理论计算 短曝多叠 信噪比和曝光时间

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

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结论是？

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结论 是，经纬仪望远镜 玩深空 可以与 赤道仪 媲美

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

超级电容电池 发表于 2022-1-19 16:08
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 ...

同一型号的黑白相机只是贵一点点，3色滤镜应该也不贵。彩色相机是方便一点，但是对于暗场景，彩色相机2夜帐篷通宵，怎么能说出图快呢

那既然不太贵，那LZ就多点买器材，多点比较体会吧，没实践，老在大坑边缘讨论理论，抛出一堆不严谨也不接地气的计算，谁会看？既然想证明经纬仪与赤道仪可以按照你说的这样媲美，那就买器材，做实验做对比。而不是东缝合西缝合搞出一个缝合怪说结论。

那我就问你，既然同样的相机，一个用在经纬仪短曝，一个用在赤道仪长曝，最后效果一样？
另外你想调零，那怎么调？每拍一张每个像元读噪数值随机，同时相机一直在曝光，暗电流一直在增加，怎么调？要是叠加，那应该怎么拍？校准不就产生负值了，那还媲美个鬼，暗结构都扣负值了

　　科研不是盲目试验，完全基于试错方法来总结经验，试验的代价也太大了。所以科研，每一步试验之前总会有一些理论研究、理论计算，这是很正常的事情。科研通常是，理论充分讨论之后，再花钱验证一下。当然星友们多是这样，看见别人这样玩出来了，然后自己也买这样的装备去玩一下
　　短曝多叠是会牺牲一点信噪比，牺牲多少完全是可以理论计算的事情，然后需要望远镜增加多少口径，这也是理论可以解决的事情。至于单张摄影参数，这个问题实践中总是可以解决的