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此人很懒,什么也没有留下

[天文摄影] 理论计算 短曝多叠 信噪比和曝光时间

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younglerLv.1 显示全部楼层 发表于 2022-1-14 13:31 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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理论计算 短曝多叠 信噪比 s 和 曝光时间 t


  先说 2 个基本变量,焦比 f,光效率 η。焦比与像的亮度关系很大,很多人看重这个变量。光


效率,主要是考虑感光芯片像素间隙损失和滤镜损失。黑白相机光效率 η ≈ 0.78,主要是像素间


隙浪费。彩色相机光效率 η ≈ 0.19,大约是黑白相机效率的 1/4。彩色相机效率低,主要原因是彩


色滤镜吸收其他颜色的光线。但是这个问题往往被很多人忽略,结果是只有极少数人使用黑白相机


摄影方法
  像素尺寸 b 和 像素比 p = b/f ,这是 2 个重要的参数。业余望远镜口径小 感光芯片像素小


p² = 0.34。天文台望远镜口径大,选择大像素感光芯片 p² = 1.9。通常根据焦比 f = 5 选择感光芯片像素大小约等于像点半径,即 b = 2.9,p = 0.58,p² = 0.34。单张时间记做 t,张数记做 Σ,像素点有光电流 I = iηp²,单位 1e/s。像素点光电子 IΣt。光电流与像素比这个参数有关,这个比较好理解。I = iηp² 中的 i 什么变量?i 可以理解为,假设焦比 f = 1,那里光电管光电流密度图像,单位 e/s/μm²,e 是电子
  光电子噪声 v² = 4IΣt = iηp²Σt。这个系数 4 的含义是,只有 1e 光电子,噪声为 2e。1 个 e


为什么有 2e 的噪声?可以这样理解吧,有时候有 2e,有时候是 0e,还有其他更离谱的分布,平


均噪声是 2e
  考虑相机自身发热因素,通常相机温度 25°C,热噪声 w² = b²Σt / 135。新版感光芯片读出噪声小至 1e,选择 no 合适数  1.2,噪声单位 e,e 是电子。温度降低 15°C,噪声变为 1/10,温度再降 15°C,噪声变为 1/100。提高信噪比 2 种思路,增加像素光电子和降低像素噪声,利用 200 口径只提高约 1 倍光电子,利用黑白相机可以提高 4 倍光电子。相对来说,降低噪声的空间更大。如果热噪声降低到数小时只有几个噪声电子,那么热噪声就小于光子噪声本身
  先考虑 25°C 情况,像素最后信噪比 fi,可以写出 1s 时间的噪声平方数,


  4I +b²/135 +no²/t = I²Σt / fi²


  可以看出延长单张时间,可以减少读出噪声影响。b²/135 = 0.062,如果要读出噪声小到这个


值的 1/2.5,基本不影响图片质量,即 no²/t = 0.144,t = 58s。经纬仪望远镜因为有场旋,要求单张时间 10s,读出噪声影响存在,需要考虑其影响。考虑 10min 单张暗场景像素光电子 1e,4I = 0.16。可以发现,光自身噪声大于感光芯片热噪声,读出噪声与光本身噪声接近。不计读出噪声,长曝模式总的噪声方和 0.222,10s 短曝多叠总的噪声方和 0.366,噪声增加 28%,可以通过望远镜增加一档口径弥补短曝信噪比降低
  新版感光芯片低读出噪声,说起来思路也很简单,就是输出 2 个像素的信号,校对 1 次零位。为什么之前的芯片没有考虑这种技术?可能是过去大家追求高速性能,关注输出图像的速度,没有把注意力放在读出噪声指标上,毕竟零位校正需要占用放大电路工作时间
  根据上面的方程,设定信噪比可以计算连拍数量,根据总的曝光时间也可以计算像素信噪比,


      I²Σt
fi²  =  ————————
   4I +b²/135 +no²/t

精彩评论4

神威无敌Lv.14 显示全部楼层 发表于 2022-1-14 19:19
水星之魅从贴吧跑来这里了
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RaylppLv.10 来自手机 显示全部楼层 发表于 2022-1-15 02:00
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younglerLv.1 显示全部楼层 发表于 2022-1-17 08:15
结论 是,经纬仪望远镜 玩深空 可以与 赤道仪 媲美
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超级电容电池Lv.12 显示全部楼层 发表于 2022-1-19 16:08
主要原因是彩色滤镜吸收其他颜色的光线。但是这个问题往往被很多人忽略,结果是只有极少数人使用黑白相机

根本没有忽略,楼主只是个人的一厢情愿罢了,主要原因是彩色相机便宜、方便,单次出图快,就那么简单,黑白相机贵,还有滤镜、滤镜轮考虑,你看看有多少工薪愿意去买
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