Hay alguna ventaja en el apilamiento de varias imágenes frente a una larga exposición individual?

Question

Supongamos que tengo un objeto de origen que no es variable de tiempo, para ser concretos digamos que es una galaxia. Hay algo adicional que puede ser aprendido o hecho con varios cortos de exposición de las imágenes de exactamente el mismo campo como en comparación con una larga exposición individual, dado que el tiempo total de integración es idéntico? Estoy pensando en cosas a lo largo de las líneas de supresión de ruido, eliminación de fondo, el procesamiento de la imagen de la magia...

Hasta ahora, la única cosa que puedo pensar es que una exposición prolongada podría saturar el detector (estoy pensando en CCD aquí). Exposiciones cortas podría evitar esto, permitiendo precisa fotometría de toda la imagen. Me ha etiquetado esta [astronomía] ya que es la zona de aplicación que estoy más familiarizado con, pero las perspectivas de otros campos son bienvenidos.

Answer 1

El apilamiento es algo que se hace todo el tiempo en la astronomía infrarroja. Esto se hace porque la tecnología CCD no funciona para las longitudes de onda en el rango de aproximadamente de 2 a 10 micras, y más allá, por lo que el uso de detector de infrarrojos matrices como el HAWAII de la línea de infrarrojos matrices de TeleDyne. Normalmente, aunque un poco menos como pasa el tiempo, el infrarrojo matrices tendrá defectos como stuck pixels, cruz hablar de ruido, etc.

Para evitar esto, los usuarios de tales matrices se toma una imagen, mueva el telescopio por una fracción del campo de visión, tomar otra imagen, y repetir según sea necesario. Esto les permite rechazar pixeles malos y suavizar el patrón de ruido. La otra ventaja de esto es que aumenta el rango dinámico de la imagen apilada, como que le pidieron, y permite la eliminación de las señales transitorias como: asteroides, satélites y rayos cósmicos éxitos. El LSST uso de la imagen de los pares de la ayuda en los rayos cósmicos de rechazo.

La desventaja de este enfoque es que el proceso de lectura de los datos de salida del detector se añade una cantidad de ruido a la señal (conocido como "ruido de lectura"). Debido a esto, su sensibilidad va a subir como la raíz cuadrada del número de imágenes (aproximadamente, la raíz cuadrada del tiempo), en lugar de a linealmente con el tiempo. Debido a esto, si quieres de alto rango dinámico es mejor que no acaba de apilamiento, pero también variando el tiempo de exposición corto de la imagen(s) por el brillo de las partes del campo, y a largo imágenes para los débiles de las partes, con el rechazo de los píxeles saturados hecho en software. Si usted está tomando este tipo de enfoque con un CCD, usted va a querer para girar los campos entre la exposición a largo porque cuando CCDs saturar tienden a cruz sangrar a lo largo de una fila.

No sé cómo es posible, esto no está en el entorno profesional, pero un enfoque de algunas cámaras utilizan algo llamado una "deriva scan" (por ejemplo, el SDSS de imagen detector). A ver, CCDs leer el cargo a partir de los píxeles por el cambio de la totalidad de la imagen a través de la matriz de píxeles, y la lectura cuando la carga alcanza un borde del chip. Si mueve la carga a lo largo de la viruta a la misma velocidad, la imagen del cielo se mueve a través del chip, usted puede buscar continuamente una franja del cielo.

Answer 2

La voz de la amarga experiencia, aquí, para decirle a usted acerca de un problema que funcione correctamente observatorio no debería tener que preocuparse. Pero me hice el tiempo que estuve trabajando en un "grave" proyecto de astronomía.

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El apilamiento de media longitud de imágenes proporciona una cierta protección contra defectos de seguimiento. En el caso de un sistema de seguimiento error durante una larga exposición individual es poco lo que usted puede hacer para recuperar, pero un par de fallas de seguimiento durante una carrera de cinco a veinte de longitud mediana marcos aún te dejará con más de la mitad de los datos (y un dolor de cabeza tanto de lejos como de la combinación de los conjuntos de marcos que tienen diferentes en relación apuntando, pero se puede hacer).

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Mi experiencia fue en la década de 1990 a la hora de poner un CCD enfriado detrás de un 14" ámbito de aplicación en poner todo en una montaña sin supervisión humana y dejar que schoolkids presentar la observación de las solicitudes a través de internet (a través de FTP, porque esto fue antes de la web) fue una genial idea nueva. Pero el costo y la alineación de motivos del proyecto fue el uso de software de seguimiento. Escrito está vBasic. Podríamos obtener de 30 segundos se ejecuta todo el tiempo. Cinco minutos se ejecuta con cierta regularidad, y esencialmente nunca consiguió más de veinte minutos sin un sistema de seguimiento de fallos.

