Kurzzeitbelichtung, LuckyImaging und Seeing

  • Hallo Allerseits,
    am 09.09.15 habe ich ein paar kleine Tests bezüglich Kurzzeitbelichtungen mit meinem Tesleskopgeraffel durchgeführt.
    Hierbei habe ich versucht den Einfluss des Seeings auf die Qualität der Sternabbildung zu erfassen und Strategieen zum Image-Alignment und zur Qualitätsselektion zu vergleichen. Zum Einsatz kam hierbei das Programm AstroImageJ, welches sehr umfangreiche Möglichkeiten zur astronomischen Bildauswertung, -bearbeitung und Macro-skripting bietet.


    Die groben Aufnahmedaten sind:
    Teleskop: Meade 12ACF, 300mm F/10, mit 2x Extender also ~6000mm Brennweite, auf Losmandy G11 Gemini
    Kamera: uEye UI-5240SE mit EV76C560-Sensor (1,3Mpx; 5,3um-Pixel)
    ,entspricht einem Sampling von etwa 0,18arcsec/px


    Ziel: Alpha Cassiopeia
    Belichtungszeit: 30ms je Frame, 1148 Frames mit ~30Hz Bildwiederholrate


    Nachfolgend der unbearbeitete 1148-Bilder Stack, allerdings gecroppt auf 145x136px:

    Man erkennt gut das laterale hin und herwandern des Spots (entspricht Tip/Tilt) und die stark veränderliche Feinstruktur des Spots (Speckles).


    Die einfache Summation ergibt:

    Der sich ergebende Spot besitzt eine mittlere FWHM=4,0arcsec und ist etwas oval, da bei der Aufnahme kein Guiding aktiviert war und hier bereits der Schneckenfehler (Gesamtbelichtungszeit etwa 35s) zu sehen ist.


    Um einen realistischen Vergleich bei Verwendung von 1s-Guiding zu ermöglichen, wurde bei der nächsten Darstellung jeweils 41 aufeinanderfolgende Bilder (entspr ~1,23s) aufsummiert und die aufsummierten Bilder anschließend mit einem Centroiding-Algorithmus (Schwerpunktalignment) alignt und anschließend wiederum aufsummiert:

    Hierbei ergibt sich ein etwa kreisrunder Spot mit einer FWHM=3,1arcsec, (diesmal ohne Schneckenfehler). Dies sollte etwa der erreichbaren Spotgröße mit dem ACF bei gewöhnlichem mitteleuropäischen Seeing entsprechen.


    Wenn man nun alle kurzbelichteten Bilder jeweils einzeln mit dem Centroiding-Algorithmus alignt, ergibt sich folgendes:

    Der Spot hat nun eine FWHM=2,2arcsec. Man erkennt aber mit etwas Phantasie eine leicht angedeutete kreuzförmige Grundstruktur des Spots. Ich vermute mal leichten Astigmatismus als Verantwortlichen. Normalerweise geht das aber im Seeing unter. Dieses Alignment entspricht einer 30Hz Tip/Tilt Korrektur, welche beispielsweise durch Adaptive Optiksysteme im Amateurbereich, wie Orion-Steady-Star oder die SBIG AO, erreichbar sein könnte. Aber eben nur, falls ein entsprechend heller Stern im Bildfeld ist.


    Wenn man sich die einzelnen Bilder des Ausgangsvideos anschaut, sind sehr große Qualitätsunterschiede der jeweiligen Bilder erkennbar. Nachfolgend 4 Beispiele:
    1. Jeweils Schlecht (viele gleichhelle Spekles)

    2. Jeweils Gut (besonders heller einzelner Spekle)


    Die Summation der Auswahl der 500 Besten (~44%) ergibt mit dem Standard Centroiding:

    Der Spot hat nun eine FWHM=2,0arcsec.


    Hier ist das Standard Centroiding-Alignment mit einem Suchbereich von 10px (etwa Spotdurchmesser) nicht mehr ideal. Hier sollte jeweils der hellste Spekle alignt werden. Dazu kann man den Suchbereich des Centroiding auf 3px einschränken.

