Taugt in der Videoastronomie das Nyquist-Kriterium zur Brennweitenanpassung des Kamerarasters?

  • Am Rayleigh-Limit stehen die Beugungsmaxima eines Doppelsterns dann in der Fokalebene einer f/5 Optik weiter als 3,6 µm auseinander. Dadurch ergibt sich bei einer hinreichend hohen Anzahl von Videoframes bereits relativ häufig die Chance zur Registrierung der “Rayleigh-Delle“ mit dem lokalen Beleuchtungsschema “0o0“ auf dem 2,4 µm Kameraraster.

    Bei der dynamischen Verschiebung von Bildinhalten auf dem Kamerarchip infolge des atmosphärischen Seeings kommt es hinreichend oft auch zu lokalen Spreizungen der Bildinhalte, die zur besseren Registrierung feiner Bilddetails beitragen können. Bei der visuellen Beobachtung spricht man ja auch von "blickweiser" Wahrnehmung ...


    CS Jan

  • Woraus schließt du, dass mit der Aufnahme das Beugungslimit erreicht ist? Der Bildvergleich zeigt einzig, Drizzeln ist kein Wunderwerkzeug ...

    Hallo Stefan,


    selbst ein erwartungsgemäß funktionierendes Drizzeln bringt aber auch dann keine Verbesserung, wenn man sich mit dem vorhandenen Kameraraster bereits am Auflösungslimit der optischen Übertragungskette befindet. Das Auflösungslimit ergibt sich aus dem Zusammenwirken von Beugung und Seeing.


    CS Jan

  • selbst ein erwartungsgemäß funktionierendes Drizzeln bringt aber auch dann keine Verbesserung, wenn man sich mit dem vorhandenen Kameraraster bereits am Auflösungslimit der optischen Übertragungskette befindet. Das Auflösungslimit ergibt sich aus dem Zusammenwirken von Beugung und Seeing.

    Du arbeitest unter der Abtastungsgrenze, also muss nach deinen Überlegungen Drizzeln eine Verbesserung bringen. Und wenn das der Fall ist, müsste Drizzeln sogar eine Verbesserung bringen, wenn du am Auflösungslimit arbeitest- Drizzeln soll ja nach deinerDenke nichtaufgelöste Details hervorzaubern.


    Ansonsten mal der Verweis auf deinen letzten Versuch, deine Vorgehensweise als funktionierend zu beschreiben. Erfahrungsbericht: Kamera- und Bildauflösung in der Videoastronomie


    Und dazu noch was aus dem Nachbarforum Auflösungsvermögen und Sampling - hier hat Gerd praktisch nachgewiesen, wie sich alles verhält, also nicht nur mit den theoretischen Zusammenhängen argumentiert.

  • (1) Du arbeitest unter der Abtastungsgrenze

    (2) Ansonsten mal der Verweis auf deinen letzten Versuch, deine Vorgehensweise als funktionierend zu beschreiben.

    (3) Auflösungsvermögen und Sampling - hier hat Gerd praktisch nachgewiesen, wie sich alles verhält, also nicht nur mit den theoretischen Zusammenhängen argumentiert.

    Hallo Stefan:


    (1) In #52 glaube ich gerade aufgrund der ausbleibenden Wirkung des Drizzelns deutlich gemacht zu haben, dass ich mit der oben gezeigten Mondaufnahme sehr wohl das Auflösungsvermögen der optischen Übertragungkette über die Atmosphäre und den Spiegel erreicht habe, auch wenn die für ungestörte Übertragung gültige Abtastgrenze gemäß Nyqvist-Kriterium formal unterschritten wurde.


    (2) An welcher Stelle widerspreche ich denn in der gegenwärtigen Diskussion Deiner Ansicht nach den früheren Erkenntnissen?


    (3) Gerd hat damals mit Siemenssternen und Standard-Kit Zoom-Optik ohne atmosphärische Störungen, Video, Alignment und Stacking gearbeitet und seine praktischen Versuche im übrigen damit begründet, dass sich "auf theoretischer Basis nur eine recht schwammige Aussage machen lässt".


    CS Jan

  • Hallo Stefan und Jan,


    ich fänd's gut, wenn ihr bei euren Beiträgen die bereits gewonnenen Erkenntnisse berücksichtigt, versucht zur verstehen, was der andere gemeint hat, und etwas weniger offensiv / missverständlich formuliert. Das würde der Diskussion guttun... ich hatte den Eindruck, dass jetzt einiges verstanden ist und man sich über manches nicht mehr kloppen muss. Irgendjemand schreibt hier immer was von "gallisches Dorf..." :)


    Gebt mir doch dann Bescheid, wenn's in der Sache was Neues gibt.


