Quanti frame ti servono? La risposta

“Riprendine quanti più puoi” è il consiglio standard. Non è tanto sbagliato quanto inutile: non ti dà nessun modo per pianificare una sessione, nessun modo per sapere quando fermarti, e nessuna spiegazione del perché le due ore della settimana scorsa sono venute meglio delle tre di questa.

Una risposta diretta c’è, e discende da una sola relazione.

L’aritmetica

Il segnale si accumula linearmente con il numero di frame. Il rumore è casuale, in parte si cancella, e cresce solo con la radice quadrata. Quindi il rapporto segnale/rumore migliora di √N.

Questo ha conseguenze che la maggior parte delle persone trova sorprendenti:

Frame	Miglioramento rispetto a un frame
4	2×
16	4×
64	8×
256	16×
1024	32×

Ogni raddoppio di qualità costa quattro volte tanti frame.

Ecco perché passare da 10 frame a 40 è un grande cambiamento e passare da 200 a 260 è invisibile. Hai aggiunto il 30 % di dati in più per un 14 % di miglioramento, e il 14 % sta sotto quello che l’occhio nota in modo affidabile in una fotografia. Non è andato storto niente; il miglioramento era solo troppo piccolo per vederlo.

La regola pratica: per vedere un vero salto, pianifica di quadruplicare. Se 50 frame ti hanno dato qualcosa di decente, 200 è il prossimo livello visibile. 70 no.

Il rumore di lettura decide la durata dei sub

Una seconda fonte di rumore non si media via allo stesso modo. Ogni lettura del sensore aggiunge una penalità fissa, che non dipende dalla durata dell’esposizione. Un frame da 5 secondi e uno da 500 secondi la pagano una volta ciascuno.

Quindi una data integrazione totale porta rumore di lettura in proporzione a in quanti pezzi la tagli:

• 90 minuti come 540 × sub da 10 secondi → 540 porzioni di rumore di lettura
• 90 minuti come 18 × sub da 5 minuti → 18 porzioni

Stessa luce totale, circa trenta volte meno penalità di lettura.

È per questo che un setup guidato si stacca da un telescopio smart sugli oggetti deboli a parità di tempo totale. Non raccoglie più fotoni. Legge il sensore molto meno spesso.

Quindi usa il sub più lungo che la tua montatura insegue in modo affidabile. È una questione meccanica, non di elaborazione, e sugli oggetti deboli pesa più di tutto il resto.

La controspinta è ovvia. Un frame da 300 secondi con le scie non vale niente, e un frame perso costa più di uno leggermente più rumoroso. Trova la durata a cui la percentuale di frame tenuti resta alta e resta lì.

Come appare “abbastanza”

Numeri di lavoro approssimativi, assumendo cieli ragionevoli:

Oggetti brillanti (il nucleo di Orione, le Pleiadi, il centro di Andromeda, la Luna): da venti a cinquanta frame danno un buon risultato. Sono abbastanza brillanti che non stai combattendo il fondo di rumore, e più tempo aggiunge poco.

Oggetti medi (la maggior parte delle galassie e nebulose di Messier): da cento a trecento. È qui che la curva √N fa un lavoro vero e ogni ora in più si vede ancora.

Oggetti deboli (nebulosità esterne, nebulose a flusso integrato, deboli code mareali): da cinquecento in su, anche se qui la durata dei sub e la qualità del cielo contano più del numero. Se sei limitato dal rumore di lettura o dal cielo, i frame da soli non bastano.

Il planetario è un regime diverso. Ne vuoi migliaia, perché ne butti via la maggior parte. Il lucky imaging tiene la frazione più nitida, quindi 5.000 frame al 10 % lasciano 500 frame buoni, ed è la selezione a fare il lavoro invece dell’integrazione.

Tre limiti, e come distinguerli

Aggiungere frame aiuta solo se sono i frame a limitarti. Tre limiti comuni sono altro.

