Was sind Bias

Hallo Thomas,

ganz einfach gesagt: Ein Bias ist ein Darkframe mit Belichtungszeit Null, wobei bei vielen Kameras die minimalst mögliche Belichtungszeit verwendet werden muß. Registriert wird dann nur das Ausleserauschen von Chip und Kameraelektronik.

Zur Anwendung kommen Biasframes in der Bildverarbeitung immer dort, wo man mit Kameras mit sehr kleinem Dunkelstrom arbeitet, wenn also selbst ein langer Darkframe sich nicht wesentlich von dem Dark-Null unterscheidet und das Ausleserauschen selber nicht nicht vernachlässigbar ist. Sie werden dann anstelle des entsprechenden Darks verwendet, meist erstellt man also ein Masterbias aus mehreren Biasframes gemittelt wie beim Masterdark, und der wird dann von den normalen Aufnahmen abgezogen.

In der Wissenschaft, wo man häufig mit stickstoffgekühten Kameras arbeitet, die praktisch keinen Dunkelstrom mehr zeigen, ist das die übliche Vorgehensweise. Wo immer dagegen Darks zur Anwendung kommen, braucht man das Bias in der Datenreduktion nicht mehr, denn jedes Dark enthält ja ebenfalls die Informationen des Ausleserauschens.

Bei dem Betrieb von Kameras ist die Aufnahme eines Bias außerdem der beste Test, daß mit der Kamera alles in Ordnung ist. Zeigt ein solches Bias irgendetwas außer dem einfachen Ausleserauschen, dann stimmt irgendwas nicht, zum Beispiel Kühlung defekt oder ähnliches.

Viele Grüße,
Caro

Hallo Thomas,

mit dem so genannten Bias-Bild kompensierst Du das Ausleserauschen des Verstärkers.
Das Bias-Bild ist "praktisch" ein Bild mit 0 Sekunden Belichtungszeit. Ebenso bemerkt man bei diesem Bild, defekte Pixel.
Weitere Infos findest Du z.B. hier: http://www.astro-siggi.de/tutorial-ccd-technik.html

Gruß Siggi

Hallo

gar nix hast du verstanden
Bias ist im Prinzip das Ausleserauschen der Kamera,
im Prinzip muß man vom Light ein Dark subtrieren, damit wird aus dem Light das Bias schon vom Dark mit abgezogen.
man muß auch ein Flat vom Light dividieren, leider steckt das Biasrauschen auch im Flat, man muß deswegen vom Flat das Bias abziehen, eleganter wäre aber statt dessen auch Darks für die Flats zu machen, das sind in FW die myseriösen Flatdarks. Bias sowie Dark sind in gewissen Maße temperaturabhängig
Das gilt für CCD und DSLR
Es kostet kaum Zeit Flats und Flatdarks oder Bias zu machen, probiere es einfach

Gruß Frank

Hi,
bin kein Astrofotograf, daher mal die Frage: Wie will man Rauschen abziehen?
"Darks" und "Flats" verstehe ich ja noch als Bestandteile eine Kennlinie, die quasi für alle Pixel einheitlich normalisiert werden soll. Aber Rauschen? Was ist daran so systematisch, dass man das einfach abziehen kann?

Außerdem dachte ich bisher immer, dass BIAS eine Art Vorverstärkungseinstellung ist, mit der die Empfindlichkeit der Erstverstärkung eines Pixel/Pixellinie/Bild (je wie tief man in die Elektronik eingreifen kann) eingestellt werden kann. Etwas, was bei Digitalen Knipsen dann unter ISO-Einstellung fällt.

Ich verstehe jetzt nur noch Bahnhof....

Gruß

Moin Kalle,

mach es doch einfach mal und schau dir einen solchen Biasframe an.

