Umstieg auf CMOS - Ein paar Gedanken

  • Hallo liebe Gemeinde,


    mittlerweile hat die CMOS-Technik eine bedeutende Rolle für uns Astrofotografen eingenommen und tolle Kameras hervorgebracht.

    Ich habe mir selbst ein mal ein paar hypothetische Gedanken über einen Umstieg gemacht und würde meine Gedanken gerne zur Diskussion stellen.



    Mein Setup besteht aus einem 300/1200 Newton, den ich mit dem Paracorr II bei f 4,6 betreibe. Meine Kamera hat den KAF 8300. Als hypothetische Neuanschaffung

    würde ich gerne die ZWO ASI2600MM-Pro Mono gegenüberstellen.


    Eine Überlegung vorweg: Der Abbildungsmasstab von etwa 0,8 Bogensekunden/Pixel dürfte bei heimischen Seeing von 2" FWHM bereits am Limit sein.


    1. Gedanke: Verbessert sich das SNR unmittelbar ?


    Die Pixel des CMOS Chips sind von der Fläche um den Faktor (3,76/5,4)^2 ~0.48 kleiner, durch Einsatz des GUP-Korrektors (kein Barloweffekt) ließe sich die Lichtstärke um den Faktor (4,6/4)^2~1.33 steigern, zudem liegt die QE um den Faktor ~1.5 höher. Zusammenfassend wird also die gleiche, seeinglimitierte Information 0.48 x 1.33 x 1.5 ~1 mal so viele Elektronen im Pixel sammeln. Rein Physikalisch also kein Gewinn an SNR !! Wenn ich falsch liege, wo ist der Fehler ? Ein kleiner Refraktor würde dagegen profitieren !


    2. Gedanke: Verbessert sich das SNR seitens der Elektronik ?


    Bei der Frage bin ich mir unsicherer. Auf dem Papier ist die Sache klar, der CMOS Chip gewinnt um Längen. Ich erinnere mich aber auch an das Interview, das Frank mit Steve

    Chambers von ATIK geführt hat. Da war die Rede davon, dass sich Gain und FullWellCapacity nicht gleichzeitig optimieren lassen ?! Stimmt das so ? Und außerdem, dass in den meisten Situationen das Hintergrundrauschen dominiert und nicht das Ausleserauschen (bei Schmalbandaufnahmen wohl nicht ?). Zudem nimmt man ja immer relativ viele Bilder auf, auch bei CCDs - also würde ich auch hier eine Verbesserung mit der Wurzel der Aufnahmeanzahl erwarten ?


    Es fällt mir schwer zu dem zweiten Punkt ein Fazit zu ziehen. Evtl habt ihr da tiefere Kenntnisse.


    Ps. Ich möchte keine (weitere) CMOS vs CCD Grundsatzdebatte starten. Es geht mir eher darum den Vergleich mal an einem konkreten Setup durchzuspielen und zumindest ein Teil des Ergebnisses überrascht mich schon !


    CS und viele Grüße,


    Michael

  • Hallo liebe Leute,


    ich habe nochmal etwas recherchiert und möchte die Gedanken gerne fortführen, ausgehend von der bekannten Formel für das Signal/Rausch-Verhältnis S/N,


    S/N=S_objekt /sqrt(S_objekt +S_himmel + S_dark + N_read^2),


    für ein Signal mit Stärke S_objekt von einem Deepskyobjekt, ein Himmelshintergrundsignal (Lichtverschmutzung) von S_Himmel und den Darkcurrent S_Dark und das Ausleserauschen N_read aus der Kamera.


    1.) Szenrario: LRGB unter für uns "normalen" Himmel:

    Die Lichtverschmutzung übersteigt ganz klar die Rauschanteile der Kamera. Das geringe Rauschen der Kamera ist kein Vorteil.


    2.) Szenario: Schmalbandaufnahmen:

    Hier wird es interessant. Der Himmelshintergrund tritt zurück und die Rauscheffekte der Kamera dominieren. Hier wird die CMOS Kamera im Vorteil sein, allerdings um den Preis, dass die Dynamik eingeschränkt ist (FWCapacity) für minimales Ausleserauschen.


    3.) Szenario: Schneller Refraktor oder Hyperstar/Celestron RASA:

    Hier harmonieren Pixelgröße und Optik. Die höhere Quanteneffizienz kann genutzt werden und die CMOS ist bei allen Aufnahmen klar im Vorteil.


    Ich ziehe hieraus folgende Schlüsse:


    -> Für größere Spiegelsysteme (insbesondere mit moderaten oder längeren Brennweiten) vepuffen viele Vorteile einer modernen CMOS wie der ASI2600MM dank der kleinen Pixel. Evtl wären hier entsprechende Reducer eine Lösung ?

    -> Wenn das Oversampling nicht so extrem ist, erwarte ich Vorteile bei Schmalbandaufnahmen.

    -> Für kurzbrennweitige und sehr schnelle Optiken ist ein Vorteil in allen Situationen zu erwarten.


    Über Rückmeldungen, kritische Anmerkungen, weitere Gedanken usw. würde ich mich freuen !


