Rauschwerte im Dark/Hintergund "auslesen"

Hallo,

Zwar Rauschen die Kameras im Normalfall bei einem höheren ISO weniger als beim niedrigsten ISO, jedoch wählt man den ISO nach der Belichtungszeit und nicht andersherum.

Die wichtigere Frage ist welche Belichtungszeit man wählt. Dazu finde ich diese Seite sehr hilfreich: https://astrofotografie.hohman…elichtung.astrokamera.php

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Jetzt ein paar Formeln/Tabellen von denen ich hoffe, dass es sie gibt:

- Verhälltniss ISO zur Belichtungszeit zur Objektmagnitude

- Verhälltniss ISO zur Belichtungszeit zum Bortel-Faktor <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
solche Tabellen gibt es nicht da es noch mehr Faktoren gibt die da drin hängen und die viel Entscheidender sind als der gewählte ISO z.b. Öffnungsverhältnis und Öffnung.
Die erreichte Objektmagnitude hängt in erster Linie von Lichtverschmutzung, Öffnung, Belichtungszeit und Kameratyp ab, nicht vom gewählten ISO.

Gruß
Armin

Hi Sven,

es gab mal eine Seite, auf der für alle möglichen Kameramodelle das Rauschverhalten gelistet war, die scheint aber offline zu sein, die Domain http://sensorgen.info/ ist zum Kauf angeboten

Ansonsten- ich würde an deiner Stelle erst mal nicht so kompliziert rummanchen. Probier mal ISO400 und vielleicht noch ISO800 aus und ermittel die längste Belichtungszeit, bei der die helleren Sterne des gewählten Objekts noch nicht ausgebrannt sind und bei der auch der Himmelshintergund noch nicht aufgehellt erscheint.

Abhängig von den Außentemperaturen wirst du eh zwischen Sommer und Winter bezüglich Rauschen des Sensors gänzlich andere Werte bekommen, es gibt also so gut wie keine ideale Einstellung.

Gruß
Stefan

Hallo,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Also EOS und andere "normalen" Fotokameras rauschen anders herum, aber ich tippe auf "Miss Tip", die nette Dame.
Sonst NEIN... ahahahah
Also wenn Iso 6400 weniger rauscht als ISO 400, dann verstehe ich nicht warum die billigeren Cams garkeine hohen ISOs zu lassen. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
tja da liegst du falsch. Der Fehler kommt daher das man in der "normalen Fotografie" bei ISO 6400 üblicherweise eine 16 mal kürzere Belichtungszeit verwendet als mit ISO 400, logisch das es dann mehr rauscht !

Der "richtige Test" wäre wenn man bei beiden Fotos dieselbe Belichtungszeit verwendet.
Kannst du ganz einfach nachprüfen:

1. korrekt belichtetes Bild bei ISO 1600 fotografieren
2. ein zweites Foto mit gleicher Belichtungszeit und gleicher Blende aber bei ISO 100. Das Foto ist jetzt deutlich unterbelichtet.
3. die Helligkeit des unterbelichtetem Foto per Bildbearbeitung erhöhen, dem anderen Bild angleichen.
4. Vergleich der beiden Bilder: das Foto mit ISO 1600 wird wahrscheinlich weniger rauschen als das mit ISO 100.

Wenn es nicht so wäre bräuchte man überhaupt gar keine ISO Einstellung weil man dann jedes Bild mit ISO 100 fotografieren könnte und die Helligkeit hinterher per Software korrigieren würde.

Die von dir verlinkte "Richtwerttabelle" zu den Belichtungszeiten ist zwar ganz nett, aber eben nur ein sehr grober Wert der massiv abweichen wird je nach Lichtverschmutzung, Öffnung, Kamera, Seeing etc.
Mit einer einfachen Tabelle ist es da nicht getan. Man bräuchte eine richtige Software in die man alle Parameter eingeben kann. Die wenigsten werden sich denken "ich will Stern XY drauf haben also muss ich jetzt genau x Stunden belichten". Bei Einzelbelichtungen ist es egal was drauf ist und bei Gesamtbelichtungszeit gilt sowieso so lange wie möglich oder so lange wie man Lust hat.
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"> Sollten zum Beispiel 1400 ISO um vieles geringeres Rauschen im Dark haben als 1600 ISO und 1200 ISO <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Falls es solche Sprünge gibt sind sie vermutlich so minimal dass sie vernachlässigbar sind. Im Normalfall ist das in einem Diagramm eine schöne Kurve die zum Ende hin abflacht, es macht z.b. meist keinen großen Unterschied ob ISO 1600 oder ISO 3200, der Unterschied zwischen ISO 100 und 800 ist dagegen meist deutlich.

