CCD- oder CMOS-Kamera fuer 3500mm Brennweite ?

Hallo Jürgen,

Die Interpolation generiert Artefakte, egal wie schlau der Algorithmus ist. Er trifft Annahmen, die für spezifische Probleme zu Artefakten führt.

Frank hat dazu richtig bemerkt, dass Objekte, die 1 Pixel beleuchten, ev. komplett falsch interpoliert werden.

Nun haben wir die Wahl zwischen Pest und Cholera:

• Kleine Pixelgrösse: die Auflösung (inkl. Interpolation) ist besser als die der Optik. Es gehen keine Details verloren. Dafür haben wir aber kleine Pixel -> weniger Photonen, grösserer Anteil des Rauschens, < Dynamikumfang. Der Kontrast wird bei kleinen Strukturen schlecht.
• Grosse Pixel: hohe Empfindlichkeit, hoher Dynamikumfang, Rauschen weniger relevant. Nachteil: der Sensor definiert die Auflösung. Mit Binning ist das entsprechend ausgeprägter.

Meiner Meinung nach kommt es wirklich darauf an, wo man bereit ist, Kompromisse einzugehen. Das wird jeder anders gewichten.

Ich persönlich würde für nightly pictures (pun intended: Gegenteil von daily pictures ) eine halbwegs günstige Farbkamera ohne Kühlung nehmen. Binning geht da mMn. nicht, dafür sind dieFarbkanäle zeitgleich aufgenommen. Für wirklich anspruchsvolle Projekte (die entsprechend gute Verhältnisse vorausssetzen) eine gekühlte monochrome Kamera und Filter. Aber da bewegen wir uns preislich in einer Liga für die mir der grosse Lottogewinn fehlt

Herzliche Grüsse Robert

Hallo Jürgen!

Zitat von JSchmoll

.... ich bin gerade aus dem Krankenhaus zurueck. Vertigo-Attacke: Harmlos, interessante Erfahrung, muss aber nicht sein. Schon gar nicht an einem klaren Abend, dessen Anfang ich durch ein Fenster aus dem Krankenwagen aus bewundern durfte. ...

Autsch ! Hört sich erschreckend an. Ich wünsche Dir alles Gute und gute Besserung! Dann mach mal erst langsam und lass alles ruhig angehen!.

Zitat von JSchmoll

Nochmal zu dieser sueddeutschen Matrix ... im Grunde genommen ist jedes Vollfarb-Raumelement ja eher als Spaxel als als Pixel zu bezeichnen. Vier Pixel bilden ein Spaxel, das fuer die Groesse des Spaxels die volle Orts- und Farbinformation traegt. Der Begriff "Spaxel" stammt eigentlich aus der Integralfieldspektroskopie, wo jedes Ortselement sogar ein ganzes Spektrum an chromatischer Information erzeugt.

Von daher ist das Oversampling bei Farbsensoren sogar vorteilhaft, weil dann Undersampling-Effekte wie "Stern trifft nur einen Filter" ausbleiben. Nach Nyquist sollte die PSF mindestens zwei Filter gleicher Farbe treffen, und das natuerlich in x und y. Von daher sollte das Spaxel, das 2x2 Pixel beinhaltet, als Samplingeinheit herhalten, um die gesamte Farbinformation im Ortsraum im Gleichgewicht zu halten. "2 Pixel" wird also zu "4 Pixel", da jedes Spaxel ja 2 Pixel Seitenlaenge hat.

Interessanter Gedankenansatz! Ich kann erahnen worauf Du hinaus willst. Aber meine Physik und Optik Kenntnisse! Aus meiner bisher selbst gemachten Erfahrung heraus mit einem 4,6µm Pixel / 9,2 µm Spaxel Farbsensor im 6" Newton im Vergleich mit 2,4µm Pixel / 4,8 µm Spaxel Farbsensor im 8" Newton lässt mich vermuten, erraten und hoffen, dass ich mit dem 6" Newton und einem 3,6 µm / 7,2 µm Spaxel Farbsensor also anstatt einer ASI294MC einer ASI533MC durchaus noch eine Verbesserung erzielen könnte. Letztens zu Black-ich-mache-gute-Preise und an Weihnachten gab es die ungekühlte ASI533MC vom ZWO-China Mann direkt zu journalistisch nach unten übertrieben 500 US$ - dann ist mir aber wieder eingefallen, dass die Kleine nur 14 Bit hat und ich an dieser Stelle eigentlich auch auf 16 Bit hochrüsten wollte. Aktuell wäre ich froh überhaupt irgend eine Kamera in den Himmel halten zu können, seit Ende November gab es bei uns fast durchgehend nur graue Wolkendecke ...

