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 Welchen Vorteil haben lange Einzelbelichtungen?

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Ü B E R S I C H T    
Albrist Erstellt am: 21.04.2019 : 18:42:39 Uhr
Hallo zusammen,

Ich habe immer noch nicht ganz verstanden welchen Vorteil lange Einzelbelichtungen gegenüber kürzeren Einzelbelichtungen haben? Durch das Stacken kann man die SNR ja auch mit kurzen Belichtungen ganz gut erhöhen, wie einige hier im Forum immer wieder schön beweisen!
Ist es so, dass durch lange Belichtungen mehr Details im objekt sichtbar werden? Oder dass zB ganz Schwache Nebel nur durch längere Einzelbelichtungen erst sichtbar werden, weil sie sich sonst zu wenig vom Kamerarauschen "absetzen" können und es dann auch nicht hilft viele kurze Einzelframes zubstacken? Oder kann man diese Details auch, jetzt als extremes Beispiel, in Bildern à jeweils 5s darstellen wenn man denn nur genug davon macht? Falls ja, wieso nimmt man sich denn die Mühe und investiert in ein Guidingsystem um zB 5-minütige Aufnahmen zu ermöglichen?

Wie Ihr seht, Fragen über Fragen

Grüsse an alle und cs
Chris
D I E    15   L E T Z T E N    A N T W O R T E N    (Neue zuerst)
svenk123 Erstellt am: 07.05.2019 : 11:03:04 Uhr
Zitat:
Original erstellt von: John23

Hallo allerseits,

sorry dass ich das hier nochmal aufwärme, aber die Frage beschäftigt mich im Moment auch.

Ich habe ein kleines 200mm-Tele (Nikkor 200mmAi) uns eine kleine ASI 120mm.
Damit möchte ich ein wenig Deep-Sky-Erfahrungen sammeln. Auf die Kamera habe ich rückwärtig einen Peltier-Kühler aufgesetzt.
Also kann ich - ungeregelt- kühlen (max. 20 Grad unter Umgebung).

Im Keller habe ich nun bei -2.5 Grad Chiptemperatur folgende Bilder aufgenommen:
(Testobjekt ist eine Dartscheibe mit Zusatzgeraffel (Kugellagerkugel und Halter als künstl. Stern):

600 x 1s, Gain 85 von 100
20 x 30 s Gain 50
5 x 120 s Gain 35
1 x 600 s Gain 35

Folgendes Bild zeigt die 3 länger belichteten nebeneinander.links 600s, Mitte 120s, rechts 30s.



EDIT: Oh, ich sehe gerade, dass die Forensoftware das Bild automatisch verkleinert hat, so kann man es nicht gut vergleichen. Ich liefer die Einzelbilder noch nach wenn freigeschaltet!

Man erkennt doch recht deutlich dass 30s noch spürbar körniger ist.
Zwischen 120s und 600s ist der Unterschied nicht mehr so groß.

Der 600 x 1s-Stack sieht demgegenüber so aus:


Also werde ich wohl auf 2 min- Bilder gehen. Bei 30s hat man noch zu viel Verlust.


Ob es bei 600 x 1s wirklich so schlecht ist, bin ich gerade am prüfen.
Ich melde mich noch, wenn es bei 1s noch wesentlich besser wird.

klare Grüße
John



Hallo John,

in Deinem 600x1s sieht man deutlich ein Noise-Pattern und Hotpixel. Das verstärkt sich natürlich bei den kurzen Belichtungszeiten und den vielen Frames. Ohne irgendeine Art von Dithering wird man diese Testergebnisse schlecht vergleichen können.