Bei einer klassischen CCD-Kamera wie sie im Amateurbereich in Gebrauch ist (16 Bit = 65536 Graustufen) bringt dir alleine das Ausleserauschen die Pixelwerte auf "Helligkeitswerte" von mehreren 1000, wieviel genau ist von den Spezifikationen des Kameramodells abhängig. Gute Kameras haben nur wenige 1000 als Ausleserauschen, denn das schränkt natürlich per Offset den Dynamikbereich der Kamera ein.

Der Biaswert schwankt um jenen Mittelwert für einen einzelnen Pixel nur sehr, sehr gering - 10 oder so, wieder je nach Kamera. Damit wird das Bias zu einem echten Offset, den man wirklich einfach nur abziehen muß. Hinzu kommt, daß wie Siggi schon geschrieben hat, defekte Pixel auch im Bias sofort sichtbar werden.

(==>)Thomas:
Eine DSLR ist eigentlich bei langbelichteten Aufnahmen immer ein Fall für ein echtes Dark, denn sie wird ungekühlt betrieben und verhält sich im Sommer ganz anders als im Winter. Besonders die letzten Canon-Generationen scheinen aber einen immer kleineren Dunkelstrom zu zeigen, so daß viele DSLR-Fotografen sogar auf das Abziehen des Darks verzichten und lieber bei der Nachbearbeitung nur per Regler den Schwarzwert hochziehen, per Software entrauschen und Hotpixel einzeln wegstempeln.

Mit dieser Methode kommt man auch zu schicken Bildchen - Photometrie oder ähnliches ginge so aber nicht. Wer also mit der DSLR Veränderliche beobachtet oder dergleichen, der braucht ein echtes Dark (und ein Flat mit Flatdark). Ein Bias alleine wird es bei einer DSLR in der Datenreduktion selten tun, wenn man es ernsthaft angeht.

Eines kommt bei einer DSLR noch hinzu: Man kann sich nie sicher sein, daß die Kamera nicht schon intern soetwas wie eines Biasabzug macht, von dem der Anwender gar nichts mitbekommt (und den er gegebenenfalls gar nicht abschalten kann).

Caro

Caro,
der Nebel lichtet sich...[;)]

Gruß

Hallo Caro, Frank und Ihr anderen,

sorry, unter anderem der großen Meisterin hier einmal widersprechen zu müssen [:I]...
Ein Bias hat durchaus seine Berechtigung, und zwar in zweierlei Hinsicht (ich spreche dabei von einer wirklich photometrisch exakten Bildreduktion von CCD-Bildern, für Pretty Pictures mit DSLRs mag dies überflüssig sein):
1) Ein Bias enthält NICHT nur das "Ausleserauschen" - die Frage ist ja berechtigt, wie man Rauschen denn abziehen will!?
2) Ein Bias enthält also nicht nur Rauschen, sondern kann sogar durchaus Struktur haben. Heutzutage werden, soweit mir bekannt ist, "Profi"-Rohbilder mit Overscan aufgenommen, das heißt, es werden beim Bilddownload mehr Spalten ausgelesen, als physikalisch Spalten da sind. Die Folge ist ein Streifen, der sich an das eigentliche Bild anschließt und der, über jede Zeile dieses Streifens gemittelt, das Bias-Signal für jede Zeile enthält. Auf diese Weise wird dann per Software jede Zeile für sich Bias-(und damit Vorladungs-offset-) korrigiert. Aber immerhin wird es korrigiert! Und mit einem (Master-)Bias kann man als Amateur dasselbe machen. Aber mit dem Abzug eines Dunkelbildes mit *derselben Belichtungszeit* (siehe 2) ) kann man sich schon einen extra Bias-Abzug sparen.
3) Biasse (wie heißt eigentlich die Mehrzahl?) sind dann zu verwenden, wenn man sich ein Master-Dark anlegt, also ein aus sehr vielen Darks gemitteltes Bild, das aber nur das Dunkelsignal enthalten darf, also auch bei Kameras mit nicht vernachlässigbarem Dunkelstrom. Dann und nur dann kann man dieses Masterdark bequem mit der Belichtungszeit skalieren, wenn man ein Rohbild - das ebenfalls erst Bias-korrigiert werden muss - mit einer anderen Belichtungszeit als das Master-Dark dunkelstromkorrigieren will. Bei einem nicht Bias-korrigierten Masterdark würde man ansonsten bei der Skalierung (ein Multiplikationsfaktor) auch das Bias-Signal mit skalieren und entsprechend zu viel (oder zu wenig, ganz nach Belichtungszeitverhältnis) vom Rohbild abziehen.
4) Wenn man natürlich praktisch überhaupt keinen Dunkelstrom mehr hat (habe ich bei meiner 10 Jahre alten FLI leider nicht ansatzweise...), sieht die Sache sicherlich anders aus. Aber kann man denn wirklich sicher davon ausgehen, dass heutzutage die Amateur-CCDs wirklich durchweg diese Eigenschaft besitzen? Ich wäre da vorsichtig, mit einem Masterdark (und wenn es auch kaum Signal hat) umschifft man doch in jedem Fall alle Reduktions-Klippen, oder? Ich finde schon, dass die Grundregeln der CCD-Bildreduktion zumindest bei geregelt gekühlten CCD-Kameras auch weiterhin gelten sollten: Bias-Korrektur, Dark-Korrektur, Flat-Korrektur.

