguir demonstra como o ruído, tanto a leitura como a captura de fótons, são amplificados, corrigindo a exposição pós-ISO 100 - 6400, a fim de corresponder à exposição ISO 12800:
Lembre-se de que a escala aqui é logarítmica; portanto, a quantidade de ruído para cada configuração ISO sucessivamente mais baixa é exponencialmente maior após a correção da exposição após a postagem.
Nem vou tentar suplantar a resposta muito informativa e bem escrita de jrista. Ele cobre as bases da física no pipeline de imagens da câmera muito bem. Gostaria de acrescentar uma observação que possa lançar alguma luz sobre a relação entre estrelas e ruído.
Se todas as estrelas do universo fossem igualmente brilhantes como vistas da superfície da Terra, o céu noturno seria branco sólido. Faça uma pausa e deixe que isso afunde. Existem muito poucos pontos no céu, mesmo ao usar o campo de visão mais estreito disponível, em que você pode apontar um telescópio altamente sensível (como o Hubble) para que não revele uma fonte de luz . As áreas "escuras" mais notáveis do céu são nebulosas que bloqueiam a maior parte da luz das estrelas e galáxias atrás delas.
É verdade que você pode fazer coisas para aumentar o SNR que permite desenvolver suas imagens de forma que as estrelas sejam mais brilhantes em comparação com o céu mais escuro ao seu redor. Quando você faz isso, no entanto, você também aumenta o brilho de estrelas mais escuras que não eram mais brilhantes que o ruído antes de fazer esses ajustes e também aumenta o nível de estrelas ainda mais escuras que nem eram visíveis a ponto de serem agora produzindo a mesma quantidade de sinal que o ruído na imagem. Não importa o quão bom seja o número SNR, sempre haverá algumas estrelas com o mesmo brilho que o ruído.As estrelas mais brilhantes, em termos de brilho visto da Terra, são as mais raras e as mais escuras são de longe as mais numerosas no céu noturno. Portanto, de certa forma, aumentar o SNR durante a captura de imagem e aumentar a exposição no pós pode fazer a imagem parecer mais barulhenta ! Não é porque há mais ruído na imagem. Não existe. Mas porque aquelas estrelas muito escuras que você tirou do fundo escuro parecem ser barulho.
Acho que o segredo para imagens de exposição única está no pós-processamento. Para ter certeza, maximize seu SNR seguindo a resposta de jrista ao fotografar suas imagens. Mas tente também no pós-processamento: depois de obter as estrelas mais brilhantes do jeito que você as quer, reduza tudo abaixo de um certo valor de luminância até o preto. Reduzir a saturação da cor também ajudará a lidar com o ruído de crominância, que é o principal culpado que vejo em sua muito boa imagem de exemplo.
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Eu acho que isso vai variar de modelo para modelo, câmera para câmera e até com base nas condições de fotografia. Eu arriscaria que, em uma noite fria em que o sensor de imagem seja mais resfriado, você tenha mais sorte com a exposição longa, enquanto se for uma noite quente, o sensor esquentará mais rápido e um ISO mais alto poderá gerar melhores resultados. Empilhar como Matt Grum mencionado também é uma opção em alguns casos.
Pessoalmente, costumo tentar definir em algum lugar no meio e basear o ISO no que produz níveis aceitáveis de ruído e depois usar a exposição necessária. Na minha 5D Mark iii, isso acaba em algum lugar da faixa 5000-6400.
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Não tenho dados sobre onde existe o ponto de cruzamento entre a vantagem de obter mais luz e a desvantagem do ruído térmico; no entanto, você pode obter o melhor dos dois mundos ao tirar várias exposições curtas e empilhá-las em software.
Existem programas projetados para fazer isso em astrofotografia que também alinham as imagens em uma pilha que tem o benefício adicional de evitar rastros de estrelas. Dê uma olhada no Deep Sky Stacker .
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