Viele Grüße
Sven
30sec Erstellt am: 06.05.2019 : 00:20:46 Uhr
Hallo,
also vielleicht bin ich da oben falsch verstanden worden. Ich meinte, wenn das Seeing auf Stern und Nebel wirkt, also bei langen Brennweiten, dann ist die schärfere Aufnahme auch die tiefere. Bei vielen Betrachtungen wird der Kontrast vernachlässigt. Mehr Kontrast bedeutet auch mehr Signal bei gleichem Rauschen also besseres SNR. Nehmen wir Tinos Beispiel mit dem Nebel. Nebel zwischen mir und z.B. einem Wald verringert den Kontrast. Es gibt kein Schwarz und kein Weiß nur einige Graustufen. Ohne Nebel sind die Bäume klar und kontrastreich zu sehen. Beide Aufnahmen haben einen gleich hohen Rauschanteil, aber in dem einen gibt es eben mehr Signal und es sind mehr Details zu sehen. Höherer Kontrast = höheres SNR. Fotografiert man das jetzt x mal und hat ein deutlich geringeres Rauschen nach dem Stacken, dann kann man das zusätzliche SNR nutzen um das Bild zu strecken oder zu schärfen.( ich persönlich unterscheide gar nicht mehr zw. Strecken und Schärfen, Schärfen ist für mich das Strecken auf kleinen Skalen) Ein Astrofoto bei gutem Seeing hat auch mehr Kontrast. Das Signal wird weniger gestreut und verschmiert und dabei ist es egal ob das ein Stern ist, der als kleine Fläche aufgenommen wird oder eine große Fläche. Soweit mein Vorstellung und Verständnis der Dinge. Bei kleinen Brennweiten (undersampled) gilt die Parallelität zw. Stern und Nebel nicht mehr. Mit meinem Tele belichte ich deshalb auch 32 s, und ich würde auch 300 s belichten, wenn meine Monti das hergeben würde und mein Himmelshintergrund.
Ganz knapp Hintergrundlimitiert bin ich bei meinem Setup nach 2 s. C11 f/5 und Monokamera bei ca. 80% QE und einen Himmelshintergrund von ca. 19,5 -20 mag/ arcsec². 1 s zeigt deutlich weniger vom Objekt und 4 s zeigt quasi das Gleich bei gleicher Gesamtbelichtungszeit.
Warum die Bilder, die ich hier zeige oft schärfer sind liegt an vielen Faktoren. Der erste ist profan, ich belichte nämlich nur dann die Luminanz, wenn ich glaube, dass das Seeing gut ist, ansonsten Farbe oder mit Tele. Der 2. Grund ist, dass ich Fehler in der Nachführung der Monti so vermeiden kann. Der Effekt ist nicht unwichtig, beim Guiden würden diese fehler sicher erhalten bleiben, so nach dem Motto vor und zurück. Der Stern wird dann zwar rund, aber größer. Ein dritter Faktor ist das Stacken. Die Plantenstacking-Software AS!3 macht aus dem selben Material ein schärferes Bild als z.B. DSS. Die eigentliche Kernfrage lautet aber, ob das Seeing so "eingefrohren" wird. Hier muss man definieren was Seeing ist uns wie es wirkt. Ich habe tatsächlich schon ein paar Arbeiten darüber gelesen bin aber nicht wirklich weiter gekommen, denn das, was ich sehe ist sehr unterschiedlich. Ich sitze oft minutenlang vorm Bildschirm und schaue mir die Veränderungen eines helleren Sterns in Echtzeit an. Und natürlich vergleiche ich die Tage miteinander. Für mich (und bezogen auf mein Equipment)kann ich ganz verschiedene Bedingungen beschreiben. Es gibt Tage, da kann ich nicht fokussieren, ein weicher Wattebausch ist zu sehen, steht ganz ruhig da und ein Bild ist wie das andere. das andere Extrem ist ein knackscharfer Stern. Ich finde den Fokus sofort und die kleinste Dejustage wird sichtbar. Dann gibt es aber auch noch das Zappeln. Grundsätzlich gehört das wohl zum bodennahen Seeing, denn der Effekt ist in Hausdach-Nähe deutlich stärker. Hier gibt s das "kleine Zappeln" bis hin zum "großen Zappeln" Ich habe es überschlagen, der Versatz beträgt manchmal 5-10" und das recht langsam. Alle diese Erscheinungen treten natürlich immer in einer Mischung auf. In der Deep-Sky-Fotografie kann man bei 2 s Belichtungszeit dieses "hochamplitude Zappeln" nachträglich wieder beim Staken ausrichten. In der Planetenfotografie auch das kleinere und im Übergang, z.B. bei hellen PN, bei denen mich nicht die Tiefe interessiert und ich auf 0,x Sek. reduziere, schaffe ich eine weitere Verbesserung in der Auflösung.
Viele Grüße,
ralf
Albrist Erstellt am: 05.05.2019 : 22:54:15 Uhr
Hier wird ja immer noch brennend weiterdiskutiert

