Bildhelligkeit monokular und binokular im Vergleich

  • Hallo zusammen,


    Über den Gewinnfaktor von binokularer über monokular Beobachtung ist viel geschrieben und diskutiert worden. Oft geht man von einem Faktor Wurzel zwei aus, die Fläche der Öffnung verdoppelt sich, ein 100 mm Binokularteleskop bringt bei Deep Sky ähnlich viel wie 140 mm monokular, die Winkelauflösung wird aber nicht erhöht. Bei Cloudy Nights hieß es vor längerer Zeit der Faktor wäre etwas kleiner, nur 1.2.


    Ich bin jetzt eher durch Zufall auf den Aspekt der Bildhelligkeit gestoßen, vielleicht ist das auch längst bekannt, doch ich berichte mal trotzdem. Wenn man bei binokularer Beobachtung eines der beiden Objektive abblendet oder vollständig abdeckt wird das Bild dunkler. Letzteres könnte man auch ohne Fernglas sehen, doch weil dann gleichzeitig das Gesichtsfeld verkleinert wird und man ein Augen zu kneift fällt es nicht richtig auf. Als Test habe ich nun die Objektive verschieden stark abgeblendet und die Bildhelligkeit mit der bei monokularer Beobachtung verglichen. Der Wechsel geht innerhalb ca. einer Sekunde von statten, so ist ein Helligkeitsvergleich halbwegs genau. Die Parameter, 60 mm maximale Öffnung, 28 fache Vergrößerung ergeben etwa 2 mm Austrittspupille, ein Nachmittag mit bedecktem Himmel mit Blick in einen Laubbaum, die Austrittspupille also immer kleiner als die Augenpupille. Abends am Sternenhimmel habe ich zur Kontrolle nochmal einiges geprüft, und die Ergebnisse scheinen mir konsistent.





    Etwas überraschend, selbst wenn ein Objektiv auf 25 mm abgeblendet wird, bleibt der binokulare Eindruck bestehen, das Bild wirkt allerdings etwas dunkler. Ich habe dann verschiedene Abblendungen verglichen, und eine symmetrische Abblendung auf 43 mm entspricht einer Bildhelligkeit wie bei 60 mm monokularer, also dem Faktor Wurzel 2. Auch andere Kombinationen zeigen, dass die binokulare Bildhelligkeit praktisch durch die Gesamtfläche der Optik gegeben ist. So erklärt sich der o.g. Gewinnfaktor Wurzel zwei ganz natürlich. Und es wird auch plausibel, dass man binokular bei Objekten mit extrem geringer Flächenhelligkeit Dinge sehen kann die monokular gar nicht zu erkennen sind, auch nicht mit der größten Austrittspupille. Noch ein Beispiel, die Kombination 60 mm und 25 mm entspricht dann etwa 46 mm binokular mit beiden Augen bzw. 65 mm monokular.


    Beste Grüße


    Thomas


    p.s sorry, es gelingt mir nicht das doppelte Bild zu löschen, weder in der Vorschau noch dem was ich speichere ist es sichtbar, Wie lässt es sich entfernen?

  • Hallo Thomas,


    ...schöner Vergleich. :thumbup:

    ...gefällt mir. :)


    Das zeigt, das der Zentralrechner zwischen den Ohren auch mit einem "Mehr" an Informationen (durch das zweite Auge) auch wirklich etwas anfangen kann.



    Auch andere Kombinationen zeigen, dass die.....Bildhelligkeit praktisch durch die Gesamtfläche der Optik gegeben ist.

    ...die Evolution hat's vorgemacht u. ...in Form des VLT (vier "Augen") wurde das Prinzip erweitert.


    CS

  • So erklärt sich der o.g. Gewinnfaktor Wurzel zwei ganz natürlich. Und es wird auch plausibel, dass man binokular bei Objekten mit extrem geringer Flächenhelligkeit Dinge sehen kann die monokular gar nicht zu erkennen sind, auch nicht mit der größten Austrittspupille.

    Hallo Thomas,


    großartig- vielen Dank für diesen spannenden Beitrag und Deinen experimentellen Nachweis.


    Ich beobachte ebenfalls binokular und möchte dies nicht mehr missen. Mein Setup ist ein Baader Großfeldbino mit den Eudiaskopischen Okularen und den Genuine Orthos - beides ebenfalls von Baader.


