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天文摄影简介(下)

 汐钰文艺范 2016-04-28
       上次已经对天文摄影的基本概念、基本器材以及所需的基本天文知识进行了介绍,这一次将继续介绍相关的摄影知识和星野摄影的基本方法。

基本的摄影知识
     首先需要大体上了解一下照相机的工作原理。镜头可以等效成一个凸透镜,光线通过镜头的汇聚,射入到底片或者传感器(如CMOS、CCD等)上,如果是数码摄影的话,CMOS等将光信号转换成电信号,从而以图片文件的形式将图像记录下来。对于一个凸透镜来说,物距、像距和焦距必须满足一定的条件,才能在传感器上形成一个清晰的像,因此在拍摄之前必须先要进行“对焦”才能拍摄到清晰锐利的图像。对于天文摄影来说,一般对焦都是对星空对焦,由于星星亮度一般都比较低,自动对焦系统难以工作,因此需要手动对焦。
       每支镜头都有一个焦距数值(定焦镜头)或者焦距范围(变焦镜头),简单的尝试即可发现,对于同一个照相机(传感器)来说,焦距越长,视角越小,有一种远处的景物被拉近的感觉,产生所谓的“压缩感”。人们还发现,如果焦距越长,相同的曝光参数(光圈、快门速度、ISO,见下)下拍到的照片就会越暗。对于天文摄影来说,长焦距的增大了放大率,还会导致星星的像在传感器上移动的速度变快,因此在不使用电动跟踪且非拍摄星轨的情况下,焦距越长,星星越容易拖线,可允许的拍摄时间就会越短。如果使用电动跟踪,焦距越长的镜头或望远镜,对电动跟踪的精度要求越高。
大光圈,小景深:可以看到,除了中间的花朵,前景、背景均被虚化。
       要衡量一个镜头收集光的能力,显然口径是必不可少的一个因素;但上面也提到,焦距越长,成像越暗。因此人们定义了一个叫做光圈的参数 (F) ,来衡量镜头收集光线的能力:
F=f/d
其中f 代表的是镜头的焦距,d 代表的是有效口径。由于焦距越小,口径越大,镜头收集光线的能力越强,所以说光圈值越大,代表的是镜头收集光的能力越差。另外,由于镜头收集光线是依靠一个面积来收集的,因此口径扩大到原来的
倍,代表进光量是原来的两倍,此时称为曝光升高一档(即测光表上的EV值 1)。所以如果F乘上1.4,那么收集光线的能力大约就变为原来的一半,称为曝光降低一档(即测光表上EV值-1)。对于一定的焦距,光圈的增大还带来了景深的变浅,也就是常说的背景虚化现象。光圈越大,景深越浅,背景虚化越明显。以下是一个常见的光圈序列,后一个光圈值比前一个光圈值曝光减一档:
1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, …
      另一个跟曝光有关的参数称为快门速度。快门速度是指拍摄一张照片,快门打开的时间。快门速度一般使用秒作为单位,但是实际使用中单位常常省略,因此如果说快门1/10就是曝光1/10秒。显然,快门速度提高一倍,收集到的光信号多一倍,曝光升高一档。比如说,保持其他参数不变,快门速度1/10的曝光比快门速度1/20高一档,提高曝光时间还有一个有趣的作用,就是可以拍摄出动感十足的照片。但是对于天文摄影,如果没有电动跟踪,过长的曝光时间会导致星点拖线。
上图曝光时间为1/100,下图为127 s(使用ND1000滤镜),对比水面和云层可以明显的看出曝光时间不同带来的变化
       最后一个跟曝光有关的参数是ISO。ISO指的是感光度,它描述的是传感器对光信号的一个响应程度。ISO提高一倍,曝光升高一档。 但是由于ISO越高,传感器对信号响应越灵敏,因此一些本来不应该被传感器感受到的噪声信号也被收集了起来,因此提高ISO在升高曝光的同时,也带来了大量的噪点。
ISO12800拍摄,可以看出背景中明显的噪点
       光圈、快门速度、ISO三个数据决定了一张照片的曝光水平,然而又各自有其他的作用。通过控制这三个参数,能够在实现正确曝光的同时,可以实现对于景深、景物动态和噪点数量三个方面的相互平衡。因此快门、光圈速度、ISO构成了一个曝光三角形。

天文摄影的基本参数设置
       相比起白天的景物、甚至夜景灯光,星光都是非常暗弱的信号。因此,天文摄影参数的设置往往考虑的是获得更高的曝光,因此使用800以上的ISO,使用大光圈镜头,延长曝光时间(有时需要借助赤道仪)都是很有必要的。

星野摄影的流程

1
搭设设备并取景,包括星空和地景。

2
对焦。一般需要打开显示屏进行手动对焦,在对焦的时候可以设置很高的曝光参数,使得视野变亮,利用相机放大显示的功能找到一颗比较亮的星(最好这颗星处在视野靠中间的位置)实现比较精确的对焦,并通过试拍来检验对焦的效果。如果目标天区内没有亮星,则可以先对焦再取景,只要不动对焦环,第一次对焦都是有效的。

3
调节参数。一般情况下,测光表给出的测光数值对于天文摄影意义不大,需要尝试或经验。如果需要尝试曝光,可以使用高ISO、大光圈、较短的快门时间进行尝试,然后根据曝光三角形换算成自己需要的曝光参数。一般来说,拍摄银河、星座等可以先尝试4~5 s的曝光,如果拍摄星轨可以使用更低的ISO和较长的曝光时间;

4
拍摄。拍摄时可以多拍摄几张,用于后期叠加降噪;如果需要拍摄星轨,使用高速连拍模式,然后用快门线将快门锁死,连拍较长一段时间。

5
后期处理
后期处理涉及比较多的概念和方法,这一部分内容已经超出了本文的范围。如果想了解更多关于后期处理的知识,欢迎参加天文摄影组的后续活动。


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