CZY UŚREDNIAJĄC KLATKI ZWIĘKSZAMY W NICH SZUM?

[jolo]

Wydzielono z wątku Mit światłosiły http://www.forumastronomiczne.pl/index.php?/topic/9581-mit-%C5%9Bwiat%C5%82osi%C5%82y/

Z poważaniem - moderator ****************************************************************************************

 

Przy krótkich czasach i takiej ilości klatek szum odczytu kamerki będzie miał znaczący udział w całkowitym szumie, wg mnie nie odzwierciedli to "normalnych" warunków zbierania materiału. A już na pewno nie przy astrofotografii estetycznej. Raczej będę zbierał dłuższe klatki i mierzył słabsze gwiazdy. 

[Gość]

Dlatego w nawiasiuku napisałem Ci ilości klatek o kalibracji nie wspominając (bo pełna jest kwestią oczywistą).

[jolo]

No tak, ale wolę mierzyć sygnał słabszych gwiazd w materiale 10x5 minut, niż jasnych w materiale 50x1 minuta. W tym ostatnim będę miał 5x więcej szumu odczytu. Takie porównanie byłoby na pewno interesujące, ale nie to chcę mierzyć, dlatego wpływ szumu odczytu chcę zminimalizować. 

[Gość]

5x większy szum odczytu? Co ty za bzdury prawisz? Przy długich czasach naświetlania szum własny będzie wielokrotnie wyższy niż szum odczytu. Przy zmianie skali małe gwiazdki które bez reduktora będą się rozlewały na sąsiednie piksele będą słabiej wysycać pixel, stąd taki pomiar jest - bez sensu.

[jolo]

4 minuty temu, Papatki napisał:

5x większy szum odczytu? Co ty za bzdury prawisz? Przy długich czasach naświetlania szum własny będzie wielokrotnie wyższy niż szum odczytu. (...)

Co rozumiesz przez pojęcie szum własny? 

[Gość]

a rozumiesz dlaczego stackujemy klatki? Bo mam coraz większe wątpliwości.

[jolo]

Po prostu próbuję zrozumieć o co Ci chodzi. Na szum w wynikowym obrazie z kamerki składa się wiele czynników - szum odczytu, szum termiczny, szum kwantyzacji, do tego dochodzi szum promieniowania tła nieba i z obiektu, i nie wiem które z nich (a może jeszcze inny) rozumiesz pod pojęciem szum własny. 

Podejrzewam, że te dwa ostatnie i wtedy tak jak piszesz - przy długich czasach naświetlania on będzie dominujący i właśnie to chcę uzyskać. Gwiazdy do pomiaru mam zamiar brać takie, jak opisałeś - o wysyceniu 30-40%, jedynie stosować dłuższe ekspozycje. 

[Gość]

Ja też próbuję Cię zrozumieć. Jak obliczyłeś, że 50 zdjęć będzie miało 5x więcej szumu odczytu w stosunku do 10 klatek? Przy poprawnej kalibracji (na temat której już rozmawialiśmy) i stacku więcej ilości zdjęć (zakładamy, że będzie to 50 szt.) minimalizujemy wpływ pracy CCD w kwestii pomiaru różnic sygnału. To 10 klatek będzie obarczone większym szumem. Różnica w przypadku, który opisujesz będzie wyłącznie w stosunku sygnału do szumu.

 

[jolo]

Dlatego usunąłem ten fragment, bo nie będzie tam 5x więcej szumu odczytu, tylko ok. 2.3x więcej. Losowego szumu nie usuniesz kalibracją (choć pamiętam, że się z tym nie zgadzasz, ale - http://www.cyanogen.com/help/maximdl/Dark_Frame_Calibration.htm , http://deepskystacker.free.fr/english/theory.htm i wiele innych źródeł), szum nie jest wartością, którą można odjąć. Każdy szum się sumuje (choć nie liniowo, wynikowy szum jest pierwiastkiem z sumy kwadratów poszczególnych składników, stąd wcześniej podana wartość 5x była nieprawidłowa).

I jeśli chodzi o szum odczytu, to jest on w każdej pojedynczej klatce. Oczywiście w klatkach będzie też zawarty szum z innych źródeł, szum termiczny (zazwyczaj dużo mniejszy, niż szum odczytu) i szum z promieniowania tła. Im dłużej naświetlamy pojedynczą klatkę, tym więcej łapiemy szumu promieniowania tła, a szum odczytu pozostaje stały dla pojedynczej klatki. Przy odczycie wszystko się sumuje. 