Ich hoffe, das trägt auch zur Klärung bei.

Viele Grüße,
Arndt

Hallo Arndt,

also die von dir in Punkt zwei verwendete Prozedur ist mir zumindest auch in der Profiastronomie noch nie untergekommen. Beispiel UVES-Spektrograph am Very Large Telescope. Das wäre einer der oben genannten Fälle, die Kamera ist stickstoffgekühlt und die Chips so dunkelstromarm, daß du keine Darks brauchst, auch bei einer stunde Belichtungszeit. Das Ausleserauschen muß aber dennoch weg, also nimmt man Bias auf...

Die von dir beschriebene Prozedur zur Erstellung eines Masterdarks ist eigentlich mehr als nur verpönt. Gerade bei DSLRs und niedrigpreisigen CCDs, die nicht immer auf derselben Temperatur gehalten werden und/oder deren Dunkelstromverhalten nicht notwendigerweise langzeitstabil ist, ist es absolut nicht anzuraten, Masterdarks zu erstellen, die auf anderen Belichtungszeiten basieren und diese zu skalieren! Im Amateurbereich würde ich grundsätzlich immer nur Darks mit derselben Belichtungszeit machen und aus denen das jeweilige Masterdark erstellen, und dann entfällt auch wieder das abziehen des Bias hier.

Viele Grüße,
Caro

Hallo Caro,

naja, verpönt... das sind doch zu harte Worte. Bei modernen Profi-CCDs mag es wohl tatsächlich angehen, dass das "Dunkel"-Signal gleich Null ist und nur das Bias abzuziehen ist. Und was das Skalieren von Darks angeht habe ich es leider nicht ausdrücklich so geschrieben, dass man dazu eine geregelt gekühlte Kamera braucht; das ist natürlich so, danke für die Klarstellung. So eine Einrichtung ist ja auch wirklich eine feine Sache, denn man kann nun fast 100% der Nachtstunden Objekte fotografieren und braucht nicht 50% der Zeit für Darks. Ohne Regelung bleibt einem natürlich nichts anderes übrig, aber in so einem Fall müssen wir uns ja auch gar nicht erst über Bias & Co. unterhalten. Aber Du wirst mir doch sicher zustimmen, dass sich das Rauschverhalten eines nach unten skalierten, eh schon sauberen Masterdarks (also bei Skalierung auf die halbe oder viertel Belichtungszeit) das Rauschverhalten sogar noch immer weiter verbessert. Das gibt doch quasi das perfekte Dunkelbild, das vom Rauschen unter Umständen noch deutlich besser ist als jedes "nur" gestackte oder erst recht einzeln aufgenommene (und verwendete) Bild - eben immer vorausgesetzt, dass die Temperaturregelung gut ist. Das ist Statistik, und die mag verpönt sein oder nicht, aber sie gilt nun mal.
Die Overscan-Methode für den Bias-Abgleich ist wohl wirklich nicht so bekannt. Allerdings kann meine CCD-Software (MIRA 7 Pro) diese Art der Bias-Korrektur. Sie ist auch in dem erst neu erschienen (und meiner Meinung nach absolut fantastischen!) Buch "To measure the Sky" als Standardprozedur für die Bias-Korrektur erwähnt. Auch Richard Crisp (der von narrowbandimaging.com) verwendete (ob er es heute noch macht, weiß ich nicht) die Overscan-Methode. In jedem Fall funktioniert sie [:)]

