Kleiner Chip vs. "große" Brennweite

stefan-h · 14. Januar 2019

Hi Michael,

das Feld ist mit dem Samyang (3.15° x 2.12°) sogar etwas größer als mit dem 72mm f/6 (2.97° x 1.98°)

Hi Armin, <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">stimmt nicht, die Sony hat trotz mehr Megapixel deutlich größere Pixel ! (6 zu 3,3 Micrometer)<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Stimmt, da hatte ich mich vertan, aber zwischen 5,93µ und 3,3µ liegt trotzdem nur Faktor 3,2 und nicht 4 [:)]

Zu 2) ja, das bei 4-facher Brennweite aber auf die 4-fache Fläche verteilt wird. Deswegen hat man ja mit Kamera x bei gleicher Blende unabhängig von der Öffnung immer die gleiche Belichtungszeit. Das größere Pixel und/oder Binning daran was ändern bestreite ich ja nicht. <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Es ist nunmal Fakt dass man bei Vollformat Kameras Objektive mit doppelt so großer Brennweite benutzt und darum fällt 4 mal so viel Licht auf den Sensor und darum liefern sie eine bessere Low-Light-Performance<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Macht der "normale" Fotograf das tatsächlich so? Eher nicht, die längerbrennweitigen lichtstarken Objektive für Vollformat kosten ein mehrfaches gegenüber den DX-Objektiven, also wird der "normale" Anwender sich meist für die nicht ganz so lichtstarken Objektive entscheiden. <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Dieser Unterschied kommt daher das man Objektive mit doppelter Brennweite und doppelter Öffnung (bei gleicher Blende) benutzt und damit 4 mal so viel Licht hat.

Ansonsten bräuchte man ja kein VLT und wir könnten (übertrieben gesagt) einfach unsere Superzoom-Kamera aus der Tasche holen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Der erste Satz gilt nur, wenn du auch die Pixelfläche um Faktor 4 vergrößerst. Und was Großteleskope wie das VLT und Co betrifft- die sind wegen der damit erreichbaren Auflösung von Vorteil, nicht wegem dem Lichtsammelvermögen, jedenfalls was flächige Objekte betrifft. Kameras mit nach deiner Theorie dafür passenden großen Pixeln gibt es gar nicht. [:)]

Gruß
Stefan

Nobbi · 14. Januar 2019

Hallo Stefan,

ich kann Deine Einwendungen gegen Armins Antworten nicht nachvollziehen. Er bezieht sich exakt auf die eigentliche Frage, die von Marcus in ein zugrunde liegendes Gedankenexperiment übersetzt wurde.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ich versuche mal Andy zu übersetzen.

Man nehme eine Kamera mit einem Chip von 10x10mm Größe und 500x500 Pixeln. Davor ein Teleskop mit 300mm Brennweite und f/5. Damit erstellt man ein Bild mit einer Minute Belichtungszeit. Das ist Bild 1.

Dann nimmt man eine Kamera mit einem Chip von 20x20mm Größe und 500x500 Pixeln. Davor ein Teleskop von 600mm Brennweite und f/5. Damit erstellt man mit einer Minute Belichtungszeit Bild 2.

Nun vergleicht man Bild 1 und Bild 2. Ausschnitt und Auflösung sind gleich. Beide wurden mit gleicher Belichtungszeit und Lichtstärke/Öffnungsverhältnis erstellt.

Nun kommt Andys eigentliche Frage: kann man bei den beiden Bildern Unterschiede erkennen? Oder ist das Bild 1, das mit kleinerem Setup gewonnen wurde dem Bild 2 mit dem größeren (= teureren und anspruchsvolleren) Setup ebenbürtig?

Andy, ist das richtig so? Ich hab dazu ´ne Meinung, aber mit der halte ich erst mal noch hinter dem Berg.

Bis dann:
Marcus

Leuco

Hi Marcus,

goldrichtig.

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

Wenn man alles in der Größe hochskaliert (also Durchmesser, Brennweite und Pixel), hat man 4 mal mehr Photonen pro Bogensekunde Bildausschnitt, damit ist die Theorie nach der gefragt wurde fertig.
Das Bild des großen Systems hat 4-mal soviele Photonen, und unter idealen Bedingungen und bei idealen Kameras heißt das doppeltes S/N bezüglich Bildqualität oder man könnte die Belichtungszeit um ein 4tel reduzieren für identische Bildqualität.

Ob man dieses Mehr an Licht nutzt, um kleinere Belichtungszeiten für gleiches S/N bei gleicher Auflsöung zu erreichen, oder statt der 500 großen Pixel doch 1000 halb so große nimmst, um in gleicher Zeit bei gleichem S/N bessere Auflösung zu erreichen, sei mal dahingestellt. Ebenso außen vor sind die Verluste, die sich durch reale Bedingungen ergeben, wie sie schon mehrfach angegeben wurden (Nachführung, Ausleserauschen der spezifischen Kameras ect.)

