Erreichbarkeit von großer fotograph. Tiefe

  • Hallo, Kollegen,


    ich hatte aus Interesse einmal mittels SIMBAD und Aladin_Lite untersucht, welche fotograph. Tiefe ich mit meinem kleinen APO bei h&chi (NGC 884, 869) erreicht habe. Da war ich überrascht, dass ein Stern von 19,8mag in dem Aladin_lite Bild (Ref.-Stern Nr. 78 in der Bestimmungswolke) in meinem Bild noch eindeutig als grauer schwacher Stern auftaucht.


    Deshalb hätte ich gerne einmal erfahren, welche Faktoren das größte Gewicht haben, um eine hohe Tiefe zu erreichen.


    Bei meiner Aufnahme hatte ich den Rohsummen-Stack stark gestreckt, sonst hätte ich die schwachen Sterne nicht gesehen.


    Meine Daten waren: 80mm Refraktor bei f/4.8, ohne Filter, 32x3 min, ISO 800, heller, verschmutzter Himmel, in der BB starke Streckungen vorgenommen. Das sollten wohl die wichtigsten Faktoren sein, nehme ich an.
    Welcher Faktor ist da wohl der Wichtigste? Gibt es da Formeln?


    In den potentiell vorhandenen Formeln taucht die Streckung der Aufnahmen (Verstärkung des Signals) bei der BB bestimmt nicht auf. Dies ist aber doch gewiss einer der gewichtigsten Faktoren, nicht wahr?


    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo Andreas,


    Die Faktoren sind:
    1. dunkler, transparenter Himmel und perfektes Seeing
    2. dunkler, transparenter Himmel
    3. dunkler Himmel
    4. Belichtungszeit
    5. Quanteneffizients des Sensors
    6. Öffnung
    7. Brennweite


    Die Grenze wird dir vor allem durch den Himmelshintergrund gesetzt.
    Einen ausführliche Beitrag dazu hab ich hier gefunden:
    http://astrofotografie.hohmann…gen/sternhelligkeiten.php


    cs Dirk

  • Hallo, Dirk,


    besten Dank für Deinen Beitrag und Deinen Link!
    In diesem Link wird aber nicht auf die Signalverstärkung bei der Bildbearbeitung eingegangen, wenn ich das richtig verstehe. Oder wird immer davon ausgegangen, dass bei der BB die Aufnahmen maximal gestreckt werden?
    Leider kann ich vorläufig die Himmelshelligkeit nicht ändern, da ich in meinem Garten bleiben möchte. Damit muss dieser Parameter konstant bleiben. Ich benutze eine DSLR; deshalb ist auch die Quanteneffizienz bei mir konstant.
    Nehmen wir mal an, ich möchte die Tiefe der Aufnahme (Grenzgröße) auf 22mag steigern, mit welchem Parameter erreiche ich das am leichtesten?
    Muss ich jetzt statt des 80er APO's einen 120er APO verwenden (größere Öffnung; und auch Brennweite), oder das Öffnungsverhältnis, oder, muss ich die Gesamtbelichtungszeit vervierfachen, oder, muss ich den ISO-Wert erhöhen (ich hatte mal in der Interstellarum gesehen, dass bei der Grenzgrößenbestimmung der ISO-Wert in der Formel auch auftaucht; stimmt das wirklich)?
    Auf jeden Fall muss ich das Rohbild doch wieder stark strecken (Tonwerte spreizen), um auch die schwächeren Sterne stark hervorzuheben, sonst sehe ich nicht viel. Welchen Einfluss auf die Tiefe hat dieser Faktor? Wird er, wie oben schon erwähnt, nicht berücksichtigt, da immer von einer optimalen BB ausgegangen wird?


    viele Grüße und besseres Wetter
    Andreas

  • Hallo Andreas,


    die Formeln zur Berechnung der Sichtbarkeit gehen vom Signal/Rauschverhältnis (SNR) aus. Dieses ist nicht von der Darstellung der Daten abhängig.
    Das maximal notwendige Stretchen ist somit Voraussetzung. Ob sich im Rauschen etwas "versteckt" oder nicht, ist in der Regel doch relativ eindeutig "herauszustretchen".
    Die Formeln geben ja nur die Grenzgröße des Machbaren an, nicht etwa, ob Du auf einem wie auch immer bearbeitetn Bild noch etwas siehst.


    Die Isozahl geht in der Regel auch mit ein, weil sich mit ihr das Ausleserauschen ändert, und somit, wenn auch meist geringfügig, das gesamte SNR.


    Gruß
    Norbert

  • Hallo, Norbert,


    vielen Dank für Deine Info! Damit ist ein Teil meiner Fragen schon beantwortet.
    Das habe ich schon befürchtet [:)], dass die Grenzgrößenbestimmung die optimale Streckung bei der BB beinhaltet, und nicht schon den Rohsummen-Stack.
    Erhöhe ich die ISO, kann ich nicht mehr so lange einzelbelichten, ohne, dass das Histogramm den rechten Rand erreicht. Alternativ höhere ISO und kürzere Einzelbelichtungszeiten: das lohnt sich möglicherweise nicht, um ein leicht besseres SNR zu erreichen? Also kann ich auch da im Grund nichts mehr wesentlich beeinflussen.