    Danke und viele Grüße, Holger

  • Hallo Beisammen,


    Ich hab jetzt nicht alles gelesen, aber finde ganz wichtig, dass bei z.B 1000 Frames vom Jupiter, der Planet ja in sich wandert und auch herum springt. Wenn dabei der Rand des Planeten über eine Pixelgrenze streicht, dann kann man hinterher durch Vergleich der Pixelwerte vs Zeit die Lage der Planetekante mit über Pixel Genauigkeit berechnen. So ein Programm wie AS!3 macht das evtl. sogar intern automatisch, oder wenn man da das Drizzle anschaltet. In jedem z.b. 2x gedrizzelten Frame könnte man dann Jupiters Rand auf 2x Genauigkeit festlegen.

    Bei den Astrometrie Programmen wird ja ein Schwerpunkt der PSF auf 1/100 Pixel und besser gemessen. Z.B. Astrometrica.


    Mir fällt der Vergleich CMOS Hardware / Software Binning ein. Da macht es (in Grenzen) keinen Unterschied, ob man in der Camera oder Software Binning macht.


    Im Kontext des Themas hier ist es wahrscheinlich gleich, ob wir in der Camera kleinere Pixel nehmen oder in AS!3 drizzlen. (Alles in Grenzen)


    Clear Skies

    Gert

  • Im Kontext des Themas hier ist es wahrscheinlich gleich, ob wir in der Camera kleinere Pixel nehmen oder in AS!3 drizzlen. (Alles in Grenzen)

    Hallo Gert,


    vielen Dank für Deinen Kommentar, der mich sogleich veranlasst hat, nach einer Möglichkeit zu suchen, die von Dir angesprochenen Grenzen zu lokalisieren. Wir hatten ja im Laufe der Diskussion bereits festgestellt, dass unter den Bedingungen der Videoastronomie das Rayleigh-Kriterum möglicherweise von größerer Bedeutung ist für die Brennweitenankopplung einer Digitalkamera an der Auflösungsgrenze der Optik als das Nyquist-Kriterium.


    Leider konnte ich jetzt mit der oben gezeigten Theophilusaufnahme die Untergrenze nicht in zufriedenstellender Weise lokalisieren, weil die Aufnahme bereits an der mir sinnvoll erscheinenden Untergrenze der Brennweite entsprechend f/D = 2*p/µm gewonnen wurde. Aus diesem Grunde habe ich nun eine ältere Jupiteraufnahme genommen, die mit 2,93*p aufgenommen wurde, und deren Rasterauflösung durch Zwischenverkleinerungen rückwirkend auf 2,05*p und 1,37*p reduziert. Hier ist das Ergebnis:


    Jupiter_2010_Zwischenverkleinerungen.gif


    Wie man sieht, tritt ein merklicher Verlust an Bildauflösung tatsächlich erst unterhalb von f/D = 2*p/µm auf.


    CS Jan

  • Nimmst Du auch die gleichen Wavelets in Registax?

    Die zwischenverkleinerten Bilddateien habe ich in Fitswork mit jeweils denselben Gauß-Schärfungen bearbeitet.


    CS Jan


    P.S. - Für die letzte GIF-Version hatte ich nach den Zwischenverklleinerungen gar nicht mehr nachgeschärft. Das lässt sich in Fitswork leicht nachprüfen: Das mit f/D = 2,93*p/µm und 1,4x Nachvergrößerung gewonnene Originalbild jeweils linear verkleinern und sogleich mit dSinc zurückvergrößern.

  • Hallo Stefan und Jan,

    Gebt mir doch dann Bescheid, wenn's in der Sache was Neues gibt.

    In einem kürzlich aktualisierten Tutorium zur Planetenfotografie bei Cloudy Nights wird inzwischen die Faustformel ausgegeben, man solle die Videokamera mit einem Öffnungsverhältnis entsprechend der Teleskopöffnung in cm ankoppeln, an einem 10" Teleskop also mit f/25 - oder auch (Zitat): "in good seeing, set the focal ratio to 5x the pixel size of the camera", also f/D = 5*p/µm. Dort unternimmt man erst gar nicht den Versuch einer Begründung anhand des Nyquist-Kriteriums, sondern beruft sich einfach auf eine ältere Diskussion aus dem Jahr 2013.


    Mit den von mir empfohlenen 2*p/µm habe ich im dortigen Planetenforum natürlich keinen Blumentopf gewinnen können, auch nicht, nachdem ich versucht habe den Sachverhalt anhand einer aktuellen Marsaufnahme visuell darzustellen:


    Mars_230208_pf43ybm5.gif


    Die grobe Pixeldarstellung zeigt hier, wie genau das von meinem 10" f/5 Spiegel erzeugte Marsbild auf dem 2,4 µm Pixelraster der ASI178MM ankommt, also bei f/D = 2,05*p/µm, und was mit Hilfe der Video- und Bildberbeitung am Ende daraus entsteht.


