天文摄影的“ 600法则”是什么?


Answers:


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星星移动。与其他任何动作一样,我们关心的是它们在曝光期间在传感器上移动了多少:仅在单个像素内发生的动作不是传感器可以捕获的动作,即该动作似乎冻结了。

但是,当运动在曝光过程中跨几个像素指向一个点时,运动模糊将可见,在这种情况下,星迹会变尾。像“ 600规则”这样的规则在本质上与手持式曝光的“ 1 /焦距规则”类似,因为它试图给出对于大多数焦距产生近似相同运动模糊的曝光时间。

推导非常简单:

  • 天空在24小时内旋转360度,即每秒0.0042弧度。
  • 假设使用全画幅相机和24mm镜头,我们的水平视角为73.7度。(请参阅维基百科的“视角”文章。)
  • 假设使用24 Mpx传感器(6000x4000,例如Nikon D600),则将这些73.7度投影到6000个水平像素上,每度给出81.4个像素。
  • 假设使用24mm镜头,则“ 600倍法则”给出600 / 24mm = 25秒的曝光时间。
  • 在25秒内,天空将移动〜0.1度。
  • 对于带有24mm镜头的24 Mpx全画幅相机,0.1度可转换为8.5像素。

根据600规则,这8.5个像素代表在恒星点变成恒星轨迹之前的最大可接受运动模糊。(这就是规则所说的。对于特定目的,是否接受8像素涂片是一个不同的讨论。)

如果我们将400mm镜头插入相同的公式,则曝光时间最长为1.5秒,移动量为7.3像素。因此,这不是一个精确的规则-不同焦距的模糊程度略有不同-但根据经验,它非常接近。

如果我们使用具有相同24Mpx分辨率的1.5倍裁剪传感器(例如Nikon D3200)并使用焦距给出等效的视角,则我们将具有16mm焦距,37.5秒的曝光时间和12.7像素的模糊。模糊程度提高了50%。

在这种情况下,农作物传感器相机的“ 400规则”将给出与全帧示例的“ 600规则”相同的模糊效果。

我建议使用等效值而不是实际焦距的“ 600规则”(或更严格的版本,使用较小的分子),这样对于较小的传感器,该规则将得出相同的结果。(例如,1.5倍裁剪传感器上的16mm相当于全画幅上的24mm;使用“ 24mm等效”而不是“ 16mm实际”焦距来计算最大曝光时间。)


不同的恒星相对于地球以不同的速度运动。最快的运动是沿着天赤道,而位于天极的极星(北极星为北半球)几乎没有运动。

可以从Wikimedia Commons的这张图片中看到这种效果:北极星作为中间的固定点出现,而其他恒星围绕它旋转,并且恒星踪迹的长度随着距北极星的距离而增加。

恒星绕天极移动
资源

上面的计算是针对最坏情况的情况,即当图片中包含沿着天赤道运动的恒星时。


我想得出的要点是,“ 600规则”中的600取决于相机分辨率,传感器尺寸,您将相机指向天空的位置以及您认为可接受的模糊度。

如果要减少模糊,请使用较小的数字。

相反,如果拍摄近距离的北极星,使用低分辨率相机和/或定位为低分辨率输出格式,则可以使用更高的数字。


镜头在天空中指向哪里有关系吗?想必明星北极星附近移动小的线量.....
mattdm

@mattdm是的,很重要,请参阅更新。但是推导是针对最坏的情况。
jg-faustus 2012年

只是一个奇怪的问题,“百万像素”(分辨率)是否真正影响了“ 600规则”?也请查看此博客davidkinghamphotography.com/blog/2012/11/… 我有点困惑...
Jez'r 570 2013年

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@ Jez'r570“ 600的规则”对于手持快门速度就像“ 1 /焦距”,对于混乱的圈子就像“ d / 1500” :这些公式忽略了分辨率,并且是根据您可以看到多少细节来计算的肉眼在“标准观看距离”的“标准尺寸打印件”上。如果您使用照片时使用标准尺寸的打印件和标准的观看距离,则相机的分辨率无关紧要。
jg-faustus

