Stapeln wird in der Infrarotastronomie ständig durchgeführt. Dies geschieht, weil die CCD-Technologie für Wellenlängen im Bereich von etwa 2 bis 10 Mikrometern und darüber hinaus nicht funktioniert. Daher verwenden sie Infrarotdetektor-Arrays wie das HAWAII-Reihe von Infrarot-Arrays von TeleDyne. Typischerweise weisen die Infrarot-Arrays, wenn auch etwas weniger, im Laufe der Zeit Defekte wie festsitzende Pixel, Übersprechrauschen usw. auf

Um dies zu umgehen, nehmen die Benutzer solcher Arrays ein Bild auf, bewegen das Teleskop um einen Bruchteil des Sichtfelds, nehmen ein anderes Bild auf und wiederholen es nach Bedarf. Dies ermöglicht es ihnen, schlechte Pixel zurückzuweisen und Musterrauschen auszugleichen. Die anderen Vorteile davon sind, dass es den Dynamikbereich des gestapelten Bildes erhöht, wie Sie gefragt haben, und das Entfernen transienter Signale wie Asteroiden, Satelliten und Treffer mit kosmischen Strahlen ermöglicht. Das LSST verwendet Bildpaare, um die Unterdrückung kosmischer Strahlen zu unterstützen .

Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass beim Auslesen der Daten aus dem Detektor dem Signal eine Menge Rauschen hinzugefügt wird (bekannt als "Leserauschen"). Aus diesem Grund steigt Ihre Empfindlichkeit wie die Quadratwurzel der Anzahl der Bilder (ungefähr Quadratwurzel der Zeit) anstatt linear mit der Zeit. Wenn Sie einen hohen Dynamikbereich wünschen, ist es daher besser, nicht nur zu stapeln, sondern auch die Belichtungszeit zu variieren - kurze Bilder für die hellen Teile des Feldes und lange Bilder für die schwachen Teile mit der Zurückweisung der gesättigten Pixel in Software gemacht. Wenn Sie einen solchen Ansatz mit einem CCD wählen, sollten Sie die Felder zwischen der Langzeitbelichtung drehen, da CCDs bei Sättigung dazu neigen, entlang einer Reihe zu bluten.

Ich weiß nicht, wie dies in einer nicht professionellen Umgebung möglich ist, aber ein Ansatz, den einige Kameras verwenden, wird als "Drift-Scan" bezeichnet (z. B. SDSS-Bilddetektor ).Siehe, CCDs lesen die Ladung aus den Pixeln aus, indem sie das gesamte Bild über das Pixelarray verschieben und auslesen, wenn die Ladung eine Kante des Chips erreicht.Wenn Sie die Ladung mit der gleichen Geschwindigkeit über den Chip bewegen, mit der sich das Bild des Himmels über den Chip bewegt, können Sie kontinuierlich einen Streifen des Himmels scannen.

Die Stimme der bitteren Erfahrung, um Ihnen von einem Problem zu erzählen, über das sich ein ordnungsgemäß funktionierendes Observatorium keine Sorgen machen sollte. Aber ich habe die Zeit damit verbracht, an einem "ernsthaften" Astronomieprojekt zu arbeiten.

Das Stapeln von Bildern mittlerer Länge bietet einen gewissen Schutz vor fehlerhafter Verfolgung. Im Falle eines Tracking-Fehlers während einer einzelnen Langzeitbelichtung können Sie nur wenig zur Wiederherstellung tun. Bei einigen Tracking-Fehlern während eines Laufs von fünf bis zwanzig Frames mittlerer Länge bleiben jedoch immer noch mehr als die Hälfte der Daten (und Kopfschmerzen) übrig insofern, als Sätze von Frames kombiniert werden, die unterschiedliche relative Ausrichtungen haben, dies aber möglich ist).

Meine Erfahrung kam in den frühen 1990er Jahren, als ich ein gekühltes CCD hinter ein 14-Zoll-Zielfernrohr stellte, das das Ganze ohne menschliche Aufsicht auf einen Berg brachte und Schulkinder Beobachtungsanfragen über das Internet einreichen ließ (per FTP, da dies vor dem Internet war). war eine wirklich coole neue Idee. Aber aus Kosten- und Ausrichtungsgründen verwendete das Projekt Software-Tracking. Geschrieben ist vBasic. Wir konnten die ganze Zeit über 30 Sekunden laufen. Fünf-Minuten-Läufe mit einer gewissen Regelmäßigkeit und im Wesentlichen nie mehr als zwanzig Minuten ohne ein Tracking-Fehler.