    CS Jan

  • Hallo Jan,


    meine Meinung: für eine klare Empfehlung reicht's halt einfach nicht, deshalb gibt's keinen Blumentopf- "probiert's mal aus, es ist zwar ein Ansatz, der prinzipbedingt von vornherein etwas weniger Kontrast liefert, aber denn Unterschied sieht man eh nur bei perfekten Bedingungen, und wann hat man die schon mal" wäre so das Maximum aus meiner Sicht - dazu der Vorteil, auf die zusätzliche Barlow verzichten zu können, und der grundsätzliche Nachteil von allem, was irgendwie anders und ungewohnt ist. Schau halt, dass Du Dich da nicht verrennst.


    Herzliche Grüße, Holger

  • Hallo Jan,


    Das steht ja auch nicht im Widerspruch zu meiner Aussage... trotzdem bleibt's in der Kategorie "kann man machen, wenn man Spaß dran hat, muss man aber nicht..."

    Wenn Du ab und zu einen motivieren kannst, das auch mal auszuprobieren, kannst Du schon zufrieden sein.


    Herzliche Grüße, Holger

    :milky_way: 10" f/5 Newton-Bino :comet: 120mm f/5 Achromaten-Bino :hammer_and_wrench: 8" f/8 Jones-Schiefspiegler-Bino

  • "kann man machen, wenn man Spaß dran hat, muss man aber nicht..."

    Hallo Holger,


    vielen Dank für Deine trostspendenden Worte ! Was Du bei den Vorteilen der kurzen Brennweitenankopplung vergessen hast: Ohne 2x Balow kann man 4x kürzer belichten und man hat in derselben Zeit 4x mehr Videoframes im Stack. Beides ist ja genau im Sinne der Videoastronomie. Außerdem wird bei ausgedehnteren Objekten, insbesondere am Mond, eine 4x größere Fläche erreicht.


    Im übrigen finde ich es einigermaßen bedenklich, wenn gerade Neulinge im Feld der Mond- und Planetenfotografie auf der Basis von schlichtweg abgeschriebenen Altdokumenten mit irreführenden Gebrauchsanweisungen und Kaufempfehlungen versorgt werden.


    CS Jan

  • Hallo Jan,


    ich frag mich gerade wirklich, wie viel Du von der Diskussion hier im Thread auf- und mitgenommen hast... es scheint wirklich aussichtslos.


    Viel Spaß noch mit den großen Pixeln,


    Holger

    :milky_way: 10" f/5 Newton-Bino :comet: 120mm f/5 Achromaten-Bino :hammer_and_wrench: 8" f/8 Jones-Schiefspiegler-Bino

  • Immerhin kann ich ja mit ein paar Bildnachweisen dienen ...

    Das sehe ich nicht so. Ich kann auf den Bildern nicht die Maximalauflösung von einem 10" Spiegel erkennen.


    Du hast ja scheinbar kein optisches Messlabor, dann würde diese sinnlose Diskussion hier nicht stattfinden.

    Aufgrund der mathematischen Zusammenhänge zwischen Brennweite und Pixelgröße ergibt sich die maximale Auflösung.

    Da der Übergang nicht abrupt stattfindet, "geht" immer noch ein bisschen "mehr", aber auch wirklich nur ein bisschen.


    Es ist ja auch komisch: Wenn ich mit einfachen Formeln die theoretische Auflösung bestimme kommt in der Praxis auch der errechnete Wert heraus.

    Ich mache Dir mal einen Vorschlag: Die theoretische Auflösung von Deinem Spiegel ist 0,48". Dann löse doch mal Priscilla (0.6") und Alan (0,78") auf.

    Die beiden Krater sind leicht zu finden in der Kraterkette Catena Davy, die in nordöstlicher Richtung durch das Innere des Kraters Davy Y verläuft, der im
    Osten des Mare Cognitum liegt. Die Daten habe ich für den 28. Februar 2023 19:30 Uhr MEZ gerechnet


    CS Bernd

  • Die theoretische Auflösung ...

    Hallo Bernd,


    es geht hier wohl eher um das Auflösungsvermögen unter bestmöglichen Sichtbedingungen. Vielleicht wäre es realitätsnäher (und freundlicher), wenn Du meine Bildergebnisse hier nicht an NASA-Fotos orientierst und sie statt dessen mit anderen Amateuraufnahmen vergleichst, die unter entsprechenden Bedingungen mit 10" Öffnung gewonnen wurden.