    Nun beträgt die FWHM=1,5arcsec. Nur noch etwa die Hälfte des ursprünglichen Werts für längere Belichtungszeiten. Hier ist dann sicherlich die Qualität des Teleskops mitentscheidend. Prinzipiell ist die rechentechnische Einschätzung der Qualität und das eigentliche Alignment ausschlaggebend. Dazu später mehr.
    Viele Grüße Tino

  • Hallo Tino,
    ich hole diesen Beitrag mal wieder in die Gegenwart.
    Sehr anschaulich werden die Möglichkeiten bei kurzen Einzelbelichtungszeiten sichtbar. Besonders das Roh-Video zeigt sehr schön, womit wir alle zu kämpfen haben.
    Bei der Addition von echten Deep Sky Bildern (mit hohem Gain) ist evtl. zu beachten, dass das Rauschen den Algorithmus stören könnte.
    Gruß,
    ralf

  • Hallo Ralf,
    danke für den Tip mit der Auskühlung. Mein ACF ist halt komplett geschlossen (ohne Lüfter) und somit bezüglich Temperaturanpassung doch recht träge. Da ich aber nur Luminanz aufgenommen habe, kann mglw. auch die atmosphärische Refraktion schon störend wirken (da ohne ADC). Ich hatte dir ja schon vor geraumer Zeit einen "Bastel"-ADC versprochen, aber ich komme leider nicht dazu und habe auch selbst noch keinen, sorry.
    Jetzt nochmal zu den Kurzbelichtungs-Pferdefüßen. Meine Erfahrung diesbezüglich ist, dass die erreichbare Schärfe doch recht stark von den Randbedingungen abhängt. Prinzipiell werden ja die Bilder schärfer je kürzer man belichtet, aber die Stacking-Software braucht als unterstes Minimum zumindest einen hellen Stern im Bildfeld. Dieser sollte ein ordentliches SNR (vielleicht 40) haben, da ansonst die Schwerpunktbestimmung ungenau wird und das Alignment versagt. Dann nützen auch die scharfen Einzelbilder nichts. Bezüglich Alignment und Schwerpunktbestimmung gibt es auch unterschiedliche Ansätze, bspw. normales Centroiding, Zentrierung auf den hellsten Spekle, Alignment im Fourierraum usw., welche alle ihre Stärken und Schwächen haben. Außerdem gibt es noch eine sogenannte Isoplanatic-Patchsize, welches die Größe des Abbildungsfeldes beschreibt, in dem das Alignment und die Verzerrung durch das Seeing annährend konstant ist. Dh. man hat effektiv nur in einem (kleinen) Umkreis um den Alignmentstern ein maximal scharfes Bild. Das Schöne und gleichzeitig Häßliche ist aber, dass die Rohdaten immer wieder malträtiert werden können, um noch mehr rauszuquetschen.
    Gruß Tino

  • Hallo Tino,
    sorry, dass ich erst jetzt schreibe, hatte die Abofunktion nicht aktiv.
    Zum Stacken nehme ich eine Planetensoftware, und es hat noch nie nicht geklappt. Ob es u.U. besser ginge, das bleibt natürlich die Frage. Da es auch bei Planetenbildern um die Schärfe geht, vertraue ich mal den Kollegen, die diese SW zur Verfügung stellen. Zudem stehen sie untereinander ja in gewisser Konkurrenz und wenn der eine einen genialen Algorithmus gefunden hat, dann müssen die anderen wohl auch danach suchen.
    Aus meiner Sicht sind die Ergebnisse aber alle nahezu gleich. Lediglich die Randbedingungen sind unterschiedlich. So kann z.B. AviStack schwächere Sterne detektieren als Autostackert etc.
    Ich möchte aber noch mal den Satz "je kürzer die Belichtungszeit um so schärfer der Stern" relativieren.
    Belichtungszeiten um einige Sekunden herum ergeben schärfere Bilder, da Montierungsfehler und andere nicht-seeing-Fehler ausgeglichen werden können. Hat man eine perfekte Monti, die keine, oder nur ganz selten Guiding-Korrekturen vornimmt, bringt das nicht viel.
    Zeiten um 1 s herum frieren einen Teil des Seeings ein, und zwar die Bewegungen auf x/y Achse, also das "zappeln".
    Das Sternscheibchen kann dabei sowohl aufgebäht, als auch scharf sein.
    Noch kürzere Zeiten, so ab 30 ms zeigen Speckles, hierzu muss aber die Brennweite erhöht sein, und man verlässt den "Deep-Sky-Modus". Nur hier scheinen Qualitätssortierung und die von dir beschriebenen Algorithmen zu greifen.
    In diesem Helligkeits-Bereich gibt es allerdings auch nicht mehr viele Deep-Sky-Objekte. Wer mal eines sucht, NGC 7027 ist z.B. einer.
    Bzgl. ADC, ja, hatte ich schon vergessen :-), aber für 99 USD, da lohnt es sich kaum zu basteln.
    Viele Grüße,ralf

