Une exposition plus longue et une ISO plus faible ou une exposition plus courte et une ISO plus élevée - qu'est-ce qui donne de meilleurs résultats lors de la photographie d'étoiles?

J'ai essayé les paysages nocturnes et la photographie des étoiles avec plus ou moins de succès. Je sais que je n'ai pas l'objectif idéal (Canon 17-40 mm f4 sur un boîtier Canon 6D) mais j'ai vu de superbes photos réalisées avec le même équipement. J'ai également un Canon 50 mm f1.4 qui est génial mais il n'est tout simplement pas assez large.

Je prends généralement des photos à f4, ISO 800-1600, réduction du bruit de longue exposition activée, 30 à 40 secondes. Je trouve les résultats très bruyants et les étoiles pas assez brillantes . à 30 secondes les étoiles ne sont pas assez brillantes et à 40 secondes elles traînent déjà. Voici une de mes tentatives.

J'ai récemment vu des photos (exemples ici et ici ) qui sont capturées à des temps d'exposition plus courts mais avec une ISO beaucoup plus élevée (5000-6400)

Je pense peut-être que lorsque je suis proche de 40 secondes, le capteur chauffe davantage, ce qui provoque plus de bruit? Spécifiquement pour les stars de la photographie, un temps d'exposition plus court et un ISO plus élevé sont-ils une meilleure formule?

Le bruit est une réalité de l'astrophotographie, à l'exception des photos du ciel profond empilées prises sur une monture de suivi (plus dans un instant).

Ta photo est en fait très peu bruyante, dans le grand schéma des plans d'astrophotographie à une seule image que j'ai vu ... mais elle manque aussi de saturation. Je pense que cela se résume vraiment à une question de goût, mais au final, d'une manière ou d'une autre, vous obtiendrez à peu près la même quantité de bruit dans vos photos quel que soit le réglage ISO. Si vous souhaitez atteindre la même quantité de saturation, vous devez faire deux choses. Vous devrez soit utiliser un paramètre ISO plus élevé (ISO 3200, peut-être même jusqu'à 6400), soit vous devrez augmenter l'exposition en post. La grande majorité du bruit en astrophotographie provient du bruit des photons, donc l'utilisation d'une sensibilité ISO plus élevée équivaut à une augmentation de l'exposition post-traitement du point de vue du bruit.

Dans votre exemple de photo, vous avez une prise de vue grand champ à une seule image. Vous êtes limité à une seule image en raison du premier plan, à moins que vous n'ayez recours à une supercherie plus complexe où vous prenez plusieurs images, découpez le ciel et empilez ces images pour améliorer la saturation du ciel. Certainement possible ... aussi beaucoup de travail. Comme vous, j'aime les photos d'astrophotographie qui incluent une partie du paysage au premier plan, il vaut donc la peine d'essayer un empilement partiel manuel pour améliorer votre SNR.

La chaleur contribue certainement au bruit lors de longues expositions. Je ne suis pas sûr que 40 secondes soient assez longues pour produire tellement de chaleur que le bruit thermique devient un facteur plus important que le bruit des photons. Les reflex numériques plus anciens avaient des bulles thermiques en raison de la surchauffe des composants proches de la matrice ... lors de la prise de vues sombres, vous pouviez clairement voir les régions dans les coins ou le long des bords du cadre qui avaient plus de bruit. Je n'ai jamais vu un tel événement avec mon 7D, et il y a des moments où j'ai pris des expositions longues de 40 à 50 secondes à 16 mm.

Il existe des moyens de réduire les différentes sources de bruit non photoniques. Les cadres sombres et les cadres de biais sont deux. L'utilisation de cadres sombres et biaisés n'est généralement vraiment nécessaire que lors de l'empilement à expositions multiples avec un outil comme Deep Sky Stacker . De manière générale, la "réduction du bruit à longue exposition" dans l'appareil photo prend simplement un cadre sombre qui est soustrait nativement du cadre clair avant d'être enregistré sur la carte mémoire. Un seul cadre sombre aidera à atténuer le bruit de lecture, mais pas autant qu'un cadre sombre multi-exposition correctement empilé comme expliqué sur le site de DSS ici .

Il convient de noter que la chose la plus importante en astrophotographie est le SNR, ou rapport signal / bruit. Plus votre SNR par image est élevé, meilleurs sont les résultats ... empilés ou non. Vous pouvez prendre 120 images de 5 secondes ou 5 images de 120 secondes ... les cinq images de 120 secondes produiront toujours de meilleurs résultats. Vous pouvez même prendre 500 images de 5 secondes et les 5 images de 120 secondes produiront toujours un résultat plus riche, car le SNR par image est beaucoup plus élevé. Chaque image contient des informations plus riches et plus complètes qu'il est peu probable que vous reproduisiez entièrement en empilant des expositions beaucoup plus courtes.

