天体写真のための多くの短い露出といくつかの長い露出の連続的なバースト？

天体写真の撮影に関する多くの資料を読んでいるとき、私はしばしば、1回の長時間露光ではなく、複数回の露光を行い、それらを重ねるというアドバイスを目にします。多くの場合、与えられた理由は、より長い露出は、ホットピクセルを引き起こすセンサー内の蓄積により、より多くのノイズをもたらすことです。しかし、フレーム間のクーリングオフ期間が実質的にない状態で、短い露出を次々と行っても、シリーズ全体でセンサーの全体的な熱の蓄積を減らすにはほとんど効果がないように思えます。ショットノイズと呼ばれることが多いランダムノイズに関して、複数のフレームを使用することで得られるメリットがあります。、同じ合計時間でより長いフレームをより少なく使用するよりもはるかに短いフレームを使用することの利点はありますか？もしそうなら、それらの利点のいずれかが熱に関連していますか？

たとえば、夜空を2時間露光してスタートレイルを作成したい場合、24時間30分露光を組み合わせた場合と24時間露光を組み合わせた場合では、ノイズにかなりの違いがありますか？もしそうなら、その利益のいずれかが熱に関連していますか？それとも、ショットノイズをより平均化した結果でしょうか。

夜空の写真とスタッキングに関しては、実際のSNR（信号対雑音比）に代わるものはありません。数百の非常に短い露出を積み重ねることで（実質的には720の10秒露出を積み重ねるなど）、SNRを実質的に改善できますが、結果は、たとえば3分の露出を40回積み重ねた場合とまったく同じにはなりません。30秒間の露出をたくさん積み重ねると、より良い結果が得られ、探しているものが得られる可能性がありますが、長時間の露出で済むほど、長期的には良い結果が得られます。

スタートレイルショットの場合は、より長時間露光したいとします。30秒間の露出が実際に証跡を生成すると仮定すると、30秒間の露出を何億回も積み重ねることができます。スタートレイルを積み重ねるときは、実際には適切なトレイルがいくつもあるので、少なくとも数分間露出することをお勧めします。より広い角度（つまり16mm）では、目立つトレーリングなしで45秒間または少し長く露光することができます（わずかに楕円形の星がいくつか表示されます）。焦点距離が長くなると、目に見える尾引きの生成を開始するために必要な最小露出が減少します。

スタッキングと信号強度

積み重ねに関しては、それぞれの実際の画像信号が強いほど良いです。これにはいくつかの理由があります。まず、カメラの電子機器からの読み取りノイズは、長時間露光よりも短時間露光の比率が高くなります。長時間露光し、画像信号を増やしてノイズ比を読み取ります。画像信号自体には、フォトンショットノイズと呼ばれるノイズがまだありますが、露出が長くなるとノイズも減少します。

次に、信号が十分に強く、良好な色の忠実度が得られるように、十分に長く露光する必要があります。最高のシャドウからハイライトの真下まで、中間調の範囲で良好な色の忠実度が発生します。最高の色の忠実度は、コアの中間調、18％グレーの短い範囲で発生します。（技術的に言えば、デジタルセンサーは線形ですが、トランジスターでも応答曲線があり、上部のシャドウと下部のハイライトの間の広い範囲が最良の応答を提供します。）星雲などからの色のより深いニュアンスは、通常まったく表示されません。スタックされる各フレームの実際のSNRが少なくともその一部をレンダリングするのに十分強力でない限り。露出が短いと、通常、かすかな色がノイズによって失われ、積み重ねても色が回復することはありません。

最後に、ほこりや星雲によく見られる深紅のフィラメントなどの細かい暗いニュアンス、または銀河の細かいディテールを完全に解決するには、撮影する空の領域全体をカバーするのに十分な信号が必要です下の中間トーンの各ピクセルの少なくとも一部の信号。非常に短い露出をたくさん重ねると、被写体全体を含む画像が得られますが、各フレームがよりまばらにサンプリングされるため、完全性に欠け、信号全体がその低いミッドトーンカットオフを下回る可能性があります。より長いSNRを生成する露出は、より完全にサンプリングされたフレームを生成します。そのため、積み重ねると、すべての暗い詳細のニュアンスが強くなります。

