Quy tắc của 600 600 trong hình ảnh thiên văn là gì?

Câu hỏi này đề cập đến "Quy tắc 600" để tránh các vệt sao trong chụp ảnh thiên văn.

• Quy tắc này là gì?

• Nó bắt nguồn như thế nào?

• Nên áp dụng như thế nào?

Sao di chuyển. Giống như bất kỳ chuyển động nào khác, điều chúng ta quan tâm là mức độ chúng di chuyển trên cảm biến khi phơi sáng: Chuyển động chỉ xảy ra trong một pixel không phải là chuyển động mà cảm biến có thể chụp, tức là chuyển động có vẻ bị đóng băng.

Nhưng khi chuyển động có một điểm trên một vài pixel trong khi phơi sáng, nó sẽ hiển thị dưới dạng mờ chuyển động, trong trường hợp này là các vệt sao. Một quy tắc như "quy tắc 600" về tinh thần tương tự như "quy tắc 1 / tiêu cự" đối với phơi sáng cầm tay, trong đó nó cố gắng đưa ra thời gian phơi sáng mang lại độ mờ chuyển động tương tự cho hầu hết các độ dài tiêu cự.

Đạo hàm khá đơn giản:

• Bầu trời xoay 360 độ trong 24 giờ, hoặc 0,0042 độ cung mỗi giây.
• Giả sử máy ảnh full frame và ống kính 24mm, chúng ta có góc nhìn ngang 73,7 độ. (Xem bài viết Góc nhìn của wikipedia .)
• Giả sử cảm biến 24 Mpx (6000x4000, ví dụ: Nikon D600), 73,7 độ đó được chiếu lên 6000 pixel ngang, cho 81,4 pixel mỗi độ.
• Giả sử ống kính 24mm, "quy tắc 600" cho độ phơi sáng 600 / 24mm = 25 giây.
• Trong 25 giây, bầu trời sẽ di chuyển ~ 0,1 độ.
• Đối với máy ảnh full frame 24 Mpx của chúng tôi có ống kính 24mm, 0,1 độ chuyển thành 8,5 pixel.

Theo quy tắc 600, 8,5 pixel đó biểu thị độ mờ chuyển động tối đa có thể chấp nhận trước khi các điểm sao biến thành các vệt sao. (Đó là những gì quy tắc nói. Việc bôi nhọ 8 pixel có được chấp nhận cho một mục đích cụ thể hay không là một cuộc thảo luận khác.)

Nếu chúng ta cắm một ống kính 400mm vào cùng một công thức, chúng ta sẽ có thời gian phơi sáng tối đa 1,5 giây và chuyển động 7,3 pixel trong khi phơi sáng. Vì vậy, đây không phải là một quy tắc chính xác - độ mờ hơi khác nhau đối với các độ dài tiêu cự khác nhau - nhưng như một quy tắc của ngón tay cái, nó khá gần.

Nếu chúng tôi đang sử dụng cảm biến crop 1,5x với cùng độ phân giải 24Mpx (ví dụ: Nikon D3200) và sử dụng độ dài tiêu cự để cho góc nhìn tương đương, chúng tôi sẽ có tiêu cự 16mm, thời gian phơi sáng 37,5 giây và mờ 12,7 pixel. Đó là mờ hơn 50%.

Trong trường hợp này, "quy tắc 400" cho máy ảnh cảm biến crop sẽ cho độ mờ tương tự như "quy tắc 600" cho ví dụ toàn khung hình.

Tôi đề nghị sử dụng "quy tắc 600" (hoặc phiên bản chặt chẽ hơn với tử số nhỏ hơn) với độ dài tiêu cự thực tế, theo cách đó, quy tắc này cho kết quả tương tự đối với các cảm biến nhỏ hơn. (Ví dụ: 16mm trên cảm biến crop 1,5x tương đương 24mm trên toàn khung hình; sử dụng tiêu cự "tương đương 24mm" thay vì tiêu cự "16mm thực tế" để tính thời gian phơi sáng tối đa.)

Các ngôi sao khác nhau di chuyển với tốc độ khác nhau so với Trái đất. Chuyển động nhanh nhất là dọc theo đường xích đạo thiên thể , trong khi ngôi sao Cực (Polaris cho bán cầu Bắc) ở cực thiên thể hầu như không di chuyển.

Hiệu ứng có thể được nhìn thấy trong bức ảnh này từ wikidia commons: Polaris xuất hiện như một điểm cố định ở giữa trong khi các ngôi sao khác xoay quanh nó và chiều dài của các vệt sao tăng theo khoảng cách với Polaris.