Viele Grüße,
Arndt

Hallo Arndt,

wie schon gesagt. Ich würde es niemandem im Amateurbereich empfehlen, Darks zu skalieren. Das ist was für Leute die a) eine wirklich gute Kamera haben (und das schließt auch viele Semi-Profi-CCDs im mittleren Preissegment immernoch aus, die sind einfach nicht langzeitstabil, sondern die Elektronik "altert" merklich) oder b) zu faul einen Satz Darks mit der richtigen Belichtungszeit zu machen.

Für DSLRs und CCDs ohne Fixtemperatur sollten zeitnahe Darks mit den richtigen Belichtungszeiten Pflicht sein, wenn man auf Photometrie und hohe Qualität bei Astroaufnahmen hinauswill. Wenn jemand unbedingt ein Dark-Archiv anlegen will oder eben Darks mit unterschiedlichen Belichtungszeiten skalieren will, würde ich dringend empfehlen vorher zu überprüfen, ob die Kamera im Dunkelstrom wirklich langzeitstabil ist und ob die Linearität auch gegeben ist. Sonst sind solche Darks sinnlos. Aus eigener Erfahrung weiß ich: Selbst für eine teure Apogee-Kamera (AP8) gilt das mit der Langzeitstabilität nicht...

Viele Grüße,
Caro

Oha.

Die Nichtelektroniker wissen nicht immer genau, was ein Bias ist. Den Begriff gibt es nicht nur in der EBV, sondern auch in der gewöhnlich Analogelektronik. Er bezeichnet eine Art von Offset, der konstruktionsbedingt ist. Und hier ist die Antwort von Arndt korrekt, auch wenn Bias-Frames für gewöhnlich (bei den Profis) als Dark-Ersatz verwendet werden. Bei kurzen Belichtungszeiten (<30s) komme ich übrigens auch mit Bias-Frames aus...

Ein paar Zahlenwerte: Das Rauschen (Auslese-) beträgt bei der benutzten Kamera sagen wir 5 digits rms und vielleicht 14 digits peak to peak. Das heißt, bei einer vollkommen uniformen Belichtung schwanken die Pixelwerte um 14, z.B. von 1120-1134. Macht man eine identische Belichtung bei vollkommener Dunkelheit, so erhält man vielleicht 520-534. Nun macht man die Belichtungszeit 0 => man erhält jetzt einen Wertebereich von 500-514. Dann ist der Offset, also der NullVersatz 500 Digits.
Diesen kann man nun vom Flatfield subtrahieren, ohne einen allzugroßen Fehler zu bekommen. Nichts anderes tut ein Bias-Frame. Und noch ein Punkt, den Caro aufgriff, gilt es zu beachten: Meist ist dieser Offset derjenige, der nicht langzeitstabil ist, jedenfalls in größerem Maße als das eigentliche Dunkelsignal.
Selbst mit Temperaturregelung ist das übrigens ein Problem: Die Langzeitstabilität der Temperaturregelung ist genauso schlecht wie die des Offsets...

