Сей многостраничный труд можно назвать иначе "Непонятно о простом", кому как зайдет.
Поехали.

Успешное астрофото зависит от понимания и соблюдения некоторых общих принципов. Попробуем разобраться, что откуда растет и с чем его едят.

Чем больше фокус, тем меньше экспозиция. Чем меньше пиксель, тем меньше света на него попадает. Эффект такой же. Зависимость квадратичная - при изменении фокусного расстояния в 2 раза, яркость падает в 4 раза. Изменение количества света, собранного пикселем при изменении его размера пропорционально изменению площади пикселя.

Проведем наглядный и понятный опыт. Возьмите фонарик и выйдете ночью на улицу. Направьте фонарь на стену ближайшего дома, а потом в сторону леса. Что будет ярче - стена дома или лес? Ярче будет стена. Почему? Потому что пиксель (в данном случае "ячейка" в глазу) от стенки получает больше отраженного света за счет высокой отражающей способности стены и за счет близости к наблюдателю. Экспозиция большая, как результат - ячейка в глазу насыщена светом. В то же время глаз ничего не получит от леса, в силу его значительной удаленности и в силу его слабо отражающей свет поверхности. Экспозиция получается маленькая, в темноте ничего будет не видно. Нам будет казаться, что там ничего нет или мы увидим слабые контуры опушки леса. С фокусом история такая же - чем он больше, тем свет на матрице будет слабее.

Теперь возьмем бинокль и повторим наш эксперимент. Мы увидим слабо-освещенный фонарем лес, и кролика за деревом. И получим "ожог" сетчатки от близкой и ярко освещенной стены. Почему? Потому что мы увеличили экспозицию. Мы собрали больше света, что эквивалентно уменьшению фокуса, и тем самым подняли поверхностную яркость стены, леса и кролика.

Лирическое отступление

На астрофоруме начинающий снимает с 2-мя ЛБ на зеркалку и теряется в догадках, почему его Юпитер мелкий и на нем не видно деталей. Ему дают советы, кто во что горазд. Не вытерпел, рубанул с плеча - моя цитата с астро-форума:

"Сэмплинг не дотянут. Нужно еще в ~2 раза фокус разгонять. С барлоу у вас уже перебор, переходите на мелкий пиксель. С этой камерой вы уже уперлись, лучше она не выдаст. Вам нужен пиксель 2,5мкн при фокусе 1м у трубы и 4x барлоу. Разгонять фокус не лучший вариант. Уменьшение пикселя даст прирост в масштабе и разрешении при той же освещенности матрицы. Или пробуйте окулярную проекцию, чтобы она дала экв. фокус порядка 8м."

Мне в ответ " Пост p.v. действительно неоднозначен."

Т.е.меня не поняли, что я сказал. Ну так вот. Я часто бываю на разных программистских форумах и там 50% постов примерно такого содержания "Я пытался сделать то-то, у меня не получилось. Что я делаю не так?"
Им в ответ, "Приведите код". Показывают "2+2 = 5. Ошибка." Им отвечают "У проблемы есть несколько способов решения - 1 способ, 2 способ,.. 10 способ". Решения могут как угодно противоречить друг другу, но каждое по-своему решает задачу. Обычно на этом все заканчивается, люди говорят спасибо и идут дальше. Автору подсказок никто не говорит, что его пост неоднозначный. Это выглядело бы странно. Он предложил решения(несколько шт) конкретного вопроса, о котором спрашивали. Какое из них выберет спрашивающий, никто не знает, они все работают. Дальше личное дело спрашивающего, что с ними делать.

Тут такая же ситуация. Ответ на заданный вопрос содержится в моей первой фразе - надо тянуть сэмплинг. Куда тянуть? Об этом чуть ниже. Это можно сделать по меньшей мере 2-мя способами. Либо увеличить экв. фокус, либо уменьшить пиксель камеры. Увеличить фокус можно по меньшей мере 2-мя способами - применив барлоу или применив окулярную проекцию. Каждое из этих решений имеет несколько способов. Можно взять одну барлоу на 8х, если такую найдете или поставив 3-4 барлоу друг за другом, какие есть. У окулярной проекции тоже есть несколько решений. Дальше я сказал, что это плохой путь, намного лучше уменьшить пиксель. Так в чем тут неоднозначность? В вопросе или в ответах?