Die Beispiele, die Armin gennant hatte, finde ich auch einleuchtend, ein winziger Handychip kann nie die Low Light Performance einer Vollformatkamera erreichen, wenn die Optik den gleichen Bildausschnitt bei gleicher Blende liefert.

Fehlendes Licht kann man durch "bessere Kameras" nur bedingt ausgleichen, aber das gehört auch nicht zu eigentlichen Fragestellung.

Gruß
Norbert

Doc HighCo · 14. Januar 2019

Hallo,

interessante Beiträge. Wenn ich das mal für mich zusammenfasse, gibt es also zwei wesentliche Gründe für eine große Öffnung wenn sonst alles skaliert wird:
a) eine bessere theoretische Auflösung - die man aber unter Umständen wegen Pixelgröße und Seeing nicht umsetzen kann.
b) mehr Lichtausbeute pro Himmelsfläche - das reduziert das S/R auf jeden Fall immer (alles andere als gleich skaliert angenommen).

"Size matters" also doch.

Gruß

Heiko

Armin22 · 14. Januar 2019

Hallo Stefan,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> zwischen 5,93µ und 3,3µ liegt trotzdem nur Faktor 3,2 und nicht 4 <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

und die restlichen 0,8 stecken in der höheren Auflösung und können durch Binning zumindest teilweise zurückgewonnen werden.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Deswegen hat man ja mit Kamera x bei gleicher Blende unabhängig von der Öffnung immer die gleiche Belichtungszeit <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Man hat vielleicht die gleiche Belichtungszeit, aber das Bild rauscht unterschiedlich stark. Ein MFT Sensor rauscht auch bei Basis-ISO 200 deutlich stärker als ein Vollformatsensor

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Macht der "normale" Fotograf das tatsächlich so? <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

ja macht er. Warum sollte man sich eine teure Vollformatkamera kaufen wenn man daran nur langsame f/4 Objektive benutzt? ( ja ich weiß es gibt genug andere Gründe aber uns geht es ja nur um die Lichtempfindlichkeit...) Ein f/2 an MFT wäre genau so gut, die Öffnung ist dieselbe.
Und ein 25mm f2 Objektiv ist vergleichbar mit einem 50mm f4 Objektiv an Vollformat, beide zeigen den selben Bildausschnitt, beide haben dieselbe Öffnung und deshalb kann man mit beiden Systemen dasselbe SNR erreichen. An der MFT Kamera fotografiert man dann dank f/2 mit ISO 200 statt ISO 800.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Und was Großteleskope wie das VLT und Co betrifft- die sind wegen der damit erreichbaren Auflösung von Vorteil, nicht wegem dem Lichtsammelvermögen <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

das stimmt natürlich deshalb hab ich ja gemeint das Beispiel wäre übertrieben. Besser wäre vielleicht der Vergleich der Superzoom Kamera mit einem normalen Teleskop von 150, 200 oder 300mm Öffnung. Wenn man zu diesen Teleskopen den richtigen Sensor wählt erreicht man dieselbe Auflösung und denselben Bildwinkel.
Aber wer von beiden wird wohl ein besseres SNR liefern können? Im Kern ist der Grund die unterschiedlich große Öffnung, nichts weiter. Und genau das habe ich die ganze Zeit versucht zu erklären.

Ich hab nochmal nachgeforscht. Auf der Seite von DxO steht doch noch wie die ISO Tests gemacht wurden: ohne Objektiv. Ziemlich schlau eigentlich den so landet ja exakt die 4 fache Lichmenge auf den Sensor.

https://www.dxomark.com/dxomar…ting-protocol-and-scores/

Gruß
Armin

stefan-h · 14. Januar 2019

Hallo Norbert,

die eigentliche Frage war doch eher genau auf das Gegenteil bezogen- <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Der Hintergrund der Frage ist die Möglichkeit relativ günstig (kleiner Chip mit Fotoobjektiv oder sehr kleinem Apo) in die Fotografie einzusteigen und hierbei die Einschnitte abzuschätzen welche sich im Vergleich zur teureren und größeren Variante ergeben. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"><blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Hier im Forum wird z.B. die Asi 178 mit dem Samyang 135 mm gepaart. Von den Anschaffungskosten ist diese Variante relativ überschaubar. Ich kann nun aber mit einer Asi 1600 und einem entsprechend größeren Teleskop auf den gleichen Bildausschnitt kommen. Die Asi 1600 ist teurer, das Teleskop ist teurer und die Montierung muss eine größere Last ertragen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Andy hat damit auch klar zwei Kameras und zwei Optiken genannt. Marcus hat das davon etwas abweichende Denkbeispiel gebracht und damit kam die (verdoppelte) Pixelgröße mit rein. Wobei ich in meinen Antworten auf die Pixelgröße ja auch schon Bezug nahm. <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Wenn man alles in der Größe hochskaliert (also Durchmesser, Brennweite und Pixel), hat man 4 mal mehr Photonen pro Bogensekunde Bildausschnitt, damit ist die Theorie nach der gefragt wurde fertig.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Ja, das streite ich doch nicht ab. Nur gibt es nicht die unbegrenzt großen Pixel und das Hochskalieren der (lichtstarken) Optik wird bei den Objektiven für Vollformatkameras teurer und bei EDs oder APOs schnell unbezahlbar. Wenn man einen 70-80mm f/7 nutzt und will das in dem Sinn verdoppeln- was kostet der 140-160mm f/7?

