Duda sobre tiempos de exposición

[cometas]

Normalmente la mejor opción en cuanto a rendimiento del tiempo es siempre hacer una exposición del máximo tiempo posible (el limite lo pone la saturación de los objetos a medir ) También es cierto que esta estrategia simple no siempre la podremos aplicar . Seguro que muchos colegas por lo motivos que sean , o no tienen guiado , o si lo tienen, pero por flexiones u otros motivos no pueden hacer tomas decentemente puntuales por encima de cierto tiempo. Quizás solo 30 segundos o quizás no puedan pasar de 5 minutos , mientras que en algunos casos de objetos débiles quizás nos interesaría poder exponer 30 minutos o una hora , solo que ni nuestro instrumental o nuestro cielo lo permiten.

Los que observamos cometas y asteroides no podemos usar el tiempo de exposición que queramos ,este viene fijado por la velocidad del asteroide

Frecuentemente oigo que con tomas de un solo minuto, aunque sea promediando decenas o centenares de ellas , el resultado nunca superará a una única tomas de 30 minutos seguidos . Esta afirmación aunque puede llegar a ser cierta , pero en la mayoría de ocasiones no lo es . Todo depende de si se cumple o no la regla de oro

La REGLA DE ORO,
Existe un tiempo de exposición mínimo que debemos respetar, a la hora de hacer múltiples tomas con la intención de promediarlas y obtener el máximo resultado posible que nuestro cielo permite.
Esta regla nos garantiza que si usamos este tiempo de exposición mínimo , al final tras promediar varias imágenes de ese tiempo lograremos un resultado como mínimo igual al que obtendríamos con tomas mucho mas largas.


La regla de Oro dice así:

El tiempo de exposición mínimo para extraer el máximo de información que nuestro cielo + instrumental permite , es aquel que permita obtener una imagen cuyo ruido de fondo de cielo, sea como mínimo tres veces el ruido de lectura de nuestra CCD

Así de entrada puede parecer complicado pero no lo es, luego con un ejemplo real veremos como calcularlo, pero antes pensemos un poco en el enunciado , hay ya algunas conclusiones quizás chocantes que se pueden ya deducir , de esta regla .

1º Si nuestro fondo de cielo es malo (cielos polucionados ) con mayor facilidad una toma corta contendrá ya el suficiente ruido como para superar tres veces el de lectura. Esto también se puede interpretar de la siguiente manera:

Si tu cielo es malo no pierdas el tiempo exponiendo demasiado, tomas mas cortas te llevaran a conseguir lo máximo que tu cielo permite. (que quizás no sea mucho)

2º Cuanto mas bajo sea el ruido de lectura de nuestra CCD , menor sera el tiempo de exposicion requerido para cumplir con la norma. (aquí las SBIG estan en desventaja pues el ruido de lectura no es su fuerte . hay ahora ne el mercado cámaras con un ruido de lectura realmente bajo, que permiten por tanto usar tiempos cortos con muy buen resultado.

3º Cuanto mas oscuro y estrecho sea el filtro fotométrico o de cualquier índole, que usemos, mas tendremos que exponer para cumplir con al norma pues nuestra señal de fondo de cielo sera mucho menor. (especialemtne con filtros estrechos tipo halfa sulfuro .....

4º Cuanta mas alta sea la resolución por píxel a la que trabajamos mayor sera el tiempo de exposición necesario para cumplir con la norma, pues menos luz cae en cada pixel.

Un ejemplo real de como calcularlo . Ojo para hacer el cálculo hay que partir de una imagen real para ver que fondo de cielo tenemos con nuestro cielo e instrumental.

SBIG ST8-XME El fabricante nos dice lo siquiente (aunque existe un programa de Julio Castellano para calcularlo por nuestra cuenta) Ruido de lectura = 15 electrones, Ganancia = 2.3 electrones/ADU

Partimos de los 15 electrones , de entrada los multiplicamos por 3 por aquello de (que contenga tres veces el ruido de lectura) 15 x 3 = 45 electrones de ruido.

Es decir la imagen debe contener 45 electrones de ruido en el fondo de cielo (zona de la imagen sin estrellas ni nebulosidad ni galaxia). Pero los programas (Maxim Astrometrica , Fotodif) no trabajan con electrones sino con ADUS , cuentas o niveles de grises, por tanto pasamos los 45 electrones a cuentas dividiendo por la ganancia de la cámara.
45electones /2.3 = 19,56 cuentas
En pocas palabras mis imágenes deberian tener unas 20 cuentas de RUIDO.
En este punto debemos recordar que el ruido es la raiz cuadrada de la señal , por lo tanto para tener un ruido de 20 cuentas , hace falta tener una señal de fondo de cielo de 20 al cuadrado 20 x 20 = 400 cuentas o adus .

EN RESUMEN si mis imágenes tienen 400 cuentas o niveles de grises , en el fondo de cielo, ya estoy cumpliendo con la regla de ORO.