    Wie kann ich mich dann noch am leichtesten bezüglich der Tiefe steigern, wenn ich erst einmal nur einen Parameter verbessere?
    größere Öffnung oder Brennweite oder Brennweitenverhältnis oder Gesamtbelichtungszeit?


    viele Grüße und klaren Himmel
    Andreas

  • Hallo Andreas,


    Ein dunkler transparenter Himmel mit gutem Seeing ist durch keine Technik zu ersetzen. Gerade mit kleinem mobilem Equipment wäre daher meine erste persönliche Überlegung, einen geeigneten Standort zu wählen.
    Wenn Du an einem guten Standort 2 Stunden belichten musst und zu Hause 10 Stunden für das gleiche Bildergebnis, kann sich je 1 Stunde Auf- und Abbau und je 1 Stunde Fahrzeit hin und zurück bereits lohnen. Wenn Du die 10 Stunden fürs Fotografieren an einem guten Standort nutzt, kannst Du sogar 3 Motive aufnehmen statt nur eins zu Hause.


    Mal zurück zu deiner eigentlichen Frage:
    Hier geht es ja offenbar nur um stellare Grenzgröße.
    Ich vermute, mit dem vorhandenen Equipment bist Du schon ziemlich nahe am Maximum des damit Möglichen.


    Letztlich geht es darum, dass das Signal eines Sterns im digitalen Bild mit ausreichender Sicherheit vom Hintergrundrauschen unterscheidbar wird.
    Je stellare Größenklasse hast Du Faktor 2,5 weniger Signal bei gleichem Hintergrund. Um den Stern trotzdem im Bild nachzuweisen, könntest Du beispielsweise die Anzahl der aufgenommenen Rohbilder um Faktor 6,25 steigern, oder die Öffnung bei gleichem Öffnungsverhältnis von den vorhandenen 80mm auf ca. 130mm erhöhen.
    Allerdings beginnt das Seeing irgendwann immer mehr zuzuschlagen, deshalb wird der Vorteil mit zunehmender Öffnung immer geringer.


    Das Öffnungsverhältnis solltest Du generell passend zum Kamerasensor und zum Seeing wählen. Wenn Du da mit dem jetzigen Equipment nicht extrem daneben liegst, wird das aber nur eine geringe Steigerung bringen.


    Deutlich weiter kämst Du mit einer S/W Kamera. Das bringt bei sonst gleichen Sensor- und Aufnahmedaten vermutlich eine Verkürzung der Belichtungszeit auf weniger als 1/3 bzw. mindestens eine halbe Größenklasse mehr Grenzgröße.


    Je aufgehellter der Himmel ist, um so weniger ins Gewicht fällt das Rauschen der Kamera. Das liegt daran, dass das Photonenrauschen durch den aufgehellten Himmelshintergrund alle anderen Rauschquellen überwiegt.



    Frage meinerseits an die Astrofoto-Experten:


    Mit einer empfindlichen S/W Kamera würde ich vermuten, dass bei starker Lichtverschmutzung eventuell ein fotografischer Halpha-Filter eine Verbesserung bringen könnte, weil der den Himmelshintergrund sehr stark absenkt. Dass das bei Nebeln oft sehr gut funktioniert, weiss ich. Kann das aber im Extremfall auch einen Vorteil bei der stellaren Grenzgröße bringen, oder bin ich da komplett auf dem Holzweg?


    Gruß,
    Martin

  • Hallo Martin,


    was Du zum dunklen Himmel schreibst ist vollkommen richtig.
    Das wäre für Andreas die größte Stellschraube. Bei dem Hintergrund ist jedenfalls ISO und die Einzelbelichtungsdauer ziemlich egal.


    Aber mit einem Schmalbandfilter kommst Du nicht weiter, da der Stern ja in der Regel ein Spektrum über den ganzen Wellenlängenbereich hat, und der durch den Schmalbandfilter genauso wie er Hintergrund gedämpft wird. Falls die Lichtverschmutzung sehjr spezifisch ist, zB durch Na-Dampf Lampen, könnte ein LP-Filter etwas bringen.


    Gruß
    Norbert

  • Hallo, Martin und Norbert,


    besten Dank für Eure Einschätzungen und Ratschläge!