Hi Armin, <blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ich hab nochmal nachgeforscht. Auf der Seite von DxO steht doch noch wie die ISO Tests gemacht wurden: ohne Objektiv. Ziemlich schlau eigentlich den so landet ja exakt die 4 fache Lichmenge auf den Sensor.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Hätte mich gewundert, wenn das anders gewesen wäre. Der Test des Sensors macht nur so Sinn. [:)]<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Warum sollte man sich eine teure Vollformatkamera kaufen wenn man daran nur langsame f/4 Objektive benutzt?<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Hm, wenn ich z.B. die Nikor-Objektive ansehe, so viel Unterschied ist bei der Lichtstärke zwischen den beiden Versionen nicht. Die größte Blende liegt da bei den längeren Brennweiten recht ähnlich.

Gruß
Stefan

Armin22 · 14. Januar 2019

Hallo Stefan,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Hm, wenn ich z.B. die Nikor-Objektive ansehe, so viel Unterschied ist bei der Lichtstärke zwischen den beiden Versionen nicht. Die größte Blende liegt da bei den längeren Brennweiten recht ähnlich. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

da hast du jetzt aber vergessen das man bei Vollformat Sensoren eben nicht dieselbe Brennweite nutzt, sondern die doppelte wenn man denselben Bildwinkel erreichen will. Also bspw. ein 100mm f2.8 statt einem 50mm f2.8 an MFT. Und das 100mm liefert dann 4 mal so viel Licht.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Nur gibt es nicht die unbegrenzt großen Pixel und das Hochskalieren der (lichtstarken) Optik wird bei den Objektiven für Vollformatkameras teurer und bei EDs oder APOs schnell unbezahlbar. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Wenn die Pixel nicht mehr größer gehen muss dann das Öffnungsverhältnis halt schneller werden. Und klar, das ist natürlich unbezahlbar im Vergleich zum 135mm Objektiv. Aber ich dachte hier geht es um die Theorie, wie viel Geld man letztendlich in die Hand nehmen will muss sowieso jeder selbst für sich entscheiden.

Gruß
Armin

toM81 · 14. Januar 2019

Mit doppelt so grossser Öffnung KANN man das selbe Ergebniss erreichen in nur 1/4 der Zeit. Vorraussetzung ist dass die Brennweite zur Pixelgrösse passt.

Beispiel:
Setup 1: Ich habe eine Moravian 16200 6µm Pixel und halte mit nem 150/750 Newton auf Messier 1.
Ich habe eine Auflösung von 206*6/750=1,65"/Pixel.

Setup 2: Jetzt nehm ich meine Moravian 16200 im Binning 2x2 was 12µm Pixel macht, in Kombination mit nem doppelt so grossen Newton 300/1500 habe ich die selbe Auflösung nämlich 206*12/1500= 1,65"/Pixel (Der Spiegel und die Pixelfläche sind 4x so gross)

Das grosse Setup fängt in der selben Zeit viermal soviel Licht ein wie das kleine, zusätzlich fällt beim Auslesen das Ausleserauschen der gebinnten CCD nur einmal an und nicht viermal. Das Ergebniss wird beim grossen Setup in der gleichen Zeit ein viel besseres sein.

Das kommt natürlich noch viel andere Faktoren mit in die Praxis, der Wind zb macht es schwierig so einen grossen Newton immer einsetzen zu können...auch ist so ein Setup nicht wirklich Transportabel...

Das um und auf ist dass die Brennweite zur Pixelgrösse passt. Je mehr ich mich im Oversampling tummle, desto schlechter wird das SN Verhätniss in den Bildern sein. Es gibt natürlich Fälle wo das Oversampling sogar gewünscht ist, bei Galaxien kann man erst dann richtig gut nachschärfen.

Man kann auch anders vergleichen, ich behaupte dass die Öffnung das wichtigste ist, das Öffnungsverhältniss ist Nebensächlich.

