Mathematiknachhilfe

  • Hi,


    Ich hatte ja diese Frage schon mal in einem anderen Thema gestellt, finde aber, dass sie da nicht so richtig platziert ist. Es gibt ja so einige Formeln und da fragt sich der Laie manchmal, wie kommen die zustande, bzw. , was steckt dahinter. In der Vergangenheit wurden solche Themen auch schon sehr kontrovers besprochen und ich würde mich freuen, wenn Leute antworten , die das auch interessiert und da Licht ins dunkel bringen wollen.
    Ich hab hier mal den Text kopiert, um den es geht.


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    Zitat:
    Original erstellt von: Kraichgaupfaelzer68


    Sorry Volker,


    die Kamera hat 3,75µm Pixel. Optimal wären also ca. f/13-14.


    Ich interessiere mich auch, was so an Mathematik dahinter steckt. Nun gibt es ja einige Seiten, die dass auch gut erklären.
    Auf einer dieser Seiten wird beschrieben, das die beste pixelgrösse die wäre, wenn 2 Pixel einen Stern Durchmesser entsprechen. Das ist gut anhand der Winkel Funktion Tangens im rechtwinkligen Dreieck beschrieben. Ich finde das auch stimmig.
    Es wird auch beschrieben, das bei der planetenfotografie oder filmerei das tatsächliche auflösungsvermögen des teleskops herangezogen werden kann, da das seing durch die Vielzahl der kurz belichteten bilder , ausgetrickst wird. Es werden unter vielleicht 1000 Bildern 50 dabei sein, wo es gut ist. Das ist nur mal so als beispiel gesagt.
    Rechne ich dies durch und setze ich für das auflösungsvermögen 1", weil meins von 0,69 doch eher optimistisch ist, ein und als brennweite 2600 mm für f/13 ,komme ich auf 6,3 mikrometer pixelgrösse.
    Also grosse Brennweiten bedeutet grosse Pixel. Gilt das auch für Planeten oder anders gefragt kann einer mal aufdrösseln warum 3,75 mikrometer Pixel ein optimales öffnungsverhältnis von f/13 bis f/14 ergeben.
    Das ist ja ein völlig anderes Ergebnis .


    Viele grüsse
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    Wie im Zitat schon geschrieben, komme ich auf ein völlig anderes Ergebnis. Ich hab mal eine kleine Skizze gemacht, anhand der man das nachrechnen kann. Zu beachten ist dabei, den Winkel in Grad und die brennweite in mikrometer umzurechnen.
    Nun hab ich mir das nicht aus den Finger gesaugt, sondern habe das im Netz gelesen. Stutzig hat mich gemacht, dass als auflösungsvermögen hier angenommen wird, dass sich 2 sterne tangieren . In einem anderen Thema hier, wurde ja schon dargestellt, dass das nicht so ist und das der Radius reicht um für einen helligkeitsabfall zwischen den Sternen zu sorgen, der auch vom Auge wahrgenommen wird.


    Mein Zitat oben bezieht sich auf die planetenfilmerei, wo es ja um hohe Brennweiten geht. Die Öffnung steckt hier im Auflösungsvermögen und die bleibt ja konstant. Mit der barlow verlängere ich die brennweite bei gleichbleibender öffnung . Das auflösungsvermögen bleibt also gleich. Es wird auch geschrieben, dass alles unter 1" auflösungsvermögen theoretischer natur ist und in der praxis nicht erreichbar ist. Deshalb habe ich mit 1" gerechnet. Vielleicht gelten dort andere Regeln, denn planetenkameras mit kleinen Pixeln sind doch , wenn die Skizze bzw. die Tatsache das 2 Pixel einem sterndurchmesser entsprechen soll, eher nicht so geeignet. Sind nicht grössere Pixel besser?
    Was steckt hinter den beschriebenen f/13 bis f/14 für Pixel von 3,75 mikrometer?
    Nun ja. Ich will auch keinen keinen nerven und deshalb die bitte , wer gerne weiterhilft...würde mich freuen. Wie gesagt ich komme auf ein anderes Ergebnis, die frage ist warum? Ich hab das mal bewusst ins einsteigerforum gestellt.