    Alles klar, ein dunkler Himmel ist durch Nichts zu ersetzen! Hätte ich da einen um 1 mag dunkleren Himmel, käme ich damit auch automatisch 1 mag tiefer?
    Ich habe hier in meinem Garten vielleicht einen 4,8-5,0 mag Himmel. Etwas zenitnäher sieht es noch halbwegs dunkel aus von N bis SO.
    Bleibe ich an meinem Standort mit DSLR, bliebe dann wohl nur noch die Steigerung der Öffnung und Brennweite übrig. Um tiefer zu kommen bei punktförmigen Objekten (Grenzgröße):
    Welche max. Brennweite sollte man im deutschen Flachland (65m über N.N.) wohl anstreben?
    Welche max. Öffnung ist dann noch halbwegs sinnvoll?
    Man könnte noch berücksichtigen, dass die beiden Parameter für durchschnittliche Himmelsverhältnisse (Seeing, Transparenz) und nicht für Ausnahmebedingungen, die es hier selten gibt, geschätzt werden.
    Habt Ihr da Vorstellungen, was dann hier überhaupt sinnvoll ist?
    Aufnahmen natürlich ohne Filter, sonst verliere ich zuviel Sternenlicht.


    viele Grüße und wieder klaren Himmel
    Andreas

  • Hallo, Kollegen,


    wenn man mal etwas im Netz recherchiert, findet man ältere Tabellen, aus denen hervorgeht, dass die fotografische Grenzgröße etwa 2,5 mag tiefer sei als die visuelle Grenzgröße. Ich nehme an, dass dies wohl nur für die analoge Fotografie gilt und damit für ein einzelnes Rohbild, das kaum bearbeitet werden konnte.


    Dann gibt es da noch die Formel des Kollegen Dirk Hohlfeld, veröffentlicht in der Interstellarum Dezember/Januar 2013, Seite 49, die für DSLR's entwickelt wurde.
    In der Formel werden 3 Terme addiert, um die fotografische Grenzgröße zu ermitteln:
    Der 1. Term beinhaltet die Himmelshelligkeit, der 2. Term die Teleskopöffnung und der 3. Term die Gesamtbelichtungszeit und den benutzten ISO-Wert der DSLR.
    Die Tiefe, punktuelle Grenzgröße (Stern) hängt damit offensichtlich nur von der Himmelshelligkeit, der Öffnung, der Gesamtbelichtungszeit sowie dem ISO-Wert ab. Die Brennweite sowie das Öffnungsverhältnis werden nicht berücksichtigt.
    Der Autor schreibt als Fazit: "Die vorgestellten Formeln liefern einen guten Anhaltspunkt, um schon vorher abschätzen zu können, welche Grenzgröße ein Astrofoto hat. ....... Im Nachhinein kann die Grenzgröße natürlich durch entsprechende Bildbearbeitung weiter verbessert werden, das steht allerdings auf einem anderen Blatt".


    Ich habe meine Daten mal in diese Formel eingesetzt und kam auf eine Tiefe von 16,12 mag (Sterne). Wie oben erwähnt, hatte ich aber mittels SIMBAD eine weit größere Tiefe erreicht. Habe ich die Differenz mittels Bildbearbeitung erreicht? Das wären satte 3,7 mag!
    Die Formel des Kollegen Hohlfeld zeigt also nicht die eigentlich ereichbare Tiefe an.


    Erwähnen möchte ich noch: benutze ich diese Formel und:
    - erhöhe die Öffnung von 80 auf 160 mm, erhöht sich die Grenzgröße um ca. 1,5 mag! Die Öffnung ist also sehr wichtig!
    - verdoppel die Gesamtbelichtungszeit oder den ISO-Wert, erhöht sich die Grenzgröße lediglich um ca. 0,38 mag!
    - suche einen um 1 mag dunkleren Himmel auf, Grenzgröße steigt ebenfalls um 1 mag. Dunkler Himmel auch wichtig, kann aber nicht wie die Öffnung beliebig gesteigert werden.


    Gibt es da inzwischen eine aktuellere Formel, vielleicht eine Formel, die z.B. auch die Empfindlichkeit der Kamera berücksichtigt, und andere noch nicht berücksichtigte Parameter?


    Nehme ich die Milchstraße auf, stoße ich bei kleinen Brennweiten schnell auf so viele Sterne, dass die Grenzgröße nicht weiter gesteigert werden kann, da die Sterne sich überlappen. Da ist dann eine größere Brennweite wichtig. Wie hoch sollte da die Brennweite sein, damit dies nicht passiert?


    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo,


    ich beziehe mich mal auf Deine Abschlußfrage nach der Angleichung der Brennweite:


    Im Grunde bist Du da wieder an der Krux, das alles zusammenhängt:


    - Pixelgröße Deiner Kamera
    - Brennweite
    - Luftunruhe
    - Sterndichte im Feld
    - Hintergrundhelligkeit


    Eine geschlossene Mathematik für das Problem kann ich Dir leider nicht anbieten, es gibt Sterfelder, da wirst Du vermutlich auch mit einem größeren Teleskop "die Hütte voll" haben, bei anderen Bereichen kannst Du im Fotobereich bei den Normalobjektiven für Widefields loslegen und erreichst eine erstaunliche Tiefe, je nach Kamera ...


    Nach meiner Überzeugung ist das eher ein Fall für Kollege Erfahrung als für die mathematische Formelsammlung.