Ich für meinen Teil habe mir ein MGEN zugelegt zwecks Dithern sowie wirklich kreisrunder Sterne, aber klar ist das Wetter seitdem einfach nur eine riesige Katastrophe

cs an alle
Chris
John23 Erstellt am: 05.05.2019 : 15:25:53 Uhr
Hi Thomas,

Ralf hat ja schon einige Objekte hier im Forum vorgestellt, die bei 1s Belichtung verblüffend scharf sind.

Wobei ich mich immer noch frage, wie das möglich ist.

1 s Belichtungszeit ist ja schon lang. Beim Planetenfilmen ist man ja eher mit 5 - 20 ms unterwegs.

1s verschmiert das Seeing doch schon fast auf "Durchschnittswert". Evtl. ist da noch ein zweiter Effekt mit im Spiel: wenn ich nämlich mit zu kurzen Leitrohrbrennweiten nachführe, habe ich zusätzlich Guiding-Unschärfen, die bei 1s Belichtung jedoch herausfallen.
Das könnte ein Erklärung sein.

Was kann es sonst noch sein?

klare Grüße
John

toM81 Erstellt am: 05.05.2019 : 14:58:04 Uhr
Hi John,

Ich denke du hast recht, warum sollte ich bei einer Auflösung von 3,7"/Pixel kurz belichten um das Seeing zu "umgehen" wenn ich ohnehin von vornherein undersampled unterwegs bin?

Meiner Meinnung nach macht das kurzbelichten (um eine oder ein paar Sekunden?) erst wirklich Sinn wenn ich ein kleines Objekt mit kleinem Sensor hochaufgelöst Abbilden will. Da würd ich mein Setup wohl ähnlich den Planetenfilmern abstimmen. Grosses Objektiv, also Newton 12" oder C11, C14 um möglichst hohe Theoretische Auflösung erreichen zu können und es so abstimmen das ich so bei 0,3-0,5"/Pixel lande.

Das würd mich schon reizen und irgendwann probiere ich das sicher mal aus!

mfg.
Thomas
tbstein Erstellt am: 05.05.2019 : 14:50:17 Uhr
Hallo John,
es bestreitet ja auch keiner, dass unter idealen Bedingungen die lange Belichtung zu weniger Rasuchen führt. Das was hier in dieser Diskussion der springende Punkt ist, ist dass wenn das Bild Hintergrundlimitiert ist, es egal ist, ob man einmal lange belichtet oder viele male kurz. Hintergrundlimitiert kann man sich auch bildlich so vorstellen, dass man durch Nebel fotografiert und dieser einen Rauschschleier über das gesamte Bild legt. Wenn man länger belichtet wird halt auch der Schleier heller und das Rauschen entsprechend höher. Ist halt nicht ganz das Gleiche, wenn man im Keller ein Objekt ohne den "Nebel" fotografiert. Die Frage ist eigentlich nur, ab wann man hintergrundlimitiert ist.
Gruß Tino
John23 Erstellt am: 05.05.2019 : 13:55:20 Uhr
Hallo Ralf,

da muss ich nochmal nachhaken.
Du schreibst ja "...solange das Seeing auf beides Auswirkung hat".
Aber es gibt eine Tiefe, die von der Schärfe und vom Seeing unabhängig ist.
Das trifft ja genau auf mein Teleobjektiv zu, das nur 200 mm Brennweite hat. Auflösung pro Pixel 3.7 Bogensekunden.
Ich müsste also vom Seeing weitgehend unabhängig sein und brauche nicht auf gutes Seeing warten (ein Grund für mich, den Weg mit 200 mm mal zu beschreiten).
Dennoch gibt es auch bei 200 mm Teles oder kürzer "tiefere" und "weniger tiefe" Aufnahmen.

