Betrachtungen zur optimalen Belichtungszeit

Hallo Frank,

stell dir einfach vor dein Eimer fasst 1024e-. Wenn der DA Wandler in der Kamera 10 bit hat, kann die Kamera 1024 verschiedene Füllstände des Eimers unterscheiden. Sie erreicht also eine Auslesegenauigkeit on 1e-. Im Idealfall enthält dein gefüllter Eimer nur Signalelektronen(vom Stern) d.h. dein Sternensignal kann 1024 verschiedene Grauabstufungen annehmen.
Jetzt hat man aber leider noch weitere Quellen die zur Befüllung des Eimers beitragen wie z.B Hintergrundsignal. Wenn man ein Verhältnis von Hintergrund zu Sternensignal von 1:1 annimmt dann hast du in einem vollen Eimer 512e- vom Hintergrund und 512e- vom Stern. Nach Hintergrundabzug bleibt dir noch ein Sternensignal von 512e- welches mit einer Genauigkeit von 1e- ausgelesen wurde. Das fertige Sternensignal hat also 512=2^9 Grauabstufungen und entspricht nur mehr einem nutzbaren Dynamikumfang von 9 eV/9 bit.
Im Hintergrundfall fehlt die Hälfte der Grauabstufungen d.h. das bei einem realen Signal von 1e- entweder 0e- oder 2e- ausgelesen wird was zu mehr Rauschen führt (denke ich mir zumindest so :)).

mfg Matthias

Hallo Matthias,

äh, warum lässt Du jetzt alle Rauschquellen (shot noise und read noise) ausser betracht ?
Gut , Dein Eimer entspräche einer Kamera mit 1024e Full Well, und einem Elektron Readnoise. Wenn du 1024 Photoelektronen hast, sind die schon mit der shot noise statistik versehen, d.h. du misst bei Wiederholung der Aufnahme Werte, die zu 66% im Bereich 1000+/-30 liegen, bzw zu 99% im Bereich 1000+/-90
Das Nutzsignal hätte nur das halbe SNR, aber die A/D Genauigkeit ist immer viel feiner, als das verrauschte Signal.
Die Dynamikeinschränkung kommt durch das Schrotrauschen des Hintergrunds selbst, und die einzige Einschränkung die im Weg stehen könnte, ist die Eimerkapazität selbst, aber die ist wie vorher von anderen schon erwähnt, selten das Problem (vielleicht bei DSLRs und hoher Isoeinstellung).
Viele Grüße

Norbert

Hallo Norbert,

ich habe versucht Franks Frage zu beantworten wo es um die Dynamikreduzierung durch den Hintergrund und den damit einhergehenden Verlust an Graustufenauflösung geht. Natürich ist das ein stark vereinfachtes Bild :). Die FWC spielt bei mir zumindest schon eine Rolle weil ich nur eine DSLR habe. Wenn ich zu lange belichte (was bei mittleren bis hohen Isos garnicht sehr lange ist), dann werden meine Sterne zu scheiben.

mfg

Edit: Ok, ich habe verstanden was du geschrieben hast. Das was ich beschrieben habe würde eintreten wenn die Abtastgenauigkeit des AD-Wandlers kleiner als der Shotnoisewert ist.

Hallo zusammen,

OK ich hatte das nicht auf den Hintergrund bezogen sondern auf das Signal. Gut wenn der Hintergrund derart schnell wächst....aber da verweise ich dann wieder auf meinen Comic:-)

Was ich nicht verstehe ist, warum wir jetzt über Dynamik sprechen und gleichzeitig wieder mittlere und hohe ISO Werte. Warum nicht einfach runter mit der ISO? Schade das die Entwickler von Nikon mich nicht nach ihrer Meinung gefragt haben zur neuen Kamera (haben irgendwelche US Amerikaner interviewt). Ich hätte ihnen gesagt sie sollen einen ISO Knopf anbringen der sich zwar drehen lässt aber heimlich immer bei 200 bleibt:-)

Ich habe das Gefühl wir drehen uns massiv im Kreis:-(

CS Frank

Hallo Frank,

das ist nun mal das Wesen eines solchen Forums.
Die ISO Diskussion wird in 4 Wochen spätestens wieder eröffnet, und auch das Thema "1xlang oder 30mal kurz" wird nicht auf sich warten lassen. Da kannst Du noch so auf alte Threads verweisen, aber da steht halt auch sehr viel kontroverses drin, und letztendlich ist keiner da, der an die richtigen Sachen Häkchen macht, und die falschen durchstreicht. Will wahrscheinlich auch keiner...

Wär vielleicht mal ein sinnvolle Konvention, bei solchen Themen ab zu auf das Ausgangsposting nach soundsoviel Beiträgen zusammenfassend zurückzukommen, dann kann man vielleicht was lernen.

Viele Grüße
Norbert

ISO ist ein sekundärer, aber ein berechtigter Punkt, der mit dem Gegenstand Belichtungszeit verbunden ist. Das gehört natürlich hier zur Rauschreduzierung und Erweiterung der Dynamik rein, wenn auch schon x-mal durchgekaut.

Lange Einzelbelichtungszeiten oder sehr helle Objekte, bzw. Objekte mit großem Dynamikumfang:
ISO möglichst runter -> Mehr Dynamik in einer Belichtung, die hier besonders erwünscht ist.