Nguồn

Tính toán ở trên dành cho trường hợp xấu nhất, khi hình ảnh bao gồm các ngôi sao di chuyển dọc theo đường xích đạo thiên thể.

Tôi đoán thông điệp mang đi là 600 trong "quy tắc 600" phụ thuộc vào độ phân giải camera, kích thước cảm biến, nơi bạn trên máy ảnh chỉ vào máy ảnh và những gì bạn cho là độ mờ chấp nhận được.

Sử dụng một số nhỏ hơn nếu bạn muốn làm mờ ít hơn.

Ngược lại, số lượng cao hơn có thể được chấp nhận nếu bạn chụp một đoạn Polaris gần, sử dụng máy ảnh có độ phân giải thấp và / hoặc nhắm mục tiêu định dạng đầu ra có độ phân giải thấp.

Quy tắc 600 nói rằng để 'loại bỏ' các ngôi sao theo dõi thời gian phơi sáng tính bằng giây nên được chia cho 600 độ dài tiêu cự của ống kính chụp. Ống kính 20 mm có thể đi đến 30 giây, ống kính 300mm có thể đi đến 2 giây.

Tất nhiên (giống như bất kỳ hiệu ứng nhòe chuyển động nào), bạn sẽ không bao giờ loại bỏ các vệt sao - bạn chỉ đơn giản là giảm dấu vết xuống mức chấp nhận được cho một mức phóng to nhất định. Giải pháp hoàn hảo duy nhất là "gắn xích đạo theo dõi hoàn hảo" và không có điều đó.

Nguyên nhân rất khó nếu không phải là không thể - nó giống như 'Tay cầm không chậm hơn 1 / tốc độ màn trập tiêu cự' - một quy tắc ngón tay cái hoặc trí tuệ thông thường hoạt động trong nhiều trường hợp nhưng không phải tất cả các trường hợp.

Một cuộc thảo luận về ưu và nhược điểm (và toán học) có thể được tìm thấy ở đây: http://blog.starcircleacademy.com/2012/06/600-rule/

Một cuộc thảo luận thú vị và tổng quát hơn về các vệt sao có thể được tìm thấy ở đây: http://blog.starcircleacademy.com/startrails/

Quy tắc này áp dụng cho tốc độ màn trập bạn nên sử dụng khi chụp ảnh bầu trời đêm. Quy tắc như sau:

• Khi sử dụng ống kính có tiêu cự L để chụp ảnh phơi sáng dài trên bầu trời đêm (với máy ảnh đứng yên), tốc độ màn trập tối đa bạn nên sử dụng để tránh làm mờ các ngôi sao là 600 / L giây.

Ví dụ: nếu sử dụng ống kính 300mm, nếu bạn sử dụng tốc độ màn trập (600/300) = 2s hoặc ngắn hơn, bạn nên tránh xem các ngôi sao dưới dạng đường, thay vì điểm, ánh sáng.

Theo như tôi có thể nói là không có hồ sơ về ai đã đưa ra quy tắc hoặc nó được bắt nguồn như thế nào, tuy nhiên rất có thể nó dựa trên thử nghiệm và lỗi khi sử dụng phim 35mm, với độ phân giải thấp hơn (hạt) và dung sai thấp hơn (kích thước khung hình) so với các máy ảnh ngày nay, và làm tròn (hoặc xuống) thành một vòng 600 đẹp.

Đối với ứng dụng, cần cẩn thận. Cảm biến kỹ thuật số hiện đại sắc nét hơn nhiều so với phim 35mm, có nghĩa là ít dung sai hơn khi làm mờ chuyển động. Ngoài ra, hầu hết các máy ảnh kỹ thuật số ngày nay đều có cảm biến nhỏ hơn so với phim 35mm x 24mm của phim 35mm, có nghĩa là có khả năng chịu đựng EVEN LESS, do đó có lẽ nên điều chỉnh giống như quy tắc 400 khi sử dụng các camera cảm biến bị cắt này (nghĩa là nếu bạn nghĩ 600 vẫn là một giá trị hợp lệ cho máy ảnh full frame, điều này có thể tranh cãi). Ngược lại, nếu sử dụng máy ảnh định dạng trung bình, số lượng lớn hơn có thể được sử dụng.

Mặc dù một vài trong số những câu trả lời này nhảy múa xung quanh nó, nhưng không ai trong số họ chỉ ra rằng "Quy tắc 600/500" được rút ra dựa trên giả định về kích thước hiển thị tiêu chuẩn và khoảng cách xem. Đó là: kích thước màn hình 8x10 inch được xem ở mức 10-12 inch bởi một người có tầm nhìn 20/20.