  • Hallo, Tino und Ralf,


    wenn man nun sehr viele 1 sec-Aufnahmen bei höherer Brennweite machen möchte und eine größere Zahl an relativ hellen DSO's aufnehmen möchte, wäre da auch die Sony A7 S mit ihren sehr hohen ISO-Zahlen geeignet, vielleicht sogar geeigneter ("empfindlicher" durch die extrem große Signal-und Rausch-Verstärkung) als die ASI's? zudem günstig: große Pixel und großes Bildfeld.
    Wißt ihr mehr darüber? Scheitert das Ganze wieder am zu hohen Ausleserauschen? Auf dem Gebiet bin ich immer noch Laie!


    weitere Frage (aktuell aus dem Astronomicum: René an Stefan): wenn man nun die vielen 1 sec Belichtungen nur stackt (mittelt) und nicht die schärfsten Aufnahmen auswählt, hat man dann wirklich noch das Seeing teilw. ausgetrickst? Bei Benutzung aller Bilder: wird da am besten Autostakkert verwendet oder ein anderes Programm?
    hier der link:
    http://www.astronomicum.de/mod…ms&file=viewtopic&t=14510


    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo Andreas,
    die Sony kenne ich nicht, allerdings dürften die hohen Isowerte keine Vorteile bringen. Indirekt aber kann es natürlich sein, dass gerade weil die Kamera sehr empfindlich ist auch höhere ISO-Werte angeboten werden.
    Zur 2. Frage: ja! und zwar deshalb, weil man besser schärfen kann. Schärfen ist ja keine Kosmetik. Du kannst mit geeigneten Algorithmen bei besserem Signal-Rauschverhältnis auch stärker schärfen. Allerdings, bei Planeten ist es zumindest so, dass es fast egal ist ob ich 10% verwende und moderat schärfe, oder ob ich 90% verwende und deutlich stärker schärfe. Bei Deep-Sky kann das natürlich etwas anders sein. Ich persönlich erhalte aber immer die besseren Ergebnisse bei 90% oder 100%.
    Viele Grüße,
    ralf

  • Hallo, Ralf,


    besten Dank für die Info! Es hätte mich natürlich interessiert, ob die Nicht-Selektion der schärfsten Aufnahmen auch für DeepSky gilt.


    Schade, dass Du Dich noch nicht mit der Sony beschäftigt hast. Deine Meinung dazu hätte mich interessiert, auch, wenn die Cam derzeit noch 1900 Euro kostet.
    Hier mal ein Video, falls es Dich interessiert, in einer Vollmond-Nacht aufgenommen, sehr eindrucksvoll, meine ich.
    28mm objektiv bei f/4, gefilmt.

    External Content vimeo.com
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    Noch interessanter wäre das Video in einer Neumond-Nacht an einem dunklen Beobachtungsort gewesen, mit höherer Brennweite und ohne Wolken, damit mit höherer Auflösung, damit man eine bessere Vorstellung von der Empfindlichkeit der Sony erhält. Es ist nicht nur die QE, die die Sony interessant macht, sondern auch der Kamera-Prozessor, der für relativ wenig Rauschen bei den hohen ISO sorgt (meint ein Kollege).


    viele Grüße und wieder besseres Wetter
    Andreas

  • Hallo


    aber die Kamera ist doch weit schlechter wie eine ASI 1600mc welche dank schnellem USB3 Download auch das tut was du eigemntlich vor hast,
    fehlen dir die Iso Einstellungen?
    Gruß Frank

  • Hallo, Frank,


    ich habe bisher noch keinen Vergleich zwischen der Sony und den ASI's in den Foren gefunden. Ein solcher Vergleich hätte mich aber mal interessiert, da ich event. diese Kamera, wenn sie etwas preiswerter wird, kaufen möchte.
    Warum sollte die Sony weit schlechter als eine ASI 1600 sein? Kannst
    Du das näher erläutern? Dauert denn das Abspeichern einer 1 sec Aufnahme auf die SD-Karte bei der Sony lange? Das wäre mir neu.


