Wie problematisch sind 12bit vs. 16bit.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Rainer_Schmegel</i>
<br />Wie problematisch sind "nur" 12bit im Gegensatz zu 16bit?
Machen die neuen CMOS Kameras durch das geringe Ausleserauschend den Nachteil (12bit) wieder wett?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Ciao Rainer

So wie ich das verstanden habe, sind die 12 bit der ASI nur dann ein Nachteil, wenn die Bilder nicht gestackt werden.
Gestackte Bilder erreichen mehr als 12 bit und somit auch einen höheren Dynamikbereich. Vergleich mal selbst 2^12 und 2^16...
Das geringe Ausleserauschen begünstigt dabei das Stacking.

Ich hoffe das war alles korrekt [:D]

hallo!

allgemein beantwortet stellt sich eher die frage, ob die kamera die 16 bit - d.h. 65536 graustufen von schwarz bis weiss auch ausnutzt, oder ob z. B. 12 bit oder weniger nur im grösseren farbraum versteckt werden.

lg
wolfi

Hallo,
12bit und gleichzeitig geringes Rauschen (niedriger Gain) gibt unter Umständen ein kleines Problem beim Stacking. Wenn der Gain bspw. 4e-/Dn (Digit-Number) ist und das Rauschen bspw nur 1e-(rms), dann bleibt auch das gestackte Signal auf einer Digitalisierungsstufe hängen und es gibt einen Posterisierungseffekt.
Mal als Rechenbeispiel (Messsignal schwankt zur Vereinfachung symmetrisch um (11+-1)e-; Gain ist 4e-/Dn):

Messung1: 11e- = 2,75Dn quantisiert 3Dn
Messung2: 12e- = 3Dn quantisiert 3Dn
Messung3: 10e- = 2,5Dn quantisiert 3Dn
Messung4: 11e- = 2,75Dn quantisiert 3Dn
Messung5: 12e- = 3Dn quantisiert 3Dn
Messung6: 10e- = 2,5Dn quantisiert 3Dn

Dh, das Stacking ergibt definitiv immer nur 3Dn. Das Stacking funktioniert halt nur, wenn das Rauschen größer als die Quantisierung ist. In der Realität, bspw. bei längeren Belichtungen tritt dieser Fall meist nicht auf, da der Himmelshintergrund schon meist genug Rauschen liefert. Nur kurze Belichtungen mit niedrigem Gain und wenig Rauschen könnten diesen Effekt (flacher posterisierter Hintergrund) zeigen.

Gruß Tino

Hallo,
habe kürzlich erst dazu im Handbuch Astrofotografie von Dittler/Martin/Koch gelesen...

Die maximal sinnvolle Bittiefe ergibt sich aus der Dynamik des Chips. Falls zB nur 4096 (=2^12) unterschiedliche Werte pro Pixel möglich sind, braucht man auch nur einen 12bit ADC.
Die Dynamik bestimmt sich dabei aus der Full-Well-Kapazität (FW, wieviele Elektronen kann ein Pixel sammeln) und dem Ausleserauschen (wie stark weicht die ausgelesene Elektronenzahl von der tatsächlichen ab). Dividiert man beide Werte erhält man die Dynamik. Beträgt also die Full-Well-Kapazität 15k (Elektronen) und das Rauschen 3 (Elektronen), dann kann man nur 5000 Werte sinnvoll erfassen.

Schaut man sich nun die Kurven an, die ASI für die Kameras angibt, sieht man, dass mit höherem Gain die FullWell-Kapazität sinkt, das (Auslese-)Rauschen allerdings auch. Werbewirksam wird natürlich immer der kleinste Rauschwert bei höchstem Gain ins Datenblatt geschrieben - sowie der größte FW Wert bei kleinstem Gain...

Beispiel ASI1600: Bei niedrigstem Gain (0db) hat man FW=20k und read_noise=3.6 d.h. die Dynamik ist 5555, was mit 12bit gerade nicht mehr ganz darstellbar ist. Geht man ans andere Ende (max Gain: 30dB) hat man FW=500 und read_noise 1.2 (die aus der Werbung) also eine Dynamik von 416 (da würden schon 9 Bit reichen).

Zusammengefasst: 12bit ADC ist ausreichend, sobald man das Gain ein wenig höher als 0dB hat.
Wie schon gesagt wurde erhöht man die begrenzte Dynamik durch Stacking vieler Aufnahmen, was dann natürlich in einem größeren Zahlenraum stattfinden muss als 12Bit. Bei den Einzelaufnahmen sollten gesättigten Pixel vermieden werden.