Điều kiện hiển thị / xem tiêu chuẩn mang lại một vòng tròn nhầm lẫn khoảng 0,030mm cho kích thước phim / cảm biến 36x24mm, CoC khoảng 0,020mm cho cảm biến crop APS-C 1,5X và CoC khoảng 0,009mm cho 1,6X Cảm biến crop APS-C.

"Quy tắc 600" hào phóng hơn một chút và dựa trên CoC khoảng 0,050mm cho máy ảnh FF. Một số khoản trợ cấp rộng hơn có thể dựa trên độ khó của việc tập trung chính xác vào các ngôi sao có máy quay phim được sử dụng tại thời điểm quy tắc được đưa ra - Lăng kính phân tách là vô dụng để hỗ trợ tập trung vào một điểm thay vì tập trung vào một dòng quá nhiều hình ảnh thiên văn trong ngày chụp bằng máy ảnh 35mm được lấy nét bằng cách sử dụng dấu vô cực trên thang lấy nét của ống kính (hoặc điểm dừng cứng ở vô cực so với nhiều ống kính có tại thời điểm đó) và do đó, các ngôi sao trong ảnh thu được thậm chí còn có các vòng tròn mờ lớn hơn nhiều so với đã được trường hợp với điểm tập trung đúng.

Thật đáng để tính toán chính xác hơn trong bao lâu bạn có thể phơi bày trước khi bạn có được những vệt sao. Nếu bạn sử dụng quy tắc ngón tay cái và / hoặc phương pháp thử và sai cho đến khi bạn hiểu đúng, bạn có thể sẽ đánh giá thấp thời gian phơi sáng tối đa dẫn đến nhiều nhiễu hơn vì bạn sẽ tạo ra hình ảnh cuối cùng ở mức thấp hơn tối ưu đường.

Không khó để tính thời gian phơi sáng tối đa nếu bạn biết trước những vật thể trên bầu trời bạn muốn chụp ảnh. Vật thể ở một góc nhất định so với trục quay của Trái đất, được cho bởi 90 độ trừ đi cái gọi là sự suy giảm của vật thể. Ví dụ: nếu đối tượng quan tâm là thiên hà Andromeda, thì [bạn có thể tìm thấy ở đây] [1] rằng độ suy giảm là 41 ° 16 9 ″ do đó góc quay của trục quay của Trái đất là 48,731 độ. Nếu trường nhìn rộng, bạn có thể không muốn các vệt sao xuất hiện ở phía Nam Andromeda, do đó bạn cần xem xét một góc lớn hơn. Giả sử rằng bạn đã quyết định rằng góc sẽ có và hãy gọi góc này là alpha.

Sau đó, chúng ta cần biết vận tốc góc của một vật ở góc alpha so với trục quay của Trái đất là gì. Nếu chúng ta chiếu các thiên thể lên quả cầu đơn vị thì khoảng cách đến trục quay là sin (alpha). Quả cầu quay quanh trục của nó một lần vào mỗi ngày thiên văn là 23 giờ 56 phút 4,01 giây (điều này hơi ít hơn 24 giờ vì Trái đất quay quanh Mặt trời, do đó Trái đất phải quay thêm một chút quanh trục của nó để Mặt trời có thể ở cùng một chỗ). Điều này có nghĩa là vận tốc của vật thể là:

omega = 2 pi sin (alpha) / (86164,01 giây) = 7,2921 * 10 ^ (- 5) sin (alpha) / giây

Cảm biến camera nằm ở trung tâm của quả cầu nên nó ở khoảng cách 1 đến các điểm trên quả cầu, điều này làm cho vận tốc trên bề mặt của quả cầu cũng là vận tốc góc có liên quan tính bằng radian mỗi giây.

Độ phân giải góc của hình ảnh được cho bởi kích thước pixel chia cho độ dài tiêu cự. Kích thước pixel có thể được tính bằng cách lấy căn bậc hai của tỷ lệ giữa kích thước cảm biến và số pixel. Một cảm biến crop điển hình có thể có kích thước pixel là 4.2 micromet. Nếu tiêu cự là 50 mm, thì độ phân giải góc giới hạn do kích thước pixel hữu hạn do đó sẽ là 8.4 * 10 ^ (- 5) radian. Chia điều này bằng tốc độ góc omega cho bạn thời gian phơi sáng tối đa trên mức các vệt sao có thể nhìn thấy trong trường hợp lý tưởng. Nói chung, đối với các pixel có kích thước s và độ dài tiêu cự f, do đó, điều này được đưa ra bởi:

T = s / (4.2 micromet) (57,6 mm / f) / sin (alpha) giây