    Spannend wäre noch ein Vergleich binokular mit Okularen im mittleren Preisbereiche (z.B. ebendiese) mit monokularen High End Okularen z.B. TeleVue Ethos.


    Vielen Dank und CS

    Thomas

  • Hallo Thomas,


    schönes Experiment, vielen Dank!


    Das Gehirn hat schon extrem viel "Rechenpower", wenn ihm zwei bildgebende Quellen zur Verarbeitung zugespielt werden. Die Helligkeitsunterschiede erlebe ich jedesmal z.B. am Orionnebel, wenn ich bei Dioptrineinstellung ein Auge jeweils mal blind laufen lasse.

    Noch viel krasser finde ich den Umstand, daß aus zwei unscharfen Bildern ein schärferes Gesamtbild gerechnet werden kann im Kopf.


    Gruß

    Johannes

  • Hallo Thomas,


    sehr schöner Test. Ich denke ebenfalls, dass Faktor 1,4 hinkommt. Aber auch wenn es beugungsbedingt bei der Auflösung keine Steigerung gibt, findet doch bei der Detailwahrnehmung ein Zugewinn statt, der über dem der Beobachtung mit einem Binokularansatz liegt. Bei diesem wird nämlich nur ein identisches Bild auf das zweite Auge gegeben. Das ermöglicht dem Gehirn nur, die individuellen Mängel des jeweiligen Auges herauszurechnen (was bereits ein großer Vorteil ist). Bei der echten Binokularbeobachtung bekommen die Augen jedoch vom Seeing unterschiedlich gestörte Bilder. Dadurch kann das Gehirn echtes lucky imaging betreiben und ein gemitteltes Bild berechnen. Ich schätze, so gut wie jeder Binobeobachter kennt den Effekt: Man fokussiert nacheinander die beiden Binohälften und ist jeweils monokular nicht richtig glücklich mit dem Ergebnis, weil das Bild bewegt ist, flimmert und sich nicht ganz auf den Punkt fokussieren lässt. Dann schaut man mit beiden Augen, und plötzlich ist das Bild viel besser. Dieser Effekt fiele deutlich weniger auf, wenn wir mal wirklich absolut stehende Luft hätten, aber weil das so gut wie nie der Fall ist, bringt ein Bino praktisch immer eine bessere Detailwahrnehmung als ein Monokular.


    Apropos: Doppelte Bilder im Post löschen. Mit IOS (Apple) klappt das bei mir auch nicht, aber wenn ich mit Windows auf den Beitrag gehe, funktioniert es problemlos.


    CS

    Jörg

  • Hallo zusammen,


    vielen Dank für die verschiedenen Rückmeldungen und Kommentare, sorry, ich komme erst spät darauf zurück.


    Der Faktor etwa Wurzel 2 ist ja nicht neu und wohl auch erwartet, auch aus der Perspektive dass sich das Rauschen bei zwei Bildern verringert , analog zu den Fall wenn man zwei Fotos digital addiert. Andererseits könnte man sich auch vorstellen, dass das Gehirn anders mit zwei Bildern umgeht. Überrascht hat mich etwas dass selbst bei recht verschieden großen Öffnungen, konkret bei der Abblendung von 60 mm auf 25 mm für ein Auge der Eindruck binokularer Beobachtung weitgehend bestehen bleibt, auch wenn der Einblick etwas weniger komfortabel ist und die Bildhelligkeit etwas abnimmt.


    beste Grüße


    Thomas

  • Überrascht hat mich etwas dass selbst bei recht verschieden großen Öffnungen, konkret bei der Abblendung von 60 mm auf 25 mm für ein Auge der Eindruck binokularer Beobachtung weitgehend bestehen bleibt, auch wenn der Einblick etwas weniger komfortabel ist und die Bildhelligkeit etwas abnimmt.

    Hallo Thomas,


    das ergibt sich aus der Flexibilität des Gehirns bei der Bildverarbeitung. Viele Menschen haben unterschiedlich leistungsfähige Augen, doch von den Schwächen des einen merken sie beim zweiäugigen Sehen so gut wie nichts, weil das Gehirn das bessere Bild stärker gewichtet. So auch in Deinem experimentellen Fall. Wahrscheinlich wird die Helligkeitsinformation der abgeblendeten Seite so lange mit der der unabgeblendeten überschrieben, bis der Unterschied durch weiteres Abblenden zu groß wird. Ähnliches dürfte bei unterschiedlicher Auflösung passieren.