Stellt man sich einen schwachen Nebel vor, der in beliebigen Einheiten die Helligkeit 1 hätte, das Rauschen des tiefschwarzen Hintergrundes hätte aber
in gleichen Einheiten eine Stärke (Standardabweichung) von z.B. 10, dann kann ich diesen Nebel schlicht nicht sehen, weil ich das Histogramm nicht
so hoch ziehen kann, vorher sehe ich nur überall "Schnee". Also das Signal-Rauschverhältnis ist hier 0.1.

Jetzt denkt man sich eine Technik aus, die das Rauschen auf sagen wir mal 1 drückt: jetzt hebt sich der Nebel schon schwach aus dem Rauschen heraus.
Drückt man das Rauschen auf 0.1, so liegt der Nebel als glätte Fläche, deutlich heller als der Hintergrund vor uns. Signal-Rauschverhältnis = 10.

So gesehen ist eine Technik, die weniger Restrauschen im Bild produziert diejenige, die mehr Tiefe bietet, weil man schwächere (flächige) Objekte noch sehen kann.

Letztlich muss man klar definieren, was denn "Tiefe" eigentlich sein soll.
Ich habe es bisher so wie oben beschrieben verstanden: Signal zu Rauschverhältnis, angewendet auf eine beliebig herausgeschnittene Fläche.

klare Grüße
John
30sec Erstellt am: 04.05.2019 : 23:14:29 Uhr
Hallo John,
Nebel oder Sterne, das macht keinen Unterschied solange das Seeing auf beides Auswirkungen hat. Du kannst dir eine Fläche als eine Ansammlung vieler Punkte vorstellen, oder umgekehrt einen Stern als kleine Fläche. Ein Objekt ist vielleicht "flächiger" aber es ist eben keine glatte Fläche. Es gibt darin schwache Sterne, helle oder dunkle Nebelfetzen usw. Ist dein Bild schärfer, dann erhöht sich der Kontrast zwischen diesen schwachen Strukturen. Dieser erhöhte Kontrast ist ein höheres Signal. da wir aber immer nur das Verhältnis von Signal zu Rauschen beurteilen ist das schärfere Bild tiefer, in allen Bereichen.
Wenn das zu theoretisch ist, dann frage dich, warum die Visuellen ebenso wie wir auf gutes Seeing warten.
Gruß,
ralf
John23 Erstellt am: 04.05.2019 : 22:25:26 Uhr
Hallo Allerseits,

wie versprochen noch 600 x 1s (Gain=85, wobei Gain=85 besser als Gain=50 war):



klare Grüße
John
John23 Erstellt am: 04.05.2019 : 20:38:23 Uhr
Hall Zusammen,

Tino: es wurden ja Darks mit der gleichen Belichtungszeit und gleicher Temperatur und sogar gleicher CMOS-Kalibrierung verwendet (also nicht zwischendurch Gain oder Belichtungszeit verstellt), gesonderte Bias-Abzüge sind also nicht erforderlich. Allenfalls hätte man Flats machen können um die unterschiedliche Pixel-Empfindlichkeit herauszukalibrieren. Das wurde aber nicht gemacht und dürfte ein Effekt sein, der unabhängig von der Belichtungszeit ist. Ich denke der Effekt ist auch von untergeordneter Bedeutung, wie die schön glatten Bilder bei Tageslicht demonstrieren.

