“ Rule of 600” ในการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์คืออะไร?

คำถามนี้พูดถึง "Rule of 600" เพื่อหลีกเลี่ยงเส้นทางดาวในการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์

• กฎนี้คืออะไร

• มันเกิดขึ้นได้อย่างไร?

• ควรนำไปใช้อย่างไร?

ย้ายดาว เช่นเดียวกับการเคลื่อนไหวอื่น ๆ สิ่งที่เราใส่ใจคือปริมาณการเคลื่อนไหวบนเซ็นเซอร์ระหว่างการรับแสง: การเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นภายในพิกเซลเดียวไม่ใช่การเคลื่อนไหวที่เซ็นเซอร์สามารถจับภาพได้

แต่เมื่อการเคลื่อนไหวใช้จุดข้ามหลายพิกเซลในระหว่างการรับแสงมันจะมองเห็นได้เป็นความเคลื่อนไหวเบลอในกรณีนี้เส้นทางดาว กฎเช่น "กฎ 600" คล้ายกันในจิตวิญญาณกับ "กฎของ 1 / ความยาวโฟกัส" สำหรับการเปิดรับแสงแบบใช้มือถือซึ่งมันพยายามที่จะให้เวลาการเปิดรับที่ให้ผลประมาณการเคลื่อนไหวเดียวกันเบลอสำหรับความยาวโฟกัสส่วนใหญ่

การสืบทอดนั้นค่อนข้างง่าย:

• ท้องฟ้าหมุนได้ 360 องศาใน 24 ชั่วโมงหรือ 0.0042 อาร์คองศาต่อวินาที
• สมมติว่าเป็นกล้องฟูลเฟรมและเลนส์ 24 มม. เรามีมุมมองแนวนอน 73.7 องศา (ดูบทความมุมมองของวิกิพีเดีย )
• สมมติว่ามีเซ็นเซอร์ 24 Mpx (6000x4000 เช่น Nikon D600) ที่คาดการณ์ไว้ 73.7 องศาจะสูงถึง 6,000 พิกเซลในแนวนอนโดยให้ 81.4 พิกเซลต่อองศา
• สมมติว่าเลนส์ขนาด 24 มม. "กฎ 600" ให้ความสว่าง 600/24 ​​มม. = 25 วินาที
• ใน 25 วินาทีท้องฟ้าจะขยับ ~ 0.1 องศา
• สำหรับกล้องฟูลเฟรม 24 Mpx ของเราที่มีเลนส์ 24 มม. 0.1 องศาแปลเป็น 8.5 พิกเซล

ตามกฎ 600 พิกเซลเหล่านั้น 8.5 หมายถึงการเคลื่อนไหวเบลอที่ยอมรับได้สูงสุดก่อนที่จุดดาวจะเปลี่ยนเป็นเส้นทางดาว (นั่นเป็นสิ่งที่กฎกล่าวไว้การเปื้อน 8 พิกเซลนั้นเป็นที่ยอมรับสำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะหรือไม่นั้นเป็นการสนทนาที่แตกต่างกัน)

หากเราเสียบเลนส์ 400 มม. ลงในสูตรเดียวกันเราจะได้รับเวลาการเปิดรับ 1.5 วินาทีสูงสุดและการเคลื่อนไหว 7.3 พิกเซลระหว่างการเปิดรับแสง ดังนั้นจึงไม่ใช่กฎที่แน่ชัด - ความพร่ามัวแตกต่างกันเล็กน้อยสำหรับความยาวโฟกัสที่แตกต่างกัน - แต่เนื่องจากกฎของหัวแม่มืออยู่ใกล้

หากเราใช้เซนเซอร์การครอบตัดขนาด 1.5x ที่มีความละเอียด 24Mpx เดียวกัน (เช่น Nikon D3200) และใช้ความยาวโฟกัสเพื่อให้มุมมองที่เทียบเท่าเราจะมีทางยาวโฟกัส 16 มม. เวลารับแสง 37.5 วินาทีและ 12.7 พิกเซลเบลอ นั่นคือความพร่ามัวมากขึ้น 50%

ในกรณีนี้ "กฎ 400" สำหรับกล้องเซนเซอร์ครอบตัดจะให้ความพร่ามัวเหมือนกับ "กฎ 600" สำหรับตัวอย่างเต็มเฟรม

