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 Welchen Vorteil haben lange Einzelbelichtungen?
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Seite: von 4

Albrist
Mitglied im Astrotreff

Schweiz
89 Beiträge

Erstellt am: 21.04.2019 :  18:42:39 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
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

Bearbeitet von: Albrist am: 21.04.2019 18:48:02 Uhr

MarcoE
Mitglied im Astrotreff

Deutschland
64 Beiträge

Erstellt  am: 21.04.2019 :  20:56:23 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Chris,

einen Punkt hast du bereits angesprochen: Sehr schwache Objekte schicken nur sehr wenige Photonen zu uns. Ist die Belichtungszeit extrem kurz, kommen evtl. keine oder nur sehr wenige Signale auf dem Chip an.
Jetzt könnte man dagegenhalten, dass dafür das Rauschen durch den Dunkelstrom ja auch entsprechend geringer ist und sich rechnerisch kein Unterschied ergibt, vorausgesetzt man wählt als Stacking-Methode Mean/Mittelwert. Soweit stimmt das, aber…
Der Knackpunkt ist das Ausleserauschen der Kamera, das bei jedem Einzelbild addiert wird und mit der Quadratwurzel steigt. In deinem Beispiel (5 sec Einzelbild statt 5 min) wäre das Auslesrauschen, wenn ich mich nicht verrechnet habe, im Endresultat etwa 7,7-fach höher!

Mit Kurzzeitbelichtungen lassen sich zwar häufig bessere Auflösungen erreichen (Lucky Imaging), für einen hohen SNR-Wert, der die gleiche Tiefe im Bild ermöglicht, braucht’s aber deutlich mehr Zeit (nicht nur bei der Nachbearbeitung).

Viele Grüße
Marco

EHD 203/1400 & TS APO 65/420 - Celestron CGX - ASI071MC Pro - MGEN (OAG)

Bearbeitet von: am:
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MartinB
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
3486 Beiträge

Erstellt  am: 22.04.2019 :  00:51:00 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo zusammen,

Marco hat das sehr schön erklärt.
Vielleicht noch eine Ergänzung: Welche Einzelbelichtungszeit optimal ist, hängt nicht nur vom Motiv und den Aufnahmebedingungen ab, sondern auch von der Kamera und dem Bildsensortyp. Größere Pixel, älterer Sensortyp und viel Kühlung sind Faktoren, die für längere Belichtungszeit sprechen. Kleinere Pixel, moderne CMOS- Sensoren und weniger Kühlung machen kürzere Einzelbelichtung sinnvoller.
Früher auf chemischem Film hatten die Astrofotografen gar keine Wahl als sehr lange zu belichten.

Erste Deepsky-geeignete CCD-Sensoren hatten relativ große Pixel und viel Ausleserauschen, da war die Wahl der Belichtungszeit oft eine Wahl zwischen zwei Übeln wegen des oft noch recht hohen Dunkelstroms.

Moderne rauscharme CMOS-Sensoren haben teils sehr niedriges Ausleserauschen, aber kleine Pixel mit weniger Ladungskapzität. Hohen Dynamikumfang kann man bei solchen Sensoren nur durch Stacken vieler kurzer Einzelbelichtungen erreichen.

Die Nachführgenauigkeit der Montierung sowie die Brennweite und das Öffnungsverhältnis müssen natürlich auch noch berücksichtigt werden.
Dass das Öffnungsverhältnis des Teleskops mit der Pixelgröße der Kamera harmonieren sollte, ist ein weiterer zu berücksichtigender Faktor.

Gruß,
Martin

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Kalle66
Forenmeister im Astrotreff

Deutschland
9986 Beiträge

Erstellt  am: 22.04.2019 :  02:28:17 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Nun,
ergänzend ...
Probieren macht klug.

Manchmal lohnt es sich, wenn man ein oder zwei Nächte am gleichen Objekt opfert und gezielt Serien mit unterschiedlichen Belichtungszeiten anlegt und stackt. Dann sieht man, was am Ende besser ist. Gerade bei flächigen Objekten hängt das sehr vom Einzelobjekt ab. Ein Galaxienkern ist nun mal deutlich heller als der Bereich drum herum und unterschiedliche Belichtungszeiten liefern am Ende vielleicht für den Kernbereich oder den Umgebungsbereich dann jeweils bessere Resultate. Es gibt ja einen Trade-off zwischen Belichtungszeit einerseits und Anzahl der Frames, die man in einer Nacht machen kann.

