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抖动

翻译：雅痞张 Phillip

概述#

抖动是现代图像采集过程中的一个重要环节。CMOS和CCD传感器会受到各种电子噪声的影响，如固定模式噪声（FPN）和冷像素等缺陷。来自天体的光子落在传感器上，如果光子落在冷像素或热噪上，光子就会失效（译者注：无法正确的转换成电子）。抖动（Dithering）的动作是在连续曝光之间的，控制望远镜轻微移动，让光子落在传感器上的位置发生轻微的变化。这意味着，在之前的曝光中在死像素或热像素上的光子，下次曝光可以捕获正确的光（即数据），图像对齐问题在大多数后期叠软中都很容易处理。

不同位置的单张亮场的图像可以在对齐叠加的过程中，将排异算法（如sigma clip排异算法）变的更为有效，以剔除固定模式噪声和冷、热像素。这是因为热像素和冷像素在相机传感器中始终处于同一位置，抖动会使它们在移动之后出现在每个帧的不同位置。

（译者注：简单来说，抖动就是每拍摄一张图片轻微错开一些，后期将星点对齐叠加，就可以有效的将死像素或者热噪错开，再通过排异算法剔除掉这些不好的像素，可以很有效的提高图片质量，同时避免斜纹状的噪点，即FPN）

因为抖动的操作必须与导星镜协调（请记住，赤道仪已经有意移动了几个像素，导星相机会尝试反向移动抵消这个移动），抖动的操作由PHD2来管理。这个程序很简单。N.I.N.A暂停拍摄并命令PHD2执行抖动操作。PHD2执行抖动操作，抖动完成后反馈给N.I.N.A。任何需要的修正导星的操作都由PHD2自动处理，N.I.N.A随后恢复正常曝光。通常，抖动操作需要几十秒（最多）才能完成。

使用N.I.N.A的抖动功能#

N.I.N.A提供了三种不同的方式来执行抖动：

  1. 普通抖动，通过PHD2抖动
  2. 同步抖动，与架设在同一个赤道仪上的相机同步，同样通过PHD2抖动
  3. 内置抖动，使用N.I.N.A的直接导星功能实现抖动

要使用不同的方法实现抖动，在 设备> 导星 标签中选择.

普通PHD2抖动#

这是大多数用户的典型应用情景。用户有一个主相机，一个导星相机，并使用PHD2进行导星。按照序列中配置的间隔，N.I.N.A.将暂停主相机的操作，并向PHD2发送信号，以开始抖动操作。抖动操作完成后恢复拍摄。

使用PHD2同步抖动#

除了单相机外，多个望远镜多相机并联拍摄已经成为一种常见的配置。N.I.N.A可以通过多个应用程序实例（译者注：多开N.I.N.A程序）来控制这类型的装置。一个实例控制赤道仪、导星和主相机中的一个。多开的N.I.N.A.控制每个主相机，并将其操作传达给N.I.N.A.的主实例。当N.I.N.A.的多个实例启动时，此协调机制在后台自动设置。这个控制方式对抖动的操作造成了问题，因为如果没有N.I.N.A.的多个实例之间的协调，抖动操作可能会在其他主相机仍在曝光时启动（译者注：因为导星的抖动需要有一定稳定时间，当主相机A开始曝抖动并在稳定期间时，主相机B可能已经开始了下一张图片的曝光，这必然造成星点脱线）。

为了解决这个问题，抖动操作将与PHD2协调，让抖动不在任何一个相机的曝光过程中操作。N.I.N.A的开发人员Stanley Demont在描述同步抖动的视频里面，概述了N.I.N.A 1.8版本中的这个功能。

内置抖动#

有些情况下，没有使用导星设备，因此没有PHD2，但抖动仍然是可以实现的。这种配置的例子通常包括小型便携式设置，有一个主相机和望远镜或镜头，但没有导星。在这样的情况下，N.I.N.A.仍然可以实现抖动操作，但只能通过其直接的导星设备自行完成。一旦激活，抖动操作将在序列中可用，并直接受到N.I.N.A.的控制。

要求#

N.I.N.A.支持使用它与PHD2的直接通信来进行抖动操作，并让它作为设置中的一部分更易于设置。在一个序列中抖动有几个先决条件：

  • 需要连接到一个赤道仪
  • PHD2需要处于开启状态，正在导星，并可以和N.I.N.A通信（译者注，PHD2需要在软件中开启服务器模式才可以与外部拍摄软件通信，这个选项是默认开启的）
  • PHD2相关设置参数，需要在被正确的输入
  • 序列中需要启用抖动操作

PHD2设置#

为了使N.I.N.A.与PHD2通信，并执行诸如抖动和导星等命令操作，必须启用PHD2的内部服务器。要启用PHD2的内部服务器，请转到PHD2的“工具”菜单并确保选中了“启用服务器模式”。