Gruß
Armin

servus,

so wie ich Deine Frage verstanden habe, willst Du wissen, bei welcher ISO-Zahl Deine Kamera das geringste Ausleserauschen hat.
Deine Aufnahme setzt sich ja aus folgenden Komponenten zusammen:
- BIAS + BIAS-Rauschen (Rauschen ist immer die Varianz des Signals) --&gt; nicht zu beeinflussen, aber durch Subtraktion zu eliminieren
- thermisches Signal + Rauschen (eliminiert man mittels Dark-Subtract)
- Auslesesignal + Ausleserauschen (um das gehts hier)
- und hoffentlich das Licht Deines Objektes + Rauschen

Das Auslesesignal + Rauschen ist tatsächlich abhängig von der ISO-Zahl, bei CMOS Chips ist das nicht bei ISO 100, sondern irgendwo deutlich höher.
Das Ermitteln des optimalen ISO-Wertes (für das geringste Ausleserauschen) ist einfach:
Du muss mit möglichst geringer Belichtungszeit und bei geschlossener Optik (kann auch nur das gehäuse samt Deckel sein) belichten, also z.B. 1/1000 sec. Dieses Bild enthält das BIAS das Auslesesignal und ein zu vernachlässigbares thermisches Signal.
Das BIAS verändert sich bei steigender ISO-Zahl nicht. Somit hast Du eigentlich nur Dein Auslesesignal+ Rauschen enthalten.
Fang bei ISO 100 an, und dann misst Du den Durchschnittswert Deines Bildes, ich mach das mit Fitswork. Diesen Wert trägst Du in eine Excel-Tabelle ein.
Dann erhöhst Du den ISO-Wert um eine Stufe, und machst das gleiche nochmal. Nur bei der Eintragung in die Tabelle musst Du den erhaltenen Wert auf ISO 100 normieren. Bei ISO 400 als durch 4 teilen.
Wenn Du das für alle ISO-Werte machst, bekommst Du eine abfallende asymptotische Kurve, die sich der X-Achse annähert.
Der optimale ISO-Wert ist dann dort, wo die Steigung nur mehr sehr flach ausfällt, eine Steigerung des ISO-Wertes also praktisch kaum mehr das Auslesesignal reduziert.
Bei meiner EOS 1000D ist das bei 800 ISO der Fall, bei meiner 6D bei 2.500 ISO.

Hoffe, ich konnte meine Lösung plausibel schildern.

CDS
Stefan

servus,

geht in Fitswork ganz einfach:
- Bild öffnen (wichtig: es muss das unbehandelte RAW sein, das Du mit der kurzen Belichtungszeit und bei geschlossenem Kameragehäuse aufgenommen hast)
- mit linker Maustaste gedrückt ein ausreichend großes Fenster aufziehen (z.B. 1000 x 1000, aber Du kannst auch das gesamte Bild nehmen)
- mit der Maus in das Fenster fahren und rechte Maustaste drücken
- Statistik für diesen Bereich anzeigen
- Dort kannst Du den Mittelwert Dir anzeigen lassen; den nimmst Du dann als Wert zur Normierung auf 100 ISO in Deinem Excel-Blatt

CDS
Stefan

servus,

Du musst ja nicht zum minimalen Wert gehen. Es reicht, die SIO-Zahl so einzustellen, dass man in den Bereich der Kurve gelangt, wo sie sehr flach wird. Zwar würde eine Erhöhung der ISO-Zahl nocht eine ganz leichte Verbesserung des Ausleserauschen ergeben, das aber zu Lasten der Dynamik.
Leider habe ich keine Fakebuch Zugang, kann also Deine Tabelle nicht anschauen. Vielleicht kannst Du sie ja als PN schicken oder hier ins Forum als Bild laden.

CDS
Stefan

servus,

schaut gut aus. Nach meiner Meinung solltest Du so bei ISO 2.000 - 2.500 fotografieren. Höhere Werte erzeugen kaum ein besseres Ausleserauschen, haben aber Dynamikverlust zur Folge.
Das Schöne an der hohen ISO-Zahl: Du kannst kürzere Belichtungszeiten wählen, dafür aber mehr Bilder machen - macht sich auch gut in der Statistik. Zwar brennen Deine helleren Sterne natürlich aus, aber bei den DeepSky-Objekten sollte das keine Rolle spielen - da liegt der Dynamikumfang voll in deren Helligkeitswerten.
Meine Belichtungszeiten bei f/4 und ISO 2.500: Galaxien und Nebel 5min, Sternhaufen 1min., und das bei wirklich sehr gutem Himmel (fst besser als 6mag).