Beispiel warum das Öffnungsverhältniss egal ist:

Ich nehm wieder ne Moravian 16200, 6µm Pixel, mit nem 150/750(F/5) Newton was wieder die 206*6/750=1,65"/Pixel macht.
Jetzt nehme ich wieder die Moravian 16200, Binning 4x4 was 24µm grosse Pixel ergibt und einen 150/3000 Newton (F/20). Das ergibt wieder die selbe Auflösung von 206*24/3000=1,65"/Pixel.

Beide Setups bringen das selbe Ergebniss in der selben Zeit. Das Öffnungsverhältniss ist also egal.
Bei der CCD ist es einfach auf die passende Pixelgrösse zu kommen, da man binnen kann. Bei ner CMOS muss man schauen dass die Pixelgrösse eben zur Brennweite passt.
Das Ausleserauschen beim F/20 Newton fällt nur einmal an statt 16x, also ein riesen Vorteil der CCD hier.
Der F/20 Newton ist natürlich völlig Praxisfremd, aber übertrieben dargestellt wird es meist schnell klar. Das abgebildete Feld ist beim F/20 Newton nur mehr sehr klein.

Und bevor ich einen grössereren Newton verwende der in der Praxis nicht so oft zum einsatz kommt (Wind, ect.) kaufe ich lieber alle ~8 Jahre ne neue Kamerageneration die weniger Rauscht.

mfg.
Thomas

Nobbi · 14. Januar 2019

Hallo Thomas,

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Beide Setups bringen das selbe Ergebniss in der selben Zeit. Das Öffnungsverhältniss ist also egal.
Bei der CCD ist es einfach auf die passende Pixelgrösse zu kommen, da man binnen kann. Bei ner CMOS muss man schauen dass die Pixelgrösse eben zur Brennweite passt.
Das Ausleserauschen beim F/20 Newton fällt nur einmal an statt 16x, also ein riesen Vorteil der CCD hier.
Der F/20 Newton ist natürlich völlig Praxisfremd, aber übertrieben dargestellt wird es meist schnell klar. Das abgebildete Feld ist beim F/20 Newton nur mehr sehr klein.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Wenn Du dieselbe Kamera verwendest , ist das Ergebnis durchaus nicht dasselbe, weil Du im ersten Fall einen viel größeren Bildausschnitt erhälst, vorausgesetzt die Optik gibt das her. Der Crop aus dem ersten Fall sollte aber dem Gesamtbild aus dem zweiten sehr ähnlich sein.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Und bevor ich einen grössereren Newton verwende der in der Praxis nicht so oft zum einsatz kommt (Wind, ect.) kaufe ich lieber alle ~8 Jahre ne neue Kamerageneration die weniger Rauscht. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Bei Moravian CCD ist da noch Luft nach oben, aber bei einer CMOS, die schon bei eins komma ebbes Ausleserauschen liegt, wird in 8 Jahren nicht mehr viel passieren. Und falls ich mich (hoffentlich) doch irre, wird der Vorteil durch die steigende Lichtverschmutzung wieder aufgefressen.[:(!].
An der Stelle nochmal der Hinweis: Halbes Auslserauschen heisst noch lange nicht doppeltes S/N. (das ist jetzt nicht an Thomas gerichtet, sondern mehr an den einsteigenden Mitleser, der das missverstehen könnte)

Grüße

Norbert

toM81 · 14. Januar 2019

Hi Norbert,
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
Wenn Du dieselbe Kamera verwendest , ist das Ergebnis durchaus nicht dasselbe, weil Du im ersten Fall einen viel größeren Bildausschnitt erhälst, vorausgesetzt die Optik gibt das her. Der Crop aus dem ersten Fall sollte aber dem Gesamtbild aus dem zweiten sehr ähnlich sein.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Jep genau so meinte ich das. Das Ergebniss ist insofern das selbe dass beide Setups die selbe Auflösung bieten und das selbe Signal in einer definierten Zeit liefern. Das Setup mit dem F/20 Newton bietet viel weniger Feld ab als das mit dem F/5 Newton. Also in Bezug auf das Bildfeld bringen sie natürlich nicht das selbe Ergebniss.
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
Bei Moravian CCD ist da noch Luft nach oben, aber bei einer CMOS, die schon bei eins komma ebbes Ausleserauschen liegt, wird in 8 Jahren nicht mehr viel passieren. Und falls ich mich (hoffentlich) doch irre, wird der Vorteil durch die steigende Lichtverschmutzung wieder aufgefressen..
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Ja aber das würde ja stillstand bedeuten? In welchem Bereich werden dann die Sensoren besser werden in sagen wir mal 10 Jahren? Nur mehr in Effizienz und Dynamik oder grösserer Sensoren?

mfg.
Thomas

Kleiner Chip vs. "große" Brennweite

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