天文摄影:真实光圈与f值?


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在阅读天文摄影时,我发现似乎有人在谈论速度时相信真实的光圈(光圈直径)比f值重要。这是怎么来的?

我读过一篇反驳,但有兴趣听取意见。我想您可能将其归因于将相同的光(图像的一部分)散布在更多的照片上,或者只是一种隐秘的方式来表示放大倍数是好的,但这似乎也适用于广角拍摄。

我什至还读过有关f值影响天空雾极限(相对于整体曝光)的内容。


我第一次遇到这种争论/考量是在伊恩·诺曼(Ian Norman)撰写的有关如何为银河系摄影选择镜头的文章中。可能对进一步阅读
很有帮助

Answers:


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在照相机中,图像的所有部分都穿过镜头的所有部分,因此光圈会影响到照射到图像各部分的光量。

在望远镜中,入射光是平行的,因此图像的每个部分仅通过透镜中的一个点。光圈仅限制图像圆,它不影响有多少光照射到图像的每个部分。因此,光圈和焦距(f值)之间的关系与曝光无关。

天空雾的限制主要取决于您获得多少杂散光,并且由于杂散光不平行(因为它来自于athpepehere),因此其强度受光圈的影响。因此,较小的光圈会对天雾极限产生一些影响。


请澄清:您是说望远镜镜片不是折射镜片吗?还是您只是在说望远镜中的物体很远,使得光线本质上是平行的,因此可以推断为相机天文摄影?关于天空雾的极限非常有趣。这种效果的程度是否会取决于镜头的设计,就像更烂的镜头在正常张开时会出现雾霾和对比度下降一样?
Eruditass 2010年

@Eruditass:平行的光线改变了光学系统的工作方式。当光线不平行时,来自光源的光线可以穿过透镜中的每个点,仍然会聚焦到同一点,但是对于平行光,只有一条可能通过透镜的路径最终到达任何特定点。影响天空雾极限的因素有很多,其中之一当然是附近光线引起的镜头眩光,与普通相机镜头具有相同的雾化效果,因此部分取决于镜头设计。
Guffa

@Guffa,这就是我从其他文章中了解的方式。我只是想澄清一下您的用语:“在相机中”与“在望远镜中”又增加了混淆,因为它误解了情况。照相机可以指向光源,在该光源处,光的波前实际上是平行的,而望远镜可以指向更近的物体。过去的两个晚上太糟糕了,多云,因此停下来没有帮助。
Eruditass

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望远镜中观察到的所有光线都不平行。你不能告诉我,月亮一侧的光与月亮另一侧的光平行。
埃文·克拉尔

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我相信您的答案的第二段是完全错误的。来自单个点的光仍然穿过望远镜中透镜的每个部分,并聚焦到图像上的单个点。否则,光圈的大小根本就不重要-您最好使用针孔。
埃文·克拉尔

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考虑一下,将您的相机对准完全均匀的墙壁。假设您从一个50毫米镜头,一个25毫米光圈(即f / 2)开始。如果您更换为100毫米镜头,则会减小视角,因此可以从较小的区域收集光线-因此,可以收集的光线更少。更具体地说,您将视角减小了一半,从而将面积减小到原来的1/4,因此,您所收集的光线也增加了1/4。从稍微不同的角度看待它,来自输入给定部分的光会散布在传感器/胶片上四倍的面积上,因此在传感器/胶片的任何给定部分上,它的亮度仅为其四分之一。

使用相对较小的光圈可对此进行补偿,例如,无论焦距和达到f / 2所需的光圈大小的组合如何,f / 2都会使进入相机的光总量相同。

大多数天文摄影还是有些不同。特别是,当你正在做一个明星的图片,增加一倍焦距应该不会翻倍明星的外观尺寸。除太阳外,所有恒星1的距离都足够远,因此它们应始终显示为点源。将焦距加倍并不意味着将恒星投影到胶片/传感器面积的四倍上。恰恰相反,在光学器件的清晰度限制下,您使用的任何焦距仍会将星状图像投影为点光源。

我在上面说“最”,因为这实际上仅适用于星星。对于月球,星云,彗星和更靠近的行星,您通常会放大到这样的程度,即所涉及的对象会以圆盘的形式投射在传感器/胶片上。一旦发生这种情况,您将回到最初描述的情况:更改焦距会更改对象的外观大小。较长的焦距会将相同的光散布在更多像素上,因此您需要收集更多的光以进行补偿。

¹纯粹是出于技术上的考虑,从理论上讲,一些最大的望远镜具有足够的分辨率,可以分辨出一对巨大的,相对较近的恒星(例如Betelgeuse)的圆盘。即使使用它们,这仍然纯粹是理论上的事情-气氛永远不足以使它们达到必要的细节水平。

如果将200英寸望远镜放置在大气之外的轨道上,那么我们实际上可以将Betelgeuse视为圆盘而不是点源。但这仅是可能的,因为Betelgeuse几乎是巨大的,而且相对较近。对于大多数恒星,您需要一个更大的轨道望远镜。


那么,由于存在点光源并且光线没有散布在更多像素上(在分辨率限制内),因此整体光圈重要吗?是有道理的,但本文将尝试以其他方式证明: stark-labs.com/blog/files/FratioAperture.php 也许差异是由于其他镜片质量引起的吗?
Eruditass 2010年

@Eruditass:他似乎在谈论细节,而不是聚光灯。尽管光圈与细节之间存在某种关系,但与这里讨论的问题完全不同。
杰里·科芬

好吧,它是在谈论本底噪声之上的细节,而不是像我们摄影家通常谈论的那样讲细节,而是本质上讲要获得更快镜头的目标:SNR。这肯定是我要的。他们以一种非常有趣的方式讨论了每个目标的光子与CCD井的光子以及总实际孔径与f数的关系。
Eruditass

但是,将焦距加倍确实会改变光的不同特征点之间的相对距离,并且使我们能够以比较短焦距范围更小的角度间隔来分辨二进制。
Michael C

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望远镜上的f比率定义了它能够用目镜显示的视角,该目镜将来自主镜(在反射镜中)或物镜(在折射镜中)的整个像圈聚焦。孔径望远镜的是主反光镜/物镜的直径。 实际上,使用适配器将摄像机安装到望远镜上时的限制因素通常是望远镜和摄像机之间的T型安装适配器的直径,该直径会阻塞部分光线。在正常的望远镜观察过程中,要获得更高的放大倍率,可将聚焦整个像圈的目镜替换为只聚焦一部分像圈的光的目镜。您仍在使用整个主要/物镜,但您只是在聚焦从视场中心射中的光。

当您取下目镜并插入T型安装适配器时,您正在做的就是使焦点延伸到聚焦管之外并在相机传感器平面上分辨。通过将聚焦器放入或放出以改变主/物镜与相机传感器之间的距离,可以调节焦点。有时可能需要加长管才能将摄像机拉远,使聚焦架的移动可以将来自示波器的光聚焦。

所有这些意味着有效孔径通常取决于T型安装适配器的直径,而不是望远镜的f比。实际上,在天文望远镜上使用DSLR时,您将需要对ISO和快门速度进行一些试验,以找到正确的曝光值。没有一个“正确”的曝光值。较低的曝光将仅显示最亮的星星,而较高的曝光也将显示较暗的星星。我通常使用焦距/ 600规则来确定在未裁剪的图像中没有出现相对于地球表面的恒星运动时可以使用的最大快门速度,然后从那里开始使用ISO直到我想要的最大亮度显示在图像中只是可见的。

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