Ahora veamos con una simple prueba real , que tiempos de exposición son necesario para que yo tenga 400 cuentas

Trabajando a 1.03" de arco por pixel .

Sin filtro ninguno con 25 segundos de exposición obtengo unas 400 cuentas de fondo de cielo
Con filtro R necesito unos 60 segundos
Con filtro V necesito unos 70 segundos
Con filtro I necesito unos 120 segundos
Con filtro B necesito unos 150 segundos

Esos serian mis tiempo mínimos de exposición para hacer tomas con el propósito de promediarlas y obtener el máximo resultado posible.

Con todo debo, decir que si usamos tiempos inferiores a esto no implica que el promedio no siga siendo mejor que el resultado de una única toma , tan solo nos indica que no estaremos extrayendo el máximo que nuestro cielo permitiría .

Por ejemplo el otro día hice para una prueba, 60 tomas de 60 segundos con filtro B , tiempo claramente por debajo de los 150 óptimos, pese a ello el resultado de la suma me produjo una imagen donde la supernova se veía con una relacion señal ruido justita pero suficiente, mientras que en las tomas individuales , la supernova no se apreciaba por ningún lado.

En esa misma prueba promedie 60 tomas de 60 segundos con el filtro R y en ese caso el incremento en la relación señal ruido fue espectacular , pero en este caso la regla de oro si se cumplía.

Por último fijemonos en el siguiente supuesto Imaginemos una cámara con solo 4 electrones de ruido de lectura (creo que hay alguna cámara así) e imaginemos el resto de parámetros iguales que en caso anterior

Tenemos 4 electrones x 3 = 12 /2.3 = 5,21 adus al cuadrado = 27 cuentas de fondo de cielo

Eso significaría unos tiempos mínimos de solo

Sin filtro = 1.7 segundos
Con filtro R necesitaría unos 3,8 segundos
Con filtro V necesitaría unos 4,2 segundos
Con filtro I necesitaría unos 8,5 segundos
Con filtro B necesitaría unos 10 segundos

Con estas cámaras no necesitaríamos guiar nos podríamos permitir el lujo de hace múltiples tomas de pocos segundos sin miedo a perder calidad en el resultado final.

Si las cámaras no tuvieran ruido de lectura daria igual una toma de 1000 segundos que mil de un solo segundo, o 10000 de 0,1 segundos . Con las nuevas cámaras de bajo ruido de lectura, no seria necesario exponer tanto .

[GONZALO]

Gracias Ramón. Vaya curradita te has pegado.

[Omicron]

Muy bien explicado Ramón. Gracias!!

[fran_pascualin]

Cometas muy buen aporte es lo que andaba buscando, pero el enlace que pones con el programa, no me coge los raw calibrados, y si los paso a fit 32bit unsigned integred tampoco, entiendo que los archivos tienen que estar calibrados con flat , bias y dark.
Por lo que he visto por ahi la 450d tiene ruido de lectura de 22 a iso 1600 me faltaria la ganancia, aunque no me fio mucho de las pruebas de otros, he visto otra comparativa http://www.sensorgen.info/CanonEOS_550D.html en la que se le da un valor a iso 1600 a la canon 550d que es como mi nueva 600d de 2.6 de ruido de lectura a iso 1600, me parece demasiado poco, segun estos numeros y la regla de oro serian tomas muy cortas .
Otra cosa yo no tengo maxim ni astrometica, uso pixinsight y la lectura de las estadisticas, te da varias opciones y varia mucho el valor si la lectura es normalizada, 8bit, 12bit o 14 bit, sabes cual deberia coger .
luego supongo que tendre que hacer una media de los tres canales porque en cada canal da un valor distinto.
Saludos.

[joperenclo]

hola Ramon , como siempre es un lujo contar con tus explicaciones . la teoria que comentas basicamente es mas o menos a la tecnica que le expuse a rafaelcm en su hilo anterior para cielos contaminados y muy malos .


telescopio rapido f/5 , f/4 , mejor f/4 con apertura de 250mm o 200 ( mejor 250 y si son 300 mejor aun )
tomas no superiores a 200s , con unos buenos flats .
despues en el procesado , un buen DBE controlando los valores wr .
despues ya a procesar cada uno como quiera.

pero claro esto es como todo, segun el equipo de cada uno hay que alargar o acortar un poco las tomas , poreso hay que hacer diferentes pruebas para ver lo que mas le conviene a nuestro equipo.

[joperenclo]

esa tecnica es para hacer RGB . si queremos hacer banda estrecha ya los tiempos hay que alargarlos muchisimo mas .

[Rafaelcm]

Gracias de nuevo Joperenclo, Gonzalo, Minaya y Ramón.
Perdonar por no contestar este hilo pero he estado liado.
Ramón una currada de explicación, muchas gracias.
Saludos.