Gruß,
Stephan

Hallo,
tolle Antwort Stephan, ich hab mir dieselbe Frage auch schon gestellt, jetzt erklärt sich mir einiges.
Das scheint ein gutes Buch zu sein...

Gruß
Armin

(==&gt;)Rainer: Bin mir nicht sicher, ob man die beiden Kameras aufgrund der Bittiefe vergleichen sollte. Insbesondere, da man diese durch Stacking eben einfach verbessern kann. Parameter wie Pixelgröße, Sensorgröße und natürlich Ausleserauschen sind da vermutlich besser geeignet.
In den Specs zur Atik wird angegeben: 5e read noise (die ASI liegt hier zwischen 1.6 und 3.6) und 18k FW (die ASI hat 20k).
Damit können wir die Dynamikrechnung nochmal aufmachen. Wenn wir nun mal ignorieren ob diese Werte gleichzeitig überhaupt möglich sind (bei der ASI werden im Datenblatt auch nur die Extreme angegeben, die nie gleichzeitig auftreten) hätten wir also unter Vorbehalt eine Dynamik von nur 3600, d.h. 12Bit wären völlig ausreichend und in 16Bit würde man nur zusätzliche Nullen übertragen...
Ich fände das geringere Rauschen, die höhere Auflösung und die schnellere Auslesegeschwindigkeit der ASI jedenfalls attraktiver. Aber vermutlich übersehe ich etwas, das die Preisdifferent rechtfertigen könnte. Vielleicht weil CCD einfach teurer als CMOS ist... ?

(==&gt;)Armin: Kann das "Hand"buch nur empfehlen - leider etwas schwer...

(==&gt;)Tino: Kann man nicht auch hier auf die Statistik vertrauen und davon ausgehen, dass bei ausreichender Anzahl von Messungen der Effekt gemildert wird?
Zudem bin ich mir nicht sicher von welchem Rauschen Du sprichst, denn das Ausleserauschen nimmt bei höherem Gain doch eher ab und nicht zu (siehe zB die ASI Kurven). Das Dunkelstromrauschen hingegen schon und dafür gibt es Darks. Aber vielleicht habe ich Dein Beispiel auch nicht richtig verstanden...

Gruß,
Stephan

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">In den Specs zur Atik wird angegeben: 5e read noise (die ASI liegt hier zwischen 1.6 und 3.6) und 18k FW (die ASI hat 20k).
Damit können wir die Dynamikrechnung nochmal aufmachen. Wenn wir nun mal ignorieren ob diese Werte gleichzeitig überhaupt möglich sind (bei der ASI werden im Datenblatt auch nur die Extreme angegeben, die nie gleichzeitig auftreten) hätten wir also unter Vorbehalt eine Dynamik von nur 3600, d.h. 12Bit wären völlig ausreichend und in 16Bit würde man nur zusätzliche Nullen übertragen... <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

[:D] - na dann versuch mal Schmalband mit einer 12bit-Kamera, die keine gain-Möglichkeit besitzt ... 16bit hat in der Praxis schon seine Berechtigung.

Viele Grüsse
Jan

Hallo Rainer,
Tino hat dir die fundierteste Antwort schon gegeben. Wenn du nicht gerade bei Gain "0" arbeitest und du ein paar Bilder zum Stacken hast, reichen 12 bit immer aus. Ich selber habe oft viele Bilder und spare mir sogar die 12 Bit und arbeite mit nur 8.Kein Unterschied. Und der Chip weiß ja nicht was du fotografierst oder welchen Filter du drin hast.
Eigentlich melde ich mich aber aus einem anderen Grund. Schau dir doch mal die ASI183MM an. Wenn ich mir eine neue Kamera kaufen würde, dann wäre diese mein Favorit.
Viele Grüße,
ralf

nee, gibt es auch gekühlt für 1200 €. Heißt dann glaub ich Pro_C oder ähnlich.
Gruß,
ralf

Die Full-Well-Kapazität ist i.d.R. geringer, weil sie eben kleiner sind, aber gerechnet pro Pixel. Pro Fläche ist das aber wieder anders. Für den Newton kannst du 2x2 Binning machen, der ED80 wäre genial. Aus meiner Sicht gibt es nur Vorteile.
Prüfen müsste man, ob das mit den Darks vernünftig hinhaut. Diese modernen Chips haben eigene Algorithmen und Prozesse zur Rauschunterdrückung. Ich habe von Problemen gehört, dass wenn die Kamera erneut geestartet wird (und es dabei z.B. sehr hell ist), dass dann die Darks nicht mehr passen, weil ein innerer Prozess anders abläuft. I
Ich selber habe den "kleinen Bruder" davon, die 178er, und bin sehr zufrieden.
Gruß,
ralf