    Viele grüße und allen einen schönen tag


  • Hallo Alex,
    das optimale Sampling von ~2,5px/Spot ergibt sich eigentlich nicht aus den geometrischen Abhängigkeiten, sondern hängt mit der Rekonstruktion des Spots in erster Näherung als Gauss-Peak zusammen. Dieser wird bei einem Sampling von kleiner 2,5px lateral gesehen "Blockig", also quadratisch statt rund und wenn man den "Intensitätsberg" betrachtet ist dieser dann auch entsprechend stufig. Für Photometrie ist das nicht besonders förderlich. Bezüglich der F-Zahl gibt es für ein beugungsbegrenzes Objektiv eine relativ einfache Abhängigkeit und zwar entspricht die geometrische Größe des Spots in etwa der F-Zahl nur in um. Also F/4 bedeutet etwa 4um Spot. F/13 als 13um beugungsbegrenzte Spotgröße. Deshalb beträgt das Sampling des Spot mit 4,75um großen Pixeln dann etwa 2,7px/Spot, also etwa das Optimum. Aber alles nur im Idealfall ohne Seeingeinfluss.
    Gruß Tino

  • <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...wird beschrieben, das die beste pixelgrösse die wäre, wenn 2 Pixel einen Stern Durchmesser entsprechen ...<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
    Das ist eine Annahme. Mehr nicht. Die Begründung würde zu kruz greifen, wenn man nur auf Gaussscher Glockenkurve abstellt. Dazu kommen noch Eigenschaften des Beugungsmusters (Kontrastübertragungsfunktion) und die Art, wie Pixel technisch ausgelesen werden (CCD verhält sich anders als CMOS) bzw. wie Pixel angeordnet sind (Farbpixelverteilung vs. S/W-Pixel). Vielleicht auch noch die Farbfehlerverteilung in Refraktoren und die atmosphärisch bedingten Farbfehler.


    Alles in allem, etwas, was am Ende auf "Praktikerlösungen" hinausläuft (Womit erzielt man das beste Ergebnis und verschenkt nicht zuviel Auflösungsvermögen?)


    Einfache geometrische Überlegungen helfen für eine grobe Orientierung. Angesichts der vielen Unwägbarkeiten im realen Einsatz reicht das meistens.


    Da ich mir Formeln ungern für jede Fragestellung merke, leite ich viele Größen aus ein paar Grundüberlegungen ab. Z.B. Dass es einen Zusammenhang gibt aus:
    Einmal Teleskop im Kreis um 360° schwenken, Brennweite des Teleskop wird dann zum Radius des Kreises, Kamerachip/Okular liegt auf der Kreislinie. Der Abbildungsmaßstab ergibt sich dann aus der Frage, wieviele Kamerachips auf die Kreislinie nebeneinander passen würden. Der Rest ist dann Dreisatzrechnung.


    Bei der Größe des Beugungsscheibchen greife ich auf die Standardformel zum Auflösungsvermögen zurück. Da muss man nur darauf achten, ob von Radius (des Beugungsscheibchen) oder Durchmesser die Rede ist. (wird gerne übersehen, wenn vom Rayleigh-Kriterium geredet wird). Da gab's vor Wochen mal ein Thema dazu.