Kalle - Alles wird gut !
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30sec
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
2269 Beiträge

Erstellt  am: 22.04.2019 :  11:18:15 Uhr  Profil anzeigen  Besuche 30sec's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo Chris,
ich gehöre seit Jahren zu der Fraktion der "Kurzen", dabei ist "30sec" schon lang.
Der erste Schritt, den man machen sollte, ist zu ermitteln, wie hoch das Ausleserauschen der verwendeten Kamera ist. Hier, und nur hier, entscheidet sich, ob, und um wie viel, du länger belichten musst, um zum gleich tiefen Endergebnis zu kommen. Der zweite Schritt ist herauszufinden, ab wann du hintergrundlimitiert belichtest, also ab wann du im Hintergrund eine (ganz leichte) Zeichnung hast. Bei einem f/5 System und 5,5 mag Himmel sind das im Weißlicht z.B. nur 2-4 Sekunden. Danach ist alles gleich. Egal ob PN oder GX , egal ob schwach oder hell, egal ob flächig oder punktförmig. Der Betrag, den man eigentlich länger belichten müsste wird oft durch die höhere Schärfe wieder verringert. Ein Stern, der auf 3x3 Pixeln dargestellt ist, ist 4 mal so hell wie einer, der auf 6x6 PX dargestellt wird.
Deine Frage lautet aber ja anders herum, was kann man NICHT. Da wären z.B. Schmalbandaufnahmen. Um diese Hintergrundlimitiert zu belichten braucht man schon Minuten. In guten Gegenden verschenkt man auch SNR, wenn man zu kurz belichtet. Und z.B. ganz profan, ohne Guiding wandert dein Objekt durchs Bild, du kannst kaum die Nacht belichten während du schläfst. Mit Guiding geht das.
Viele Grüße,
ralf

Bearbeitet von: am:
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Komet98
Altmeister im Astrotreff


1233 Beiträge

Erstellt  am: 22.04.2019 :  12:00:55 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Chris,

um mal ganz prakmatisch zu denken: Mit längeren Belichtungszeiten hat man weniger Bilder und spart sich Speicherplatz und Zeit beim stacken.

Gruß
Stefan

Fuji X-E1/2/3&M1
GSO 6" F/6 || TS65Q || Galaxy 8" Dobson || 12-300mm Objektive
NEQ-6 || Star-Adventurer

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Albrist
Mitglied im Astrotreff

Schweiz
89 Beiträge

Erstellt  am: 22.04.2019 :  13:13:03 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo allerseits,
vielen Dank für die zahlreichen Rückmeldungen

Ich habe mir schon gedacht, dass das Guiding einige Vorteile haben muss, sonst wäre es wohl nicht so verbreitet! und dass es, sobald man beginnt Schmalbandaufnahmen zu machen, eigentlich auch gar nicht mehr ohne geht.
Spannend finde ich trotzdem, dass rein theoretisch auch mit kurzen Einzelbelichtungen sehr tiefe Aufnahmen möglich sind, wenn man denn nur genügend davon stackt! Wobe sich whs sehr schwache Nebel eben doch erst ab längeren Belichtungszeiten vom Hintergrund absetzten können...

Gibt es denn eine gute Quelle wo das jeweilige Ausleserauschen verschiedener Kameras aufgeführt ist?

Grüsse
Chris

Bearbeitet von: am:
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Nobbi
Meister im Astrotreff

Deutschland
256 Beiträge

Erstellt  am: 22.04.2019 :  13:24:20 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Chris,

für DSLRs ist eine recht vertauenswürdige Seite http://photonstophotos.net/Charts/RN_e.htm (auch wenn man erst über die Datenpunkte mit der Maus drübergehen muss, um die eigentlichen e- rms Werte abzulesen)

Für Astrokameras steht es in der Regel in den Datenblättern drin, aber auch hier wird manchmal nur der Bestwert bei hohem gain in den Vordergrund gestellt.

Weils gerade so schön zum Thema passt, noch ein link:
https://astrospace-page.blogspot.com/2019/04/1060-hours-image-of-the-large-magellanic-cloud-chile.html
Allerdings ist die Gesamtbelichtungszeit inklusive des 4x4 Mosaiks und aller 6 Filter zustande gekommen.

Viele Grüße
Norbert

Bearbeitet von: Nobbi am: 22.04.2019 17:53:06 Uhr
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Albrist
Mitglied im Astrotreff

Schweiz
89 Beiträge

Erstellt  am: 22.04.2019 :  20:10:26 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Norbert, vielen Dank für den Link!

Jetzt habe ich gerade noch gesehen dass Frank auf seinem youtubekanal (astrofotocologne) ein video genau zu diesem thema veröffentlicht hat! Ich finde es sehr informativ und ausführlich erklärt, vielen Dank an dieser Stelle nochmals!