    LG Jörg

  • Hallo Andreas,


    ich kenne die Formel nicht nicht. Die Öffnung ist aber nicht so wichtig wie dir scheint. Öffnung ist ja eine variable Größe. Weniger Öffnung wird man mit mehr Belichtungszeit/höher ISO mehr oder weniger ausgleichen können. Auch die Anzahl der Aufnahmen hilft den Signal-Rausch Anteil zu verringern. Mehr Öffnung hilft insofern als dass das Beugungscheibchen kleiner wird und weniger wegen der Lichtsammelfähigkeit. Der Stern wird auf eine weniger große Fläche verschmiert. Die visuelle Grenzgröße ist ein sehr individueller Faktor und kann je nach Beobachter extrem schwanken. Besser wäre hier eine möglichst genau Messung des Hintergrund und des Seeing
    Entscheidend für die maximale Tiefe sind die begrenzenden und statischen Faktoren und das ist der Hintergrund und das Seeing. Wenn Sterne die gleiche Helligkeit haben wie der Hintergrund und somit das gleiche Signal erzeugen wird man die nicht sehen. Wenn der Hintergrund 19mag hat und der Sensor damit gesättigt ist, wird ein Stern mit 19,1mag nicht sichtbar. Ich kenne zumindest keinen Trick den sichtbar zu machen.


    cs Dirk

  • Hallo, Kollegen und Dirk!,


    einen 19mag Himmel habe ich sicher nicht: im Osten ein erleuchtetes Kraftwerk, im SO ein helles Industriegebiet, im S ein weiteres Kraftwerk. Alles nicht weit weg. Im S Durchgangsstraße mit Straßenlaternen und helle Fenster in den Nachbarhäusern. In diesem Lichtsiff wurde die o. g. Tiefe erreicht.
    Hier mal mein Vergleich: SIMBAD mit Aladin benutzt. Identifier war NGC 884; dann die Referenzstern-Wolke angesehen und den Stern Nr. 78, Helligkeit 19,784 ausgewählt und die Position gemerkt, habe den Stern mit einem langen dünnen Strich markiert, fängt unten links im Bild an und geht direkt in das rote Quadrat hinein. Er ist bei DSS noch ein weißer Stern.



    dann hier ein sehr kleiner Ausschnitt meines Bildes, stark gestreckt und vergrößert. Die dicke schwarze Linie zeigt oben rechts am Ende direkt auf 3 schwache, graue Sterne, direkt unterhalb des orangenen, sehr hellen Sternes. Der oberste dieser 3 schwachen, grauen Sterne, direkt der an dem sehr hellen orangenen Stern sollte der identische Stern sein.



    Ich muss dazu sagen: die Histogrammspitze lag bei 75-80%! Es war aber kein Kanal überbelichtet. Der rechte Rand des Histogrammgebietes wurde nicht berührt. Das Bild im Display wird ja heller dargestellt, als es in Wirklichkeit ist.
    Vielleicht liegt es daran, dass NGC 884 recht hoch am Himmel stand in NO bis O-Richtung, bis Nähe Zenit.


    So weit ich mich erinnere, hat der Kollege Ralf, "30sec", auch bei recht hellem Himmel fotografiert, aber Tiefen jenseits der 22mag erreicht.


    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo, Kollegen,


    zu der o. g. Formel des Kollegen Dirk Hohlfeld, veröffentlicht in der Interstellarum (ich hoffe, er hat nichts dagegen! Falls es nicht erlaubt ist, diese Formel wiederzugeben, werde ich sie sofort löschen!):
    Fotografische Grenzgröße für Linsenteleskope:


    G = fst + 5*log(D/7) + 2,5*log(Wurzel aus: t*ISO/100)


    G = Grenzgröße; fst = visuelle Grenzgröße in mag;
    D = Teleskopdurchmesser in mm; t = Gesamtbelichtungszeit in sec;
    ISO = ISO-Wert;


    vielleicht kann man diese Formel noch erweitern?


    viele Grüße und cs
    Andreas

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


    zu der o. g. Formel des Kollegen Dirk Hohlfeld, veröffentlicht in der Interstellarum (ich hoffe, er hat nichts dagegen! Falls es nicht erlaubt ist, diese Formel wiederzugeben, werde ich sie sofort löschen!):
    Fotografische Grenzgröße für Linsenteleskope:


    G = fst + 5*...



    viele Grüße und cs
    Andreas


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


    Hallo Andreas,


    und an der Stelle hinkt die Formel. Die kann nur eine grobe Annäherung sein.
    Welche Wert für fst nimmst du denn?
    Du hast dabei einen 16 jährigen, einigermassen geschulten Beobachter, einen 65 jährigen, der noch nie durch ein Teleskop geschaut hat und du selber machst auch eine Schätzung. Und schon hast du ein Problem ;) Und ich setze mal voraus, dass keiner der dreien einen Fehler wie Asti, Achsfehler oder sonst was am Auge hat.


