在天文摄影中不进行超长时间曝光（小时）的原因是什么？

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我正在做一些研究以涉足天文摄影。

大多数教程建议先进行多次曝光，然后再堆叠。

这让我感到奇怪：假设相机在跟踪系统上，为什么不让快门打开尽可能长时间？

astrophotography long-exposure night

— 鲁斯兰
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这些教程是否假定您已安装了跟踪系统？

— unperson325680 '18

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我推荐查尔斯·布雷肯（Charles Bracken）写的《深空成像入门》一书。它将回答大多数初学者的问题。有关更多详细信息，请参阅专门的astro论坛，例如阴天夜晚。

— user71927 '18

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有关物理学的信息：physics.stackexchange.com/questions/306036/…–

— dmckee

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@ Michael Clark和@ Itai提供了很好的答案。从热情的业余爱好者的角度出发，还有一些其他想法：

跟踪技术不是完美的，有时更好地在可用跟踪的实际限制内工作而不是将其推到太远
长时间曝光可能无法在高水平的光污染下很好地发挥作用。在捕获尽可能多的目标光子而不会过度覆盖不想要的光子之间有一个平衡
风险管理：如果您只长时间曝光，则很容易因外部闪光灯熄灭而损坏。多次较短的曝光意味着您可以丢弃不良帧

— 马丁五世
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关于“在捕获尽可能多的目标光子而不过度吸收不需要的光子之间要取得平衡”：这应该完全与曝光时间无关。

— 彼得-恢复莫妮卡

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对于跟踪技术评论+1，使用笨拙的极坐标对准的赤道仪，我在300mm FL上能够获得约3分钟的飞行时间，而之前没有星迹，但只有运气在我这一边。根据套件和技术的质量和复杂程度，您可能会做得更好或更糟，但是如果您尝试使用业余套件来对付深空物体，则在后期对齐和堆叠始终会有所帮助。

— Joseph Rogers

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@ PeterA.Schneider有随时间变化的干扰物，例如流星，飞机和云层。拍摄多张图像可让您轻松丢弃这些图像。另一个因素是使像素的光子存储饱和，这一极限称为“全阱容量”。

— user71659

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@ PeterA.Schneider除非“不需要的光”接近恒定且无处不在，否则实际上并非如此。否则，您就没有丢弃不良帧的算法。如果您有很多空头头寸，那么您将从某个分布中获得许多样本。恒星停留在（几乎）同一位置（假设使用跟踪系统）中，不需要的光线可能会熄灭（这些天的汽车，房屋，甚至是路灯），或者相对于跟踪参考系而言是静止不动的。两者都使您可以使用精巧的算法对其进行过滤。

— DRF

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@DFR，您说“舍弃不良帧”，我无法说出您是否同意MartinV的观点＃3，还是暗示将多个连续图像的数字组成转换为模拟的长时间曝光（添加单词算法，我认为后者）。我不了解OP，但是我[非常业余]天文摄影的长时间曝光是在老实的胶卷上用重玻璃完成的。除非OP明确表示存在，否则您不能假定长时间使用数字清除过程。

— Ruscal

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首先是因为我们现在可以。

灯泡摄影确实可以拍摄数分钟至数小时的曝光，具体取决于相机。使用胶片相机时，天文摄影的曝光时间非常长，并且这些相机没有时间限制，因为它们不需要电源即可操作。

数码相机的使用方法相同，但是大多数无反光镜将灯泡的曝光时间限制为30分钟或一个小时，因此无法进行更长的曝光，因此别无选择。

尽管大多数数码单反相机可以曝光一个小时以上，所以它们可以进行很长时间的曝光以一次拍摄最终图像。然而，使用多次射击可能是有利的。最重要的是，每个像素的最大亮度被有效扩展。一次拍摄后，一旦光敏石饱和，就会过度曝光。使用多张照片时，可能不会发生饱和，从而使软件可以使用更高的数据精度。过于简单化了，每次加倍拍摄都会给您带来额外的精度和大致的动态范围。因此，与单次曝光相比，只需拍摄4张照片，即可获得2个动态范围的光圈。

多次曝光具有平均噪声的作用。这样可以为您提供更清晰的图像，但每个图像都可以应用软件降噪功能，这比处理更长的噪点更为有效。

很难对长时间曝光进行测光，但是如果您有很多图像，则可以灵活地不使用整个堆栈或控制软件进行混合以避免过度曝光，尤其是在合成中包含一些前景的情况下。

进行多图像捕获的两个缺点很小。一个是以后要进行更多的工作，因为必须通过计算机而不是单个图像来传输和处理图像堆栈。另一个问题是，如果您正在做星际追踪，而相机在拍摄之间需要时间，则间隙可能很小（如果您不希望有很大的间隙，请确保关闭“减少长快门降噪”），这可能取决于许多因素，并且特定的相机。