Grüsse chris

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Mole
Mitglied im Astrotreff

Österreich
63 Beiträge

Erstellt  am: 22.04.2019 :  23:40:58 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Chris, schaut aus, als hätte Frank nicht nur "ein video genau zu diesem thema veröffentlicht", sondern dir persönlich per Videobotschaft geantwortet!
Cooooool!

Bearbeitet von: am:
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30sec
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
2269 Beiträge

Erstellt  am: 23.04.2019 :  00:35:00 Uhr  Profil anzeigen  Besuche 30sec's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo,
inhaltlich bin ich bei dem Tutorial aber in einem Punkt nicht glücklich. Richtig ist zwar, dass bei "Lucky Imaging" SNR fehlt, aber es gilt auch, wenn man 100% der Bilder verwendet ist das Bild trotzdem schärfer. Der Grund liegt im effektiveren Stacking. Man könnte das als eine "nachträgliche digitale aktive Optik bzw. Verarbeitung" bezeichnen. Allerdings gilt das bei sehr kurzen Belichtungszeiten , ich denke bei 30 s macht das keinen Unterschied.
Schönen Abend,
und Gruß,
ralf

Bearbeitet von: am:
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frasax
Meister im Astrotreff


994 Beiträge

Erstellt  am: 23.04.2019 :  02:02:33 Uhr  Profil anzeigen  Besuche frasax's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo zusammen,

tatsächlich habe ich diesen Thread zum Anlass genommen diese Video zu machen:
https://youtu.be/h_WKlMA8uNQ

Ralf, das musst du mir genauer erklären, vielleicht habe ich da was nicht beachtet?

CS Frank

www.astrophotocologne.de
www.facebook.com/astrophotocologne
www.youtube.com/astrophotocologne
http://www.capella-observatory.com

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Kalle66
Forenmeister im Astrotreff

Deutschland
9986 Beiträge

Erstellt  am: 23.04.2019 :  02:59:53 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Vielleicht hilft folgende (vereinfachte) Überlegung:

Annahme: Einzelbilder einer Gesamtbelichtung seien von konstanter Qualität zueinander, kein lucky Imaging)

a sei die Anzahl der Einzelbilder
T die Gesamtbelichtungszeit
t die Einzelbelichtungszeit mit T= a*t

S sei das Gesamtsignal (s das Signal eines Einzelbildes mit S = a*s, bei gleichbleibender Qualität der Einzelbilder)
R sei das Gesamtrauschen
Die Bildqualität sei definiert als S/R (Signal-Rausch-Verhältnis im Gesamtbild)

Annahme:
Im Einzelbild setze sich das Rauschen r aus zwei Teilen zusammen:
r-fix (z.B Ausleserauschen) als je Einzelbild feste Größe
r-zeit sei ein Rauschparameter, der abhängig von der Belichtungszeit t ist (z.B. thermisches Rauschen, Seeing)
r = r-fix + t*r-zeit

Macht man nun ein einziges Bild so ist
R = r-fix + T*r-zeit

Macht man mehrere kürzere Bilder so ist
R = Wurzel(a)*r-fix + Wurzel(a)*(t*r-zeit) oder umgestellt -> R = Wurzel(a)*r-fix + Wurzel(a)/a * (T*r-zeit)
Der Anteil des fixen Rauschen steigt mit der Wurzel der Bildanzahl. Dagegen wird das zeitabhängige Rauschen kleiner.

Fazit: Ist das zeitabhängige Rauschen höher (z.B. höhere Temperatur in einer Sommernacht vs. Winternacht) verkürzt man die Belichtungszeit und macht dafür mehr Bilder. Kennt man seine Rauschparameter, so gibt es eine optimale Belichtungszeit in die man eine geplante Gesamtbelichtung zerlegt.

Außen vor gelassen habe ich Fragen zur Sättigung von Pixeln, zu nicht linearem Rauschverhalten (typ. bei Seeing-Fragen) usw.

Kalle - Alles wird gut !
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30sec
Altmeister im Astrotreff

