Qu'est-ce que la «règle de 600» en astrophotographie?

Cette question mentionne la "règle de 600" pour éviter les traînées d'étoiles en astrophotographie.

• Quelle est cette règle?

• Comment a-t-il été dérivé?

• Comment devrait-il être appliqué?

Les étoiles bougent. Comme pour tout autre mouvement, ce qui nous importe est de savoir combien ils bougent sur le capteur pendant l'exposition: Un mouvement qui ne se produit que dans un seul pixel n'est pas un mouvement que le capteur peut capturer, c'est-à-dire que le mouvement semble figé.

Mais lorsque le mouvement prend un point sur plusieurs pixels au cours de l'exposition, il est visible comme un flou de mouvement, dans ce cas-ci une traînée d'étoile. Une règle telle que la "règle de 600" ressemble dans l’esprit à la "règle de 1 / distance focale" pour une exposition à la main, en ce sens qu’elle tente de donner des temps d’exposition produisant à peu près le même flou de mouvement pour la plupart des focales.

La dérivation est assez simple:

• Le ciel tourne à 360 degrés en 24 heures, soit 0,0042 degré d'arc par seconde.
• En supposant un appareil photo plein cadre et un objectif 24mm, nous avons une vue horizontale de 73,7 degrés. (Voir l'article de l'angle de vue de wikipedia .)
• En supposant un capteur de 24 Mpx (6000 x 4000, par exemple le Nikon D600), ces 73,7 degrés sont projetés sur 6000 pixels horizontaux, ce qui donne 81,4 pixels par degré.
• En supposant un objectif de 24 mm, la "règle de 600" donne une exposition de 600/24 ​​mm = 25 secondes.
• Dans 25 secondes, le ciel se déplacera d'environ 0,1 degré.
• Pour notre appareil photo plein cadre 24 Mpx avec objectif 24 mm, 0,1 degré correspond à 8,5 pixels.

Selon la règle 600, ces 8,5 pixels représentent le flou de mouvement maximum acceptable avant que les points étoiles ne deviennent des traînées. (C'est ce que dit la règle. Une discussion différente est de savoir si un frottis de 8 pixels est acceptable pour un but particulier.)

Si nous insérons un objectif de 400 mm dans les mêmes formules, nous obtenons un temps d’exposition maximal de 1,5 seconde et un mouvement de 7,3 pixels pendant l’exposition. Donc, ce n'est pas une règle exacte - le flou est légèrement différent pour différentes focales - mais en règle générale, il est assez proche.

Si nous utilisions un capteur de culture 1,5x avec la même résolution de 24 Mpx (Nikon D3200, par exemple) et si nous utilisions des focales pour obtenir des angles de vue équivalents, nous aurions par exemple une focale de 16 mm, un temps d'exposition de 37,5 secondes et un flou de 12,7 pixels. C'est 50% plus de flou.

Dans ce cas, une "règle de 400" pour l'appareil photo avec capteur de culture donnerait le même flou que la "règle de 600" pour l'exemple en plein cadre.

Je suggère d'utiliser "règle de 600" (ou une version plus stricte avec un numérateur plus petit) avec l'équivalent plutôt que la longueur focale réelle, afin que la règle donne les mêmes résultats pour les capteurs plus petits. (Par exemple, 16 mm sur un capteur de culture 1,5x équivaut à 24 mm sur un cadre complet; utilisez "l'équivalent 24 mm" au lieu de la distance focale "16 mm réelle" pour calculer le temps d'exposition maximal.)

Différentes étoiles se déplacent à des vitesses différentes par rapport à la Terre. Le mouvement le plus rapide se déroule le long de l' équateur céleste , tandis que l'étoile polaire (Polaris pour l'hémisphère Nord) au pôle céleste ne bouge presque pas.

L'effet peut être vu sur cette image de wikimedia commons: Polaris apparaît comme un point fixe au milieu, tandis que d'autres étoiles tournent autour de lui, et la longueur des traînées d'étoiles augmente avec leur distance par rapport à Polaris.