    Viele Grüße,


    Michael

  • Moin,


    ich bin ja nicht so der Theoretiker, sondern gehe die Sache praktischer bzw. hemdsärmeliger an indem ich einfach mal mache ;)

    Bin Ende 2017 auf die ASI1600 umgestiegen, vorher hatte ich die Moravian G2-8300FW welche ja den KAF 8300 verbaut hat.

    Habe das keine Sekunde bereut, inzwischen habe ich von diese zu einer Kamera mit dem Sony IMX571 mono Sensor gewechselt.

    Das ist dann nochmal ein großer Schritt.

    Mit den kleinen Pixel und das kombiniert mit den kürzeren Belichtungszeiten ermöglich einem einfach schärfere Bilder.

    Man muss bedenken der KAF 8300 ist von 2005, das Teil ist inzwischen über 15 Jahre, da hat sich schon etwas getan.


    Hier mal runterscrollen da habe ich einige meine Bilder in Alben, entsprechen der Kamera, sortiert.

    Alben von Carsten Frenzl | Flickr


    Grüße

    Carsten

  • Hallo


    Da hast du in der Formel die Empfindlichkeitsvariaz der Pixel nicht berücksichtigt, die entfernt man mit Flat, das hat wieder eigenes Rauschen.


    Hintergrundlimitiert: diese Fessel sorgt dafür das Schwäche Bereiche dann ein Signal von 1-5 Elektronen beinhalten, das ist Ganzzahl weil Elektronen nicht teilbar, ergibt beim Strecken eine schöne Treppe.

    1-150 wäre besser, limitiernd wäre die Fullwellcapazität

    Ander Störfaktoren führen zu etwas dazwischen.

    Muss man praktisch rausfinden

    Es sei noch gesagt das feinere Pixel ein feines Rauschen machen das optisch weniger auffällt.

    Man müsste es einfach mal testen dürfen.


    Gruß Frank

    Edited once, last by FRANK21 ().

  • Hallo Michael,


    alle Theorie ist grau. Man kann alles berechnen und in der Praxis ist der Himmel nicht so, wie ich es berechnet habe. Als ich vor 2 Jahren von der Alccd8L auf die ZWO ASI294mc Pro umgestiegen bin,

    haben mich lediglich die technischen Parameter der Kamera interessiert und ob die Kamera zu meinem Teleskop passt. Dann habe ich es so gemacht wie Carsten: einfach machen und Ergebnisse

    produzieren. Die optimalen Kameraeinstellungen berechnet mir SharpCap nach der Himmelsanalyse - und das klappt!


    Viele Grüße und Cs

    Klaus

  • Carsten: Bei 1000mm Brennweite profitierst du noch von den kleineren Pixeln ohne länger belichten zu müssen - dank der höheren Empfindlichkeit und des geringeren Rauschens. Ps. Großartige Aufnahmen !!!


    Frank: Der Effekt mit der schwankenden Empfindlichkeit betrifft ja beide Kameras.


    klaus: Klar, man soll es mit der Theorie nicht übertreiben. In der Praxis zählen oft andere Dinge und vor allem, dass es gelingt und Spass macht.


    Ich finds nur ganz interessant mal ein paar Gedanken durchzuspielen. Inspiriert haben mich die Videos von Frank Sackenheim (Astrophotocologne) zum Thema Hintergrundlimitierung und das Interview mit Steve Chambers.


    Solange man sich kein 20" f/8 RC in den Garten stellt, wird man mit den kleinen Pixeln gut klarkommen.


    Ein Celestron RASA 14 und die ASI 6200MM wäre mal eine Traumkombination.... ;)

  • Frank: Der Effekt mit der schwankenden Empfindlichkeit betrifft ja beide Kameras.

    Es geht um die unvollständige der Formel, deine Aussage wäre gut wenn alle anderen Faktoren nicht auf beide Kameras zutreffen würden.

    Letztendlich ist es völlig egal ob man 100, 200,oder 1000Lights gemacht hat wenn man nur 10 Darks und Flats hat wird deren Rauschen dominant, da lohnt das Rechnen gar nicht.


    Gruß Frank

  • Hallo Frank,


    Quote

    Es geht um die unvollständige der Formel, deine Aussage wäre gut wenn alle anderen Faktoren nicht auf beide Kameras zutreffen würden.

    Letztendlich ist es völlig egal ob man 100, 200,oder 1000Lights gemacht hat wenn man nur 10 Darks und Flats hat wird deren Rauschen dominant, da lohnt das Rechnen gar nicht.

    die Aussage im letzten Satz ist ja richtig, aber was hat das mit CCD vs CMOS zu tun ? Darks und Flats brauchen die CCDs genauso.

    Und die Formel von Michael ist nicht unvollständig, da sie sich ohnehin nur auf das SNR eines Einzelpixels bezieht. Mit anderen Worten, sie gibt nur an, wie ein Pixel sich bei kontantem Signal über die Zeit verhält. Fixed Pattern Noise und Nichtuniformität (oder auf denglisch DRNU und PRNU) müssten durch Kalibration in jedem Fall erschlagen werden, aber auch da kann man weder bei CMOS noch bei CCD darauf verzichten. Aber bei reinen SNR Betrachtungen gehören die beiden nicht in die Formel rein.


    Gruß

    Norbert

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