Deutschland
2269 Beiträge

Erstellt  am: 23.04.2019 :  11:10:45 Uhr  Profil anzeigen  Besuche 30sec's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo Frank und alle,
meine Beobachtung (s.o.)betrifft nicht das Rauschen, sondern bezieht sich auf die Schärfe des Bildes. Bei sehr kurzen Belichtungszeiten so bis max. 5 s hat jedes Sternchen seine eigene PSF, mal das Zentrum weiter rechts, mal weiter links, mal ist es ganz weich und mal schön scharf. Hinzu kommt, dass das ganze Sternchen sich manchmal in der Fläche deutlich bewegt, es springt zuweilen 5-10" hin und her. Ob das an der Montierung liegt oder am Seeing kann ich nicht 100%ig sagen. Beim Stacken nun werden diese Bewegungen zumindest z.T. ausgeglichen. Das eine Bild wird einen Pixel nach rechts versetzt das andere nach links usw. Das Bild wird in Summe schärfer. Theoretisch sollte/könnte das auch die Guidingsoftware machen, tut sie aber nur, wenn die Monti das auch so genau umsetzen kann. Dabei reicht es nicht auszulesen, was die SW "wollte" (oft bleiben die aufgezeichneten Korrekturen unter 1"), sondern, das, was auch wirklich "ankommt" und da scheinen die Werte deutlich schlechter.
Mir ist es bisher nicht gelungen eine zuverlässige Qualitätsanayse der Bilder zu erhalten. Aber auch, wenn dass gelänge, würde ich sicher 90 oder 95% der Bilder stacken. Jedes neue Bild reduziert ja auch das Rauschen und bei weniger Rauschen kann man stärker schärfen, wenn, mal salopp gesagt, der Schärfungsalgorithmus weiß worauf er schärfen muss, und diesen "Kern" bilden die "guten" Bilder.
Wie gesagt, das gilt bei "sehr kurz" bei "nur kurz" macht der Effekt sich nicht bemerkbar.
Viele Grüße,
ralf

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frasax
Meister im Astrotreff


994 Beiträge

Erstellt  am: 23.04.2019 :  13:47:34 Uhr  Profil anzeigen  Besuche frasax's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo Ralf,

interessantes Thema!
Eine PSF hat ja eigentlich jeder Stern in einer Aufnahme (oder sollte man sagen ist jeder Stern?). Soweit ich weiß ist es ja so, dass bei sehr kurzen Belichtungszeiten nicht die PSF sondern die Speckles in Erscheinung treten, die PSF ist ja dann die statistisch betrachtete Version des Sterns inkl. Nachführfehler und Seeing. Da begebe ich mich aber auf dünne Eis gebe ich zu.
Der Effekt den du beschreibst, den kann ich bei einem einzeln betrachteten Stern sehr gut nachvollziehen, aber bei vielen hundert oder tausend übers Aufnahmefeld verteilt? Die Sterne bewegen sich ja nicht in einer Richtung alle zusammen, sondern vermutlich variieren ihre Positionen chaotisch. Ich kann mir schon vorstellen, dass Software daraus durch ein resampling eine Verbesserung errechnen kann, aber das tut sie eigentlich auch bei längeren Einzelbelichtungen (Resampling Kernel). Dazu gabs mal eine gute Seite von Mischa Schirmer, aber die ist offline.
Eine andere Methode diese PSF für sich zu nutzen ist ja die Deconvolution, die ja quasi eine Seeing Restauration darstellt. Davon wird mein nächstes Video handeln. Dann sollte ich vielleicht auch mal etwas über das Thema Seeing machen, dazu muss ich dann aber wohl etwas recherchieren.

Was wir in dieser Betrachtung ja völlig ausser Acht lassen ist die Größe der Teleskope. Ich glaube nämlich dass das alles erst ab einer gewissen Größe überhaupt eine signifikante Rolle spielt und bei kleineren Teleskopen mit Kanonen auf Spatzen geschossen ist.

CS Frank

www.astrophotocologne.de
www.facebook.com/astrophotocologne
www.youtube.com/astrophotocologne
http://www.capella-observatory.com

Bearbeitet von: am:
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Mole
Mitglied im Astrotreff

Österreich
63 Beiträge

Erstellt  am: 23.04.2019 :  19:01:45 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Liebe Diskutanten!
Bin blutiger Einsteiger und das alles ist mir viel zu hoch.
Ein Pixel links, ein Pixel rechts, Formel hier, Formel da.
Klingt alles ziemlich akademisch, dabei sollts doch so einfach sein:

Warum ladet ihr nicht mal 2 Bilder zum Vergleichen hoch. Mal viele kurze, mal weniger längere Belichtungszeiten gestackt.
Und diskutiert dann das Ergebnis.
ABER: bitte liebe "Hochlader" haltet euch zurück und sagt nicht, welches Bild wie zustande gekommen ist...

Zum Prozedere:
Vielleicht sollten die 2 Bilder jeweils in einem eigenen Thread hochgeladen werden (link aber auch hier), dass wir/IHR beim Diskutieren nicht durcheinanderkommen, auf welche Bilder grade Bezug genommen wird.

Was meint ihr? Schafft ihr das? Ist das für euch auch eine interessante Challenge?

Ich hoffe "ja",
lGHeinz

Bearbeitet von: Mole am: 23.04.2019 19:02:43 Uhr
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