La source

Le calcul ci-dessus concerne le scénario le plus défavorable, lorsque l'image inclut des étoiles qui se déplacent le long de l'équateur céleste.

Je suppose que le message à retenir est que le 600 dans la "règle de 600" dépend de la résolution de l'appareil photo, de la taille du capteur, de l'endroit où vous dirigez l'appareil photo dans le ciel et de ce que vous considérez comme un flou acceptable.

Utilisez un nombre plus petit si vous voulez moins de flou.

Inversement, un nombre plus élevé peut être acceptable si vous photographiez un rognage étroit de Polaris, utilisez un appareil photo à basse résolution et / ou ciblez un format de sortie à faible résolution.

La règle de 600 stipule que pour «éliminer» l'étoile en traînée, le temps d'exposition en secondes devrait être 600 divisé par la longueur focale de l'objectif. L’objectif de 20 mm peut aller à 30 secondes, l’objectif de 300 mm à 2 secondes.

Bien sûr (comme avec tout flou de mouvement), vous n'éliminerez jamais les traînées d'étoiles. Vous réduirez simplement la traînée à un niveau acceptable pour un agrandissement donné. La seule solution parfaite est une "monture équatoriale parfaitement alignée" et il n’ya rien de tel.

L'étiologie est difficile, voire impossible - c'est un peu comme «Ne tenez pas la main plus vite que la vitesse d'obturation à la distance focale / distance focale» - une règle empirique ou une sagesse courante qui fonctionne dans de nombreux cas mais pas tous.

Une discussion sur les avantages et les inconvénients (et les mathématiques) peut être trouvée ici: http://blog.starcircleacademy.com/2012/06/600-rule/

Une discussion intéressante et plus générale sur les pistes d'étoiles peut être trouvée ici: http://blog.starcircleacademy.com/startrails/

Cette règle s'applique à la vitesse d'obturation que vous devez utiliser lorsque vous prenez des photos du ciel nocturne. La règle est la suivante:

• Lorsque vous utilisez un objectif de longueur focale L pour prendre une photo de longue exposition du ciel nocturne (avec un appareil photo fixe), la vitesse d'obturation maximale que vous devez utiliser pour éviter le flou des étoiles est de 600 / L secondes.

Par exemple, si vous utilisez un objectif de 300 mm, si vous utilisez une vitesse d'obturation de (600/300) = 2 s ou moins, évitez de voir les étoiles sous forme de lignes, plutôt que de points lumineux.

Autant que je sache, il n'y a aucune trace de qui a proposé la règle ni comment elle a été dérivée, mais cela aurait probablement été basé sur des essais et des erreurs avec un film 35 mm, avec une résolution intrinsèque inférieure (grain) et une tolérance plus faible (taille du cadre) que les caméras d'aujourd'hui, et arrondi à un joli tour de 600.

En ce qui concerne l'application, des précautions doivent être prises. Les capteurs numériques modernes sont beaucoup plus nets que les films 35 mm, ce qui signifie que la tolérance au flou de mouvement est moins grande. De plus, la plupart des appareils photo numériques de nos jours ont des capteurs plus petits que les films de 36 mm x 36 mm, ce qui signifie qu’il existe une tolérance EVEN LESS, il devrait donc probablement être ajusté de manière à correspondre davantage à la règle des 400 lorsque vous utilisez ces appareils si vous pensez que 600 est toujours une valeur valide pour les caméras plein cadre, ce qui est discutable). Inversement, si vous utilisez des caméras de format moyen, vous pouvez utiliser un nombre plus élevé.

Bien que plusieurs de ces réponses déferlent autour de lui, aucune d’entre elles ne précise que la "règle de 600/500" a été dérivée sur la base d’une taille d’affichage et d’une distance de visualisation standard. C’est-à-dire: taille d’affichage 8x10 pouces visualisée à 10-12 pouces par une personne ayant une vision de 20/20.