Was man an deinen Daten auch sehr schön sieht: die "Quantelung" des Rauschens. Dein erster Peak liegt bei ISO 500, und dann immer bei den ganzzahlig Vielfachen 1.000, 1.500 und 2.000. Das ist häufiger zu sehen, und scheint mit der verwendeten Elektronik/Software zusammenzuhängen.
Deswegen mein Tipp: ISO 1.600 oder ISO 2.500 nehmen.

CDS
Stefan

Hallo,

könnt Ihr mir erklären, was das darstellen soll ?
1. Wenn man den Mittelwert eines Raw Bildes durch den zugehörigen Isowert teilt, sollte immer eine Hyperbel rauskommen, so wie in der roten Kurve.
Aber was hat das mit dem Rauschen zu tun ? Dazu müsste man schon die Standardabweichung und nicht den Mittelwert nehmen.
Da DSLR RAWs in der Regel mit ordentlichem Fixed Pattern versehen sind, wären nicht Einzelbilder, sondern Differenzbilder zweier identischer Aufnahmen zu bilden, und davon die Standardabweichung zu nehmen.
2. Das Ausleserauschen sollte für alle "Farben" gleich sein. Die Pixel unterscheiden sich elektronisch nicht, nur durch den vorgeschalteten Farbfilter, der hat im Dunklen aber keine Funktion. Quantitative Unterschiede entstehen hier dadurch, dass die Rohdaten nicht roh, sondern bereits debayert und mit einem beliebig voreingestellten Weißabgleich verrechnet wurden.
Die Farbe spielt für die Abhängigkleit des Ausleserauschens vom Isowert somit keine Rolle, wenn man das undebayerte Bild nimmt.
Das durch die Farbbalance am Endbild das Rauschen in den RGB Farben unterschiedlich hochgezogen wird, ist eine andere Gecshichte, die aber nur von den Transmissionsunterscheiden der Filter abhängt.
3. DSLR ISO Werte ausser der Zweierpotenzen von ISO100 (also ausser 100,200,400,800 usw) werden bei den meisten Kameras nur softwaremäßig gestreckt, und haben somit auch keinen echten Effekt auf das Ausleserauschen.
Das kann man schön hier sehen:
http://photonstophotos.net/Cha….htm#Canon%20EOS%2070D_14
(Um die Rauschwerte in Elektronen rms abzulesen, muss man in der Kurve den Mauscursor über die Datenpunkte schieben)
Der bloße Mittelwert sagt über das Ausleserauschen jedenfalls herzlich wenig bis gar nichts aus.

Nix für ungut
Norbert

Hallo Sven,

Ich kann nur schreiben, wenn ich Zeit und nichts besseres zu tun habe, sorry. Ich habe auch keine weiteren Links zu guten Theorieseiten (die Hohmann Seite ist zwar nicht falsch, aber irreführend) und benutze Fitswork nur sporadisch, so dass ich alles erst durchprobieren müsste, um keinen Unfug zu schreiben.

Wie Du schon gemerkt hast, öffnet Fitswork Rohdaten unterschiedlich. Die Canon70D liefert meines Wissens 14bit Werte, und die Grundlinie aller Darks und Bias Bilder liegt wahrscheinlich um die 1024ADU Mittelwert herum. Unter "Einstellungen" sollte man beim Öffnen der Dateien "bei Raw ohne Farbinterpolation die Werte nicht skalieren" ankreuzen (und "Raw Bild farbinterpolieren" nicht ankreuzen). Dann sollten die Daten in etwa so aussehen, wie beschreiben. Meiner Erfahrung nach (mit anderen EOS cameras) gibt es aber manchmal noch eine Verschiebung der Rohwerte um 300 ADU, die Du ja auch als Minimum gesehen hast.
In Fitswork kann man auch Bilder über die Dunkelbildsubtraktion abziehen, so dass man das Rauschen zumindest in ADU messen könnte.
Ob sich der Aufwand lohnt, ist eine andere Frage, mir wäre es um den Kamerashutter zu schade...