    Die Linsen in unseren Augen sind in der Regel ziemlicher „Schrott“ und weit von der Genauigkeit entfernt, die selbst die billigste Optikproduktion heute erreicht. Aber verarbeitet werden die damit erzeugten Bilder von einem leistungsfähigen neuronalen Computer, der seine Software ständig weiterentwickelt. Bildversatz, Vignettierung, Zonenfehler, chromatische Aberration – das alles lässt sich von so einer Software wegrechnen. Voraussetzung ist, dass dieses System trainiert wird. Und das machen visuelle Beobachter.

    Eine Analogie findet das in modernen Digitalkameras. Die haben zwar deutlich bessere Objektive, doch auch hier verbessert eine lernfähige Software die Rohbilder gsnz erheblich. Das geht aktuell bis zum Einsatz von KI, die im Drang nach dem vermeintlich besten Bild mitunter über das Ziel hinausschießt. Aber keine Angst, ich denke auch das unterliegt einem Lernprozess und wird in naher Zukunft kaum noch vorkommen.


    CS

    Jörg

  • ..


    das ergibt sich aus der Flexibilität des Gehirns bei der Bildverarbeitung. Viele Menschen haben unterschiedlich leistungsfähige Augen, doch von den Schwächen des einen merken sie beim zweiäugigen Sehen so gut wie nichts, weil das Gehirn das bessere Bild stärker gewichtet. So auch in Deinem experimentellen Fall. Wahrscheinlich wird die Helligkeitsinformation der abgeblendeten Seite so lange mit der der unabgeblendeten überschrieben, bis der Unterschied durch weiteres Abblenden zu groß wird. Ähnliches dürfte bei unterschiedlicher Auflösung passieren.

    ...

    Hallo Jörg,


    ich habe noch einen ergänzenden Vergleich gemacht und der zeigt, zumindest für mich, dass die Helligkeitsinformation und die Bildschärfe leicht anders vom Gehirn gewichtet wird. Bei der Helligkeit und damit auch wie schwache Objekte sichtbar sind zählt die gesamte Fläche. bei der Bildschärfe scheint dies anders zu sein:


    Zum Vergleich, hier habe ich ein gallilesiches Orion 2x54 verwendet und wieder mit Objektivdeckeln jeweils eine der Hälften abgedeckt und eine Testtafel mit Strichmustern angeschaut und dann schrittweise für ein Auge defokussiert, sodass ich mit diesem Auge nur noch die Hälfte oder gar ein Drittel auflössen konnte. Wenn ich dann mit beiden Augen schaue, kann ich immer noch die feinsten Strukturen auflösen, doch bei der starken Defokussierung spüre ich schon eine Irriattion, bei der schwächeren ist die nur gering. Wenn ich nur schwach defokussiere, so dass die Auflösung um geschätzte 30 % sinkt spüre ich praktisch keine Irritation mehr.


    Dies passt auch zu der Prozedur, wie man beim Fernglas den Dioptrienausgeleich einstellen soll, nämlich für jedes Auge einzeln scharf stellen, Wenn man mit beiden Augen gleichtzeitig durch das Fernglas schaut verpasst man die beste Einstellung, in der Bildschärfe mach sich ein Fehler kaum bemerkbar ( Dies liegt nicht an der Akkomodation, wenn man die z.B. sehr entfernte Objekte anschaut).


    De facto scheint das Gehirn also das Beste aus den vom Augen gelieferten Daten zu machen. Bei der Helligkeit wird die eingesammelt Lichtmenge von beiden Hälften verwendet um daraus eine Summe zu bilden so dass man schwächere Objekte als mit einem Auge sehen kann und bei der Auflösung wird das schärfere Bild sehr viel stärker gewichtet.


    beste Grüße


    Thomas

  • Hallo Thomas,


    ein weiterer interessanter Vergleich. Ich weiß nur nicht, ob man den Auflösungsverlust durch Defokussieren simulieren kann. Fürchte, dass dadurch das betreffende Auge andere Informationen verarbeitet – nämlich die eines unscharfen Bildes. Und die werden dann mit dem Scharfen „gemittelt“. Der von mir beschriebene Ausgleich funktioniert nur, wenn eine Seite ein „unauffällig schlechteres“ Bild bekommt – entweder durch eine geringere Leistungsfähigkeit des Auges oder durch eine optisch etwas schlechtere Fernglashälfte.