ฉันขอแนะนำให้ใช้ "กฎ 600" (หรือรุ่นที่เข้มงวดกว่าที่มีตัวเศษเล็กกว่า) ที่มีขนาดเท่ากันแทนที่จะเป็นความยาวโฟกัสจริงวิธีการที่กฎให้ผลลัพธ์แบบเดียวกันสำหรับเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก (เช่น 16 มม. บนเซ็นเซอร์ครอป 1.5 เท่าเทียบเท่ากับ 24 มม. ในเฟรมแบบเต็มใช้ความยาวโฟกัส "24 มม." แทนความยาวโฟกัส "16 มม. จริง" เพื่อคำนวณเวลาการรับแสงสูงสุด)

ดาวที่แตกต่างกันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกันเมื่อเทียบกับโลก การเคลื่อนที่ที่เร็วที่สุดนั้นเกิดขึ้นตามเส้นศูนย์สูตรของโลกในขณะที่ดาวขั้วโลก (โพลาริสสำหรับซีกโลกเหนือ) ที่ขั้วโลกฟ้าแทบจะเคลื่อนตัวไม่ได้เลย

สามารถเห็นเอฟเฟกต์ในภาพนี้จากวิกิมีเดียคอมมอนส์: โพลาริสปรากฏเป็นจุดคงที่ในขณะที่ดาวดวงอื่นหมุนรอบตัวมันและความยาวของเส้นทางดาวเพิ่มขึ้นเมื่อระยะห่างจากโพลาริส

แหล่ง

การคำนวณข้างต้นสำหรับสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดเมื่อรูปภาพมีดาวที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้า

ฉันเดาว่าข้อความ Takeaway คือ 600 ใน "กฎ 600" ขึ้นอยู่กับความละเอียดของกล้องขนาดของเซ็นเซอร์ที่บนท้องฟ้าที่คุณเล็งกล้องและสิ่งที่คุณพิจารณาว่าเบลอที่ยอมรับได้

ใช้จำนวนที่น้อยลงหากคุณต้องการความพร่ามัวน้อยลง

ในทางกลับกันจำนวนที่สูงขึ้นอาจเป็นที่ยอมรับได้หากคุณถ่ายภาพพืชผลโพลาริสใกล้ ๆ ใช้กล้องความละเอียดต่ำและ / หรือกำหนดเป้าหมายเป็นรูปแบบเอาต์พุตความละเอียดต่ำ

กฎ 600 ระบุว่าการ 'กำจัด' เส้นทางของดาวเวลาเปิดรับแสงในไม่กี่วินาทีควรจะหารด้วยความยาวโฟกัสของเลนส์ถ่าย 600 วินาที เลนส์ 20mm สามารถไปถึง 30 วินาทีได้เลนส์ 300 มม. สามารถไปได้ 2 วินาที

แน่นอน (เช่นการเคลื่อนไหวเบลอ) คุณจะไม่มีทางกำจัดเส้นทางดาว - เพียงแค่ลดเส้นทางให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้สำหรับการขยายที่กำหนด ทางออกที่สมบูรณ์แบบเพียงอย่างเดียวคือ "การติดตั้งติดตามเส้นศูนย์สูตรอย่างสมบูรณ์แบบ" และไม่มีสิ่งนั้น

สาเหตุนั้นยากถ้าไม่เป็นไปไม่ได้ - มันเหมือนกับ 'จับไม่ช้ากว่าความเร็วชัตเตอร์ 1 / focal-length' - กฎของหัวแม่มือหรือภูมิปัญญาทั่วไปที่ใช้งานได้ในหลายกรณี แต่ไม่ใช่ทั้งหมด

การอภิปรายของข้อดีข้อเสีย (และคณิตศาสตร์) สามารถดูได้ที่นี่: http://blog.starcircleacademy.com/2012/06/600-rule/

สามารถดูการสนทนาทั่วไปที่น่าสนใจและเพิ่มเติมเกี่ยวกับเส้นทางดาวได้ที่นี่: http://blog.starcircleacademy.com/startrails/

กฎนี้ใช้กับความเร็วชัตเตอร์ที่คุณควรใช้เมื่อถ่ายภาพท้องฟ้ายามค่ำคืน กฎมีดังนี้:

• เมื่อใช้เลนส์ที่มีความยาวโฟกัส L เพื่อถ่ายภาพการเปิดรับแสงนานของท้องฟ้ากลางคืน (ด้วยกล้องนิ่ง) ความเร็วชัตเตอร์สูงสุดที่คุณควรใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการเบลอของดาวคือ 600 / L วินาที

ตัวอย่างเช่นหากใช้เลนส์ 300 มม. หากคุณใช้ความเร็วชัตเตอร์ (600/300) = 2 วินาทีหรือสั้นกว่าคุณควรหลีกเลี่ยงการเห็นดาวเป็นเส้นแทนที่จะเป็นจุดของแสง

เท่าที่ฉันสามารถบอกได้ว่าไม่มีบันทึกว่าใครเป็นผู้ออกกฎหรือว่ามันได้รับมาอย่างไรอย่างไรก็ตามมันน่าจะมาจากการลองผิดลองถูกที่ใช้ฟิล์ม 35 มม. โดยมีความละเอียดต่ำกว่า (ความละเอียด) และความอดทนต่ำ (ขนาดเฟรม) กว่ากล้องของวันนี้และปัดขึ้น (หรือลง) เป็นรอบที่ดี 600

สำหรับการสมัครควรระมัดระวังเป็นพิเศษ เซ็นเซอร์ดิจิตอลที่ทันสมัยนั้นมีความคมชัดมากกว่าฟิล์ม 35 มม. ซึ่งหมายความว่าจะมีความทนทานน้อยลงเมื่อพูดถึงการเบลอของภาพเคลื่อนไหว นอกจากนี้กล้องดิจิตอลส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีเซ็นเซอร์ขนาดเล็กกว่าฟิล์ม 36 มม. x 24 มม. ของ 35 มม. ซึ่งหมายความว่ามีความอดทนน้อยลงดังนั้นจึงควรปรับให้เหมือนกฎ 400 เมื่อใช้กล้องครอปเซนเซอร์เหล่านี้ (นั่นคือ หากคุณคิดว่า 600 ยังคงเป็นค่าที่ถูกต้องสำหรับกล้องฟูลเฟรมซึ่งพิสูจน์ได้) ในทางกลับกันหากใช้กล้องที่มีฟอร์แมทขนาดกลางสามารถใช้จำนวนที่มากขึ้นได้

แม้ว่าคำตอบหลายคำตอบเหล่านี้จะเต้นไปรอบ ๆ แต่ก็ไม่มีใครชี้ให้เห็นว่า "กฎของ 600/500" นั้นได้มาจากสมมติฐานขนาดจอแสดงผลมาตรฐานและระยะการดู นั่นคือ: ขนาดจอแสดงผล 8x10 นิ้วดูที่ 10-12 นิ้วโดยบุคคลที่มีวิสัยทัศน์ 20/20

เงื่อนไขการแสดงผล / การรับชมแบบมาตรฐานให้ความสับสนประมาณ 0.030 มม. สำหรับขนาดฟิล์ม / เซ็นเซอร์ 36x24 มม., CoC ที่ประมาณ 0.020 มม. สำหรับเซนเซอร์การครอบตัด 1.5X APS-C และ CoC ประมาณ 0.019 มม. สำหรับ 1.6X เซ็นเซอร์ครอบตัด APS-C

"Rule of 600" นั้นค่อนข้างใจกว้างและขึ้นอยู่กับ CoC ประมาณ 0.050 มม. สำหรับกล้อง FF ค่าเผื่อที่กว้างขึ้นบางอย่างอาจขึ้นอยู่กับความยากลำบากในการโฟกัสอย่างแม่นยำบนดาวฤกษ์ที่มีกล้องฟิล์มที่ใช้งานในเวลาที่กฎได้รับมา - ปริซึมปริซึมไม่ได้ผลสำหรับการช่วยเหลือในการโฟกัสไปที่จุดหนึ่ง ภาพถ่ายวันที่ถ่ายด้วยกล้อง 35 มม. โฟกัสโดยใช้เครื่องหมายอินฟินิตี้ในระดับโฟกัสของเลนส์ (หรือหยุดอย่างไม่มีที่สิ้นสุดเมื่อเทียบกับเลนส์หลาย ๆ ตัวในเวลานั้น) และทำให้ดวงดาวในภาพที่เกิดมีขนาดใหญ่กว่า ได้รับกรณีที่มีจุดเน้นอย่างถูกต้อง