I teraz jak mamy 50 minut materiału w dwóch postaciach - 10x5 minut i 50x1 minuta, to mamy:

• tyle samo szumu promieniowania tła (bo ten sam czas ekspozycji)
• tyle samo sygnału (z tego samego powodu)
• tyle samo szumu termicznego (on też akumuluje się w trakcie ekspozycji)
• w 50 klatkach mamy 50 razy dodany szum odczytu. W materiale z 10 klatkami - 10 razy. 

Skoro mamy w obu przypadkach tyle samo sygnału, ale w 50 klatkach więcej szumu, niż w 10, to w materiale z 10 klatek uzyskamy lepszy SNR. 

Piszesz, że w materiale z 10 klatek (10x5 minut) będzie więcej szumu, niż w materiale 50x1 minut. To dlaczego nie pójść jeszcze dalej i nie naświetlać 100x 30 sekund? Cały czas mówimy o materiale o tym samym sumarycznym czasie naświetlania - 50 minut. 

To wszystko przy założeniu, że kalibracja nie usuwa nam szumu losowego z surowej klatki. Tak mówi teoria, tak podają różne źródła, tak też wychodzi z moich eksperymentów, choć nie miałem okazji narobić 50 albo 100 darków, żeby to sprawdzić przy takiej ilości, tak jak sugerowałeś w wątku http://www.forumastronomiczne.pl/index.php?/topic/8458-o-kalibracji-w-teorii-i-praktyce/

[Gość]

zanim się rozpiszę, co myślisz o tym?

[jolo]

Ciekawy eksperyment i ciekawe wyniki http://www.hiddenloft.com/notes/noise_and_sub.htm . Próbowałeś go powtórzyć? Ja na pewno będę próbował  Myślę że materiał 10x5 i 50x1 może być do tego zbyt drastyczny, ale 25x2 powinno dać jakiś wynik do porównania. 

PS - warto go powtórzyć choćby po to, żeby wyeliminować kilka nieścisłości. Po pierwsze - jednak przy klatkach 5 minutowych autor w sumie naświetlił więcej materiału. Niewiele, bo niecałe 10% w luminancji, ale jednak więcej. Po drugie zarówno przy składaniu 6 klatek jak i 13 zastosował ten sam algorytm stackowania, a to już jest grubsza sprawa, bo zaawansowane algorytmy przy 6 klatkach zupełnie sobie nie radzą, co łatwo sprawdzić choćby w Pixie. Z moich testów wynika, że składanie dopiero 12 albo więcej klatek przy użyciu Averaged Sigma Clipping daje lepszy wynik, niż przy użyciu prostego Percentile Clipping. Już same te dwa czynniki mogą tłumaczyć lepszy wynik dla materiału 13x5 w porównaniu do 6x10 minut.

[bartolini]

Z 6 prób jest nędzna statystyka - niezależnie od algorytmu.

[Gość]

tak, znam to od lat. Nie ciężko znaleźć odpowiedź, autor sam napisał, że drugą część tego testu zrobił przy Księżycu. Cały czas natomiast błędnym jest Twoje założenie co do skali dodawanego szumu w przypadku stacka.

• w 50 klatkach mamy 50 razy dodany szum odczytu. W materiale z 10 klatkami - 10 razy. 

Patrz powyższy obrazek. Szum odczytu jest stały, nie akumuluje się jak szum termiczny a ten rośnie wraz z długością ekspozycji. Nawet zakładając, że nie skalibrujesz tych klatek, przy stacku jego wpływ będzie malał a nie rósł. Mam wrażenie, że wciąż popełniasz ten sam błąd co w dyskusji o kalibracji. Przy kalibracji dodajemy szum do klatki o ile kalibrujemy 1 klatka light - 1 dark - 1 bias. W każdym innym przypadku dodawany szum do klatki jest na poziomie, który jest pomijalny przy złożeniu kilkunastu-kilkudziesięciu klatek. 

Myślę, że wiem jaka jest podstawowa teza Twojego toku myślenia. Każdy zestaw (a więc optyka + detektor) dla nieba o określonej jakości ma optymalny czas naświetlania. Zbyt krótkie ekspozycje będą miały gorszy stosunek S/N, przy zbyt długich poziom tła (czyli coś co jak się domyślam nazywasz promieniowaniem) będzie "prześwietlał" część sygnału. Tylko, że to nie jest takie proste. Poziom jasności nieba wciąż się zmienia, nie tylko w przeciągu pór roku, ale miesięcy czy nawet godzin jednej nocy (u mnie pomiędzy 20,50 a 21.40). Na stosunek S/N istotny wpływ ma temperatura otoczenia. Maksymalny czas ekspozycji zależy od jakość prowadzenia (przy założeniu, że nie przekraczamy w czasie całej ekspozycji błędu na poziomie 0,1 RMS) i będzie różny dla różnych montaży i konfiguracji. Poważnym ograniczeniem, dla dłuższych ogniskowych będzie też seeing.