    CS

    Jörg

  • Hallo Jörg,


    vielleicht missverstehe deinen Punkt, doch ich denke schon, dass sich ein Auflösungsverlust durch Dekokussierung simulieren lässt. Das hängt sicher auch vom Objekt ab, doch wenn man nur leicht defokussiert ist der Effekt ähnlich, wie wenn man eine kleinere Öffnung verwendet, das Beugungsscheibchen wird etwas vergrößert.


    Im Vergleich mit dem Orion 2x54 mit der Paterson Testtafel konnte ich durch Defokussieurng die Bildqualität recht erheblich verschlechtern, z.B. dass es nur gelang die halbe Strichzahl aufzulösen, doch wenn ich mit beiden Augen schaute merkte ich bis auf eine kleine Iritation kaum etwas davon. Nachts am Sternenhimmel mag dies etwas anders sein. Zum Scharfstellen nachts am Sternenhimmel verschiebe ich bei meinem Bino mit EMS Spiegel erstmal die Bilder der beiden Augen und bringe sie dann nach dem Scharfstellen zur Deckung. Das Bild wird dann kaum schärfer, doch die Beobachtung ist entspannter, weil die o.g. Irritation entfällt, die beim Scharfstellen oft kaum auffällt, gerade wenn der Fehler beim Fokussieren gering ist.


    Also, unter dem Strich, im ganz o.g. Beispiel, dem Bino mit 60 mm würde ich erwarten, dass man bei der Auflösung von Doppelsternen überhaupt nichts davon merkt, wenn man ein Objektiv auf 25 mm abblendet. Wenn man aber statt durch Abblenden die Schärfe entsprechend durch Defokussieren reduziert würde ich erwarten, dass das Ergebnis von der Helligkeit des Sterns abhängt: Recht Lichtschwache würden ähnlich wie durch Abbblendung reagieren, bei sehr Hellen würde ich erkennen, dass ich für ein Auge schlecht fokussiert habe.


    beste Grüße


    Thomas

  • Hallo Thomas,


    ja, ich hab das wahrscheinlich zu plakativ verstanden. Bei ganz leichter Defokussierung wirst Du recht haben. Ich war etwas irritiert, weil ich an stärkeres Defokussieren gedacht hatte, bei dem ein schon auf den ersten Blick unscharfes Bild entsteht. Das könnte das Gehirn dann nicht mit Information von der anderen Seite auffüllen, sondern müsste es irgendwie unterdrücken, damit es die Details vom scharfen Bild nicht durch Unschärfe überlagert.


    Vielleicht könntest Du so einen Test noch mal mit einem „richtigen“ Bino (Kepler-Fernrohre) machen. Das Galilei-Prinzip ist doch eher ein Sonderfall und verhält sich möglicherweise anders. Ich denke da an die viel zu große Austrittspupille, von der die Augen nur einen Bruchteil verwerten können. Was passiert im Galileiglas beim Fokussieren? Bei einem Kepler ist dagegen optisch alles viel definierter.


    CS

    Jörg

  • Hallo Jörg,


    mit einem klassischen Fernglas wie dem Canon 10x42 ist das Ergebnis sehr ähnlich, etwas anderes hätte mich auch gewundert.


    Wenn ich für ein Auge mit der Dioptrieneinstellung das Bild unscharf mache merke ich bei geringen Dekossierung nichts davon, ab einem gewissen Punkt setzt eine leichte Irritation ein und der Anblick wird anstrengender. Wenn ich aber nur mit einem Auge durch die defokussierte Hälfte schaue ist der Schärfeverlust eklatant, viele Details nicht erkennenbar, kleine Schrift nicht lesbar.