    Man müßte einen präziseren Weg finden den Wert des Hintergrund für den gewählten Bildausschnitt zu ermitteln. Diese Wert kann man dann in eine Formel verwursten.
    Mit einem SQM könnte das genauer klappen. In einer Testreihe würde man einen "fotografischen Offset" ermitteln und diesen statt dem fst nehmen. Hierzu wäre es hilfreich den Blickwinkel des SQM weiter einzuschränken um genauer den Bildausschnitt zu messen.
    Das sind jetzt mal so Gedankenspiele von mir.


    Damit habe ich einen Anhaltspunkt für die zu erwartende Grenzgröße in einem Rohbild!
    Ein weitere Faktor fehlt komplett, weil nicht zu ermitteln. Die Fähigkeit der Bildbearbeitung, sowohl der Anwendung als auch des Anwenders. Wie schon geschrieben, kann man durch richtiges Stretchen nochmal einiges rauskitzeln was da so knapp oberhalb des Rauschen liegt.


    cs Dirk

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


    zu der o. g. Formel des Kollegen Dirk Hohlfeld, veröffentlicht in der Interstellarum (ich hoffe, er hat nichts dagegen! Falls es nicht erlaubt ist, diese Formel wiederzugeben, werde ich sie sofort löschen!):
    Fotografische Grenzgröße für Linsenteleskope:


    G = fst + 5*log(D/7) + 2,5*log(Wurzel aus: t*ISO/100)


    G = Grenzgröße; fst = visuelle Grenzgröße in mag;
    D = Teleskopdurchmesser in mm; t = Gesamtbelichtungszeit in sec;
    ISO = ISO-Wert;


    vielleicht kann man diese Formel noch erweitern?


    viele Grüße und cs
    Andreas


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


    Hallo Andreas,



    erst mal vorweg, ich finde es bemerkenswert, dass du mit 80 mm Öffnung in 1.5 Stunden 19.8 mag erreichtst, der 5 m Spiegel von Mount Palomar war lange Zeit im 20. Jahrhundert der Maßstab und kam auf 23.7 mag.


    Natürlich kann man die Grenzgröße berechnen, die Frage ist wie genau das Ergebnis sein soll. Bei der o.g. Formel bin ich sehr skeptisch, das Resultat hängt vom ISO Wert ab, doch heutige Sensoren sind de facto ISO invariant. Im Grunde wird durch die Wahl des ISO Wertes die Verstärkung geändert, das Verhältnis von Signal zu Rauschen, das letzlich die Empfindlilchkeit bestimmt ist davon fast unabhängig. Wenn du in die o.g. Formel einsetzt, was kommt für deine Bedingungen heraus?


    In älteren Büchern zur astonomischen Technik finden sich Formeln mit denen sich die Grenzgröße als Funktion der Belichtungszeit recht genau berechnen lässt (ich schätze der Fehler liegt bei 0,2 mag oder weniger). Das setzt allerdings vorraus, dass man neben der Öffnung und Brennweite folgende Größen kennt:


    - Helligkeit des Himmels
    - Seeing
    - Qauntenausbeute des Sensors
    - Transmisson des Teleskops
    - Rauschen des Sensors, falls es nicht durch Signalstatisik gegeben ist.


    Die Formeln die ich kenne sind auch nicht gerade anwenderfreundlich, denn die Größen sind z.T. in ungewöhnlichen Einheiten angegeben.



    beste Grüße


    Thomas

  • Hallo ,
    Also der dritte Term mit dem Isowert ist auch Mumpitz. Der Isofaktor ersetzt dort linear die Belichtungszeit, nach dem Motto ISO 800 würde in einem 8tel der Zeit ISO 100 entsprechen. Das ist Unfug. Vergiss es !


    Man muss aber auch kein Weltmeister im Stretchen sein, um zu sehen, ob da was ist oder nicht. Solange man kein pretty picture macht, kann man so massiv stretchen, dass die Aussage über die Sichtbarkeit ziemlich eindeutig ausfällt.


    Unabhängig davon:
    Bei dem hellen Hintergrund sollte der Readnoise, die Anzahl der Belichtungen (bei gleicher Gesamtzeit), und der Dunkelstrom des Detektors keine nennenswerte Rolle spielen, so dass eine Verdopplung der Öffnung und eine Vervierfachung der Belichtungszeit etwa zur gleichen SNR Verbesserung führen sollten. Wie hoch diese in mag ausfällt, ist eine andere Frage.


    Gruß
    Norbert

  • Hallo, Dirk,


    ich hatte in der Formel für meine Werte bei fst einen Wert von 5,0 eingesetzt, also schon sehr optimistisch gedacht, um einen möglichst großen Grenzgrößenwert zu erhalten.


    Der Autor der Formeln, Dirk Hohlfeld, hat bei bekannter Flächenhelligkeit des Himmels auch eine Formel für den SQM-Wert entwickelt!:
    7,93 - 5*log(10(4,316-(SQM/5)) +1) So steht die Formel auf Seite 49.