    CS Jan

  • Hallo Jan,


    da haben wir uns wohl falsch verstanden...


    Das Foto ist nur ein Beispiel, welche Krater eine 10" Optik (im Grenzbereich) Auflösen kann. Ich hätte auch gerne eine eigene Aufnahme von mir genommen- leider habe ich keinen

    10"-Refraktor :), der den (die) Krater darstellen kann.

    Natürlich wird man mit einem Amateurinstrument nur den hell-dunkel Übergang darstellen können, das ist natürlich klar.

    Ich nehme die Kraterkette Catena Davy immer gerne als Testobjekt, Wie schon geschrieben ist ein günstiger Moment für so eine Aufnahme am 28. Februar.


    CS Bernd

  • Hallo Bernd,


    vielen Dank für die ergänzenden Erläuterungen. Inzwischen kann ich auch noch ergänzendes Bildmaterial und Erläuterungen zu einer auf meiner Website geposteten Aufnahmen nachliefern, die mit f/D = 2,05*p/µm gewonnen wurde.


    Theo_230212_cr.jpg


    Theo_230212_cr_cr_mag8.jpg


    Wir sehen oben einen unmittelbar von meiner Website entnommenen Bildausschnitt (blauer Rahmen) und darunter einen wiederum daraus entnommenen Ausschnitt (gelber Rahmen) in 8-facher Lupendarstellung. Der Bildmaßstab ist mit 0,21"/px angegeben. Die beiden eng stehenden Kleinkrater links neben der Bildmitte haben demnach einen Abstand von rund 0,8" mit einer noch deutlich erkennbaren Trennung. Es wurde mit Rotfilter bei einer mittleren Lichtwellenlänge von 630 nm aufgenommen. Das Rayleigh-Limit liegt hier bei 0,51". Zwischen dem "gemessenen" Abstand der Krater und dem nach Rayleigh zu erwartenden Minimalabstand am Beugungslimit verbleibt eine Differenz von 0,3". Diese Differenz sollte man gewiss einem nach den videografischen Prozeduren (Zurechtrückung von Bilddetails und Stacken) verbleibenden Rest-Seeing von 0,3" FWHM zuordnen dürfen.


    CS Jan

  • Abstand von rund 0,8"

    Hallo Bernd,


    die Abstandsmessung lässt sich noch erheblich vereinfachen, indem man den von meiner Website entnommenen Bildausschnitt nochmal um den Faktor 2.1 vergrößert. Damit ergibt sich nämlich eine Bildauflösung von 0,1"/px, und wir können die in Fitswork angebotene Abstandsmessung mit Hilfe einer Pixellinie anwenden:


    Theo_230213_cr_x2.1_Pixellinie.jpg


    Theo_230213_Pixelwerte.jpg


    Diese Auswertung ergibt also einen Abstand von 0,7" zwischen den beiden Kleinkratern, und wir liegen noch ein gutes Stück oberhalb des Rayleighlimits von 0,5". Mit dieser Analyse bin ich offenbar schon weitgehend dem von Dir vorgeschlagenen Test an einer Kleinkraterkette nachgekommen. Der Test sollte ja der Nachprüfung dienen, ob man mit einer Kameraankopplng bei f/D = 2*p/µm tatsächlich die Auflösungsgrenze einer Teleskopoptik erreicht.


    CS Jan

  • Hallo Jan,



    Die beiden eng stehenden Kleinkrater links neben der Bildmitte haben demnach einen Abstand von rund 0,8" mit einer noch deutlich erkennbaren Trennung.

    Welche Krater meinst Du? Ich habe immer Probleme mit der Erkennung.


    Für meine Optiktests nehme ich immer genau definierte Testplatten, da muss ich dann auch nicht rechnen und kann das Ergebnis direkt sehen.

    Ich kann Dir ja gerne mal den Aufwand schildern der nötig ist, um immer gleiche, reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.


    CS Bernd

  • in dem zuletzt gezeigten Bildausschnitt ist eine dünne Linie zu erkennen, die die beiden Krater verbindet, und entlang derer Fitswork die im Diagramm eingetragenen Grauwerte ermittelt hat.

    Hallo Jan,

    das sind keine Krater, das sind Schatten, die sich am Kraterrand von Cyrillus bilden. Wenn ich mal einen Mond-Tag ablaufen lasse, kann man das sehr
    schön beobachten.

    Ich füge mal eine 3D-Ansicht ein, wie die Gegend räumlich aussieht. Aber auch bei der Simulation haben die Schattenabstände immer noch mehrere Kilometer.


    Wie schon geschrieben, nimm doch bitte mal die Kraterkette Catena Davy, da sind alle Größen vertreten.


    CS Bernd

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