Rumore di lettura. Con sub molto brevi il fondo di rumore è fissato dalla lettura, non dai fotoni del cielo. Più frame aiutano ancora, ma lentamente, e paghi un costo fisso ogni volta. Sintomo: lunga integrazione, fondo ostinatamente rumoroso, sub brevi. Rimedio: sub più lunghi, non più numerosi.

Cielo. Sotto cieli luminosi domina il fondo, e il segnale debole potrebbe non emergere mai sopra di esso. Il rapporto segnale/rumore migliora ancora come √N, ma √N di non rilevabile resta non rilevabile. Sintomo: fondo luminoso, e regioni deboli che restano assenti per quanto a lungo integri. Rimedio: cieli più scuri, o filtri a banda stretta che respingono la maggior parte dell’inquinamento luminoso.

Allineamento. Se la registrazione lascia errori di mezzo pixel, più frame aggiungono altri dati leggermente mal registrati. Lo stack diventa più liscio e non più nitido. Sintomo: il rumore scende con più frame ma il dettaglio non migliora mai, e le stelle sembrano morbide in un modo che non corrisponde al tuo fuoco. Rimedio: controlla che la registrazione gestisca la rotazione, che conta su ogni montatura altazimutale, compresi tutti i telescopi smart.

Controlla quest’ultimo prima di dare la colpa al cielo. Somiglia esattamente a un cattivo seeing, e c’è chi ci perde stagioni intere.

La diagnosi che chiude la questione in una sola esecuzione

Stacka la tua sessione. Poi stackane metà (un frame sì e uno no) e confronta le due allo stesso stiramento.

• Nettamente meglio con tutti: i frame stanno aiutando. Riprendine altri.
• Quasi indistinguibili: hai raggiunto uno dei tre limiti qui sopra. Più frame non lo risolveranno, quindi cambia qualcos’altro.

Costa un’esecuzione di elaborazione in più e ti dice più di qualsiasi regola empirica, perché è misurato sui tuoi dati, sul tuo cielo e sulla tua attrezzatura.

Lo scarto ha bisogno di un minimo

Una cosa dipende dal numero grezzo: lo scarto degli outlier.

Con otto frame non puoi stimare una distribuzione. Qualsiasi metodo di clipping lavora con troppo pochi campioni, e uno scarto aggressivo elimina segnale reale sostenendo di rimuovere outlier. L’immagine sembra pulita e le manca silenziosamente il dettaglio debole. Non sembra rotta, solo leggermente vuota, e niente sullo schermo ti dice perché.

Soglie pratiche:

• Sotto 8 frame: media semplice o mediana. Accetta le scie dei satelliti; non puoi scartarle in sicurezza.
• Da 8 a 15: clipping winsorizzato, che tira gli outlier verso il grosso invece di eliminarli.
• Sopra 15: il normale sigma clipping diventa sicuro.
• Sopra 15 con trasparenza che deriva: linear-fit clipping, che si aspetta una deriva graduale lungo lo stack e scarta solo ciò che se ne discosta.

L’ultimo caso vale la pena conoscerlo. Quando arrivano velature alte o l’oggetto scende verso la cupola di luce, i frame differiscono per davvero. Il sigma clipping tratta i frame agli estremi dell’intervallo come outlier, e quelli più scuri sono spesso i frame più limpidi della notte. Perdi i tuoi dati migliori per un metodo che ha dato per scontato che fossero sbagliati.

Quindi, quanti?

• Prima la durata del sub: la più lunga che la tua montatura insegue in modo affidabile. Fissa il rumore di lettura, e il rumore di lettura domina gli oggetti deboli.
• Poi il numero, in fattori di quattro: 50 → 200 → 800. Aggiungere il 20 % non è un piano.
• Almeno 15 frame se vuoi uno scarto degli outlier come si deve.
• Verifica con il test del mezzo stack invece di fidarti di qualsiasi cosa qui sopra, questo articolo compreso.

Se il mezzo stack sembra uguale a quello completo, dedica la prossima notte serena a un oggetto diverso invece che ad altri frame dello stesso.