การคำนวณอย่างแม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับระยะเวลาที่คุณสามารถเปิดเผยได้ก่อนที่คุณจะได้รับเส้นทางของดาว หากคุณใช้กฎของหัวแม่มือและ / หรือการทดลองและวิธีการผิดพลาดจนกว่าคุณจะได้สิ่งที่ถูกต้องคุณอาจประเมินเวลาการรับแสงสูงสุดซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่สัญญาณรบกวนมากขึ้น ทาง

การคำนวณเวลาการรับแสงสูงสุดไม่ใช่เรื่องยากหากคุณทราบล่วงหน้าว่ามีวัตถุใดในท้องฟ้าที่คุณต้องการถ่ายภาพ วัตถุอยู่ในมุมที่สัมพัทธ์กับแกนการหมุนของโลกซึ่งกำหนดโดย 90 องศาลบการลดลงของสิ่งที่เรียกว่า เช่นถ้าวัตถุที่น่าสนใจคือกาแลคซีแอนโดรเมด้าดังนั้น [คุณสามารถหาได้ที่นี่] [1] ว่าการลดลงเป็น 41 ° 16 ′9″ ดังนั้นมุมจึงเขียนแกนการหมุนของโลกเป็น 48.731 องศา หากมุมมองมีขนาดใหญ่คุณอาจไม่ต้องการให้รอยทางเดินของดาวปรากฏขึ้นทางทิศใต้ของแอนโดรเมดาดังนั้นคุณต้องพิจารณามุมที่กว้างขึ้น สมมติว่าคุณได้ตัดสินใจว่ามุมจะเป็นแล้วลองเรียกมุมนี้ว่าอัลฟา

จากนั้นเราต้องทราบว่าความเร็วเชิงมุมของวัตถุที่มุมอัลฟาเมื่อเปรียบเทียบกับแกนการหมุนของโลกคืออะไร หากเราฉายวัตถุท้องฟ้าบนหน่วยทรงกลมระยะห่างจากแกนหมุนคือ sin (alpha) ทรงกลมหมุนรอบแกนของมันหนึ่งครั้งในทุกวัน sidereal ซึ่งเป็น 23 ชั่วโมง 56 นาที 4.01 วินาที (นี่คือน้อยกว่า 24 ชั่วโมงเล็กน้อยเนื่องจากโลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ดังนั้นโลกจะต้องหมุนรอบแกนของดวงอาทิตย์ให้มากขึ้น ในจุดเดียวกัน) ซึ่งหมายความว่าความเร็วของวัตถุคือ:

omega = 2 pi sin (alpha) / (86164.01 วินาที) = 7.2921 * 10 ^ (- 5) sin (alpha) / วินาที

เซ็นเซอร์กล้องอยู่ที่ศูนย์กลางของทรงกลมดังนั้นจึงอยู่ในระยะ 1 ถึงจุดบนทรงกลมซึ่งทำให้ความเร็วบนพื้นผิวของทรงกลมยังเป็นความเร็วเชิงมุมที่เกี่ยวข้องเป็นเรเดียนต่อวินาที

ความละเอียดเชิงมุมของภาพถูกกำหนดโดยขนาดพิกเซลหารด้วยความยาวโฟกัส ขนาดพิกเซลสามารถคำนวณได้โดยการหาสแควร์รูทของอัตราส่วนระหว่างขนาดเซ็นเซอร์และจำนวนพิกเซล เซนเซอร์ครอบตัดทั่วไปอาจมีขนาดพิกเซล 4.2 ไมโครมิเตอร์ หากความยาวโฟกัสคือ 50 มม. ดังนั้นความละเอียดเชิงมุมที่ จำกัด เนื่องจากขนาดพิกเซล จำกัด จึงเป็นเรเดียน 8.4 * 10 ^ (- 5) การแบ่งสิ่งนี้ด้วยโอเมก้าความเร็วเชิงมุมจะช่วยให้คุณได้รับเวลาการเปิดรับแสงสูงสุดเหนือกว่าซึ่งเส้นทางของดาวจะมองเห็นได้ในกรณีที่เหมาะสมที่สุด โดยทั่วไปสำหรับพิกเซลที่มีขนาด s และความยาวโฟกัส f สิ่งนี้จึงได้รับจาก:

T = s / (4.2 micrometers) (57.6 mm / f) / sin (alpha) วินาที