Wracając do tezy głównej tego wątku, nie widzę sensu rozpatrywania innego przypadku niż system z reduktorem lub bez niego. W takim przypadku ZAWSZE czasy ekspozycji potrzebne do uzyskania takiego samego poziomu ADU będą krótsze dla systemu z reduktorem. Oczywiście zmieni się skala, oczywiście są też inne kwestie wpływające na obrazu przy stosowaniu reduktora, ale podstawą Twoich rozważań jest to, że ktoś coś będzie musiał skalować a podstawą moich jest to, że zmieszczą się obiekty, które kiedyś były zbyt duże, żeby w całości je sfotografować. Straty na optyce, w dzisiejszych czasach, też nie mają już takiego znaczenia. W starych achromatach (XIX -XX w) mówiło się, że straty wynoszą około 20%. Dziś nowoczesne optyka pożera 3-5% max.
Oczywiście ZAWSZE jest lepiej mieć większy teleskop niż jaśniejszy, ale w takim przypadku trzeba mieć lepszy montaż, lepszą kamerę, lepsze niebo, lepszy seeing i często jest tak, że da się osiągnąć lepsze rezultaty z 5" refraktora niż np. z 8" newtona. 

[jolo]

Z wszystkim tym co napisałeś się zgadzam. Wg mnie po prostu patrzymy na to z różnych stron. Przy opisywaniu mitu światłosiły na początku po prostu odłożyłem kamerkę na bok i analizowałem sam sygnał. Podstawą moich rozważań był fakt, że mając stałą aperturę niezależnie od ogniskowej otrzymamy zawsze tyle samo sygnału, bo apertura to jest jedyne okno, przez które łapiemy fotony. Cała reszta wynika ze specyfikacji detektora. 

BTW - 20,50 do 21.40 - chciałbym mieć takie niebo 

[Gość]

Mam nadzieję, że porzuciłeś już teorię o multiplikowaniu szumu przy wzroście ilości klatek?
Kluczem do zrozumienia światłosiły jest (jak już kilka osób zwracało uwagę) wyjściowy krążek światła. 

Pozdrawiam!

[Gość]

Kurde, bardzo mi się to nie podoba. Przeniosłeś wątki i dodałeś zdanie zmieniając kontekst wątku. Może zmień go, raczej na: CZY UŚREDNIAJAĆ KLATKI ZWIĘKSZAMY W NICH SZUM? 

[jolo]

Jasna sprawa. To w temacie - od lewej jedna klatka, druga klatka i ich suma na końcu po prawej:

  

[Gość]

Przepraszam a co to jest? jakiś opis?

[jolo]

A tak - 60s klatki z Atika383L+, refraktor TS130/910, reduktor 0.79x, filtr Baader L,  kalibracja 50x bias, 30x dark, 10x flat. Niebo podmiejskie, zasięg wizualny około 4.5mag.

[Gość]

i rozumiem, że według Ciebie to oznacza, że szum rośnie? :) 

 

[jolo]

Tak, mamy jedno zdjęcie i drugie zdjęcie, sumujemy je funkcją Pixel Math i szum wzrasta. Otrzymana wartość jest bliska teoretycznie wyliczonej: pierwiastek(92.5² + 98²) = 134.8 .

[zombi]

Metoda sumowania jest oczywiście stosowana ale ekstremalnie rzadko a jej zaletą jest to że wpływa najlepiej na SNR czyli odległość między szumem a sygnałem - znaczy się szum rośnie ale sygnał jeszcze bardziej co zwiększa między nimi odległość - jolo co ty właściwie chcesz udowodnić bo już się zgubiłem ?!

[Gość]

OK, popełniłem błąd. Napisałem SUMUJEMY mając w głowię to co napisałeś wcześniej (jakoby zwiększenie ilości klatek zwiększało szum w zdjęciu wynikowym). Zresztą szybko to poprawiłem, proszę więc również o poprawę w tytule wątku. 

[bartolini]

22 minuty temu, zombi napisał:

Metoda sumowania jest oczywiście stosowana ale ekstremalnie rzadko a jej zaletą jest to że wpływa najlepiej na SNR czyli odległość między szumem a sygnałem - znaczy się szum rośnie ale sygnał jeszcze bardziej co zwiększa między nimi odległość - jolo co ty właściwie chcesz udowodnić bo już się zgubiłem ?!

Sądząc po ciągłym "apertura to, apertura tamto, mity apertury" o kilku wątków, postanowił udowodnić, że 130mm refraktor jest lepszy pod każdym względem od 200mm newtona :P

[jolo]

28 minut temu, zombi napisał:

Metoda sumowania jest oczywiście stosowana ale ekstremalnie rzadko a jej zaletą jest to że wpływa najlepiej na SNR czyli odległość między szumem a sygnałem - znaczy się szum rośnie ale sygnał jeszcze bardziej co zwiększa między nimi odległość - jolo co ty właściwie chcesz udowodnić bo już się zgubiłem ?!