Wie Ralf schon bemerkt, gelten die Ergebnisse nur für die 120er. Wenn man nun bei 1s soviel länger belichtet dass man dennoch ein glattes Bild erhält, so ist
letztlich der Schärfegewinn ein Plus, das man mit 10 min Belichtungen so nicht erreichen kann.
Insofern machen 1s Belichtungen unter diesem Gesichtspunkt dann Sinn. Tiefe gilt in dem Sinn dann aber nur für schwache Sterne, weil besser fokussiert, aber nicht für Nebel, die sollten bei 10 min immer rauschärmer rauskommen.

klare Grüße
John
30sec Erstellt am: 04.05.2019 : 15:56:31 Uhr
Hallo John,
ein solches Ergebnis kommt nicht unerwartet, klar, dass die lange Belichtungszeit das beste Ergebnis liefert.
Tino hat schon einen wichtigen Punkt angesprochen. (Darks, die den Bias enthalten), wären hier Pflicht. Aber ich habe noch weitere Anmerkungen. Ich kenne die 120er und habe damit schon Deep-Sky Fotos gemacht. Das Ausleserauschen ist schon ganz gut, glaube es liegt so bei 6 Elektronen, aber als ich zur 178er gewechselt habe (1-2 Elektronen) war der Gewinn enorm. Wenn wir hier die "ultrakurze" Belichtungszeit betrachten, dann ist diese sicher nicht hintergrundlimitiert, das hatten wir oben aber schon als Voraussetzung festgehalten.
Und dann kommt ja noch der Faktor Schärfe hinzu. Vorausgesetzt das Bild ist auch wirklich schärfer bei (ultra)kurzen Belichtungszeiten, dann erhöht sich der Kontrast und die Tiefe. Der Effekt ist nicht marginal und beeinflusst indirekt das Rauschen, indem man weniger strecken muss. Ich habe dazu ein sehr verrücktes Beispiel. Mein Samyang 135 mm Teleobjektiv hat die Offenblende 2. Die schwächsten Sterne sehe ich aber bei Blende 2,8. Das Bild ist zwar dann dunkler, aber ich sehe definitiv mehr Sterne als bei 2,0. Der Grund liegt in der besseren Schärfe und dem dadurch höheren Kontrast. Zwischen geguideten 30 s zu 300 s macht sich das sicher nicht bemerkbar, aber wenn man wirklich kurz bleibt (bleiben kann) ist der Effekt wirklich erstaunlich.
Gruß,
ralf
tbstein Erstellt am: 04.05.2019 : 12:31:59 Uhr
Hallo John,
kannst du vielleicht noch etwas zur Kalibrierung sagen. Für die kurzen Belichtungen ist es nämlich ziemlich wichtig, wenigstens das BIAS ordentlich zu kalibrieren. Dieses wirkt sich sehr dominant aus, da es sich bei jedem Stackingschritt jeweils mit aufsummiert. Bei den langen Belichtungen gibts diesbezüglich kein Problem, da das BIAS nur wenig beiträgt.
Gruß Tino
John23 Erstellt am: 03.05.2019 : 21:39:30 Uhr
Hallo Allerseits,


so, ich kann jetzt schon mal zeigen:

20 x 30s:



dann 5 x 120s:



sowie 1 x 600s:



600 x 1s: liefere ich noch nach! Aber es wird nicht toll sein!

Also so gesehen ist sogar 120s noch untragbar kurz.
Wenn das Guiding es hergibt, sollte man doch 5 min oder 10 min belichten.


klare Grüße
John
John23 Erstellt am: 03.05.2019 : 20:08:07 Uhr
Hallo allerseits,

sorry dass ich das hier nochmal aufwärme, aber die Frage beschäftigt mich im Moment auch.

Ich habe ein kleines 200mm-Tele (Nikkor 200mmAi) uns eine kleine ASI 120mm.
Damit möchte ich ein wenig Deep-Sky-Erfahrungen sammeln. Auf die Kamera habe ich rückwärtig einen Peltier-Kühler aufgesetzt.
Also kann ich - ungeregelt- kühlen (max. 20 Grad unter Umgebung).