La condition d'affichage / de visualisation standard génère un cercle de confusion d'environ 0,030 mm pour une taille de film / capteur de 36x24 mm, un CoC d'environ 0,020 mm pour un capteur de culture APS-C 1,5X et un CoC d'environ 0,019 mm pour un capteur 1,6X. Capteur de récolte APS-C.

La "règle de 600" est un peu plus généreuse et est basée sur un CoC d'environ 0,050 mm pour une caméra FF. Une partie de l’allocation plus large peut probablement être basée sur la difficulté de se concentrer précisément sur les étoiles avec les appareils photographiques en cours d’utilisation au moment où la règle a été établie - Les prismes dédoublés sont inutiles pour aider à se concentrer sur un point plutôt que sur une ligne Les astrophotos du jour prises avec des appareils 35 mm ont été focalisées à l'aide de la marque de l'infini sur l'échelle de mise au point de l'objectif (ou de la butée à l'infini par rapport à de nombreux objectifs à l'époque) et les étoiles de l'image résultante présentaient des cercles de flou encore plus grands ont été le cas avec des points correctement ciblés.

Il vaut la peine de calculer plus précisément combien de temps vous pouvez exposer avant d’attirer les étoiles. Si vous utilisez une méthode empirique et / ou des méthodes d’essais et d’erreur jusqu’à ce que tout soit correct, vous risquez de sous-estimer le temps d’exposition maximal, ce qui conduit finalement à plus de bruit en produisant l’image finale dans des conditions non optimales. façon.

Il n’est pas difficile de calculer le temps d’exposition maximum si vous savez à l’avance quels objets du ciel vous souhaitez photographier. L'objet est à un certain angle par rapport à l'axe de rotation de la Terre, qui est donné par 90 degrés moins la prétendue déclinaison de l'objet. Par exemple, si l'objet d'intérêt est la galaxie d'Andromède, alors [vous pouvez trouver ici] [1] que la déclinaison est de 41 ° 16′9 "et que l'angle par rapport à l'axe de rotation de la Terre est de 48,731 degrés. Si le champ de vision est large, vous ne voudrez peut-être pas que des traînées d'étoiles apparaissent au sud d'Andromeda. Vous devez donc envisager un angle plus large. Supposons que vous ayez décidé que l'angle soit correct et appelons cet angle alpha.

Nous avons ensuite besoin de savoir quelle est la vitesse angulaire d'un objet d'angle alpha par rapport à l'axe de rotation de la Terre. Si nous projetons des objets célestes sur la sphère unité, la distance à l'axe de rotation est sin (alpha). La sphère tourne autour de son axe chaque jour sidéral, soit 23 heures 56 minutes, 4,01 secondes (un peu moins de 24 heures car la Terre tourne autour du Soleil, elle doit donc tourner un peu plus autour de son axe pour que le Soleil soit au même endroit). Cela signifie que la vitesse de l'objet est:

Oméga = 2 pi sin (alpha) / (86164,01 secondes) = 7,2921 * 10 ^ (- 5) sin (alpha) / seconde

Le capteur de la caméra se trouve au centre de la sphère, de sorte qu’il se trouve à une distance de 1 des points de la sphère. La vitesse à la surface de la sphère est donc également la vitesse angulaire pertinente en radians par seconde.

La résolution angulaire de l'image est donnée par la taille en pixels divisée par la longueur focale. La taille des pixels peut être calculée en prenant la racine carrée du rapport entre la taille du capteur et le nombre de pixels. Un capteur de culture typique peut avoir une taille de pixel de 4,2 micromètres. Si la distance focale est de 50 mm, la résolution angulaire limite due à la taille de pixel finie sera donc de 8,4 * 10 ^ (- 5) radians. En divisant cela par la vitesse angulaire, l'oméga vous donne le temps d'exposition maximum au-delà duquel les traînées d'étoiles deviennent visibles dans le cas idéal. En général, pour les pixels de taille s et de focale f, ceci est donc donné par:

T = s / (4,2 micromètres) (57,6 mm / f) / sin (alpha) secondes