ノイズ

フォトンショットノイズは、信号強度の平方根である標準偏差に従うポアソン分布に従います。架空の例として、5D IIIのISO 800で2分間露光してほぼ飽和した結果を得る場合、最大信号強度は約9000e-、フォトンショットノイズは〜95e-になります。ISO 6400で12秒間の露出を12回行うと、信号強度は900e-になり、ショットノイズは〜30e-になります。より明確に言えば、2分の露出のノイズは信号の強度の1/95であり、10秒の露出のノイズは信号の強度の1/30です。他の問題がないと仮定すると、10秒の露出を重ねると、2分の露出とほぼ同じ結果が生成されます。

ただし、他にも問題があります。読み取りノイズも、10秒間の露出で信号の大きな割合になります。そのため、画像信号の電子的な読み取りによって引き起こされるカラーノイズやその他のアーティファクトは、10秒間の露光では高くなります。必要なダークフレームとバイアスフレームをスタッキングで使用すると仮定すると、その多くは完全に除去することはできませんが、除去することはできません（スタッキングは、疎らでノイズの多い画像からノイズを除去するためにこれまでしか実行できません）。シャドウノイズのもう1つの原因である熱は、連続撮影を想定した場合、長時間露光のシーケンスが長い場合と長時間露光のシーケンスが短い場合とで、大きな違いはありません。

10秒間のISO 6400ショットでの色の忠実度は、120秒間のISO 800ショットの場合ほど良くありません。5D IIIのようなカメラは、67,000e-以上のフルウェル容量を備えています。ISO 800では最大信号強度は9055e-、ISO 6400では1079e-です。どちらも理想的なミッドトーンレベルを下回っていますが、9055は1079よりも1桁優れています。

スタートレイル

スタートレイルの写真撮影について明確に質問されたのは知っています。ここでは、色の忠実度が主な問題になることはありません。また、これらの深くてかすかな色や、ほこりなどの暗い詳細要素をキャプチャすることもありません。ただし、画像を積み重ねて、星が空を周回するスタートレイルの写真の1つを作成するには、たとえトレイルが短くても、実際にトレイルを作成するために十分長い時間露光する必要があります。

14mmや16mmなどのより広い角度では、30秒より長く露光することができ、実際にはまったく軌跡を取得しません。20mmと24mmでは、ピクセルが小さいAPS-Cセンサーを使用していると仮定すると、約30秒でスタートレイルが表示され始めます。FFセンサーが24mmで、露出が30秒のスタートレイルが表示されるようになるかもしれません。35mmになると、30秒の露光で短いトレイルが得られるはずです...しかし、35mmは実際に視野を狭め始めているので、それが望みどおりであることを確認する必要があります。

まともなトレイルを取得するには、1分以上露光することをお勧めします。1回のショットで2時間全体を露光する必要はありませんが、約2〜3分間露光すると、いくつかの素晴らしいトレイルが得られ、積み重ねたときに素晴らしい連続したアークトラックが生成されます。その後、必要な数のショットを積み重ねて、必要なトレイルの長さを取得できます。地球は1時間に約15°回転するため、積み重ねたトレイルショットの2時間のシーケンスは、トレイルに約30°の弧を生成します。

ショットノイズは入射光の量にのみ依存するため、総露光時間が同じであれば、短い露光を平均化してもショットノイズに関して何も得られません（長時間の露光は効果的に平均化されます）。

実際に複数の露出を撮影すると、影のセンサーからの読み取りノイズが増加します（Nikon、Pentax、Sonyのさまざまなボディに侵入していることが判明した新しいSonyセンサーの1つがある場合、読み取りノイズは非常に低いため、おそらく問題ではありません）。

私が天体写真のフォーラムで読んだことから、ベストプラクティスは複数の露出を撮影することです（ノイズ低減のためにダークフレームを使用して長く）、ショット間でセンサーを十分に冷却できるようにしますが、これは多くの場合、カメラを変更してアクティブな冷却を追加しました。周囲の温度によっては、露出と露出の間でカメラを長時間放置しないと、十分な冷却が得られない場合があります。

ロングショットを行うと、センサーが暖かくなり、ホットスポットが発生します。だから、多くのシングルショートショットが良いです。

センサーをクールダウンさせるために、その間に数秒の間隔を置くことができればさらに良いです。