Im Keller habe ich nun bei -2.5 Grad Chiptemperatur folgende Bilder aufgenommen:
(Testobjekt ist eine Dartscheibe mit Zusatzgeraffel (Kugellagerkugel und Halter als künstl. Stern):

600 x 1s, Gain 85 von 100
20 x 30 s Gain 50
5 x 120 s Gain 35
1 x 600 s Gain 35

Folgendes Bild zeigt die 3 länger belichteten nebeneinander.links 600s, Mitte 120s, rechts 30s.



EDIT: Oh, ich sehe gerade, dass die Forensoftware das Bild automatisch verkleinert hat, so kann man es nicht gut vergleichen. Ich liefer die Einzelbilder noch nach wenn freigeschaltet!

Man erkennt doch recht deutlich dass 30s noch spürbar körniger ist.
Zwischen 120s und 600s ist der Unterschied nicht mehr so groß.

Der 600 x 1s-Stack sieht demgegenüber so aus:


Also werde ich wohl auf 2 min- Bilder gehen. Bei 30s hat man noch zu viel Verlust.


Ob es bei 600 x 1s wirklich so schlecht ist, bin ich gerade am prüfen.
Ich melde mich noch, wenn es bei 1s noch wesentlich besser wird.

klare Grüße
John
Gendra Erstellt am: 27.04.2019 : 12:34:54 Uhr
Hallo

passend zum Thema habe ich auch noch einen schönen Artikel gefunden, der sich ebenfalls mit der Frage beschäftigt hat und auch einige Berechnungen sowie am Ende auch Vergleichsfotos ((==>)Mole) durchgeführt hat:
http://dslr-astrophotography.com/long-exposures-multiple-shorter-exposures/

Kurz zusammengefasst kommt der Autor auf ähnliche Erkenntinisse wie hier im Forum:
  • der entscheidene Unterschied zwischen vielen kurzen und wenig langen Belichtungen liegt im Ausleserauschen der Kamera
  • Je kleiner das Ausleserauschen ist, bzw. je geringer dies im Vergleich zu den anderen Rauschfaktoren (Himmelshelligkeit!) ist, desto weniger profitiert man von längeren Belichtungen
  • Der relative (!) Vorteil durch die verlängerte Einzelbelichung wird umso kleiner, je länger die Belichtungszeit ist. Bsp: wenn ich mein Subframe von 30s auf 300s verzehnfache habe ich schon 90% des Vorteils erreicht und eine weitere Verzehnfachung auf 3000s bringt nur noch weitere 10% Vorteil ein

Als Fazit kommt er zum Schluss das gerade bei dem typischen, etwas aufgehellten Himmel, schon einige Minuten (3-5min) Belichtungszeit ausreichend sind und längere Belichtungen kaum noch einen Vorteil bringen. Das sind letzendlich auch Zeiten, die mit normalen Equipment zusammen mit Guiding auch im mobilen Einsatz gut zu erreichen sind.

Ein anderer Punkt, der gerade für Einsteiger wichtig ist:
Neben der längeren Einzelbelichtung ist auch die Gesamtbelichtungszeit entscheidend für das Endergebnis. Sprich ich kann kürzere Subframes mit mehr Gesamtbelichtungszeit ausgleichen.
Das ganze gilt auch umgekehrt, d.h. wenn ich mit längeren Subframes anfange Ausschuss zu produzieren und nicht mehr alle Frames stacken kann, dann ist mein Ergebnis in den meisten Fällen schlechter, als wenn ich kürzer belichte und dafür alle Frames nutzen kann.
Selbst bei einigen Stunden Belichtungszeit und "deutschem" Landhimmel dürfte ein einzelner verlorenen 20min Frame den gesamten Vorteil gegenüber 5min Frames auslöschen.

Viele Grüße
Tilmann


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