题注：这里的星野摄影指的是一般意义上采用大光圈广角镜头，拍摄带有清晰银河和地景的照片。星轨和深空等拍摄题材不在此列。

 

1、我们的思路

在我们的风光摄影实践当中，单张画质无法满足苛刻出片要求的情况下，通过多张原始RAW文件进行后期处理提升画质已经变成了一个常规手段。尤其是在长曝光的白天风光摄影当中，通过多张略短时间的曝光做平均值叠加来模拟长曝光的拍摄方式十分流行。在免去了长时间单一曝光要更换高倍滤镜的麻烦的同时，也顺便通过均值叠加的方式把随机的噪声匀掉，获取了更高的信噪比（尤其是暗部）。关于这种拍摄方式有一篇来自@Voidshatter的教程，大家可以参考一下：

http://www.nphoto.net/news/2014-12/01/d6aec4d2d5ee2f898.shtml

可以看到多张RAW文件均值叠加对于信噪比的提升非常明显。

（吐槽：不知道为什么国内喜欢把Stack一律翻译成堆栈……上面的图像处理过程也有人叫堆栈的，Stacked CMOS也被叫做堆栈式CMOS，真是搞不懂……一定是某个程序员的锅orz）

（而且还是个二流程序员，因为我记得Stack只有栈的意思，堆是heap）

（所以我们还是把它叫做多张（平均值）叠加吧）

 

 

2、均值叠加提高信噪比的原理是什么？应该如何计算信噪比提升的数值？

（这一部分相信很多人不感兴趣，完全可以直接跳过，并不影响接下来文章的阅读，或者你可以直接翻到本段底部看结论。）

为什么均值叠加可以提高信噪比呢？

小学生版解释：随机的噪声被多次曝光叠加给匀掉了。

中学生版解释：噪声的本质是一种偶然误差，可以通过多次测量取平均值来消减。

当然，这两个解释都太年轻，太单纯，有时太天真。下面是大学生版解释，涉及概率论与数理统计的一些知识，相信有相关基础的人能够看懂。

在科普文章当中，我们给出了图片信噪比的定义：

如果图片有n个像素，每个像素的亮度为Xi，则图片的信噪比：

假设我们拍摄k张图做平均值叠加，由于参与叠加的原始图片来自于同一台相机，而且拍摄时间相距很近，所以可以认为这k次拍摄相当于同一个样本空间中的多次抽样，那么每一个样本都与总体同分布（即有着相同的噪声强度分布特征（实际上对于理想传感器而言都是正态分布）），那么对于分子上的平均值，我们有：

所以我们有了结论：在图片做均值叠加前后，信号的强度（平均值）不变。

下面来看噪声（方差）：

我们有方差的计算式：

所以：

结论：k张均值叠加后的图像亮度方差等于单张图像的1/k。

在这个证明里有个关键条件就是

意义是每张图片的像素亮度之间协方差为0，也就是说每张图片必须独立拍摄，用一张图复制多次来叠加是没有卵用的。

（虽然是个显而易见的小学生结论，但是你不知道理工男用大！炮！打！蚊！子！是！有！多！爽！！！）

所以我们有了最终结论：

不采用对数标度的情况下，叠加k张照片得到的信噪比为单张图像的k倍。

如果采用摄影中常用EV（档，底为2的对数）来标定的话，可以认为每叠加4张照片，图像的信噪比提高一档（达到原来的2倍）。

这样就可以计算了，比如我想用ISO 12800来拍摄，但是我认为我的相机可以接受的画质在ISO 3200，那么我需要拍摄（12800/3200）×4=16张照片来做均值叠加。

 

 

3、对于星野摄影来说问题在哪？

最大的问题就是：可是地球仍然在转动啊！！！神烦啊！！！。

如果我们采用和白天风光摄影一样的方式去做均值叠加，那么得到的图片，必然是一张星空部分如同单张超长时间曝光一样糊掉的照片。

那么有什么办法能解决这个问题呢？

有人想到了赤道仪，上星野赤道仪对星空单独连拍并叠加一次，然后摘掉赤道仪对地景连拍并叠加，然后上下合成。

能用是能用，但是第一赤道仪不便宜，第二一般来说能拍星空的地方都交通不便，赤道仪带来的额外负重是个不小的负担。

还好其实纯靠软件也可以解决这个问题，而且非常好用。

软件的原理是检测每张照片当中星点的位置，然后旋转图片将每张图片当中的星点对齐之后逐帧叠加，可以比较完美的模拟赤道仪效果。

 