— 伊泰
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堆叠的主要优点是将随机化的Poisson分布“散粒噪声”平均化，这在诸如天文摄影的低照度图像中可能是一个问题。堆叠的另一个优势是使用专用的单色成像传感器，同时在整个传感器上针对每次曝光交替使用彩色（或与天文学相关的专用）滤光片，然后在后期将它们组合在一起。

— 迈克尔·C
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对于散粒噪声的叠加，多次曝光与使用相同累积时间的一次长时间曝光完全相同。我们可以将其视为“模拟堆栈”。因此，不，这绝对不是我们使用多次曝光的原因。

— szulat

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@szulat仅当您使用纯平均值过滤而不是修剪平均值或中值过滤器堆叠多次曝光时。

— jpa，

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@jpa答案指出“平均”。无论如何，算法是次要的。该过程本身会收集相同数量的噪声。可能有所不同的是技术，例如获得更大动态范围的能力（比单次曝光更大。14甚至16位文件通常不足以覆盖天文摄影的巨大反差）

— szulat

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@szulat：请记住-中位数是平均值的一种。

— psmears

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@MichaelClark在科学中，这些技术称为鲁棒堆叠。如果这正是您的意思，那么您也许应该在答案中将其明确。但是，我要指出的是，在散粒噪声的情况下，强大的堆叠实际上并不比简单平均好多少。它的主要优点是可以防止极端的异常值影响最终结果。也就是说，它会完全移除在某个时间通过框架的流星。不过，散粒噪声还不够极端，实际上，由于稳健堆叠分配的权重不相等，散粒噪声最终可能变得更强。

— 左右约

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数字传感器长时间曝光会发热；我的曝光时间短至6分钟，在框架的各个角落显示出非常明显的色彩失真。在没有特殊冷却的情况下，连续运行芯片数小时，结果很可能会造成混乱。

— 埃特波姆
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我曾经在天文台工作过，我可以确认这台大望远镜的CCD传感器（如今是这样）配备了专用的冷却系统。我不记得是不是氮气，但是那是那样的。

— Basj

专用深空星空摄像机通常具有30-50C的测温冷却功能。黑体辐射与温度（以开尔文为单位）成四次方成正比。因此，虽然LN2所能给他们带来的热噪声降低幅度无法达到约99.5％，但确实可以将其降低约三分之一至一半。较低的本底噪声是人们代替常规DSLR使用它们的主要原因之一。

— Dan Neely

1

同样，长时间曝光也会使您拥有相机内置软件的功能。通过拍摄许多图像并随后对其进行后处理，您可以使用具有不同功能和优先级的软件，这可能会给您带来更好的画面。

— ThorbjørnRavn安徒生
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（这应该是一个评论，但我的代表处是太低了）

— 托尔比约恩Ravn的安徒生

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在阅读了其他答案并在上周宣布了超级血腥的蓝色月亮事件后，我决定尝试进行实验。当我不工作或睡觉时，在短暂的一次云中断中，我拍摄了月亮。我拍摄手持设备只是一个实验。我的相机是Olympus E-520（2008年发布），当达到极限时，它的噪点非常出众，并且具有70-300mm的镜头，具有相当普通的质量，但是四分之三的传感器尺寸使其等效于600mm的视野。

我在F9.0 1 / 40s iso800 300mm图像稳定器上拍摄了几张照片。

我选择了大约5个，并尝试使用Darktable，Gimp，Siril和Hugin处理文件。此处显示的图片具有未经噪声处理的单色框架，并且由5张相似的镜头对齐并混合后转换为黑白并稍微锐化而成的合成图像。您可以在黑白图像的角落看到对齐的图像没有重叠的现象，这揭示了附加图层对噪声的影响。

无论我是简单地对Gimp中的图层进行平均（尽管几乎不可能对齐和旋转图层）还是使用Hugin或Siril，背景中的噪点都显着减少。

— dmkonlinux
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长时间曝光等于平均多个较短的曝光。当您进行多次短时曝光时，如果需要，您始终可以选择平均以模仿长时曝光。但这也使您可以使用许多其他选项（除平均之外）。

— 阿奇布·埃贾兹（Aqib Ejaz）
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