Bienvenidos macarfu y VicenteB

macarfu, el ruido que pretendemos eliminar es aleatorio y no hay forma de identificarlo y separarlo en una única toma como propones; al subexponer la foto también lo haces con su ruido... restarlo después será insuficiente para eliminarlo.
De hecho, que el ruido sea aleatorio hace que nunca podamos eliminarlo del todo, solo minimizarlo: Al promediar varias fotos, las zonas que estén iluminadas en la mayoría de ellas (por estrellas o por lo que sea) seguirán iluminadas en la foto final, y las zonas que solo estén iluminadas en alguna de ellas (por ruido que aleatoriamente ha ido a parar ahí) se descartarán en la foto final. Pero si usamos tomas repetidas lo que hacemos es repetir el ruido en alguna zona y que sea considerado como luz, o sea potenciarlo igual que hacemos con la luz que nos interesa.
Con los darks pasa lo mismo, solo que al promediarlos conseguiremos un patrón bastante aproximado de la señal que no deseamos en las tomas de luz, y aunque no consigamos eliminarlo del todo al menos al restarlo sí conseguiremos minimizarlo bastante.
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Es barato e incluso fácil de encontrar en bibliotecas, y no he encontrado foro o página web que lo explique todo de forma más clara, completa y accesible. Diría que es casi obligatorio