    Es geht mir hier nur um die Empfindlichkeit, damit man auch bei 1 sec Aufnahmen schon etwas auf dem Chip hat!


    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo Frank,


    Du meinst die A7s, wenn ich Deinen Code richtig entschlüssele? Hast schon mal damit gearbeitet? Offenbar nicht. Aber Du weißt ja richtig gut Bescheid...


    Gruß,
    Arndt (der seit 18 Monaten eine modifizierte A7s besitzt und nur noch müde lächeln kann über all das Zeugs, das man dieser Kamera an- und abdichtet)

  • Hallo Frank,


    was willst Du denn wissen, was Du nicht aus den im Internet verfügbaren Datenblättern herauslesen kannst? Und warum fragst Du nach Datenblättern statt nach Erfahrungen oder Ergebnissen?
    Ich dachte bisher immer, dies ist eher das typische Vorgehen bei der Diskussion um Optikdesigns...


    Gruß,
    Arndt

  • Hallo, Kollegen,


    ich habe bisher noch keinen Vergleich zw. der Sony und den ASI's in der Praxis gefunden: Gleiche Belichtungszeit, Anzahl der Aufnahmen, etwa gleich heller Hintergrund, ähnliches Seeing, etc.; 1 sec belichtet; gestacktes Summen-Rohbild. Hier nur theoretische Überlegungen anzustellen, reicht meiner Meinung nicht aus. Nach welchem Algorithmus arbeitet der Sony-Prozessor hier wohl, um das Rauschen zu verringern? Aber, zum ursprünglichen Thema:


    Im Nachbar-Forum (siehe mein obiger link) wurde gesagt, dass man mit Fitswork beim Stack-Vorgang vom Programm Bilder automatisch auswählen lassen kann. Weiss jemand, unter welchem Menuepunkt man dies durchführen kann? Der Kollege Carsten erhält dadurch angeblich nach dem Stacken mit Fitswork schärfere Ergebnisse als wenn man alle Einzelbilder stackt. Wie Ralf schon sagte: dann muss man weniger schärfen. Aber erhält man nicht vielleicht doch dadurch noch ein besseres Endergebnis, da das Seeing durch die anfängliche Selektion besser eingefroren wurde? Also, nur die guten Bilder stacken, die schlechten wegwerfen, zumindest bei 1 sec Bildern?
    Sowie ich bisher gelesen habe, ist das automatisierte Selektieren bisher mit keinem Programm zufriedenstellend möglich. Also muss man dies manuell mit jedem Einzelbild nach Augenmaß selbst erledigen, was natürlich Zeit kostet.

    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo Arndt


    Die Quantenefizenz in Abhängigkeit zur Wellenlänge und Read Noise in Abhängigkeit zur Verstärkung wären wohl die wichtigsten Werte, zumindest für Kurzbelichter in der Astroszene.
    Serienbildgeschwindigkeit von 5 Bildern/s ist aber bei der Pixelanzahl auch eher der Stand von vor 10Jahren was Dslr angeht. Für die Sonne in Halpha schon etwas zu langsam.
    Du hast nicht nur schön 18 Monate eine modifizierte A7 sondern auch noch kein Bild gezeigt.
    Andreas hat schon recht wenn er einen direkten Vergleich bevorzugt,
    Kameras mit toller Werbung gibt es eine Menge.


    Gruß Frank

  • Hallo Frank,


    nö, gibt keine Bilder von mir, ich habe nicht die geringste Lust, gegen Vorurteile anzuposten. Du bist gegenüber der A7s voreingenommen, deshalb ist das hier nicht der Ort (Thread) für eine ergebnissoffene Diskussion. Ich schrieb lediglich deshalb eine Erwiderung, weil sich ja auch mal jemand anderes dies alles durchlesen könnte. Und für diesen Fall halte ich eine Gegenmeinung zum A7s-Bashing für geboten.