Теперь, все, что я тут понаписал, идет от человеколюбия. Та же самая мысль была изложена намного короче еще в 1-м посте. Теперь я стер в 4 раза больше пальцев, чтобы все это набрать и положить кому-то в рот. Половину вы все равно не поняли из того, что я сейчас написал. В ответ, я получу не менее гневные обвинения, что я такой, сякой, и что я только запутал всех. Я никого не путал. Повышайте свой уровень, чтобы легче и больше понимать сходу.

Чтобы было еще сложнее и запутаннее: сэмплинг - это дробление чего-то на части, на сэмплы. В нашем случае мы разбиваем микроскопический фрагмент изображения на части. Если это микроскопическое изображение размером с 1 пиксель, то сэмплинг должен составлять 1/3 пикселя. https://en.wikipedia.org/wiki/Sampling
Сэмплинг (частота дискретизации, если по-простому), считается в секундах на пиксель("/px). Моя фраза "сэмплинг не дотянут" может быть интерпретирована как "увеличить масштаб изображения". При этом частота дискретизации тоже увеличится, а минимальный размер оцифрованного сигнала уменьшится. Т.е. отношение "/px станет меньше.

И какая тут прослеживается связь? Мы "тянем" сэмплинг, а он становится меньше. Мы сошли с ума? Нет, на самом деле все просто. Сэмплинг тянем куда? Вниз или вверх? Да как хотите это понимайте. Мне удобнее тянуть вверх. Так естественнее. Тут имеет место игра слов и трудности перевода. Если б я сказал "надо уменьшить сэмплинг", меня бы вообше не поняли. Поэтому понимать смысл терминов важно, чтобы вообще понимать, о чем идет речь. Тогда будет не столь важно, как именно это было сказано. Так вот, давайте договоримся на будущее, чтобы никого не путать: "сэмплинг больше = частота дисретизации больше = масштаб больше". Это приведет к тому, что видимые детали станут меньше.

В русском языке есть синонимы этих терминов - увеличить разрешение снимка. Люди в теме поймут, что если надо "подтянуть" сэмплинг, то надо увеличить масштаб, т.е. или уменьшить пиксель, или разогнать фокус. Это сработает одинаково. А люди без понятия в голове побегут покупать камеру FF на 100мп или что еще хуже начнут считать какой кроп дает их зеркалка. Чьи это будут проблемы?

Продолжим. Теперь можно.

Так вот, о капусте. Почему мы видим ее в бинокль и не видим невооруженным глазом? Потому что капуста далеко от нас и "проваливается" в ячейку сетчатки глаза (в пиксель) вместе с кроликом. Когда мы смотрим на кролика в бинокль, мы увеличиваем сэмплинг, т.е. размер условно различимых глазом качанов, приходящихся на площадь ячейки (или их масштаб). Чем больше будет сэмплинг, тем лучше мы сможем рассмотреть кролика и то, что он ест.

Выводы и аналогии с астрофото простые - увеличивая фокус телескопа, мы "выключаем" фонарь подсветки, т.е. делаем картину темнее. За счет увеличения апертуры мы собираем больше света, тем самым картина становится ярче с ее ростом. Поднимая размер пикселя, мы также увеличиваем чувствительность матрицы, делая картину еще ярче, но, при этом, теряем мелкие детали. Чтобы идентифицировать капусту, как качан, нам надо "положить" его на три пикселя в поперечнике, тогда качан в нашей голове станет круглым. Количество качанов, приходящихся на один пиксель зависит от трех факторов - расстояния до качана, фокусного расстояния телескопа и размера пикселя. И еще от того, каким светом мы освещаем лес.