Die Fragestellung nach der besten ISO Einstellung ist nicht identisch mit der Frage nach dem niedrigsten Readnoise, und auch nicht nach der Stelle im Diagramm, bei der das Rauschen nicht weiter abfällt. Die ISO Einstellung ist oft viel unwichtiger, als es die Kurven einem einreden wollen.
Wichtiger ist, für eine gegebene ISO Zahl die richtige Mindestbelichtungszeit für die Einzelaufnahme zu finden. Wenn man alles richtig macht, sind die Gesamtergebnisse in bezug aufs Gesamtrauschen für gleiche Gesamtbelichtungszeiten dann auch ziemlich ISO unabhängig.
Mal ein Beispiel auf Basis der verlinkten Messdaten: Bei ISO 100 ist das Auslerauschen ca. 7 mal so hoch wie bei ISO3200, man könnte theoretisch(!)
50mal kürzer belichten, um in den "hintergrundlimitierten" Bereich zu kommen. dafür ist die Kapazität auch 32mal kleiner, d.h. man muss auch fast so oft
Auslesen, um nicht bzw. weniger stark die hellen Sterne abzuschneiden. Mache ich bei gleicher Gesamtbelichtungszeit 32 Einzelbelichtungen, gegenüber einer Einzelbelichtung, habe ich somit die gleiche Gesamtbelichtungszeit wie bei einer ISO 100 Aufnahme, aber etwas weniger Readnoise. Oder man belichtet eben genau 50mal, hat dann den gleichen Readnoise, aber etwas mehr Kapazität. Somit hätte 3200 leicht die Nase vorn, aber man muss natürlich die schwer quantifizierbaren Effekte wie größere Totzeit durch mehr Auslesezeit, längere Rechenzeiten durch mehr Daten, und bessere Artefaktnterdrückung durch mehr Einzeldaten auch berücksichtigen. Dazu kommt eben noch das relativ helle Bild bei Verwendung von kurzbrennweitigen Optiken in unseren Breiten und in dieser Jahreszeit dazu.
Auch der von der Belichtungszeit unabhängige Kameradunkelstrom verwässert den Unterschied durch die Readnoise Werte.
Selbst bei ISO100 dürfte die Hintergrundlimitierung nach einigen 10 Sekunden erreicht sein. (Und wenn kein freier Hintergrund sichtbar ist, wegen zu vieler Sterne, ist das auch egal, dann kann man einfach das Minimum zur Berecnung heranziehen. )
Es hängt dann letztlich von den Vorlieben ab, wie stark man Sterne ausbrennen lassen kann oder will, so dass die ganzen Tabellen die herumgeistern, allenfalls Anhaltspunkte bieten. Unter deinen Randbedingungen ist ISO hier wirklich kaum entscheidend, man sollte halt nicht mit ISO100 und 1 sec Belichtungen arbeiten, oder mit ISO12800 und 20Minuten.

Mehr zu dem Thema , wenn ich in Rente gehe...

servus,

vielleicht habe ich etwas falsch verstanden, aber vielleicht auch nur nicht deutlich dargestellt.
Bei deiner Kurve misst Du folgende Komponenten:
- BIAS + BIAS-Varianz/-Rauschen: ist bei allen Aufnahmen gleich starkes Signal und sehr kleines Rauschen, das dabei praktis ch vernachlässigt werden kann
- Auslesesignal + Ausleserauschen: Das Ausleserauschen mittelst Du über die große Anzahl der gemessenen Bildpunkte raus, deswegen musst Du in Fitswork nicht die Standartabweichung (= ein Maß für das Rauschen) hernehmen, sondern das Auslesesignal = Mittelwert. Wie gesagt, dieser Mittelwert enthält auch das BIAS, das aber an allen Stellen gleich stark sein sollte.
Nach dem Auslesen des Bildes wird dann das Signal (+Rauschen) durch den Verstärker (=SIO-Einstellung) verstärkt. Wenn Du also Deinen Mittelwert auf 100 ISO normierst, maxhst Du diesen effekt wieder rückgängig, und Du kannst die Werte vergleichen. Genau das hast Du mit der beschriebenen Methode gemacht, und entspricht hoffentlich Deiner Fragestellung.
Die Methode ist überigens dem Buch "Astrophotography" von thierry Legault entnommen.

Es gibt auch einen weiteren Grund, die ISO-Zahl deutlich höher als 100 ISO zu machen, obwohl dann die Sterne ausbrennen: Der Dynamik-Bereich Deiner Kamera findet vor allem im Bereich der schwächeren Helligkeitswerte statt, also bei Galaxien und Nebeln. Bei ISO 100 hast Du nur einen kleinen Dynamikbereich für die Deepsky-Objekte zur Verfügung, weil ja der Gesamtbereich vom Hintergrund bis zum hellen Stern herhalten muss. Aber natürlich ist es richtig, dass, egal welche ISO-Zahl Du nimmst, in Deine Optik immer die gleiche Menge an Licht gelangt.
Mein Tipp nach all der Theorie: bei nächstem dunklen Himmel ausprobieren

CDS
Stefan

Hallo Stefan,

da muss ein Missverständnis oder eine unglückliche Übersetzung vorliegen.