La deuxième meilleure façon d'améliorer le SNR est de passer à un appareil photo avec des pixels plus grands. Le SNR par pixel est plus élevé avec des pixels plus grands, donc sur une base par pixel, vos résultats devraient être meilleurs, et avec des paramètres ISO plus élevés, qu'avec un appareil photo qui a des pixels plus petits. Si nous devions comparer le 1D X et le 7D (les deux capteurs de 18 mégapixels), les pixels plus grands du 1D X rassembleront chacun 2,6 fois plus de lumière. Vous utilisez déjà le 6D, qui est un très bon appareil photo pour l'astrophotographie grâce à ses grands pixels et ses excellentes performances ISO. D'un point de vue purement SNR (basé sur les données de sensorgen.info), le 1D X à ISO 3200 prend en charge ~ 3x la saturation par pixel, le 6D à ISO 3200 prend en charge ~ 2x la saturation par pixel, comme tout APS-C 18mp de Canon capteurs.

Comme vous utilisez déjà le meilleur appareil photo que vous pouvez probablement obtenir de Canon à des fins d'astrophotographie, la seule autre chose que vous pouvez vraiment faire est d'augmenter la sensibilité ISO. Avec des paramètres ISO inférieurs, plus de bruit de lecture est présent. En particulier avec Canon, plus vous augmentez l'ISO, plus la contribution au bruit de lecture est faible, au point où aux paramètres ISO les plus élevés, le bruit de lecture peut être aussi faible que 1,3 e par pixel (bien en dessous du minimum plat de ~ 3e - pour le Sony Exmor du D800.)

Par conséquent, étant donné que l'augmentation du post-traitement de l'exposition est identique à l'augmentation de l'ISO lorsque le bruit de lecture est si faible, pour améliorer la saturation du ciel et la luminosité des étoiles, utilisez un paramètre ISO plus élevé. Vous avez dit que vous utilisez ISO 800-1600. Essayez ISO 3200, 6400 ... peut-être même 8000. L'idée générale est de réduire votre point blanc de telle sorte que la caméra utilise son électronique pour amplifier le signal autant que possible avant la lecture, afin de minimiser l'impact du bruit de lecture. Il convient de noter que l'augmentation de l'exposition d'une prise de vue ISO 800 en position telle qu'elle ressemble à une exposition de 6400 ISO entraînerait probablement PLUS de bruit, car le bruit de lecture à 800 ISO est plus de deux fois plus élevé avec le réglage ISO inférieur (5.1e - vs 2.0e- selon sensorgen.info.)

Pour rendre les choses un peu plus claires, j'ai schématisé un scénario d'astrophotographie hypothétique. Ce scénario suppose une exposition de 30 secondes à f / 4, effectuée une fois pour chaque paramètre ISO de 100 à 12800, à l'aide d'un Canon 5D III. L'hypothèse est qu'une exposition de 30s f / 4 à ISO 12800 fait en sorte que les pixels les plus brillants (étoiles) atteignent le "point de saturation" (en d'autres termes, les étoiles les plus brillantes sortent en blanc pur, comme tout pixel rouge, vert et bleu pour ces étoiles atteignent le niveau de charge maximum). La même exposition exacte à tous les autres paramètres ISO entraînera une exposition inférieure au point de saturation. De plus, la différence entre le bruit de lecture et le bruit de photons est démontrée.

Dans le diagramme ci-dessous, l'axe X linéaire représente chaque réglage ISO et l'axe Y logarithmique représente le niveau de charge en électrons (e-). Des lignes rouges et vertes sont tracées pour chaque paramètre ISO, le rouge représentant le bruit de lecture et le vert représentant le point de saturation . La plage dynamique est effectivement le rapport entre le point de saturation et le bruit de lecture (vert sur rouge). Pour ISO 100, le point de saturation est également le niveau de charge photodiode maximal littéral (FWC ou pleine capacité du puits). Les barres bleues représentent le signal et la partie la plus sombre de la barre bleue représente le bruit intrinsèque dans ce signal (bruit de tir de photons, qui est la racine carrée du signal).

En supposant une exposition de 30s f / 4 qui atteint une saturation maximale à ISO 12800, la charge de ce signal est de 520e- (selon sensorgen.info). Par conséquent, en supposant que la même exposition exacte est utilisée pour tous les autres paramètres ISO ... le signal, ainsi que le bruit des photons, seront IDENTIQUES . (La charge dans la photodiode est un produit de la lumière au fil du temps ... qui n'est affecté que par l'ouverture et la vitesse d'obturation.) Ce qui change à mesure que nous réduisons l'ISO, c'est que le bruit de lecture commence à augmenter. Étant donné que l'échelle est logarithmique, les paramètres ISO 800 à 12800 ont peu de différence dans le bruit de lecture (en particulier de 1600 à 12800). Une fois que nous avons atteint ISO 400, le bruit de lecture commence à augmenter au point où il représente un rapport du signal global plus élevé que le bruit des photons.

La principale différence entre la prise de vue à 12800 ISO et la prise de vue à 400 ISO est le point de saturation (barres vertes). À ISO 12800, le bruit de lecture est faible et le signal sature, vous aurez donc une image lumineuse et colorée hors de la caméra. À 400 ISO, le signal est une petite fraction (520e-) du point de saturation (18273e-), et cela nécessitera une augmentation significative de l'exposition en post pour ressembler à la prise de vue ISO 12800. Si l'on tire à 400 ISO et corrige l'exposition en post, alors le bruit global constitue un facteur significatif du signal. Le bruit de fond, en dessous duquel les informations utiles n'existent pas, est presque aussi élevé que le bruit des photons. Une telle augmentation de l'exposition post-traitement entraînerait un degré élevé de bandes et de bruit de couleur, probablement tout au long des tons moyens.

