Hoeveel frames heb je nodig? Een recht antwoord

“Maak er zoveel je kunt” is het standaardadvies. Het is niet zozeer verkeerd als wel nutteloos: het geeft je geen manier om een sessie te plannen, geen manier om te weten wanneer je moet stoppen, en geen verklaring waarom de twee uur van vorige week beter uitpakten dan de drie uur van deze week.

Er is een recht antwoord, en het volgt uit één verband.

De rekenkunde

Signaal telt lineair op met het aantal frames. Ruis is willekeurig, heft zichzelf deels op en groeit alleen met de vierkantswortel. De signaal-ruisverhouding verbetert dus met √N.

Dat heeft gevolgen die de meeste mensen verrassend vinden:

Frames	Verbetering ten opzichte van één frame
4	2×
16	4×
64	8×
256	16×
1024	32×

Elke verdubbeling van kwaliteit kost vier keer zoveel frames.

Daarom is de stap van 10 naar 40 frames groot en die van 200 naar 260 onzichtbaar. Je hebt 30 % meer data toegevoegd voor 14 % verbetering, en 14 % ligt onder wat het oog in een foto betrouwbaar opmerkt. Er ging niets mis; de verbetering was alleen te klein om te zien.

De praktische regel: om een echte stap omhoog te zien, plan je op verviervoudigen. Als 50 frames je iets fatsoenlijks gaven, is 200 het volgende zichtbare niveau. 70 niet.

Uitleesruis bepaalt je sublengte

Een tweede ruisbron middelt niet op dezelfde manier weg. Elke uitlezing van de sensor voegt een vaste boete toe, en die hangt niet af van de belichtingstijd. Een frame van 5 seconden en een frame van 500 seconden betalen hem allebei één keer.

Een gegeven totale integratietijd draagt dus uitleesruis in verhouding tot het aantal stukken waarin je hem knipt:

• 90 minuten als 540 × 10 seconden → 540 porties uitleesruis
• 90 minuten als 18 × 5 minuten → 18 porties

Evenveel licht in totaal, ruwweg dertig keer minder uitleesboete.

Daarom wint een geguide opstelling het van een slimme telescoop op zwakke objecten bij gelijke totaaltijd. Hij vangt niet meer fotonen. Hij leest de sensor veel minder vaak uit.

Gebruik dus de langste sub die je montering betrouwbaar volgt. Dat is een mechanische vraag, geen verwerkingsvraag, en op zwakke objecten weegt hij zwaarder dan al het andere.

De keerzijde is duidelijk. Een getrokken frame van 300 seconden is niets waard, en een verloren frame kost meer dan een iets ruisiger frame. Zoek de lengte waarbij je bewaarpercentage hoog blijft, en blijf daar.

Hoe “genoeg” eruitziet

Ruwe werkgetallen, uitgaande van een redelijke hemel:

Heldere objecten (de kern van Orion, de Plejaden, het centrum van Andromeda, de Maan): twintig tot vijftig frames geeft een goed resultaat. Die zijn helder genoeg dat je niet tegen de ruisvloer vecht, en meer tijd levert weinig op.

Middelzware objecten (de meeste Messier-sterrenstelsels en -nevels): honderd tot driehonderd. Hier doet de √N-curve echt werk en levert elk extra uur nog iets zichtbaars op.

Zwakke objecten (buitengebieden van nevels, integrated flux nebula, zwakke getijdenstaarten): vijfhonderd en meer, al tellen sublengte en hemelkwaliteit hier zwaarder dan het aantal. Ben je begrensd door uitleesruis of door de hemel, dan redden frames alleen het niet.

Planetair is een heel ander regime. Je wilt er duizenden, want je gooit het meeste weg. Lucky imaging houdt de scherpste fractie, dus 5.000 frames op 10 % laat er 500 goede over, en de selectie doet het werk in plaats van de integratie.

Drie grenzen, en hoe je ze uit elkaar houdt

Frames toevoegen helpt alleen als frames je beperking zijn. Drie veelvoorkomende grenzen liggen ergens anders.