    Gruß

  • Hallo Tino,


    Vielen Dank erstmal. Ich habe so ein wenig Probleme, dass zu verstehen.
    Ich habe rausgelesen, dass du mit Spot den Stern oder dessen Darstellung meinst und es einen Zusammenhang zwischen der f- Zahl und der grösse des beugungsscheibchen gibt. Nun bin ich wirklich nicht der Mathematiker und es fehlt mir da ein wenig am Vorstellungsvermögen. Einen Zusammenhang zwischen der Skizze und der grösse der Darstellung im Verhältnis zur öffnungszahl, sehe ich schon. Der Winkel beschreibt das auflösungsvermögen (bleibt gleich), die brennweite als ankathede wird verlängert. Dadurch wächst die Darstellung in der gegenkathede. Bei gleicher pixelgrösse , würde der Stern auf mehr Pixel verteilt.
    Wenn man nun beides vergleicht , also deine f Zahl und die grösse der darstellung und die Skizze und die grösse der Darstellung, so kommt man auf ähnliche Ergebnisse.


    Px= tan (1"/3600)×2600mm×1000/2= 6,3 mikrometer
    Das wäre ein Pixel. Für die gegenkathede kommen , laut der Skizze, 2 Pixel in Betracht. Das wären dann 12,6 mikrometer für die grösse des Objektes also rund 13. Teile ich das durch 2,5 kommt man auf idealerweise 5 mikrometer Pixel.
    Der Unterschied ist demnach zu sehen, was als ideal angesehen wird, 2,5 oder 2 pixel/ Stern.
    Ich hoffe ich hab das richtig verstanden . Du hast mir schon sehr weiter geholfen. Den zusammenhang zwischen f Zahl und Darstellung , hab ich noch nicht gesehen.



    Hallo kalle,


    Auch dir vielen dank. Auch ich greife auf die standardformeln gerne zurück. Das liegt einfach daran, dass es mit der schule ewig her ist und ich da schon einige Problem habe komplexere Sachen nachzuvollziehen.
    Ich komme aus der Elektrotechnik und da trifft man sehr häufig auf die dreiecksberechnung. Daraufhin hab ich mal die Annahme überprüft , das 3,75 mikrometer Pixel ein öffnungsverhältnis von f/ 13 ergeben.
    Ich versuch es mir auch einfach zu machen. Deine grundüberlegung ist sehr interessant . Die muss ich mir mal durch den Kopf gehen lassen. Ich hoffe,ich komme dahinter .
    Das das mit den 2 Pixeln einen Annahme ist kann ich schon verstehen. Wenn ich zum Beispiel ein Teleskop mit 500 mm brennweite besitze und mir eine kamera kaufen möchte, dann braucht es Anhaltspunkte oder eine faustformel. Nehme ich die orion starshoot g3 , welche 8,6 mal 8,3 mikrometer Pixel besitzt, stellt sich die frage, ist diese auch für kleine Brennweiten geeignet oder benötige ich kleinere Pixel.
    Gibt's da so eine Formel, mit der man das so über den Daumen peilen kann. Es kostet ja halt alles viel Geld und da möchte man schon das optimale für sein teleskop kaufen.



    Also vielen dank erstmal euch beiden und bis dahin,
    Viele grüsse

  • <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Kalle66</i>


    Da ich mir Formeln ungern für jede Fragestellung merke, leite ich viele Größen aus ein paar Grundüberlegungen ab. Z.B. Dass es einen Zusammenhang gibt aus:
    Einmal Teleskop im Kreis um 360° schwenken, Brennweite des Teleskop wird dann zum Radius des Kreises, Kamerachip/Okular liegt auf der Kreislinie. Der Abbildungsmaßstab ergibt sich dann aus der Frage, wieviele Kamerachips auf die Kreislinie nebeneinander passen würden. Der Rest ist dann Dreisatzrechnung.





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


    Hallo nochmal,


    Hatte gestern nochmal drüber nachgedacht. Das find ich schon einen prima Ansatz, deine grundüberlegung.
    Die Schwierigkeit besteht bestimmt nicht darin, dass zu verstehen, sondern erstmal drauf zu kommen. Ich finde es klasse.
    Naja ...wollte ich noch schnell los werden.


    Einen schönen Tag und viele grüsse

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