Die gängigste Methode, einen Kamerasensor komplett zu vermessen, ist das Erstellen einer Photontransfer Kurve. Ich bin ziemlich sicher, dass das auch eine von Thierry Legault beschriebene Methode ist.
Dabei wird die Varianz der Biasmessung gegen den Mittelwert der Intensität aufgetragen. Aus der so gewonnen Kurve (im Idealfall eine Gerade) erhält man auf einen Schlag das Ausleserauschen und den Konversionsfaktor (=gain) und damit lässt sich das Ausleserauschen in Elektronen umrechnen. Ich muss aber für jeden der Intensitätswerte auch die zugehörige Varianz bestimmen.

Misst man die Standardabweichung oder Varianz nur in ADU, muss man für den Vergleich verschiedener ISO Stufen natürlich so normieren, wie Du es beschreibst, also z.B. die ADU Rauschwerte von ISO 400 durch 4 teilen, wenn man sie mit denen von ISO vergleichen will.

Ich denke, ein oft auftretendes Problem beim Verständnis der Zusammenhänge liegt in diesen Ausdrücken wie z.B. "das Bias-Bild
enthält ein konstantes Signal + Rauschen". Das klingt so, als wäre Rauschen ein additiver Beitrag, den man einfach als Intensität messen kann. Dem ist aber nicht so. Die Pixelwerte schwanken um den gleichen Mittelwert, verteilen sich also fast alle im Bereich Mittelwert +/- 3-fache Standardabweichung. Schalte ich die ISO Einstellung hoch, wird diese Schwankungsbreite größer, aber der (Bias-)Mittelwert ändert sich doch nicht (idealerweise, schaltungstechnisch gib es da durchaus Effekte, die aber nichts primär mit dem Rauschen zu tun).

Gruß
Norbert

Ach herrje, wieder ein Link zu so einer "Experten"-Seite...
Auf der Seite wird überhaupt nicht das SNR oder der Dynmikbereich für den gesamten Aufnahmestack betrachtet. Als ideal wird der Wert Wert bezeichnet, bei dem der Readnoise der Einzelaufnahme nicht mehr signifikant kleiner wird. Kann man machen, aber das ist nicht immer der beste Wert, sondern nur die Obergrenze für mögliche sinnvolle Werte.
Den idealen Wert findet man wohl erst nach der Aufnahme.

Ich überlege die ganze Zeit, welcher Gang bei meinem Fahrrad wohl der ideale ist...

Grau ist alle Theorie und es gibt nichts Gutes, außer man tut es.

Hi, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Danach ist ISO 1600 am rauscharmsten für die 70D im Verhätliniss...
Dafür mit dem schlechtesten Dynamikumfang...
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Wie kommst du oder diese Seite auf das Ergebnis bezüglich Dynamikumfang? Das stimmt nur dann, wenn ISO1600 für diese Kamera der max. einstellbare ISO-Wert wäre.

Jede DSLR hat einen ISO-Wert, bei dem der max. Dynamikumfang zur Verfügung steht. Jeder höhere ISO-Wert reduziert diesen entsprechend der Verstärkung des ausgelesenen Signalwerts.

Nur rein als Beispiel- bei ISO 100 wäre der Dynamikumfang 1-100000. Bei ISO 200 würde das ausgelesene Singal um Faktor 2 verstärkt, damit bliebe ein Dynamikumfang von 1-50000, bei ISO 400 würde um Faktor 4 verstärkt, damit hast du nur noch 1- 25000 als nutzbaren Dynamikumfang übrig.

Hallo Stefan,

das war mal so, als die Dinosaurier Asteroidenbilder mit CCD DSLRs machten.
Die Dynamik ergibt sich aus der verfügbaren Pixel-Kapazität (die sich wie Du korrekt beschreibst, pro Stufe halbiert) dividiert durch das zugehörige Ausleserauschen. Letzteres halbiert sich zwar nicht, aber bei der hier erwähnten 70D geht es z.B. beim Sprung von 100 zu 800 von 12e- auf 3e- runter, also bleibt die Hälfte der Dynamik übrig.
Würde das Ausleserauschen nicht runtergehen, hätten wir ja die Ganze Diskussion nicht.

Gruß