    Ich vermute, daß zw. der "10" und der "Klammer auf" ein * gehört.


    Leider liegt mir hier kein SQM-Meter vor, um genauere Werte zu erhalten.


    viele Grüße und hoffentlich klaren Himmel
    Andreas

  • Hallo Andreas,


    noch eine Ergänzung, ich denke folgende Formel erlaubt bei einmaliger Kalibrierung die stellare Grenzgröße M zu berechnen:


    M = C + 1.25 log ( D^2*t*Q*T/d^2*m)


    wobei C eine Konstante ist, D die Öffnung, d der Winkeldurchmesser des Sterns, t die Belichtungszeit, Q die Quantenausbeute des Sensors, T die gesamte Transmission ( Himmels- * Teleskoptransmission), m die Flächenhelligkeit des Himmels. Die Formel gilt unter der Bedingung, dass die Grenzgröße durch das Signal-Rauschverhältnis bestimmt ist, bei ganz kleinen Öffnungen und sehr kurzen Belichtungszeiten sollte die Grenzgröße mit 2.5 log (D^2*t) anwachsen. Die von dir oben zitierte Formel (Hohlfeld) scheint mir dieses Regime zu beschreiben.

    Die Konstante C hängt von den verwendeten Einheiten ab. Mit der bekannten Grenzgröße einer Aufnahme lässt sich bei Kenntnis aller o.g. Parameter die Konstante C bestimmen.


    Geht es nur um den Vergleich, also darum abzuschätzen wie sich die Grenzgröße ändert wenn ich einen der o.g. Parameter variiere, kommt man um die Kalibrierung herum. Man sieht z.B., das es extrem viel bringt bei gutem Seeing (d geht quadratisch ein) und unter dunklem Himmel aufzunehmen, ein 5x dunklerer Himmel und 2x besseres Seeing sollte die notwendige Belichtungszeit für die gleiche Grenzgröße um einen Faktor 20 verringern. Oder andersrum, die bei gleicher Belichtungszeit können 4,5x schwächere Sterne (1.6 mag) abgebildet werden.


    Vielleicht hilft dies weiter.


    Beste Grüße


    Thomas

  • Hallo, Thomas,


    Danke für Deinen Beitrag!
    Ich hatte für meine Werte in die Formel meinen benutzten ISO-Wert von ISO 800 eingegeben und kam dann auf die oben schon erwähnten 16,12mag.


    Wieso der ISO-Wert hier überhaupt so wichtig sein soll, ist mir auch nicht ganz klar. Norbert hat ja schon oben etwas dazu geschrieben!
    Wie auch oben schon erwähnt, ändert man diesen Wert in der Formel und läßt die anderen Parameter konstant, ergeben sich Änderungen im Bereich von 0,4 mag oder auch mehr.


    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo, Norbert und nochmals Thomas,


    besten Dank für Eure Infos!


    Thomas: das hast Du mir wirklich prima erläutert, denn so wird meine Frage nach der optimalen Art, die Tiefe meiner Aufnahmen zu steigern (siehe mein Thread-Thema) gut beantwortet!
    Das lese ich mir nochmal in Ruhe durch, um zu sehen, was bei mir noch so möglich ist...
    Allerdings bin ich mit Deiner Formel überfordert, denn ich weiß nicht, ob ich für die von Dir genannten Parameter sinnvolle Werte finden werde. Das fängt schon mit den Konstanten an...
    den viel dunkleren Himmel und das viel bessere Seeing werde ich erst einmal nicht realisieren können...
    ...in der Formel taucht das Strecken in der BB gar nicht auf...


    Worüber ich nachdenke: lohnt sich bei mir (Himmel, Seeing) überhaupt ein Teleskop mit größerer Öffnung... und welche Brennweite ist bei mir sinnvoll (hauptsächlich Aufnahmen innerhalb der Milchstraße!), um relativ leicht die Grenzgröße zu steigern?
    Die Brennweite und das Öffnungsverhältnis treten in den Formeln auch nicht auf. Spielt auch das Öffnungsverhältnis wirklich keine Rolle bei der Tiefe? Geht eine hohe Lichtstärke eines Teleskopes nicht irgendwo positiv bezügl. der Tiefe in die Formel ein?
    Reichen z.B. 500 mmm Brennweite für eine hier (deutsches Flachland) mögliche max. Tiefe (Gebiet mit relativ wenigen Sternen nehmen; hier:normales Seeing und Himmelsqualität, Lichtsuppe)?


