在阅读许多涉及天文摄影的资料时，我经常看到建议进行多次曝光并堆叠而不是长时间曝光。给出的原因通常是，由于传感器中积聚的热量导致像素发烫，因此较长的曝光时间会导致更多的噪声。然而，在我看来，一次接一个短片曝光，而各帧之间几乎没有冷却时间，这对减少整个系列传感器中热量的累积几乎没有任何作用。使用多个帧获得关于随机噪声（通常称为散粒噪声）的好处，与在相同的总时间内使用较少的较长帧相比，使用更多的较短帧会有什么好处？如果是这样，那么与热量有关的任何益处都与之相关吗？
例如，如果我想对夜空进行2小时的曝光以形成星迹，那么如果我将24五分钟的曝光量与240天的30秒的曝光量相结合，噪音会有明显的不同吗？如果是这样，那么这些收益与热量有关吗？还是全部是散粒噪声平均化的结果？
Answers:
当涉及夜空摄影和堆叠时，并没有真正替代实际SNR（信噪比）的方法。您可以通过堆叠数百个非常短的曝光（例如堆叠720个10秒的曝光）来虚拟地提高SNR，但是结果绝不会像您说40次3分钟的曝光一样。叠加一堆30秒的曝光效果会更好，并且可能会为您提供所需的东西，但是从曝光角度出发，时间越长，从长远来看就越好。
对于星迹拍摄，您需要更长的曝光时间。假设30秒的曝光实际上会产生痕迹，那么您可以堆叠较短的30秒曝光量。当叠放星迹时，最好至少暴露几分钟，因为实际上您会得到一些不错的踪迹。在较宽的角度（即16mm）下，您可以曝光45秒甚至更长一点，而不会出现任何明显的拖尾现象（您会得到一些略长的椭圆形恒星）。较长的焦距会降低开始产生可见光的所需最小曝光量。
堆叠和信号强度
说到堆叠，每个中的实际图像信号越强越好。有几个原因。首先，来自照相机电子设备的读取噪声与短时间曝光相比，短时间曝光的比例更高。曝光时间更长，可以增加图像信噪比。图像信号本身仍然有噪声，称为光子散粒噪声，但是再说一次……更长的曝光时间也会降低噪声。
接下来，您需要曝光足够长的时间，以使信号足够强以产生良好的色彩保真度。良好的色彩保真度在中色调范围内发生-从最高阴影到高光下方。最佳的色彩保真度发生在核心中间调，大约在18％的灰色范围内。（从技术上讲，数字传感器是线性的，但是即使晶体管也具有响应曲线，上部阴影和下部高光之间的宽范围提供了最佳响应。）来自星云等的更深层次的色彩差异通常根本不会出现除非将要堆叠的每个帧的实际SNR足以渲染至少其中一些帧。曝光时间较短时，通常会因噪点而失去淡淡的色彩，而且堆积量也很少。
最后，要完全解决更细，更暗的细微差别，例如尘埃和星云中经常出现的深红色细丝，或星系中更细微的细微差别，您需要一个足够完整的信号来覆盖要成像的整个天空区域。较低中间调的每个像素至少有一些信号。堆叠很多非常短的曝光会导致图像覆盖整个主体，但是由于每个帧的采样稀疏而缺乏完整性，并且整个信号可能低于较低的中间色调截止值。产生较高SNR的较长时间曝光会产生更完整的采样帧，这样在堆叠时，所有较暗的细微差别都会变得更强。
噪声
光子散粒噪声遵循泊松分布，泊松分布遵循标准偏差，该标准偏差是信号强度的平方根。举一个假设的例子，如果您在5D III上以ISO 800曝光2分钟，以获得接近饱和的结果，则最大信号强度将约为9000e-，而光子散粒噪声将约为95e-。如果以ISO 6400进行12次10秒的曝光，则信号强度为900e-，散粒噪声为〜30e-。用更明显的话来说，两分钟曝光的噪声是信号强度的1/95，而十秒钟曝光的噪声是信号强度的1/30。假设没有其他问题，则堆叠十秒钟的曝光应该会产生与两分钟的曝光几乎相同的结果。
但是，还有其他问题。在十秒钟的时间内，读取噪声也占信号的更大百分比。这样，在十秒钟的曝光中，由图像信号的电子读出引起的颜色噪声和其他伪影将更高。假设您将要使用的必要的暗帧和偏置帧用于堆叠，则可以消除其中的许多帧，但不能完全消除（堆叠只能起到去除稀疏，嘈杂图像中的噪点的作用）。假设是连续拍摄，则较长时间的较短曝光与较短时间的较长曝光相比，热量是阴影噪声的另一来源，不会有显着差异。
十秒ISO 6400拍摄时的色彩保真度不如120秒ISO 800拍摄时好。像5D III这样的摄像机的满孔容量超过67,000e-。在ISO 800下，最大信号强度为9055e-，在ISO 6400下，最大信号强度为1079e-。两者都低于理想的中间调水平，但是9055比1079好一个数量级。
星迹
我知道您明确询问过星迹摄影。保真度在这里不会成为主要问题，也不会捕获那些深，淡淡的颜色和深色细节元素（例如灰尘）。但是，要堆叠图像以生成其中的恒星踪迹照片，其中恒星环绕天空，则需要曝光足够长的时间才能实际生成踪迹……即使它们很短。
在更宽的角度（例如14mm和16mm）下，您可以曝光30秒以上，而实际上根本没有任何痕迹。假设您使用的是像素较小的APS-C传感器，则在20mm和24mm处，您应该开始在30秒左右看到星迹。您可能会开始在24mm的FF传感器和仅30秒的曝光下看到星迹。到35mm时，您应该获得30秒曝光的短距离……但是35mm确实开始缩小视野，因此，请确保这是您想要的。
为了获得体面的足迹，我建议暴露一分钟以上。您无需一次曝光整个两个小时的时间，但是曝光大约两到三分钟应该会为您带来一些不错的踪迹，将它们叠放时会产生一条不错的连续弧光轨迹。然后，您可以根据需要堆叠任意数量的镜头，以获得所需的踪迹长度。地球每小时旋转约15°，因此连续两个小时的小径射击会在您的小径中产生约30°的弧度。
散粒噪声仅取决于入射光量，因此，如果总曝光时间相同，则通过对短曝光进行平均就不会在散粒噪声方面获得任何好处（长时间曝光实际上可以为您进行平均）。
在实践中，多次曝光会增加阴影中传感器的读取噪声（如果您发现其中一种较新的Sony传感器，它会进入尼康，宾得和索尼的各种机身中，则读取噪声非常低，这可能是因为没问题）。
从我在天文摄影论坛上阅读的内容来看，最佳实践似乎是拍摄多次曝光（长时间拍摄时使用深色镜框以减少噪点），使传感器在两次拍摄之间可以充分冷却，尽管这通常是由有经验的人完成的。修改了相机以增加主动散热。取决于环境温度，除非您在两次曝光之间长时间离开相机，否则可能无法获得足够的冷却效果。
如果远距离拍摄信号，传感器会变热，并且最终会出现热点。因此，许多单短裤射击比较好。
如果您可以在这之间停顿几秒钟，以使传感器冷却，那就更好了。