Pero por el apilamiento de una decena de tres minutos se ejecuta hemos sido capaces de imagen hasta el xix magnitud incluso con la caja en la parte superior de la física de construcción para la prueba. Y hemos hecho un seguimiento de un MACHO-micro-lentes evento curva de luz y coincidía con la de los niños grandes que fue mi primera "verdadera" ciencia de la experiencia.

Answer 3

Si las exposiciones son lo suficientemente corto (una fracción de segundo), incluso se puede combatir la turbulencia en la atmósfera. El truco es hacer muchas corto imágenes, a continuación, elegir aquellos en los que un (luminoso) punto de origen es más nítida y sólo la pila de aquellos.

La técnica se llama la Suerte de Imagen , y puede ofrecer imágenes tan nítidas como el telescopio Espacial Hubble de la tierra basado en los instrumentos.

Como un aparte, su pregunta podría ser: ¿cuál debería ser mi criterio para cuando no a la pila de imágenes? - porque las ventajas de hacerlo, en términos de pixel malo rechazo, de los rayos cósmicos de eliminación y el rango dinámico, son tan grandes. Para la óptica de imágenes CCD, el punto de equilibrio es, normalmente, cuando el ruido de lectura se convierte en un insignificante contribuyente a la relación señal a ruido de lo que están tratando de medir. Otra consideración se puede cuánto tiempo se tarda en leer la CCD, que se traduce en "tiempo muerto".

La suerte de Imagen se basa en la especial de electrones de la multiplicación de los CCDs que se pueden leer muy rápidamente, con un modesto ruido de lectura, a expensas de una dispersión en la ganancia (número de salida de los electrones por la entrada de fotones). La mayoría de los otros astronómico CCDs minimizar el ruido de lectura a expensas de la lectura de los tiempos de decenas de segundos, pero son muy lineales.

Answer 4

Yo no he hecho esto para la astronomía, pero ha usado un astronomía CCD por un microscopio para electroluminiscencia y también han utilizado enfriado de imagen Ccd para la espectroscopia. Aunque muchas veces he establecido el experimento de medir el potencial tiempo de variación, hay un buen montón de ventajas, incluso para un inmutable de origen.

• Rango dinámico: Si el CCD tiene 12 bits, puede representar a $2^{12}$ valores diferentes. Eso es bastante, pero si usted está interesado en los puntos que se $2^{10}\approx 1000$ veces más brillante que otros puntos de interés, el regulador de luz se dispondrán de sólo 100 cuenta cuando el más brillante queridos saturar. Usted tiene esencialmente ilimitado rango dinámico de añadir en el software. Esto es a menudo necesario en la espectroscopia, en el que los píxeles se resumen en el chip para reducir el ruido de lectura de decisiones de saturación muy probable.
• Cargo sangrado: un muy completo píxel puede pérdida de carga en el vecino píxeles. No sucede rápido a menos que sea saturada pero todavía sucede.
• Los rayos cósmicos y otros eventos aleatorios: son a menudo llamados rayos cósmicos, pero algunos también provienen de la desintegración nuclear. Estos son puntos brillantes o pistas en una sola imagen. Varias imágenes le permiten lidiar con estos valores atípicos (hay un par de técnicas, pero para un simple ejemplo se puede excluir la parte inferior de% n y n superior% de los valores al promediar/sumar, por píxel).
• Experimental cuestiones: usted puede volver a registrar imágenes para lidiar con su instrumento, de no ser tan estable como quieras (si tienes las entidades de referencia), o puede descartar las imágenes si una fuente de luz parásita afectado a un subconjunto de marcos (alguien encendió la roomlights, un avión que voló por encima de su telescopio, etc.). Esto también es importante si la muestra murió o su telescopio seguimiento hasta que hubo una obstrucción/fuente de luz en el campo de visión.

Answer 5

Yo no sé acerca de la astronomía, pero la razón puede ser útil en la fotografía normal es la lucha contra el movimiento de la cámara con auto-alineación de las imágenes antes de la fusión. Esto puede ser útil si usted quiere tomar una realmente larga exposición, pero no hay un lugar estable para fijar un trípode. La alineación de la imagen se puede hacer en Photoshop o el uso de una utilidad llamada align_image_stack. Con la paciencia que aún debe ser posible para tener la mano larga exposición tiros de esta manera, aunque admito que no lo he probado.