[Bufot]

Para liar un poco la cosa

Había leído hace tiempo algo sobre que de algunos objetos muy débiles (o zonas de un objeto) podría ser que nos llegasen sólo unos pocos fotones cada ciertos minutos.
Pongamos como ejemplo que de esa zona nos llega un fotón cada cuatro minutos (sin entrar en detalles sobre la eficiencia de la cámara, etc...)

Con tomas de 4 minutos ese fotón estaría presente en todas las imágenes y tras el apilado aparecería en la foto final mostrando el detalle.
Con tomas de 1 minuto, solo aparecería en una de cada cuatro, por lo que durante el apilado se consideraría como ruido y desaparecería de la imagen final.

¿Sabéis que hay de cierto en ésto?

[cometas]

Bufot , precisamente lo que expones de un solo foton cada 4 minutos sera cierto o falso dependiendo si se cumple la regla de oro.

Un solo foton en cada imagen, o en solo una de cada cuatro , pueden llegar a acumularse y detectarse con una cámara de muy poco ruido de lectura , y sin embargo pueden ser indistinguibles del ruido con una camara con un ruido de lectura mayor.


La parte de una imagen que contiene menos señal , es precisamente la parte que no tiene nebulosa ni estrellas , es lo que llamamos el fondo de cielo. Si existe una nebulosa o una débil estrella o lo que sea que queramos detectar, esa parte del cielo, estará emitiendo como mínimo algunos fotones mas, que el fondo de cielo. Puede que solo sea un foton por segundo por minuto o por hora.

La regla de oro te dice que si quieres intentar detectar el maximo de lo que tu cielo permite , debes usar un tiempo de exposicion que como minimo contenga una señal cuyo ruido al menos sea 3 veces el ruido de lectura de la camara. Si cumples eso , esos pocos fotones al final quedaran plasmados en la imagen, pero ojo esta regla no te dice cuantas tomas tendras que hacer para lograrlo , solo te dice que puedes conseguirlo. y tambien te dice que si no expones un minimo de tiempo en cada toma individual, no tienes garantias de lograrlo.

Pongamos que hago una toma de 1 minuto y tengo 400 cuentas de fondo de cielo (elijo 400 para cumplir la regla de oro que impone mi instrumental) y solo un foton mas que el fondo , es decir 401 de la nebulosa que no veo, en una sola imagen, pero quiero capturar ,para que aparezca claramente en la suma de imagenes

Ahora acumulo 100 imagenes .Numero cuentas de fondo total capturado es de 400 x 100 = 40000 cuyo ruido es la raiz cuadrada = 200
El numero de cuentas de fondo mas el numero de cuentas de la nebulosa es igual a 40000 + 1 x 100 = 40100 cuyo ruido es = 200 (tengo doble ruido que la señal de 100 que quiero distinguir del fondo)

Ahora acumulo 1000 imagenes, el numero cuentas fondo total capturado es de 400 x 1000 = 400000 cuentas de señal con un ruido 632 cuentas
Numero de cuentas fondo + nebulosa = 40000 + 1 x 1000 = 401000 cuentas de señal con un ruido de 633 cuentas


Con un ruido de 633 cuentas ya empiezo a distinguir las 1000 cuentas de mas de la nebulosa sobre el fondo , aunque me ha hecho falta sumar 1000 imágenes de un minuto.

En realidad para que la señal se empiece a distinguir del ruido como minimo esta debe ser unas tres veces superior , (para hacer medidas astrometricas de un minimo de calidad la relacion señal ruido debe ser = 6

Bien en este ejemplo hacemos ahora 4000 tomas de un minuto

4000 x 400 =1600000 ruido =1264
4000 x 1 + la señal de fondo = 1604000 ruido =1266

4000/1266 = 3.1 Ya empezamos a ver la nebulosa aunque a duras penas

Como se ve, poder detectar un solo foton por minuto no es imposible pero si muy costoso en cuanto a tiempo.

Aunque se pueden sumar imagenes, en realidad se promedian pero para que se entienda mejor lo he expuesto de esta manera. La clave es que la señal crece exponencialmente mientras que el ruido solo sube con la raiz cuadrada (o cuadraticamente) con lo que tras sumar o promediar muchas imagenes la señal se hace muy potente frente al ruido y somos capaces de detectar unos pocos fotones.

Al promediar imagenes la señal crece y aunque el ruido tambien crece lo hace un ritmo mucho menor por lo que lo que importa de verdad, es que la relacion entre la señal y el ruido crece mucho.


Ojo esto es una simplificacion pero sirve para explicar el motivo por el cual sumar o promediar imagenes hace que la relacion señal ruido aumente. Cuando la señal a detectar sea mayor que ruido

[fran_pascualin]

Lo que comenta buffot si lo habia oido yo pero en dsrl,lo hace el procesador de la camara si no se llega a un determinado valor en un pocillo se lo carga al considerarlo ruido, lo veo bastante probable ya que estas camaras no son optimas para astrofoto.
saludos.