In jeden Fall wird es interessant sein falls du Dich mit Deinen 14" Instrument zum Umstieg von S/W-Sensor-Technik auf Farbsensor Technik entschließt, was wir dann zu sehen bekommen werden!

Beste Gesundheit - viele Grüße und ein Servus - MünchenBeiNacht - Ewald

Hallo Jürgen,

autsch! Das kenn ich. Du stehst am Morgen aus dem Bett und versuchst eine Sekunde später, das sich um Dich drehende Bett wieder zu finden

Zum Glück ist das meist eine harmlose Alterserscheinung, die ich nach kurzer Instruktion bei Onkel Dottore selber aus mir wegschleudern durfte (für Aussenstehende: mit zunehmendem Alter können sich die kleinen Steinchen im Innenohr, die, als einem der Sensoren, für den Gleichgewichtssinn zuständig sind, festsetzen und spontan wieder lösen. Auge und Ohr liefern dann unterschiedliche Daten -> . Die Therapie besteht nun darin, sich auf die Bettkante zu setzen und mit Maximalgeschwindigkeit seitlich, mal links, mal rechts aufs Bett zu schmeissen). Auf jeden Fall: gute Besserung!

Zu den Spaxeln: sehr interessant. Werde mich da mal schlau machen. Vielleicht ist das der Ansatz: die Pixelgrösse bei Farbsensoren müsste dann für die gleiche räumliche Auflösung anders (kleiner) sein als bei monochromen Sensoren. Ich bin sicher, dass sich da bei den Berufsastronomen einige Informationen finden lassen. Wobei: dort sind vermutlich nur monochrome Sensoren (ev. mit Strahlteiler) im Einsatz. Auch wenn die Sensortechnologie insbesondere bei CMOS Sensoren gewaltige Fortschritte gemacht hat: grosse Sensorfläche bedeutet immer noch kleineres Rauschen und höhere Lichtssammelfähigkeit.

BTW: das Bayer-Pattern hat nichts mit Bayern zu tun, sondern mit Bryce E. Bayer, der dieses Konzept 1976 bei Kodak entwickelte. Ich erwähne das wegen des Erfindungsjahrs: das ist noch keine 50 Jahre alt! Ich finde das immer wieder spannend (irgend einen Vorteil muss es ja geben, älter zu werden), dass Dinge, die heutzutage selbstverständlich sind, bei der eigenen Geburt noch gar nicht existiert haben.

Herzliche Grüsse Robert

Glückwunsch zum Schnäppchen! Teste bitte mal mit SharpCap, die Altairs sollen damit ja nativ laufen.

CS, Markus

Hallo Jürgen,

Zitat von JSchmoll

Ja, die Bayernmatrix ist ja blauweiss und rautenfoermig ...

. Jo so sans, die Bayern

Gratulation zu der neuen Kamera. Bin gespannt auf Deine Erfahrungen.

Im Amateurbereich gelten ganz sicher andere Bedingungen. Wir haben weder das Geld noch die Zeit, für jede Aufgabe eine exakt abgestimmte Toolchain aufzubauen, sondern werden i.A. einen für viele Aufgaben geeigneten Kompromiss einsetzen.

Ganz anders (und zunehmend) in der Berufsastronomie. Da gilt der alte Unix Spruch: one job one tool. Kostet dann eben entsprechend.

Herzliche Grüsse Robert

Hallo Jurgen,

was macht denn nun die Kamera?

Ist sie schon da?

Das Wetter spielte mit und nun bist du auf grund der tollen Bilder wohl sprachlos

Lass mal was von dir hören

CS und viele Grüße auf die Insel

Matthias

Zitat von JSchmoll

Ideales Sampling nach Nyquist ist, mindestens zwei Pixel pro Halbwertsbreite der Punktbildfunktion zu haben. Wesentlich mehr bringt aber keine bessere Aufloesung.