Podałem przykład dla sumowania klatek, bo wcześniej taki tytuł wątku zaproponował Papatki. Potem poprosił o zmianę. Zarówno w tym wątku jak i w źródłowym jest bardzo wiele stwierdzeń wyjętych z kontekstu. Niestety 

[Gość]

18 godzin temu, jolo napisał:

 

• w 50 klatkach mamy 50 razy dodany szum odczytu. W materiale z 10 klatkami - 10 razy. 

Skoro mamy w obu przypadkach tyle samo sygnału, ale w 50 klatkach więcej szumu, niż w 10, to w materiale z 10 klatek uzyskamy lepszy SNR. 

Piszesz, że w materiale z 10 klatek (10x5 minut) będzie więcej szumu, niż w materiale 50x1 minut. To dlaczego nie pójść jeszcze dalej i nie naświetlać 100x 30 sekund? Cały czas mówimy o materiale o tym samym sumarycznym czasie naświetlania - 50 minut. 

 

1. Pisałem konkretnie o sposobie pomiaru różnic z i bez reduktora w wątku o światłosile, dlatego wydzielenie i odnoszenie się do tego co pisałem wcześniej w innym kontekście jest błędem.
2. Przy stackowaniu 50 klatek x1 ZAWSZE* będzie znacznie lepszy stosunek sygnału do szumu niż w klatkach 10x5 minut. W żadnym miejscu natomiast nie twierdziłem, że będzie taki sam zasięg - ten przykład był podany na potrzeby pomiaru o czym w punkcie wyżej.
3. Oczywiście, potraktowałeś (pomimo, że wcześniej już poprawiłem) literalnie słowo SUMOWANIE. Teraz zrób stack z trzech klatek stosując average i sprawdź jaki będzie wynik. Wzrośnie? a jeżeli tak to dlaczego?

* - żeby nie było wątpliwości - ZAWSZE w obrębie tego samego zestawu: sensor + optyka.

[jolo]

22 minuty temu, Papatki napisał:

(...)
2. Przy stackowaniu 50 klatek x1 ZAWSZE* będzie znacznie lepszy stosunek sygnału do szumu niż w klatkach 10x5 minut. W żadnym miejscu natomiast nie twierdziłem, że będzie taki sam zasięg - ten przykład był podany na potrzeby pomiaru o czym w punkcie wyżej.

(...)
* - żeby nie było wątpliwości - ZAWSZE w obrębie tego samego zestawu: sensor + optyka.

Sprawdzimy. Brzmi interesująco 

PS - byłoby to sprzeczne z teorią użytą w rozważaniach, np tutaj http://www.starrywonders.com/snr.html . Dlatego warto sprawdzić, bo jeśli teoria nie zgadza się z praktyką, to wiadomo - tym gorzej dla teorii. Wg zawartych pod tym linkiem równań, dla jasności obiektu 10 i tła nieba 10, R równym 8, przy stacku 50x1 minut otrzymamy SNR 119.33, a przy stacku 10x5 minut SNR będzie wynosiło 121.82

[Alien]

Michał, a dlaczego sam nie podasz przykładu i nie objaśnisz dlaczego - sam tekst do niczego nie prowadzi.

A sam bym się dowiedział bo to dla mnie czarna magia.

[Jacek E.]

Dokładnie, z jednej strony widzę konkrety - z drugiej 1 wykres i teorie prawdziwe, ale nie w konkretnym temacie.. na dodatek twierdzenia (jak mi jeden z userów napisał) - zacytuję ,,jolo mu pisze, że gruszki są zielone a on odpowiada - teraz już wiesz, że jabłka są czerwone" - widzę, że nie tylko ja już się zgubiłem i chyba zmiana tytułu tematu nic tu nie pomoże... Chyba trzeba by zacząć od nowa... niestety :(

[zombi]

7 minut temu, Jacek E. napisał:

Dokładnie, z jednej strony widzę konkrety - z drugiej 1 wykres i teorie prawdziwe, ale nie w konkretnym temacie.. na dodatek twierdzenia (jak mi jeden z userów napisał) - zacytuję ,,jolo mu pisze, że gruszki są zielone a on odpowiada - teraz już wiesz, że jabłka są czerwone" - widzę, że nie tylko ja już się zgubiłem i chyba zmiana tytułu tematu nic tu nie pomoże... Chyba trzeba by zacząć od nowa... niestety :(

Zgadza się - trzeba by również przedefiniować mit i wywalić ten biedny reduktor bo on niczemu nie winien ;)