    viele Grüße und hoffentlich besseres Wetter (nur Wolken hier)
    Andreas

  • Hallo Andreas,
    vielleicht nochmal eine kleine Darstellung, was das Signal-Rauschverhältnis (SNR) auf Pixelbasis beeinflusst und definiert. Die Grenzgröße ist wohl definitionsgemäß, wenn das SNR des Sterns photometrisch ausgewertet gleich 1 ist. Der Stern verschwindet dann gerade im Rauschen, als Sichtbarkeitskriterium ist wohl ein SNR=3 anzusetzen. Photometrisch wird der Quotient gebildet, aus der mittleren Helligkeit der Pixel, welche den Stern darstellen, zur Standardabweichung der darum liegenden Pixel. Einfluss hat also die Größe der Abbildung des Sterns auf dem Sensor (Durchmesser, wenn das Seeing die Größe des Spots, ansonst Airy-Durchmesser, bei Beugungsbegrenzt), wie Groß die Pixel (Sampling) darauf bezogen sind, also auf wieviele Pixel sich des Stern erstreckt. Wieviel Licht in der Abbildung steckt, ist dann natürlich auch von der Öffnung der Optik und von der Belichtungszeit abhängig. Die Standardabweichung der umliegenden Pixel ergibt sich aus dem Rauschen, wobei hier bei dunklem Himmel das Ausleserauschen dominiert und bei hellem Himmel das Photonenrauschen aufgrund der Himmelshelligkeit. Bei kurzen Belichtungen dominiert zumeist auch das Ausleserauschen, da der Einfluss der Himmelshelligkeit belichtungszeitabhängig ist. Der SQM-Wert gibt hier bspw. die Himmelshelligkeit auf eine Quadratbogensekunde bezogen an. Solange das Ausleserauschen dominiert, steigt die Helligkeit des Sterns linear mit der Belichtungszeit und quadratisch mit der Öffnung. Wenn die Himmelshelligkeit dominiert, steigts nurnoch mit der Wurzel, also viel langsamer. Praktisch gilt das aber nicht für das eigentliche SNR, sondern für die Grenzgröße, also wenn die Helligkeit des Sterns sich in der Größenordnung des Rauschens bewegt. Bei hellen Sternen rauscht der Stern aufgrund des Photonenrauchens noch zusätzlich, sodass das SNR nicht wirklich linear steigt. Das Signal zu Rauschverhältnis von flächigen Objekten ist auch nochmal anders zu betrachten, als bei Punktquellen. Hier ist nicht die Öffnung, sondern das Öffnungsverhältnis von Belang. Ist alles ein bisschen zu einfach erklärt, aber trifft denke ich den Kern.
    Lg Tino

  • Hallo, Tino,


    vielen Dank für Deine theoretischen Überlegungen! Diese sind für mich großenteils verständlich, verstehe aber nicht alles. Also, beileibe für mich nicht zu einfach erklärt!


    Jetzt mal von der Theorie in die Praxis: Ich habe hier einen hellen Himmel (vielleicht 4,8-5,0 mag; Photonenrauschen überwiegt) und es geht mir um die Darstellung von möglichst schwachen Sternen (Punktdarstellung). Ich möchte gerne schwache Sternhaufen aufnehmen, mit einer DSLR, im deutschen Flachland, innerhalb der Milchstraße.
    Welches Teleskop ergibt unter den obigen Bedingungen Sinn, um ein Maximum an Grenzgröße (Tiefe) herauszuholen?
    Reichen da 80mm Öffnung (APO) schon aus, ...oder sollten es schon 120mm (APO)sein? Wäre ein f/4 Newton eine Alternative, da lichtstärker (z.B. 150/600)? hätte aber Obstruktion, macht das nichts aus?
    Welche Lichtstärke wäre hier sinnvoll, muss es überhaupt besonders lichtstark sein, da das Öffnungsverhältnis ja keine Rolle spielt?
    Welche max. Brennweite macht hier noch Sinn? Darf diese sogar recht hoch sein, um den hellen Himmel abzudunkeln und die Auflösung zu verbessern? Alles Fragen eines immer noch unerfahrenen Kollegen!


    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo Hobbyknipser,


    Du solltest mal nach einem Kollegen in Deiner Region suchen, alle Deine Fragen im Fernstudium zu klären und quasi instant das Wissen eines erfahrenen Astrofotografen aufsaugen klappt nicht.
    Du brauchst jemanden der Dich einweist, in die theoretischen Grundlagen die Du verinnerlichen mußt und die Praxis. Ich denke sonst ist Dir Dauerfrust nahezu sicher!


    CS


    Jörg

  • Hallo, Jörg,


    das sagst Du so einfach [:)]!
    Ich kenne keinen Kollegen aus meiner Astro-Gruppe, der mir bei diesen Fragen so einfach Antwort geben könnte. Dafür ist mein Thread anscheinend zu komplex.
    Auch im Netz habe ich eine zufriedenstellende Antwort zu diesem Thema nicht gefunden. Es gibt anscheinend keine Formel, die zu einem recht guten Ergebnis führt und man damit die Möglichkeit hätte, anhand dieser Formel die Gewichtung der einzelnen Parameter abzuleiten. Dann wüsste ich, mit welchem Parameter (außer der BB und dem dunklem Himmel) ich am meisten erreiche.
    Das Gewicht der Bildbearbeitung hierbei ist anscheinend völlig unbekannt!
    Die Grundlagen der einzelnen Parameter sind mir schon bekannt, aber nicht das Zusammenspiel aller Parameter, um herauszufinden, wo da der goldene Mittelweg liegt für meine Verhältnisse.


