摄影师拍出震撼的星空，原来是在后期做了……

周日 · 天文周历  | 周二 · 牧夫专栏 |  周三 · 太空探索

周四 · 观测指南  |  周五 · 天文视频

48页的天文台历，你见过吗？| 牧夫精品

作者：章佳杰

编排：冯中

在拍摄星野摄影的时候，拍摄主体和环境的亮度很低，相机往往要设置很高的 ISO 进行拍摄，而且需要进行长时间的曝光。即使如此，拍摄的画面仍然是亮度很低的，画面中往往存在不可忽视的噪声影响。下图是我在某次拍摄的原图，弦月未落，画面中大部分景物处于背光状态，再加上镜头光圈不够，所以大部分画面曝光严重不足。（曝光参数：F2.8，ISO3200，15s）

可以想见，这样的原图直接提亮的话，噪点将是惨不忍睹的。下图展示了原图三个局部的 100% 放大截图，可以看到，在山梁、草地等处，噪点非常严重，几乎看不出原有的细节，即使曝光相对充足的天空，也受到噪点的影响。

在前面的文章中（《相机噪声》），我们已经了解到，相机的噪声主要分为三种类型：非均匀响应噪声、随机噪声、固定噪声。在星野摄影里，由于拍摄亮度低，光线的随机性表现更为明显。而且拍摄亮度低导致传感器信号减弱，微弱的信号也更容易被传感器读取电路本身的噪声所影响。因此，相比于白天光线条件好的情况下，夜间拍摄天生就更容易受到噪声的影响。

有什么办法能降低噪声呢？

第一，增加曝光时间。

增加曝光时间，本质上是让传感器积累更多的光子，增加信号的强度。随着信号强度的增加，各种噪声造成的影响会减弱，使得总体信噪比增加。

根据之前文章里提到的知识，在暗光环境下，随机噪声和固定噪声这两种噪声占主要地位。随机噪声与亮度的平方根成正比，当曝光时间增加到 n倍，信噪比就增加到倍；而固定噪声与亮度无关，所以当曝光时间增加到 n倍，信噪比就增加到 n倍。综合起来，当曝光时间增加到 n倍时，画面总体信噪比增加到到 n倍之间。

上图展示了在不同亮度水平下，积累曝光时间对信噪比的影响（曲线含义参见前面的文章《相机噪声》）。在极低亮度水平下，曝光增加 10 倍，信噪比提高 10 倍，如最上面蓝色曲线左侧图示；在中等或以上亮度水平下，曝光增加 10 倍，信噪比提高倍，如下面黄色曲线右侧图示。

第二，拍摄多张画面进行叠加。

噪声之所以叫噪声，就是因为他是随机的。对同一个物体拍摄多张画面，亮度值可能在某一个值附近波动。如果我们将这多张画面进行平均，可以想见，这些起伏波动都将会被抹平，信噪比就增加了。

不妨假设画面中的噪声是独立同分布的（事实上这一点是几乎成立的，在暗环境下占主导地位的随机噪声和固定噪声，都近似满足这一条件），那么根据统计学知识，n 张画面叠加后，信噪比变为原来的倍。

上图是本篇开头举得例子，单张与叠加（13 张叠加）的效果对比。近处深色的山梁已经毫无细节了，各种明暗和彩色噪点完全掩盖了山梁原本的样子，远处雪山亮度高一些，然而也充满了各种噪点；右图是 13 张照片叠加取平均后的结果，可以看出画质明显的改善。近处深色的山梁细节也已经恢复了，甚至山上的树木也清晰可辨；而远处的雪山显得更加纯净了。其他几个局部的对比如下：

第三，利用图像处理的手法，在后期对画面进行降噪。

利用后期处理软件的降噪功能，或者降噪插件，对画面进行降噪。

一般来说，后期的方法不能两全其美，往往在减少噪声的同时，也抹消了画面的细节。这只能作为最后补救的手段。为了使得效果比较完美，往往需要结合蒙版工具，对画面不同亮度、不同细节丰富程度的地方进行局部调整，工作量相对也更大。

这三种手段效果是依次降低的，在条件允许的情况下（比如利用赤道仪）尽量增加曝光时间可以获得更好的信噪比；然而现实拍摄的时候往往条件有限（当然对我来说，很多时候是因为懒）没办法使用赤道仪，于是曝光时间就不能太长（否则星点会拖线），这种情况下就可以通过拍摄多张照片进行叠加来提高画面的信噪比；至于说后期处理，那是一种锦上添花的手段，一定不能当做救命稻草。

那么现在问题来了，要想通过叠加来降噪，该怎么做呢？初看起来这似乎不是个问题，连续拍摄几张照片，直接叠在一起取平均不就行了吗？

很可惜直接这样叠加是有问题的。因为地球在转动，所以整个星空也是东升西落的。如果把相机固定，连续拍摄的几张照片中，虽然照片中的地景是没有发生相对位移，但星空却一定发生了移动。直接叠加之后，星空部分就会拖出星轨。

那么如果使用赤道仪进行跟踪拍摄呢？几张照片之间，星点的相对位置没有变化，直接叠在一起计算平均值行不行？很遗憾还是不行，理由是类似的，由于使用赤道仪跟踪，相机始终追随星空东升西落的运动，虽然星空保持相对不动，但地面就不能保持相对不动了，直接叠加还是会引地景的模糊。

这两个问题其实解决办法是一样的，那就是将照片进行对齐。通常情况下是没有赤道仪，采用固定相机方式拍摄，进而希望用叠加的手段来降噪，也就是说，一般而言需要特别针对星空进行对齐。针对星空对齐的第一步就是对星点进行识别，不仅要识别出画面中的星点的位置，而且要识别出不同画面中哪些星点是同一颗星星，这样才能根据不同画面中同一颗星点的位置关系，计算出不同画面之间的移动，进行补偿对齐，然后才能叠加做平均。

将地面和星空分别对齐进行叠加之后，我们再使用蒙版，分别将清晰的天空和清晰的地面拼合在一起，得到完整清晰的照片。

在之后的文章中，将详细讲述如何进行星点识别，如何对齐星空。但愿我能勤快点写出来。

责任编辑：冯中

牧夫新媒体编辑部

世间最大的情人节玫瑰献给你——圣瓦伦丁节快乐

◢ 打赏是美德 ◣

支付宝账号：[email protected]

打完赏记得加牧夫君好友：aimufu