Для синего цвета (400нм) сэмплинг нужен в ~1,5 раза меньший, чем для красного (600нм). Все это взаимосвязано и описывается формулами. Плясать можно либо от фокуса и получить нужный размер пикселя или от пикселя и при этом получить нужный размер фокуса. Для каждой апертуры расчеты дадут разные результаты. Почему? Потому что расчетный сэмплинг зависит от разрешения системы и должен превосходить его в 3 раза. Для чего? Чтобы сделать дифракционный диск круглым.

А что если атмосфера мылит и мы не видим дифракционных дисков? Тогда вместо расчетного разрешения системы (критерий Релея) мы принимаем за него "сиинг", т.е. некий условный параметр атмосферы, который и определяет наименьшие детали, которые мы можем увидеть в телескоп при данных атмосферных условиях. При этом, глазом мы увидим одно, а на фото будет другое - мозг достраивает и оптимизирует картинку, фильтруя ее, а матрица пишет то, что на нее п оложили, и на ней тонкие детали замыливаются атмосферой. Отсюда простой вывод - чем меньше выдержка, тем меньше должно быть замыливание и тем ближе к дифракционному пределу данного телескопа мы приближаемся на фото.

Этот предел (критерий Релея) R ~= 140/D в угл.". При минимальных выдержках, порядка 1/30-1/50 сек, мы выходим на "планетное" разрешение. При этом сэмплинг д.б. R/3 ("/px). При длинных выдержках, порядка 15 сек
, разрешение снимка будет определяться сиингом, который для средне-русского болота не бывает лучше 1,5-2". Cэмплинг, по-прежнему д.б. R/3 ("/px), но при этом R ~= 1,5-2".

Многих волнует вопрос - пухнут ли при изменении фокуса или пикселя звезды? А пухнет ли при этом стена или лес, на которую мы смотрим в бинокль? Не думаю. А кролики в лесу? Обязаны пухнуть, кмк, но только потому, что когда на них направлен фонарь, они видят капусту и начинают жрать ;D

Если мы увеличим выдержку до минуты или больше, потеряем ли мы в разрешении? Нет, не потеряем. Разрешение, по-прежнему, будет определяться сиингом, но звезды наши сгорят и начнут пухнуть. Но и слабая периферия - галактики, пыль, туманности проработаются на снимке лучше. Можно снимать короткими выдержками длинные серии с длительным суммарным временем накопления.

Будут ли звезды тоньше, а деталей больше? Накопление будет примерно одинаковым, что и при длинных выдержках. Звезды будут пухнуть так же. Разрешение снимка вырастет за счет меньшего влияния атмосферы. А вот шумы на сумме станут меньше за счет того, что шум пропорционален 1/SQR(N), т.е. чем больше кадров сложено, тем лучше.

А что если у нас не бинокль, а метровый телескоп? Увидим ли мы червяка в капусте? Нет, не увидим. Потому что угловой размер червяка пусть и больше, чем R (критерий Релея) для нашего метрового телескопа, но меньше, чем позволяет разглядеть сиинг в 1,5-2". Червяка замылит атмосфера. Казалось бы, нам, в таком случае, не нужен метровый телескоп, если мы в него не можем увидеть детали мельче, чем позволяет сиинг? Не совсем. Мы можем уменьшать выдержку до 1/30-1/50 сек и тем самым повышать порог различимости тонких деталей. Но при этом нам понадобится или более чувствительная матрица или более крупный пиксель, для того, чтобы собрать больше света. А можем потратиться и на адаптивную оптику, это позволит получить больше деталей, чем позволяет сиинг, сохраняя относительно длинные выдержки, но за значительно большие деньги.

В общем, готового рецепта, как приготовить кролика и капусту (положить на матрицу в съедобном виде), тут нет. Но есть зависимости, физика и простая математика. И есть формулы

(С)p.v.,СПб, 12.2018
upd.01.2022