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但是,如果要使用高分辨率相机的额外分辨率,例如通过在计算机上进行更多裁剪,打印更大的图像,更近的观看或100%观看,则更高的分辨率将显示更多的模糊,因此您需要更严格的规则。自由度和手持快门速度也是如此。
jg-faustus

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600的规则规定,“消除”星迹的曝光时间(以秒为单位)应为600除以拍摄镜头的焦距。20mm镜头可能需要30秒,300mm镜头可能需要2秒。

当然(就像任何运动模糊一样),您将永远不会消除星形痕迹-您只需将轨道减小到给定的放大倍数即可。唯一的完美解决方案是“完美对准赤道仪跟踪”,没有这样的解决方案。

病因学很困难,即使不是不可能的,这有点像“不低于1 /焦距快门速度的手持”,这是经验法则或常识,在许多情况下(并非所有情况下)有效。

有关优缺点(和数学)的讨论可以在这里找到:http : //blog.starcircleacademy.com/2012/06/600-rule/

有关星迹的有趣且更笼统的讨论可以在这里找到:http : //blog.starcircleacademy.com/startrails/


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此规则适用于拍摄夜空时应使用的快门速度。规则如下:

  • 当使用焦距L的镜头(用固定相机)拍摄夜空的长时间曝光照片时,为避免星星模糊所应使用的最大快门速度为600 / L秒。

例如,如果使用300mm镜头,则快门速度为(600/300)= 2s或更短时,应避免将星星看成是线而不是点的光。

据我所知,没有记录是谁提出了该规则或它是如何得出的,但是它很可能是基于使用35mm胶片的反复试验而产生的,其固有的分辨率(颗粒)和公差较低(镜框尺寸),而不是当今的摄像头,并且向上(或向下)舍入到一个很好的600倍。

至于应用,应注意。现代数字传感器比35mm胶片清晰得多,这意味着运动模糊时的公差较小。此外,当今大多数数码相机的传感器比36mm x 24mm的35mm胶片要小,这意味着甚至没有公差,因此在使用这些裁剪传感器相机时,应该将其调整为400倍(即,如果您认为600仍然是全画幅相机的有效值,则可以争论)。相反,如果使用中画幅相机,则可以使用更大数量的相机。


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为了进一步说明数码相机的无效性,百万像素的数量有所不同。与12 MP相机相比,36 MP可以在更短的时间内捕获运动。
丹·沃尔夫冈2012年

我本打算提出这一点的,但我却犹豫了。如果您比较35mm胶片,佳能5D mk 1(12mp)和尼康D800(36mp)的照片,那么在大约12“ x 8”的最常见打印尺寸下,分辨率几乎没有差异。影片将开始显示颗粒感(取决于所使用的品牌),而数码照片在更大的尺寸下实际上将是相同的。当然,如果您开始查看各个像素,则这三个像素之间会有明显的差异,但是实际上,我认为在大多数情况下这并不重要。
NickM

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该网站提到的一点是,较长的未跟踪曝光不会使踪迹更亮,因为恒星的图像(假设完美对焦)从光地点移动到光地点,并且仅将如此多的光子沉积到每个光地点中。高分辨率/较小的photoite传感器使此效果更加明显。
BobT 2012年

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从表面上看,你是对的,尼克。我忽略的关键部分:焦距和位置会放大这一点。例如,如果以24毫米拍摄,则不会注意到像素密度的差异。例如,以300毫米拍摄时,像素密度更容易被注意到。将相机与北极星对准90度角,您将捕捉到极端的运动,在短得多的快门速度下即可轻松看到。这导致:也许“您将相机指向何处”应该是对“ 600规则”有所揭穿的另一个答案。
丹·沃尔夫冈2012年

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尽管其中一些答案围绕它跳舞,但没有一个指出“ 600/500规则”是基于标准显示器尺寸和观看距离的假设得出的。即:具有20/20视力的人在10-12英寸处观看的8x10英寸显示器尺寸。