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Das Ausleserauschen muß aber dennoch weg, also nimmt man Bias auf<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Uh. Das ist nun etwas verwirrend ausgedrückt. Denn das Ausleserauschen bekommt man nicht *weg*, da es ja für ein Pixel bei jedem Auslesevorgang wieder anders ist. Oder irre ich da? [:0]

Hi Caro,

ja, da hast Du wohl recht. Ich muss auch sagen, das ich auch mit meiner "semiprofessionellen" FLI "Dream Machine" gar nicht erst das Experiment wage, viele Wochen alte Masterdarks oder Biasse ohne weitere Begutachtung für die Bildreduktion zu verwenden. Im Allgemeinen nehme ich in wesentlich kürzeren Zeitabständen Masterdarks auf, die ich dann aber trotzdem für den Abzug skaliere. Das mache ich übrigens schon deshalb, weil ich die Masterdarks den Objektbildern nicht einfach per Belichtungszeitskalierung anpasse, sondern per "minimalem Fehlerabstand", indem die Software die Darks so skaliert, bis sie in einem ausgewählten Bereich statistisch am besten zusammen passen. Ist jetzt vielleicht eine akademische Frage, ob das noch soo viel bringt, aber schlechter sind meine Bilder dadurch nun auch nich' geworden [;)]
In jedem Fall eine interessante Diskussion!

Viele Grüße,
Arndt

Ulli hat natürlich Recht[:I]

Ich bekenne mich hiermit der Sprachschludrigkeit schuldig, den Offset selber und sein Rauschen zusammen als "Ausleserauschen" zu bezeichnen - findet man häufig so, und man gewöhnts sich selber an. Das macht es natürlich nicht richtiger.

Viele Grüße,
Caro

Hi Thomas,

ich denke, dass Du genau richtig mit den Bildern / Darks arbeitest, die Du beschreibst. Bias-Bilder brauchst Du so sicherlich nicht, denn Du hast ja für die Objektbilder wie auch für die Flats je einen geeigneten Satz Darks. Um es einfach zu sagen: Gleichzeitig mit den Darks ziehst Du ja automatisch auch das Bias (das ja immer Teil der Darks ist) ab. Also nur weiter so - und zeig' mal Deine Ergebnisse! [:p]

Viele Grüße,
Arndt

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">nur Darks, keine Flats und DarkFlats<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Für *gute* Aufnahmen brauchst Du jetzt nur noch Flats zu machen. Wenn Du keine 1/4000 einstellen kannst, reicht jede beliebige kurze Zeit für ein Bias, wenn Du es denn überhaupt machen willst. Das Dark enthält ja das Bias schon, so daß, wenn Du das Dark vom Rohbild abziehst, das Thema schon gegessen ist. Ein Flatfield solltest Du aber noch machen, denn auf dem gezeigten Bild ist deutlich ein Helligkeitsabfall zum Rand hin zu sehen. Zudem auch noch etwas asymmetrisch. Ansonsten als Testaufnahme schon seeeehr vielversprechend [8D]

Gruß

ullrich

Hi Thomas und Ulli,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Ullrich</i>
<br />Ansonsten als Testaufnahme schon seeeehr vielversprechend [8D]<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
yep, finde ich auch! Nur weiter so![:p]

Viele Grüße,
Arndt

Hallo

Bias - Ausleserauschen, tut mir ja auch Leid das so verkauft zu haben, aber es ging ja nur um die Kalibrierungsprozedur, nicht ums verständnis was in den Einzelnen Offsetbildern enthalten ist.
Biasabzug bringt bei der DSLR auf alle Fälle etwas, das Verhältnis Aufwand zu nutzen ist erheblich besser als bei Darks, ganz einfach wegen der sich ändernden Temperaturen mangels Kühlung und dem erheblichem Zeitaufwand.
Wenn Masterdarks dann müsste man sie für entsprechend verschiedene Temperaturen erstellen.
Für die neueren DSLRs die kein Verstärkerglühen mehr haben wäre aber vielleicht auch eine Hotpixelmap sinnvoll.