Pour un exemple extrême, si l'on devait tirer à 100 ISO, le bruit de lecture devient le principal contributeur de bruit (dans cet exemple particulier ... gardez à l'esprit qu'à ISO 100, l'image est gravement sous-exposée par rapport au point de saturation.) Dans ce cas, augmenter l'exposition ISO 100 (qui, pour simuler ce que la prise ISO 12800 produirait, devrait être un SIX STOP BOOST ) entraînerait des bandes et un bruit de couleur importants. Le diagramme suivant montre comment le bruit, à la fois en lecture et en photons, est amplifié en corrigeant l'exposition en post pour ISO 100 - 6400, afin de correspondre à l'exposition ISO 12800:

N'oubliez pas que l'échelle ici est logarithmique, de sorte que la quantité de bruit pour chaque réglage ISO successivement inférieur est exponentiellement plus élevée après la correction d'exposition en post.

Je ne vais même pas essayer de supplanter la réponse très instructive et bien écrite de jrista. Il couvre les bases de la physique dans le pipeline d'imagerie de la caméra très bien. Je voudrais ajouter une observation qui pourrait éclairer la relation entre les étoiles et le bruit.

Si toutes les étoiles de l'univers étaient aussi brillantes que celles vues de la surface de la Terre, le ciel nocturne serait d'un blanc immaculé. Faites une pause et laissez-la pénétrer. Il y a très peu de points dans le ciel, même lorsque vous utilisez le champ de vision le plus étroit disponible, sur lesquels vous pouvez pointer un télescope très sensible (comme le Hubble) qui ne révélera pas de source de lumière . Les zones de ciel "sombres" les plus notables sont les nébuleuses qui bloquent la plupart de la lumière des étoiles et des galaxies derrière elles.

Il est vrai que vous pouvez faire des choses pour augmenter le SNR qui vous permettent de développer vos images de manière à ce que les étoiles soient plus brillantes par rapport au ciel plus sombre qui les entoure. Cependant, lorsque vous faites cela, vous augmentez également la luminosité des étoiles de gradateur qui n'étaient pas plus brillantes que le bruit avant de faire de tels ajustements et vous augmentez également le niveau des étoiles de gradateur pairs qui n'étaient même pas visibles du tout au point qu'elles sont produisant maintenant la même quantité de signal que le bruit dans l'image. Peu importe la qualité du nombre SNR, il y aura toujours des étoiles qui ont la même luminosité que le bruit.Les étoiles les plus brillantes, en termes de luminosité vue de la Terre, sont les plus rares et les étoiles les plus faibles sont de loin les plus nombreuses dans le ciel nocturne. Donc, à certains égards, l'augmentation du SNR pendant la capture d'image, puis l'augmentation de l'exposition dans la publication peut rendre l'image plus bruyante ! Pas parce qu'il y a plus de bruit dans l'image. Il n'y en a pas. Mais parce que ces étoiles très sombres que vous avez retirées du fond sombre semblent être du bruit.

Je pense que le secret des images à exposition unique réside dans le post-traitement. Pour être sûr, maximisez votre SNR en suivant la réponse de jrista lorsque vous prenez vos images. Mais essayez également ceci en post-traitement: une fois que vous avez les étoiles les plus brillantes comme vous le souhaitez, tirez tout en dessous d'une certaine valeur de luminance jusqu'au noir. Réduire la saturation des couleurs aidera également à faire face au bruit de chrominance, qui est le principal coupable que je vois dans votre très bon exemple d'image.

Je suppose que cela va varier d'un modèle à l'autre, d'un appareil photo à l'autre et même en fonction des conditions de prise de vue. Je risquerais que par une nuit fraîche où le capteur d'image soit plus refroidi, vous aurez plus de chance avec une longue exposition tandis que s'il fait chaud, le capteur chauffera plus rapidement et une ISO plus élevée peut donner de meilleurs résultats. Empiler comme Matt Grum l'a mentionné est également une option dans certains cas.

Personnellement, j'ai tendance à essayer de définir quelque part au milieu et de baser l'ISO sur tout ce qui produit des niveaux de bruit acceptables, puis à utiliser une exposition aussi longue que nécessaire. Sur mon 5D Mark iii, cela finit par se situer entre 5000 et 6400.

Je n'ai pas de données sur l'endroit où le point de croisement existe entre l'avantage de gagner plus de lumière et l'inconvénient du bruit thermique, mais vous pouvez tirer le meilleur parti des deux mondes en prenant plusieurs expositions courtes et en les empilant dans le logiciel.

Il existe des programmes conçus pour cela pour l'astrophotographie qui aligneront également les images dans une pile, ce qui a l'avantage supplémentaire d'éviter les traînées d'étoiles. Jetez un œil à Deep Sky Stacker .