Ultrakurze Aufnahmen (wenige Sekunden) bei lichtschwachen Objekten, bei denen das Auslöserauschen den Hintergrund dominiert:
Gerne hoch -> Verlangen nach einer Reduzierung des Ausleserauschen pro Aufnahme, das bei größeren ISO-Werten geringer ausfällt. Bei sehr kurzen Serien weniger Bilder bis zu nur einem Bild profitiert man hier zusätzlich vom geringeren Quantisierungsfehler (Analog-Digital-Umsetzung) bei der späteren evtl. Bildwertangleichung/Kontrasterhöhung(weniger Rauschen).

Gruß,
Jo

Hi Frank,

Matthias u. Norbert haben ja schon dazu was geschrieben.

Um im 'Eimerchen' Bild zu bleiben. Es gibt ja noch einen zweiten grossen Eimer im PC (Stacken) in den die Inhalte der kleinen Eimer reingekippt werden. Und hoffentlich hat der PC-Eimer keine obere Grenze! (Obwohl ich nich immer glücklich bin wenn z.B. aus einem Stacking Proggi als Ergebnis 16bit TIFF rauskommen. Da wären 32bit FITS besser. Aber der E. Kraaikamp macht das ja schon)

Durch das Zusammenkippen im großen PC-Eimer wird auch das SNR besser. In guten alten Zeiten, wo man aus der Philips Cam 8bit pro Aufnahme gekriegt hat, hat man durch Sammeln von 1000 Aufnahmen (je 8bit) nochmal 10bit oebn drauf gekriegt. Dadurch wird dann SNR besser (geht mit der Wurzel) und Dynamik geht linear. Dabei ist es nicht so wichtig, ob man nur das Signal über dem Hintergrund zählt oder alles. Am Ende schmeißt man den Hintergrung weg und hofft daß noch genug Fleisch zur EBV da ist.

Beachte, daß die Arithmetik im PC in hinreichend genauer Floatinpointberechnung geht. Da wird nichts mehr digitalisiert oder beschnitten.

Clear Skies,
Gert

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

Dynamikverlust im Stack? Was ist überhaupt Dynamikverlust? Und wie entsteht dadurch Rauschen? Das verstehe ich gerade nicht. Ich dachte bisher wir reden von der "Sammelkapazität" des Sensors....
CS Frank
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo Gert,

ja ich verstehe, ich hatte ausser Acht gelassen das die Dynamik nicht alleine durch die FW definiert wird, sondern zusätzlich durch das Ausleserauschen. Allerdings bin ich mir nicht sicher ob wir das gleiche meinen. Das SNR wird massgeblich dadurch besser, das unser Signal an Stabilität gewinnt, nicht die Anzahl der Fotoelektronen erhöht sich sondern deren statistische Wahrscheinlichkeit. Das stacken stellt eine Erhöhung der "Mess-Events" dar. Wie Norbert schrieb, ist das Shot Noise der limitierende (besser wäre vielleicht dominierende) Faktor.

How ever, mir geht es um was anderes:
Der Thread ging doch mit der Frage los ob es Sinn macht länger zu belichten als hintergrundlimitiert. Die Argumente eben nicht länger zu belichten sind mir zu wage und zu unschlüssig in der Argumentation. Matthias schreibt z.Bsp. er würde bei hohen ISOs schnell in die Sättigung geraten. Ich frage daraufhin warum er nicht niedrige ISOs benutzt? Jetzt kommt Jo und sagt bei kurzen, nicht Hintergrund limitierten Aufnahmen (Drüber reden wir aber doch gar nicht!) seien hohe ISOs von Vorteil da weniger Ausleserauschen. Das meine ich wen ich jetzt zum dritten mal schreibe das die Spielregeln immer der eigenen Argumentation angepasst werden. Das ist aber nicht zielführend!

So ich lege jetzt mal die Spielregeln fest und bin gespannt was dabei raus kommt. Aufgabenstellung:

Es soll NGC7000 mit einer DSLR (Canon 600D) und dem Volksapo 80/500 aufgenommen werden. Unter gutem Landhimmel wie er in Deutschland nicht unüblich ist lege ich mal 21.0 mag/arcs^2 fest . Nehmen wir mal an die Einnordung ist sehr gut, das Guiding läuft und niemand stösst an die Monti. Zusätzlich nehmen wir uns jede Stunde ca 5 min Zeit um den Fokus zu überprüfen und ggf. zu korrigieren. Als Durchschnittstemperatur nehmen wir mal 8°C an. Wir wollen darüber hinaus das volle Kalibrationsprogramm machen.

Ich gehe die Aufgabe wie folgt an:
Ich wähle eine Gesamtbelichtungszeit von 4h unterteilt in 16x900s ISO 200 Einzelframes. Zwischen jeder Aufnahme dither ich, dazu brauche ich ca. 60s. In der Software stacke ich das ganze mit dem Sigma um mich gegen Hotpixel und Satspuren etc. ab zu sichern.

Nun was mache ich da falsch, was kann ich besser machen? Kann ich ein Bild mit dem besten SNR bei gegebener Zeit erwarten (die 4h sollten locker reichen für dieses Objekt)? Oder verschenke ich womöglich SNR? Gerate ich ausser bei vielleicht einem bis zwei hellen Feldsternen (bei NGC7000 eher bei null Sternen) bedenklich an die FW Kapazität des Chips? Könnte ich aus praktischen Erwägungen etwas anders machen?

Bin gespannt.

CS Frank