Noch einmal wegen Bias, einfach mal 2 Biasframes knipsen, dann mal richtig gestrecht ansehen, dann vom 1. das 2. Bias abziehen, dann wird klar was es vermag und was nicht.

Thomas
Das Biassignal ist in jedem Bild enthalten, zieht man ein Dark (ein echtes bei gleichen Temperaturen und gleicher Zeit, unscaliert, einfach nur - ) vom Light ab hat man es mitabgezogen.
Flat hat natürlich auch das Biassignal, stört aber beim Flatabzug da das eine division ist, da könnte man ein Bias abziehen, besser ist aber ein Flatdark zu verwenden (...dark, enthält ja wieder automatisch das Bias)
eigentlich reicht das.
hätte man jetzt den blöden Fall das die Darks Temperaturmässig nicht passen und es besser wäre wenn die Software sie automatisch scaliert, könnte es besser sein ein Bias zu verwenden.
Ehrlich gesagt mache ich auch nur ganz selten Darks, ist einfach sehr zeitaufwändig, bei einer kamera mit geregelter Kühlung kann man die aber auch am Tage machen. Macht man denn mit ungeregelter Kühlung Darks sollte man auch die Temperatur mit notieren.
Wenn die Flats unter 1s belichtet sind können die Flatdarks auch als Bias gelten.
Mach doch einfach 2 Serien mit 10 Bildern je 1/500s und und 1s, mittel die Bilder und ziehe sie von einander ab,
dann siehst du ob es eine Rolle spielt. Den Photometrikern kräuseln sich wahrscheinlich die Haare, bei den Histogrmmstreckungen und Kurven die du für ein schönes Foto machen wirst aber auch, da ist dann hinterher keine Auswertung mehr möglich.
zum testen solltest du einfach Fitswork benutzen, da sind alle notwendigen mathematischen Funktionen drin und du kannst bestimmen was gemacht wird. Speziell zu deiner Testaufnahme, wichtig ist bei Fitswork auch das man den Schwarz-Punkt 15x15 setzt, kannst du auf Skymap.org nachsehen wo denn schwarz ist. wichtig ist auch die etwas in den Menüs versteckte Funktion Bayermasterflat normalisieren.
Du kannst es aber auch mal mit Theli probieren, das prügelt dich schon zu einer guten Kalibrierung, verweigert bei jedem Fehler die Mitarbeit, aber einige Kleinigkeiten wie die Skysubtraktion und die Farbkalibrierung leisten wirklich erstaunliches, ohne Flat brauchst du da aber nicht antreten.

Gruß Frank

Hallo Thomas,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Tolot</i>

Das ganze verarbeite ich mit Regim. Für mich als Mac User das beste Programm.

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

Gute Wahl [8D]

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
Es wurde geschrieben, das die Bias mit der kürzest möglichen Verschlusszeit aufgenommen werden sollten. Also bei meiner Canon wäre das 1/4000 sek.
Nur kann ich das mit Regim nirgens einsetzen oder abziehen.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Du könntest die Bias-Frames anstelle der Darks verwenden. Wenn Du aber Darks, Flats und Flatdarks machst, ist alles in bester Ordnung und Du brauchst keine extra Bias-Frames. Ich denke das ist aus den Beiträgen von Caro und Arndt klar geworden.

Regim hat keine extra Felder für Bias, da ich wie Caro auch der Ansicht bin, daß man seine Darks nicht skalieren sollte, sondern immer spezifische Darks verwenden sollte.

Bei den Flats könnte man - sofern diese kurz belichtet sind - statt der Flatdarks auch Bias verwenden. Wichtig ist, daß der Sockelbetrag (der steckt sowohl im Bias als auch im Dark) abgezogen wird. Andernfalls funktioniert die Flatkalibrierung nicht richtig.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
Brauche ich wirklich Bias, wenn ich Darks, Flats und DarkFlats mache?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Nein! Dein Vorgehen ist vollkommen korrekt.

Gruß
Andreas