    Also wie gesagt, bei Deep Sky wird das Bild binokular heller und man hat einen echten Gewinn. Wenn es nur auf Auflösung ankommt, wie bei Doppelsteren, liefert binokular nicht mehr, die Beobachtung ist aber binokular viel angenehmer. Wenn eine Hälfte des Binos geringere Qualität hat oder sogar deutlich kleinere Öffnung, wird man dies bei der Schärfe, der Trennung von Doppelsternen kaum bemerken. Ich denke tagsüber, wenn man z.B. Vögel beobachtet wird es ähnlich sein,


    beste Grüße


    Thomas

  • .....Also wie gesagt, bei Deep Sky wird das Bild binokular heller und man hat einen echten Gewinn. Wenn es nur auf Auflösung ankommt, wie bei Doppelsteren, liefert binokular nicht mehr, die Beobachtung ist aber binokular viel angenehmer.......

    Hallo Thomas,


    ich würde sagen, binokular liefert auch wenn es rein um Auflösung geht noch, eben weil die Beobachtung viel angenehmer ist.


    Gerade mit einem Fernglas kann man am Mond sehr gut feststellen, dass beim Wechsel von anfänglicher einäugiger Beobachtung auf Beobachtung mit beiden Augen die scheinbare Vergrößerung steigt. Der Mond wird scheinbar größer. Ob das nun Faktor 1,2 oder 1,4 ist, mag individuell unterschiedlich gesehen werden, aber die allermeisten Menschen (nicht alle) sehen das.

    Das funktioniert natürlich auch mit Teleskopen und bei hohen Vergrößerungen und dann ist es einfach so, dass vorhandene Deteils leichter zu detektieren, also zu erkennen sind, wenn sie bei gleicher Auflösung größer erscheinen.


    Hier ist es also die Anbindung des Auges, der Augen, des individuellen Visus, unsere Anpassung an beidäugiges Sehen, die den Unterschied macht, auch wenn das Teleskop eben nur liefert, was es auflöst.

    Daher funktionieren z.B. nicht nur Doppelfernrohre, sondern auch Binoansätze hinter einem Teleskop für viele Menschen gerade im Hochvergrößerungsbereich sehr gut, obwohl kein Lichtgewinn zu verzeichnen ist, sondern sogar ein Aufteilung des vorhandenen Lichts erfolgt.


    Gruß

    Günther

    Jeder macht sich die Probleme die er haben möchte,

    sei es um sie zu lösen oder um sie zu pflegen.

    Einmal editiert, zuletzt von Cateye () aus folgendem Grund: Rechtschreibung

  • Hallo zusammen,


    ich würde sagen, binokular liefert auch wenn es rein um Auflösung geht noch,....

    ....dem kann ich nur zustimmen. (zumindest was meinen Visus betrifft)


    Als Versuchsobjekt mußte Jupiter (mit Monden) herhalten, den ich mit ´nem (aufgelegten) 8x42 Fernglas beobachtete...:


    .... ´´Meine Augen´´ u. meine interne Signalverarbeitung zeigen im 8x42 Fernglas binokular immer Jupitermonde.

    Einäugig ist diese Erkennbarkeit der Jupitermonde (für mich) nicht immer gewährleistet.


    (Einäugig heißt in diesem Falle das ein Objektiv mit Deckel verschlossen wurde, was weniger anstrengend ist als ein Auge zuzukneifen)

  • Servus Zusammen,

    ich würde sagen, binokular liefert auch wenn es rein um Auflösung geht noch, eben weil die Beobachtung viel angenehmer ist....


    ... Ob das nun Faktor 1,2 oder 1,4 ist, mag individuell unterschiedlich gesehen werden, aber die allermeisten Menschen (nicht alle) sehen das.

    das kann ich auch bestätigen. Ich teste immer noch ein Denkmeier Binotron und dachte anfangs, dass mit der integrierten Barlow (Power-Switch) etwas nicht stimmt.


    Mit 5.400mm Brennweite und 25mm Okular (216x) kam mir Jupiter unwahrscheinlich groß vor und hab das Bino raus genommen und monokular die "gleiche" Vergrößerung gesucht. Bei 300x bin ich dann fündig geworden.


    216 x 1,4 = 300x (Zufall $\sqrt{2}$?)


    Gruß Markus

  • Hallo Markus,


    Und das Tolle ist, dass man binokular bei den gleichen Seeingbedingungen höher vergrößern kann, weil die zwei Augen damit besser klarkommen - monokular war meine Standardvergrößerung für "normal schlechte" Bedingungen 130x, während sie binokular 180x ist. Das kommt noch obendrauf. Übrigens ein Faktor 1.38 :) So zumindest meine Erfahrung.


    Herzliche Grüße


    Holger

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