Hallo Rainer,

Jan's Antwort habe ich auch nicht ganz verstanden. Ich glaube er spielte auf meine Bemerkung an, dass mir die möglichen Kombinationen aus FW und Ausleserauschen bei der ATIK nicht klar sind, da sie nicht direkt dokumentiert sind. Ich habe daraus nicht geschlossen, dass kein Gain möglich ist. Weiterhin frage ich mich, wie diese Kamera 16 Bit denn nun ausnutzt. Ich bin davon ausgegangen, dass im Datenblatt die jeweils optimalen Werte auftauchen und habe daraus die größtmögliche Dynamik berechnet. Zu deren Darstellung reichen 12 Bit. Vielleicht kann ja jemand erklären, wie die 16 Bit trotzdem sinnvoll ausgenutzt werden können.

Zum Thema Pixelgröße und Brennweite gibt es diverse online Rechner. zB hier http://astronomy.tools/calculators/ccd_suitability
Bei 600mm und 2.4 my bist Du noch im grünen Bereich, bei 1200mm führt es zu oversampling, also zu viele Pixel pro Stern.

Ich habe übrigens heute meine ASI183 erhalten und möchte nun auch in's Schmalbandgeschäft einsteigen Werde sie bei ca 350mm verwenden.

Gruß,
Stephan

Hallo Stephan,(hat jetzt zwar nichts mehr mit dem 12/16bit Thema zu tun, aber:)
jetzt bin ich ein wenig neidisch. Wenn du da mal was testest, mich würden deine Erfahrungen interessieren. Hmm, Weihnachten ist ja bald
Mit 2,4µm Pixeln habe ich mit 135 mm im Schmalband eine Auflösung von ca. 5-6" erreicht. In L nur etwas weniger vllt. 6-7". Mit 350 mm solltest du seeingbegrenzt arbeiten können, faszinierend...
Gruß,
ralf

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Ich bin davon ausgegangen, dass im Datenblatt die jeweils optimalen Werte auftauchen und habe daraus die größtmögliche Dynamik berechnet. Zu deren Darstellung reichen 12 Bit. Vielleicht kann ja jemand erklären, wie die 16 Bit trotzdem sinnvoll ausgenutzt werden können. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo Stephan,

du hast Dir die Antwort doch schon in deinem zweiten Post gegeben
"wenn der gain höher als..., dann reichen 12bit"
Mit 16bit könnte man auf das "wenn" verzichten, und sowohl hohe Kapazität als auch niedriges Ausleserauschen in einem Frame vereinigen.
Die Verständnisproblem liegen vielleicht darin, dass viele Hersteller den Begriff Full Well Capacity missverständlich gebrauchen. Der Pixel hat unabhängig vom Gain immer das gleiche Fassungsvermögen, nur schneidet man bei hohem Gain die Werte eben früher ab. Wenn man bei einem Elektron pro ADU und 12bit arbeitet, bekommt man 4095 ADU entsprechend 4095 Elektronen, obwohl im Pixel mehr drin sein kann.
Man könnte auch vereinfachend sagen, der A/D Wandler ist in Sättigung. Reduziert man den Gain, sehe ich zwar "oben" wieder besser, aber das Rauschen "unten" ist wieder höher. Das liegt wiederum an dem von Tino bereits beschriebenen Quantisierungsrauschen, wobei man in der realen Welt auch berücksichtigen muss, dass die A/D Wandler ja auch einen Fehler haben, der bei manchen Sensoren/Kameras im Bereich einiger ADUs liegen kann. Die heissen dann nur 12bit , weil sie 12bit Werte ausspucken, aber nicht weil sie 4095 Intensitätsstufen bis auf ein bit fehlerfrei darstellen.
Das Gesamtausleserauschen, so wir wir es messen können, beinhaltet ja sowohl Chip-Internes Rauschen, als auch das A/D Wandlerrauschen.
Durch den Gain multipliziert man zwar das interne Rauchen mehr oder weniger nur hoch, aber der Anteil des A/D Wandler- Rauschens bleibt ja konstant. Wenn man dann alles von ADU auf Elektronen zurückrechnet, kommt ein niedrigeres Auslerauschen heraus.