 

4、如何用软件来进行星点叠加操作？

首先介绍一下目前知道能做这件事的两款软件，一款叫Pixinsight，另一款叫Deepskystacker。

Pixinsight的好处是出图画质要优于Deepskystacker，然而缺点也同样明显——这是一款找不到破解版、没有全功能试用版的收费软件。

而且要卖2000欧元，真是夭寿啦= =

所以对于我等穷吊来说，只好把目光投向了Deepskystacker（以下简称DSS），软件下载地址：http://deepskystacker.free.fr/english/index.html （可能需要翻墙）

首先说一下前期拍摄时候的注意事项：

1、由于要对星点进行识别和叠加操作，而且我们需要保证输出最高画质，所以拍摄的时候星点尽量不要拖线。星点不拖线快门速度的计算方法参见：【死理性派】星空600法则？其实没那么简单。

2、为保证最佳画质，拍摄的时候需要顺便拍摄暗场文件若干张，拍摄方法：在拍完正片之后立即盖上镜头盖，按照和正片拍摄同参数连拍若干张。

3、虽然有暗场，但是有些相机在极高感光度下的偏色和莫名噪声问题是没得救的。记住均值叠加只能针对随机噪声。最好在出发拍摄之前对自己的相机进行测试，了解自己相机可用的、长曝不偏色/不出现大量固定位置死点的最高感光度。目前来看这方面表现最好的是尼康D810A，这款相机高感光度下具有极佳的偏色和死点抑制，基本只有随机噪声，后期可以轻松叠加消除。

4、拍摄方法是架上相机，手动对焦，调整好光圈快门之后锁定快门线连拍。根据相机的感光度和自己需求的信噪比来决定拍摄张数，但建议总拍摄时长不超过5分钟。

好了，所以你拿到的素材应该是一套RAW序列，下面打开DSS：

选择左上角的“开启影像档”，载入你拍摄的正片RAW序列。DSS是可以直接解RAW文件的，不需要提前转换。

如果拍摄了暗场，点击左上角的“暗电流档”进行加载。平场和偏压档一般深空摄影用的比较多，星野可以忽略。

然后点击下面的“勾选全部”。此时所有待叠加图像文件均被选中，然后点击下面红色的“侦测勾选影像中的星点”，弹出的对话框不用管，直接点“OK”：

检测星点的过程比较漫长，不过好在只用到了一个处理器核心，在现在四核CPU基本是标配的大环境下，你大可以切出去做点别的事情等它侦测完。

侦测完之后点“叠合勾选之影像”，开始叠加，设置用默认的即可：

这次软件终于可以调用全部的处理器线程了，不过好像这种变换叠加操作极度的吃处理器资源，我的i7 3960X六核十二线程超到4.5GHz叠加48张图片花了近一个小时，中间几乎什么都不能干……

如果配置比较低的话，那么建议挂上叠加，然后睡觉去。

叠加完成之后点击保存，会输出一张Autosave.tif文件。这张tiff是32bit，只能用PS打开，而且色彩肯定是不对的：

 

不过好在32bit tiff文件宽容度很高，进ACR拉一下白平衡就好了。

此时地景是模糊拖线的，类似赤道仪拍摄的效果。而星点被对齐且清晰的叠加出来。

跟原始的单张RAW对比，噪声得到了极大的消减：

得到高信噪比银河之后，接下来就是对地景做均值叠加。这个采用Photoshop或者半岛雪人插件的功能都可以，具体步骤本文开头提到的教程当中有，在此不再赘述。

然后将这两部分蒙版拼合之后调色，就可以得到一张高画质星野照片啦

 

5、后记

有几点事情还是想说明一下：

1、这样得到的图片本质上还是合成图——可能无法参加一些要求比较严格的摄影比赛。如果您对这类比赛或者影展有意向，建议在拍摄的时候，用常规方法拍一张留底。

2、Deepskystacker建议下载64位版本，现在这些相机的RAW文件体积，32位版本分分钟提示你内存不足。

3、有人可能会问了费这么大劲折腾就为了个高信噪比，有何意义？摄影作品又不是靠画质出彩。

先不说作为器材和技术党的信仰。

对于这种题材来说，信噪比高一点，可能就意味着你后期的空间大一点。同样的重手后期调色操作，你的图满天麻子不能用，而我的图还能用，这就是意义。