Uitleesruis. Met heel korte subs wordt de ruisvloer bepaald door de uitlezing en niet door hemelfotonen. Meer frames helpen nog steeds, maar traag, en je betaalt elke keer een vaste prijs. Symptoom: lange integratietijd, hardnekkig ruisige achtergrond, korte subs. Oplossing: langere subs, niet meer subs.

De hemel. Onder een heldere hemel overheerst de achtergrond en komt zwak signaal er misschien nooit bovenuit. De signaal-ruisverhouding verbetert nog steeds met √N, maar √N van niet detecteerbaar is nog steeds niet detecteerbaar. Symptoom: heldere achtergrond, en zwakke gebieden die wegblijven hoe lang je ook integreert. Oplossing: een donkerdere hemel, of smalbandfilters die het meeste licht van lichtvervuiling tegenhouden.

Uitlijning. Laat de registratie fouten van een halve pixel achter, dan voegen meer frames alleen meer licht verschoven data toe. De stack wordt gladder en niet scherper. Symptoom: de ruis daalt met meer frames maar het detail verbetert nooit, en de sterren zien er zacht uit op een manier die niet bij je scherpstelling past. Oplossing: controleer of de registratie rotatie aankan, wat op elke azimutale montering meespeelt, inclusief alle slimme telescopen.

Controleer die laatste voordat je de hemel de schuld geeft. Het lijkt sprekend op slechte seeing, en mensen verliezen er hele seizoenen aan.

De test die het in één ronde beslist

Stack je sessie. Stack daarna de helft ervan (om het andere frame) en vergelijk de twee bij dezelfde stretch.

• Duidelijk beter met allemaal: frames helpen. Maak er meer.
• Nauwelijks te onderscheiden: je bent tegen een van de drie grenzen hierboven aan gelopen. Meer frames lossen dat niet op, dus verander iets anders.

Dit kost één extra verwerkingsronde en vertelt je meer dan welke vuistregel ook, omdat het gemeten is op jouw data, jouw hemel en jouw apparatuur.

Rejectie heeft een minimum nodig

Eén ding hangt wel af van het ruwe aantal: het verwerpen van uitschieters.

Met acht frames kun je geen verdeling schatten. Elke clipmethode werkt dan met te weinig monsters, en agressieve rejectie gooit echt signaal weg terwijl ze beweert uitschieters te verwijderen. Het beeld ziet er schoon uit en mist stilletjes zwak detail. Het ziet er niet kapot uit, alleen een beetje leeg, en niets op het scherm vertelt je waarom.

Praktische drempels:

• Onder 8 frames: gewoon middelen of een mediaan. Neem de satellietsporen voor lief; je kunt ze niet veilig verwerpen.
• 8 tot 15: Winsorized clipping, die uitschieters naar de hoofdmoot toe trekt in plaats van ze weg te gooien.
• Boven 15: gewone sigma-clipping wordt veilig.
• Boven 15 met driftende transparantie: linear-fit clipping, die een vloeiende drift over de stack verwacht en alleen verwerpt wat daarvan afwijkt.

Dat laatste geval is goed om te kennen. Als er hoge bewolking binnenkomt of het object naar de lichtkoepel zakt, verschillen de frames echt van elkaar. Sigma-clipping behandelt de frames aan de uiteinden van het bereik als uitschieters, en de donkerste zijn vaak de helderste frames van de nacht. Je verliest je beste data aan een methode die aannam dat ze fout was.

Dus, hoeveel?

• Eerst de sublengte: de langste die je montering betrouwbaar volgt. Die bepaalt de uitleesruis, en uitleesruis overheerst bij zwakke objecten.
• Dan het aantal, in factoren van vier: 50 → 200 → 800. 20 % erbij is geen plan.
• Minstens 15 frames als je fatsoenlijk uitschieters wilt verwerpen.
• Controleer het met de halvestacktest in plaats van op iets hiervan te vertrouwen, dit artikel inbegrepen.

Ziet de halve stack er hetzelfde uit als de hele, besteed je volgende heldere nacht dan aan een ander object in plaats van aan meer van hetzelfde.