Das stimmt nicht. Es geht damit los, dass Nyquist eine punktförmige Abtastung vorraussetzt, die Pixel aber zu einer Konvolution führen. Dann ist die Auflösung in der Diagonalen geringer als in den Achsen und hat eine andere Konvolution. Oversampling verringert den Effekt der Konvolution und bringt darum mehr Kontrast.

Die Konvolution von Pixeln unter Mikrolinsen ist dabei besser als ohne Mikrolinsen. Effektiv ergibt sich eine Sensor-MTF, die bei Nyquist-Frequenz bei alten Kameras durchaus nur 0,2 sein kann und bei modernen Sensoren um 0,7 erreicht. Speziell manche Sensoren von Sony haben weniger QE als man erwarten könnte, weil sie kleinere Pixel verwenden, was etwas QE verschenkt, aber dafür die Sensor-MTF erhöht.

Jenseits von 3,5 Pixeln/Zyklus ist allerdings kaum noch mehr zu gewinnen:

Image sensors: Modulation transfer function

Bei Farbkameras wird das Ganze erheblich komplizierter. Natürlich haben sie weniger Nyquist-Frequenz als eine monochrome Kamera, aber bezogen auf die Frequenz quasi kleinere Pixel und damit weniger Konvolution, was die Sache deutlich besser macht, als man naiverweise meinen könnte.

Michael

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Die Betrachtung einer Vierergruppe als Farbpixel ist nicht falsch, wenn es einen low pass Filter gibt, aber die low pass Filter arbeiten nicht pro Pixelgruppe, sondern sind nur eine vorgeschaltete Faltung, und damit muss man alle überlagerten Vierergruppen betrachten. DSLRs haben zumeist so einen Filter (es gibt nur wenige Sondermodelle ohne), aber astronomische Kameras haben das nicht. Hier zwei Artikel, die sich der MTF eines Farbsensors widmen. Ich kann das Blog des Autors empfehlen, aber es ist teilweise schwere Kost:

Combining Bayer CFA Modulation Transfer Functions – I

In this and the following article I will discuss my thoughts on how MTF50 results obtained from  raw data of the four Bayer CFA color channels off  a neutral…

www.strollswithmydog.com

COMBINING BAYER CFA MTF Curves – II

In this and the previous article I present my thoughts on how MTF50 results obtained from  raw data of the four Bayer CFA channels off  a uniformly illuminated…

www.strollswithmydog.com

Es stimmt, dass das Samplingtheorem oft falsch angewendet wird, sowohl bei Kameras als auch bei ADCs, wo es einen Unterschied macht, ob man periodisch den aktuellen Wert mit sample and hold für die Wandlung festhält oder das Integral währund einer Wandlungszeit bestimmt, weil letzteres auch wieder eine Faltung ist. Es gibt nur wenige Hersteller, die die Sensor-MTF ins Datenblatt schreiben und darum kommt man nicht direkt drauf, dass es da etwas zu beachten gibt. Mir war das Thema auch unbekannt, bis ich es in einem Datenblatt sah: MTF bei Nyquistfrequenz und 550 nm: 0.7. Und ich dachte, huch, wieso verliert man da so viel? Am Ende der Reise war klar: Das ist ein sehr guter Wert und darum steht es im Datenblatt.

Dann ist es so, dass das Samplingtheorem eigentlich für periodische Signale gilt. Etwas wie die Auflösung eines Doppelsterns ist aber nicht periodisch: Der Unterschied zwischen der FT und der DFT ist das Fenster bei letzterer, aber bei aller Kunst kann man nicht vermeiden, dass sich bei einem Impuls ein Peak im Spektrum in eine Glockenkurve im Spektrum verwandelt und die hat eben auch noch einen etwas höheren Anteil. Leider finde ich gerade den Artikel nicht mehr, der diesen Unterschied betrachtet. Man merkt das, wenn man ein Diagramm für das Ergebnis einer FT numerisch mit dem Ergebnis einer DFT plotten will: Es kommt nicht genau das raus, was man erwartete, weil es nicht ganz das Gleiche ist.

