Astronomické fórum

Nějak mi mozek neber fakt, že když fotím stejné místo na obloze, kde je jen pár hvězd, tak s délkou expozice výrazně klesá míra šumu na pozadí. V postatě se tak chová i dark frame, kde není žádné světlo. Když srovnám dark expozice 0.1s, 1s, 10s a 100s, pokles šumu je brutální. Kde je příčina?

Chápu to tak, že je to matematika, při delší expozici signál je mnohem větší než součet všech šumů, kde read noise je konstantní a dark current nestoupá tak moc jako signál (a je to pod odmocninou).

Šum u jednotlivé expozice s délkou neklesá, ale zlepšuje se poměr signál/šum

To bych, Milane, chápal, ale při zakryté kameře tam žádný signál není.

I při zakryté kameře v senzoru pořád probíhá dark current (do češtiny se to asi moc nepřekládá, ale je to prostě slabý elektrický signál, rostoucí s časem).

To zní rozumně. Dík.

Přibývají ti tam hot pixely

N = sqrt(S + D x t + sigma_read^2)
SNR = S / N

S = signál e⁻/pixel
D = temný proud [e⁻/s/pixel]
N = celkový šum
sigma_read = read noise

Ono je to trochu složitější, když pominu zanedbatelné věci, jsou při snímání senzorem tři druhy šumu:
1) vyčítací šum (readout noise) - ten je vždy stejný, daný senzorem, signálovým řetězcem, nastaveným ziskem. Máš ho ve snímku vždy, i když vyčteš snímek s nulovým expozičním časem. Tzv. bias snímek
2) šum temného proudu - (dark current noise, dark noise) - když exponuješ nenulovou dobu, signál v pixelech roste, akumulují se tam elektrony nikoli z fotoefektu, ale ty, které se v polovodiči pohybují termálním pohybem, a zachytí se v potenciálové jámě pixelů. Tomu signálu se říká dark current - temný proud. Je daný teplotou a expozičním časem. Každý pixel ho má trochu jiný, hotpixely jsou ty, které ho mají vysoký. Dá se odečíst, což by bylo v pohodě, ale on je bohužel zatížený šumem také, takže se odečte pouze jeho růměrná hodnota (Darkfarme zprůměrovaný z více DF snímků) ale bohužel jeho šumová složka ve snímku zůstane
3) fotonový šum (photon noise) - světlo dopadající z libovolného zdroje je kvantované, a počet dopadnutých fotonů za jednotku času není úplně rovnoměrný, náhodně se mění. Nejvíce se projevuje při slabých signálech (málo akumulovaných fotonů). Čím déle exponuješ, tím více se signál vyhladí a šum relativně k signálu klesne, poměr S/N se zlepší.

Jak moc který šum vadí záleží na tom co a čím se snímá.
S vyčítacím šumem neuděláš nic, je dobré si koupit kameru, která ho má co nejnižší. Hlavně když se s ní fotí úzkopásmo, nebo třeba fluorescenční mikroskopie, obecně úlohy kde je velmi slabé pozadí ve snímku. Tam je vyčítací šum dominantní zdroj šumu.

s temným prudem a jeho šumem pomůže chlazení, nic jiného.

Fotonový šum je tím horší, čím světlejší je obloha. Tedy pomůže přesun do tmy, a pokud jsou to mlhoviny tak úzkopásmové filtry, které obvykle stalčí pozadí tak, že obsahuje téměř jen vyčítací šum. Fotnový šum je pro poissonovskou distribuci dopadu fotonů (což velmi slušně platí) odmocnina ze signálu. Pokud tedy máš pozadí snímku okolo 900 ADU (typická obloha u nás na průměrném venkově při LRGB focení), tak je zatížený šumovou složkou zhruba 30 ADU RMS. Pak je fuk, jestli máš kameru s vyčítacím šumem 1.5e- nebo 8e-. Jelikož se šumy sčítají v kvadrátech. Pokdu máš ale pozadí třeba jen do 10 ADU (úzkopásmo 3nm filtry, lucky imaging krátkými expozicemi) tak je najednou vyčítací šum kamery dominantní, a tedy nejdůležitější parametr pro volbu kamery.

Hezky je to popsané třeba tady:
https://astrobasics.de/en/basics/physic ... ies/noise/

No jo. Je vidět, že to máš zmáklé a hlavně to umíš skvěle komplexně vysvětlit. Nicméně děkuji všem, kteří odpověděli a díky vám mám zase jednu záhadu vyřešenou. Ten temný proud mě nějak minul, a proto mi to nedávalo smysl.