    Die meisten Kollegen nehmen schwache Nebel auf, andere wagen sich an schwache Galaxien. Immer geht es um "pretty pictures", aber nicht um eine besonders große Tiefe. Es wird in der Regel nicht maximal gestreckt.
    Einige Kollegen versuchen sich an Kurzbelichtung. Da geht es um Auflösung und Details, aber nicht um Tiefe.
    Eine große Tiefe zu erreichen, interessiert hier nur wenige Kollegen, da dieses Ziel ein Spezialgebiet ist.


    Außer dem APO 80 habe ich noch 2x 6" f/4 Newtons sowie ein C9.25.
    Ich bin mir nicht sicher, ob da ein 6" f/4 Newton für eine größere Tiefe geeigneter ist als mein APO. Die Sterndarstellung ist derzeit bei mir viel schlechter als im APO.
    Das C9.25 hat eine zu große Brennweite trotz Reducer. Da spielt das Seeing nicht mit. Außerdem ist es wahrscheinlich zu lichtschwach. Zudem kann ich nicht lange einzelbelichten bei meiner Nachführung.


    viele Grüße und cs
    Andreas

  • Hallo Andreas,
    ich habe vor geraumer Zeit zu diesem Thema eine recht umfängliche Exceltabelle programmiert.
    Ich kann ja nochmal am Beispiel von deinem C9.25 darstellen, inwiefern man das Signal-Rauschverhältnis am Beispiel eines Mag=18 Sterns berechnen kann. Natürlich braucht man die exakten Parameter der Kamera.


    <b>Gegeben sind Teleskopseitig:</b>
    Teleskopbrennweite=2,35m
    Apertur=0,235m
    Transmission=0,54 (Obstruktion + reale Reflexion + EntspiegelungFrontelement)
    Abbildungsmaßstab=0,088"/um
    Auflösung=0,59" (Rayleight)
    AuflösungReal=3" (wegen Seeing)
    <b>Gegeben sind Kameraseitig: (Bspw Kodak KAF-3200ME-CCD)</b>
    Pixelgröße=6,8um
    Dunkelstrom=0,02e-/s (bei T=-35°C)
    Ausleserauschen=12e-
    Quanteneffizienz=0,69 (MW400-700nm)
    <b>Gegeben sind Belichtungsseitig:</b>
    Belichtungszeit=60s
    <b>Gegeben sind Himmelsseitig:</b>
    Sternhelligkeit=18mag
    Himmelshelligkeit=20mag/"
    Seeing=3"


    <b>Berechnen kann man nun:</b>
    Photonen vom Stern=33Photonen/s
    Anzahl der beleuchteten Pixel im Spot=20px (Aufgrund Seeing) Das Signal verteilt sich also auf 20Pixel in erster Näherung gleichmäßig
    Photonen pro Pixel=1,7Ph/s etspricht bei 60s Belichtungszeit etwa 100Photonen, entspricht bei einer Quanteneffizienz von 0,69 etwa 70 Elektronen
    Ohne Himmelshintergrund und nur mit dem Ausleserauschen ergibt sich ein SNR von etwa 70/12=5,8
    Der Himmelshintergrund ergibt 3,1Photonen/s/Pixel also etwa 180Photonen/Pixel in 60s und somit etwa 120e- Signal. Dieses geht aber als Standardabweichung nur mit der Wurzel ein, ergibt einen Rauschbeitrag von 11e-, also in etwa so viel wie das Ausleserauschen. Diese werden geometrisch addiert also sqrt(12^2+11^2)=16,3e- Gesamtrauschen
    Dies ergibt ein reales SNR von 70/16,3=4,3.


    Was man m.E. erkennen kann ist, dass das SNR zeimlich stark von der Größe des Sternspots (Seeing) und der Pixelgröße abhängt. Hier ist der Spot etwa 20Pixel groß, was die Helligkeit der Sterns ziemlich verteilt. Besser wären besseres Seeing und/oder größere Pixel oder halt Brennweite kleiner. Das Sampling des Sterns sollte also passen. Eine längere Belichtungszeit ist immer gut und der Himmel sollte möglichst dunkel sein. Bei kurzen Belichtungszeiten ist der Himmelshintergrund noch nicht relevant, sodass hier das SNR ziemlich linear ansteigt, bei längeren steigt das SNR nur noch mit der Wurzel da der Himmelshintergrund auch linear mit der Belichtungzeit ansteigt. Dh. ab hier wirds zäh. Ist halt auch der Grund warum bei endlichen Belichtungszeiten im Amateurbereich auch nur max 25mag im allerbesten fall drin sind, bei Stacking und &gt;10h.
    Kannst ja mal deine Kameraparameter durchgeben, ich vermute mal dass der kurzbrennweitige Newton bei dem Seeing die besser Wahl ist (Spot ist kleiner)
    Viele Grüße
    Tino

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