Aber durch Stapeln von ungefähr zehn dreiminütigen Läufen konnten wir ein Bild bis zur neunzehnten Größe erstellen, selbst wenn sich die Box zum Testen oben auf dem physischen Gebäude befand. Und wir haben tatsächlich eine MACHO-Mikrolinsen-Ereignislichtkurve verfolgt und die großen Jungs angepasst, was meine erste "echte" wissenschaftliche Erfahrung war.

Wenn Ihre Expositionen kurz genug sind (ein Bruchteil einer Sekunde), können Sie sogar Turbulenzen in der Atmosphäre bekämpfen. Der Trick besteht darin, sehr viele kurze Bilder zu machen und dann diejenigen auszuwählen, bei denen eine (helle) Punktquelle am schärfsten ist, und nur diese zu stapeln.

Die Technik heißt Lucky Imaging und kann Bilder liefern, die so scharf sind wie das Hubble-Weltraumteleskop von bodengestützten Instrumenten.

Abgesehen davon könnte Ihre Frage lauten: Was sollte mein Kriterium sein, wenn nicht Bilder stapelt? - weil die Vorteile in Bezug auf schlechte Pixelunterdrückung, Entfernung kosmischer Strahlung und Dynamikbereich so groß sind. Bei optischen CCD-Bildern liegt der Break-Even-Punkt normalerweise dann, wenn das Ausleserauschen einen vernachlässigbaren Beitrag zum Signal-Rausch-Verhältnis von allem leistet, was Sie messen möchten. Eine weitere Überlegung kann sein, wie lange das Auslesen des CCD dauert, was zu einer "Totzeit" führt.

Lucky Imaging basiert auf speziellen elektronenvervielfachenden CCDs, die auf Kosten einer Streuung der Verstärkung (Anzahl der Ausgangselektronen pro Eingangsphoton) sehr schnell mit geringem Ausleserauschen ausgelesen werden können. Die meisten anderen astronomischen CCDs minimieren das Ausleserauschen auf Kosten von Auslesezeiten von mehreren zehn Sekunden, sind jedoch sehr linear.

Ich habe dies nicht für die Astronomie getan, sondern ein Astronomie-CCD in einem Mikroskop für die Elektrolumineszenz verwendet und auch gekühlte bildgebende CCDs für die Spektroskopie verwendet. Obwohl ich das Experiment oft eingerichtet habe, um mögliche Zeitschwankungen zu messen, gibt es selbst für eine unveränderliche Quelle viele Vorteile.

• Dynamikbereich: Wenn Ihr CCD 12 Bit hat, können Sie $ 2 ^ {12} $ verschiedene Werte darstellen. Das ist ziemlich viel, aber wenn Sie an Punkten interessiert sind, die $ 2 ^ {10} \ ungefähr 1000 $ mal heller sind als andere Punkte von Interesse, haben die dunkleren nur 100 Zählungen, wenn die helleren gesättigt sind. Sie haben im Wesentlichen unbegrenzten Dynamikbereich, der Software hinzufügt. Dies ist häufig in der Spektroskopie erforderlich, bei der Pixel auf dem Chip summiert werden, um das Ausleserauschen zu reduzieren und eine Sättigung sehr wahrscheinlich zu machen.
• Ladungsblutung: Ein sehr volles Pixel kann Ladung in benachbarte Pixel lecken. Es passiert nicht schnell, es sei denn, es ist gesättigt, aber es passiert immer noch.

Ich weiß nichts über Astronomie, aber ein Grund, warum es in der normalen Fotografie nützlich sein kann, ist die Bekämpfung von Verwacklungen, indem die Bilder vor dem Mischen automatisch ausgerichtet werden.Dies kann nützlich sein, wenn Sie eine wirklich lange Belichtung machen möchten, aber keinen stabilen Platz zum Aufstellen eines Stativs haben.Die Bildausrichtung kann in Photoshop oder mit einem Dienstprogramm namens align_image_stack erfolgen.Mit etwas Geduld sollte es sogar möglich sein, auf diese Weise lange Belichtungsaufnahmen in der Hand zu machen, obwohl ich zugeben muss, dass ich das nicht ausprobiert habe.