Mathematisch wird die Sache schnell sehr anspruchsvoll, aber man kann es simulieren, indem man schaut, welche Faltung eines Bildes wie digital erscheint, wenn man sie mit einem Pixelraster integriert. Frans van den Bergh hat das für seine Software MTF Mapper gemacht und es gibt eine Artikelserie dazu, mit der man ein paar Tage verbringen kann:

How to Measure Modulation Transfer Function (1) « Harvest Imaging Blog

Ich denke mit dem Ansatz kann man auch klären, was Seeing tut, wenn man es als Faltung simuliert.

Es gibt in der Astronomie schon lange einen Streit, weil Praktiker sagen, dass etwas Oversampling durchaus noch mehr bringt, aber jenseits von 3-4 Pixel/Zyklus lohnt es kaum noch und die Theoretiker halten mit Nyquist-Shannon dagegen. In Wahrheit haben die Praktiker aber die Theorie auf ihrer Seite, nur ist es leider viel komplizierter, als man erst denkt.

Michael

Hallo Jürgen und Michael,

eine interessante Diskussion führt ihr hier. Leider bin ich, was die theoretischen Hintergründe angeht, nicht so bewandert wie ihr. Kürzlich habe ich mir eine moderne gekühlte Astro – Farbkamera geleistet, die mit 3,76 my Pixeln und Bayermatrix aufwartet. Meine Teleskop arbeitet mit einer Brennweite von ca. 2500 mm.

Zur Zeit teste ich verschiedene Gain – Offset – Kombinationen in Verbindung mit der Aufnahmedauer eines Einzelbildes. Bezüglich der Pixel habe ich ohne weitere Überlegung das 2x2 Binning vorausgesetzt, da ich damit 0,61“ / Pixel erreiche und mich auch dann noch im leichten Oversampling befinde.

Aufgrund der Erfahrungen von Jürgen mit seiner DSLR komme ich jetzt ins Grübeln, ob ich nicht doch die volle Auflösung ohne Binning verwenden soll. Das Seeing ist hier vor Ort in der Regel nicht besser als in England. Könnt ihr mir diesbezüglich einen Rat geben?

Schöne Grüße

Heinz

Hallo Jürgen,

danke für deine Info zum Binning mit der DSLR. Ja, dieses Mistwetter macht zur Zeit den meisten von uns zu schaffen.

Dein M51 sieht doch schon gut aus. Ich würde in diesem Fall bei den 300 Sekunden bleiben, die haben sich bei früheren Fotos mit meiner ATIK Farbkamera stets bewährt. Bei der langen Brennweite wirst du sicher Off Axis guiden.

Die Flecken bei der Aufnahme mit der CMOS Kamera sehen nicht aus wie Frostartefakte. Bei mir sahen diese Frosteffekte immer dunkler aus und haben sich meist von den Rändern der Kamera her ausgebreitet. Es waren also zusammenhängende Bereiche, keine diskreten Flecken wie auf deinem Bild. Du solltest erwägen, die neue CMOS Kamera nur bis – 10 Grad zu kühlen, da diese in der Regel ein geringeres Rauschverhalten als die CCD's haben.

Viele Grüße

Heinz

Flats funktionieren bei den modernen Chips anders. Dimme dein Panel so ab, dass du Flats mit >1 Sekunde belichten musst. Dann klappt das sofort, vertrau mir.

BIAS sind gar nicht möglich ohne Pattern, am besten Flat Darks machen. Also bspw.:

Flat 1,5s

Dazugehöriges Dark 1,5s

Es ist nicht nötig, den Chip unter 0 Grad Celsius zu kühlen. Das bringt keine (sichtbare) Verbesserung. Der Vorteil von nur 0 Grad Chiptemperatur ist, dass du im Sommer keine Pause einlegen musst.

Hallo Jurgen,

ich wünsche dir viel Erfolg bei deiner neuen Kamera.

"Heute habe ich das Fenster kontrolliert, und das war sauber."

Redest du hierbei vom Küchenfenster

Ist das ein Einzelbild von M51?

Bin schon gespannt, was du mit der Kamera erreichen wirst....

Viele Grüße und CS aus dem Norddeutschland

Matthias

Bei der ZWO 2600 / 6200 ist der „Sweetspot Gain“ 100.

Jeder Treiber und jeder Hersteller bezeichnet die verschiedenen Gain Werte aber anders. Also was bei ZWO 100 ist, kann bei Altair durchaus 200 oder 160 sein etc.