PHD2 Enable Server

N.I.N.A 设置#

设置PHD2#

有关导星和抖动的设置可以在 选项 > 设备 选项卡中找到。默认设置适用于大多数情况。如果PHD2没有安装在默认位置，则需要指定 phd2.exe 的完整路径。这样操作，作为设备连接过程的一部分，N.I.N.A.可以自动启动PHD2。

N.I.N.A. PHD2 Settings

对两个最重要的抖动相关设置的解释如下：

  • PHD2抖动像素：抖动动作将移动的像素数量（在导星相机上）。该值应考虑导星相机和主相机之间的成像比例，以角秒/像素为单位。要选择适当的值。你需要考虑由于抖动的移动，两次曝光之间会有多少成像相机像素移动。显然，其中一者的焦距和像素大小的2个像素覆盖区域，一定是与另一套系统不同的（译者注：主相机系统和导星系统之间的比例不同）。 通常建议导星相机抖动若干像素，使主相机位移约10像素。

让我们来做一个假设，假设有一个2.9微米像素的导星相机和一个240mm焦距的离轴导星镜，导星相机的解析率为2.9角秒/像素。主相机光学系统由一个3.8微米像素的相机和一个540mm焦距的主镜构成，成像解析率为1.5角秒/像素。导星相机移动6像素，对应的主相机的移动15角秒或10像素。因此，在这种情况下，PHD2中设置6像素抖动像素是合适的。

注意

实际上抖动的像素数值，将在PHD2中被乘以“缩放（Scale）”数值，可以在的高级设置>抖动 设置下找到的“缩放”值。该值将乘以N.I.N.A.中设置的抖动像素，以确定最终像素移位量。建议将其保留为1，并且只更改N.I.N.A中抖动像素的数量。
phdscale

  • 仅赤经轴抖动：这将导致抖动只发生在赤经轴上，并允许赤纬轴继续导星。

    只有在下列情况下才应选中此选项
    - 你的赤道仪不支持赤纬轴导星（即星野赤道仪） - 你的赤道仪回差非常高 - 你只使用赤纬进行导星

提示

可以使用联机工具计算导星相机/主相机的成像比例。通过输入导星系统的的焦距和相机像元大小，你将得到每个像素覆盖天空的角秒数（每像素角秒）。这样的工具有Astronomy Tools FOV Calculator（天文工具--视场计算器）。

  • 抖动稳定像素容差和稳定时间：这些是决定抖动是否成功的重要参数。当PHD2启动抖动时，赤道仪发出赤经赤纬随机移动，随机移动的最大值由PHD2抖动像素决定。然后，整套装置恢复其跟踪操作，但根据齿轮的机械稳定性不同，可能需要几秒钟才能恢复到正常的导星状态。此时长表示的是稳定时间，N.I.N.A.允许您定义一个最小稳定时长，在此期间不会尝试启动新的拍摄。

当导星经过抖动后，并停留在PHD2内设定的容差值之内时，抖动稳定操作才完全完成。稳定像素容差值（Settle Pixel Tolerance）以导星相机的像素来表示。

如果在PHD2稳定超时中设定的时间之后，仍然无法实现稳定，导星稳定会被认定失败，N.I.N.A重新开始曝光。

PHD2抖动像素 应该在参考PHD2导星记录，根据你的赤道仪导星性能和导星尺度决定。PHD2记录查看器（PHD2 log viewer） 是一个非常好的分析工具，点击此处下载。

DitherPHD

序列中的设置#

无论使用哪种抖动方法，在运行序列的过程中启动抖动都很简单。抖动操作可以针对序列中的以每一张和每N张的形式被激活，也就是说，序列中设置20张曝光，第二次曝光执行抖动，则将进行2次正常曝光，执行1次抖动，然后将进行下2次曝光，以此类推。N.I.N.A与PHD2一起管理这些操作，整个过程完全无需值守。

N.I.N.A. Dithering in Sequences

抖动的操作可在上一张图片正在下载的过程中进行。如果你的相机下载速度很慢，有可能在当你的相机完成下载并准备开始下一张拍摄时，抖动已经完成。（译者注：与CMOS相机不同，大部分CCD相机读出速度很慢，快则数秒慢则长达数十秒，在此过程中导星足以完成抖动和稳定工作。）

提示

如果你使用LRGB循环拍摄的序列 （参见: 高级序列设置) 你可以只在L帧做出抖动。如果使用一个彩色相机或单反，尽管你的单张曝光时间可能非常短（30秒、60秒），你可能希望减少抖动的次数以避免过分干扰导星，我们仍然建议每张拍摄后都进行抖动。