对于36x24mm的胶片/传感器尺寸,标准的显示/查看条件会产生约0.030mm 的混乱圈,对于1.5倍的APS-C裁剪传感器,CoC约为0.020mm,而对于1.6倍的CoC约为0.019mm APS-C作物传感器。

“ 600规则”更为宽大,它基于FF相机的CoC约为0.050mm。一些较宽的余量可能是基于在得出规则时使用胶片相机精确地将星星聚焦的困难-分离棱镜无助于聚焦于一个点而不是聚焦于这么多的直线使用35毫米相机拍摄的当天的astroastro照片使用镜头焦距刻度上的无穷大标记聚焦(或比当时许多镜头的无穷大硬停止)聚焦,因此所生成图像中的星星甚至比模糊大。正确聚焦点就是这种情况。


您是否建议人们改用最新的经验法则?
mattdm

嗯,在重读已接受的答案时,我不太确定说它只是“围绕”这个问题而公平。
mattdm

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@mattdm不赞成。接受的答案没有提及CoC。它只是反算特定传感器的数学运算,并指出600规则等于该传感器的 8 px或更小的模糊。机管局跳着舞说:“是否可以将8像素涂片用于特定目的是另一回事。” 但是,这一决定正是 CoC所要做的!它是特定传感器最终计算之上的抽象水平,与数字或胶片无关都具有含义,并且是模糊点大小的可量化选择。
scottbb '16

@mattdm此答案仅针对OP的第二部分:“它是如何派生的?” 特别是对于已经有多个答案的问题,在堆栈交换中有很多先例可以换一个额外的答案,以仅解决一个问题的一部分。
Michael C

@mattdm除了scottbb指出的以外-AA以像素大小(因此为数字成像)为出发点,而不是从“标准显示大小和观看距离”的角度出发来解决问题。但是,电影时代的所有“经验法则”几乎都是基于“标准尺寸和距离”的假设。即使是DoF图表以及它们所基于的可接受的CoC,通常也假定为“标准大小和距离”。不同制造商使用的不同CoC存在差异的地方,是基于观察者的视线应该被假定为多么良好。
Michael C

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值得一提的是,在获得星迹之前,可以更精确地计算出可以暴露多长时间。如果您使用经验法则和/或反复试验的方法直到正确无误,您可能会低估最大曝光时间,这最终会导致更多的噪点,因为您最终会以不理想的方式生成最终图像方式。

如果事先知道要拍摄天空中的哪些物体,则计算最大曝光时间并不难。物体相对于地球的旋转轴成一定角度,该角度为90度减去物体的所谓偏角。例如,如果感兴趣的物体是仙女座星系,那么[您可以在这里找到] [1]偏角为41°16′9″,因此地球旋转轴的角度为48.731度。如果视野很大,您可能不希望星迹出现在仙女座的南部,因此您需要考虑更大的角度。假设您已确定该角度将为该角度,我们将此角度称为alpha。

然后,我们需要知道物体相对于地球旋转轴的夹角为α的角速度是多少。如果将天体投影到单位球体上,则到旋转轴的距离为sinα。球体每恒星绕其轴旋​​转一次,即23小时56分钟4.01秒(这比24小时略少,因为地球绕太阳旋转,所以地球必须绕其轴旋转更多一点才能使太阳旋转在同一地点)。这意味着物体的速度为:

ω= 2 pisinα/(86164.01秒)= 7.2921 * 10 ^(-5)sinα/秒

相机传感器位于球体的中心,因此它与球体上的点之间的距离为1,这使球体表面上的速度也与相应的角速度(弧度/秒)相关。

图片的角分辨率由像素大小除以焦距得出。像素大小可以通过取传感器大小和像素数之比的平方根来计算。典型的作物传感器的像素大小可能为4.2微米。如果焦距是50mm,那么由于有限的像素尺寸而导致的极限角分辨率将因此是8.4×10 ^(-5)弧度。将其除以角速度ω可获得最大曝光时间,在理想情况下,超过该最大曝光时间,星迹就会变得可见。通常,对于大小为s和焦距为f的像素,可以这样表示:

T = s /(4.2微米)(57.6 mm / f)/sinα秒

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