Hat man mehr bits, muss man nicht soviel mit dem Gain herumkaspern.
Ob 16bit bei "echten" 12bit overkill ist , ist eine andere Frage, aber man muss sich ja für irgendein Bauteil entscheiden, und man ist mit 16bit auf der sicheren Seite. Ich würde am Fahrradlenker eine M8er Schraube auch nicht durch eine M6er ersetzen, nur weil die auch ausreicht.

Apropos 16bit: Die Atik Specs zeigen immer nur die gleichen 12bit wie bei den ASI Kameras (der Wandler ist ja auch auf dem Chip).
Lediglich im Handbuch ist einmal von 16 bit Mapping die Rede. Ich denke das ist nur ein Hochmultiplizieren im Treiber. Oder hat jemand schon mal ein gut aufgelöstes Histogramm der Horizon gesehen ?

<font color="limegreen">Syntax "quote" statt "code", um seitliches Scrollen zu vermeiden. Stathis</font id="limegreen">

...hi,hi, das sind doch riesige Gesichtsfelder
Aber im ernst, durch die kleinen Chips nutzt du nur das Zentrum des Bildkreises und da ist die Schärfe naturgemäß besser, das finde ich einen sehr großen Vorteil. Das ganze muss natürlich dann mit der Brennweite abgestimmt sein. Gruß,
ralf

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Nobbi</i>
Hat man mehr bits, muss man nicht soviel mit dem Gain herumkaspern.
Ob 16bit bei "echten" 12bit overkill ist , ist eine andere Frage, aber man muss sich ja für irgendein Bauteil entscheiden, und man ist mit 16bit auf der sicheren Seite. Ich würde am Fahrradlenker eine M8er Schraube auch nicht durch eine M6er ersetzen, nur weil die auch ausreicht.

Apropos 16bit: Die Atik Specs zeigen immer nur die gleichen 12bit wie bei den ASI Kameras (der Wandler ist ja auch auf dem Chip).
Lediglich im Handbuch ist einmal von 16 bit Mapping die Rede. Ich denke das ist nur ein Hochmultiplizieren im Treiber. Oder hat jemand schon mal ein gut aufgelöstes Histogramm der Horizon gesehen ?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Danke für Deine ausführliche Antwort! Klingt aber letztendlich dann doch so, als würden die 16 Bit qulitativ keinen Unterschied machen - zumindest keinen der den höheren CCD-Preis rechtfertigt. Versuche auf diesem Wege eigentlich auch nur zu verstehen, was überhaupt noch für CCD sprechen würde.
Gruß,
Stephan

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: 30sec</i>
<br />Hallo Stephan,(hat jetzt zwar nichts mehr mit dem 12/16bit Thema zu tun, aber:)
jetzt bin ich ein wenig neidisch. Wenn du da mal was testest, mich würden deine Erfahrungen interessieren. Hmm, Weihnachten ist ja bald
Mit 2,4µm Pixeln habe ich mit 135 mm im Schmalband eine Auflösung von ca. 5-6" erreicht. In L nur etwas weniger vllt. 6-7". Mit 350 mm solltest du seeingbegrenzt arbeiten können, faszinierend...
Gruß,
ralf

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo Ralf,
werde selbstverständlich berichten sobald ich was Vorzeigbares habe. Ist halt mein Einstieg in das Thema und sehe es als einzigen Weg trotz Stadthimmel mal was aufzunehmen.
Wage daher aber auch zu bezweifeln, dass ich in die Nähe der technischen Auflösung komme, eine 1600 wäre vielleicht sinnvoller gewesen, die vielen und kleinen Pixel der 183 hatten es mir aber dann doch angetan. Zudem läuft man bei der 1600 bei f4.9 vieleicht schon in Abschattungsprobleme mit 1.25" Filtern und die Investition wollte ich dann auch vermeiden.

Oh, und warum Weihnachten? Ist doch bald Ostern!

Gruß,
Stephan

Hallo Stephan,
das Binning ist ja nicht Pflicht. Bei 1200 mm und 2,4 µm Pixeln bist du nur oft vom Seeing limitiert. ist das perfekt oder du benutzt ganz kurze Belichtungszeiten, z.B. bei PNs, dann macht das schon Sinn. Ich sehe den Vorteil der 1600er darin, dass es da schon genügend Erfahrungen gibt. Letztendlich sind die beiden aber schon recht ähnlich denke ich.
Viele Grüße,
ralf