    Bis denne,
    Arndt


    P.S.: Übrigens unterliegst Du einer Falschinformation. Ich poste hier nicht seit 18 Montaten, sondern seit 22 Jahren keine Bilder. Also seitdem ich astromäßig "digital" bin.

  • Hallo Arndt


    da bist du aber schön drauf reingefallen, es geht hier nicht um Bashing der A7s sondern darum das wohl keine DSLR oder Systemkamera zur Zeit für solch extreme Kurzbelichtung bei Astroaufnahmen geeignet ist


    und danke für die ausweichende Desinformation, hat keinem geholfen.


    Gruß Frank

  • Arndt


    vollkommen bestimmt nicht, in Teilen sicher


    aber wäre jetzt kein Problem Bilder mit 1s Belichtungszeit zu machen die gegen Stefans aus Berliner Großstadthimmel und Vollmond vergleichbar sind, irgend jemand muß das einfach nur tun, kommt nix war wohl nix drauf.


    Gruß Frank

  • Hallo Andreas,


    <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">ich habe bisher noch keinen Vergleich zw. der Sony und den ASI's in der Praxis gefunden: Gleiche Belichtungszeit, Anzahl der Aufnahmen, etwa gleich heller Hintergrund, ähnliches Seeing, etc.; 1 sec belichtet; gestacktes Summen-Rohbild. Hier nur theoretische Überlegungen anzustellen, reicht meiner Meinung nicht aus. Nach welchem Algorithmus arbeitet der Sony-Prozessor hier wohl, um das Rauschen zu verringern?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">


    zurzeit wuerde ich sicher auch eine modifizierte a7s als Astro-DSLR (und allgemeines videografieren) zulegen! Leider fehlt mir hierzu das noetige Kleingeld ... interessant ist zu Deiner Frage sicher der sogenannte 'ISOlose' Umstand, wo diverse heutige Digicams zwar hohe ISO-Einstellungen ermoeglichen, aber man in einem bestimmten ISO-Bereich keinen Informationsgewinn mehr erhaelt. Nur Rauschen und die allgmeine Bildaufhellung nehmen zu. Hier, etwa nach einem Drittel des Artikels, ist 'Isoless' gut beschrieben:


    http://petapixel.com/2014/07/3…-astrophotography-review/


    Das kennst Du wohl bereits; welche ISO sollte man nun fuer einen Kurzbelichterversuch waehlen? Meiner Meinung nach duerfte man fuer so einen Vergleich auch keine HighISO-Entrauschung verwenden, ausser man kann das bei beiden Kameras 'gleich' einstellen.


    Gruesse
    Jan

  • Hallo, Jan,


    besten Dank für die Infos und den sehr informativen link!
    Ich kannte diesen noch nicht. Das ist ja eine ziemlich komplizierte und überraschende Handlungsweise des Sony Prozessors. Für einen Laien wie mich kaum zu verstehen. Dass man bei mehreren ISO Verdoppelungen immer nur eine sehr geringe Bildaufhellung sieht, überraschte mich sehr. Schon in dem obigen Video-link von mir hatte mich das gewundert.
    Für einen Vergleich mit den ASI's bei 1 sec würde ich ISO 51200 wählen, da bei noch größerer ISO durch den sprunghaften, stärkeren Rauschunterdrückungs-Algorithmus Details wieder verlorengehen.

    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo, Kollegen,


    zu dem Thema Seeing hier mal ein link, wo der Kollege Bernhard Hubl auf meine Bitte hin freundlicherweise beispielhaft für das Seeing 1,3" - 1,9" (davon kann ich in NRW, Flachland, nur träumen!) die gravierenden Unterschiede beim "Langzeit-Seeing", hier: 120 sec, demonstriert!
    siehe das .gif bei 2/3 der Seite im Beitrag von Bernhard....


    http://forum.astronomie.de/php…_gutem_Seeing#Post1234640


    Das "Langzeit-Seeing" scheint mir mindestens genauso wichtig zu sein wie das "Kurzzeit-Seeing"!


    viele Grüße und cs
    Andreas

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