SQM mit Luxmeter und Teleskop messen

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    ich packe das mal hier im Kamera-Forum rein, die letzte SQM Diskussion war in "Teleskop-Selbstbau (ATM)"


    Kann man SQM-Wert [mag/arcsec^2] aus der Hintergrundhelligkeit unserer kalibrierten RAW ausrechnen?

    kalibriertes RAW = Light - Dark, um den Offset abzuziehen


    Ausgangslage sei SQM  von unihedron

    Sensor AOS TSL237S

    http://unihedron.com/projects/darksky/TSL237-E32.pdf

    Filter HOYA CM-500

    NEWPORT INDUSTRIAL GLASS, INC. : HOYA CM-500 FILTER


    Der Sensor wandelt die Strahlung Irradiance [μW/cm2] in eine Frequenz um.

    Der Hoya Filter schränkt den Messbereich von ca. 450-850nm auf ca. 360-600nm ein.


    Eine normale ZWO ASI Mono-Kamera mit Sony-Sensor mit L-Filter (genauer ein IR/UV-Cut-Filter) schränkt die Empfindlichkeit auch auf ca 380 bis 700nm ein.

    ZWO New LRGB Filters for CMOS camera – ZWO ASI


    Es gelten folgende Beziehungen

    (a) für einen Punktstrahler (Stern, Sone) gilt 

    https://de.wikipedia.org/wiki/Scheinbare_Helligkeit

    Code
    E[lx] = 10^-0.4(m[mag] + 14.2)
m[mag] = -14.2 -2.5 log(E[lx])

    Bps: Sirius −1,46 mag bewirkt eine Beleuchtung von 8 μlx


    (b) für einen Flächenstrahler (Nachthimmel) gilt

    Sky Quality Meter

    Code
    Leuchtdichte [cd/m2] =1,08⋅10^5⋅10^(−0,4*SQM)
SQM= -2.5*log (L / 1,08⋅10^5)
SQM in [mag/arcsec^2]


    Sensor ist Sensor, egal ob SQM mit TSL237S oder eine CMOS Astrokamera.

    Beide messen die Strahlung in ihrem Frequenzband.


    Jetzt gehe ich mal davon aus, dass ein unendlich großer Flächenstrahler mit einem Lichtstrom von 1 Lumen/m² auf einer beliebig entfernten Fläche eine Beleuchtungsstärke von 1 Lux = 1 Lumen/m² erzeugt.


    Also kann ich doch in der Dämmerung mit einem normalen Luxmeter einmalig mein Teleskop kalibrieren und aus dem nächtlichen "Light-Dark" mein SQM ausrechnen?


    Beispiel:

    • Luxmeter mit Messauflösung: 0,1 Lux
    • Teleskop mit L-Filter Bereich 400nm-700nm
    • 10 lux mit Luxmeter gemessen in der Dämmerung sei durch das Teleskop auf dem CMOS "Light-Dark" = 4.000 DN (DigitalNumber) bei 1/20s Belichtung 
    • jetzt belichte ich Nachts mit 60s Belichtung und erhalte für "Light-Dark" den Wert 500DN
    • die Belichtung hat sich um den Faktor (60/(1/20))*(4.000/500)=9.600 geändert
    • somit werden aus 10 Lux jetzt 10/9.600=0.00104 Lux
    • Formel s.o.: -2.5*log (0.00104 / 1,08⋅10^5) = SQM 20.0 -> Bortle 5


    Vom Prinzip müsste das ja auch mit einem normalen Fotoapperat anstatt eines Luxmeters  gehen.

    Die Belichtung in EV lässt sich ebenfalls in Lux umrechnen

    Lichtwert in Lux umrechnen

    Code
     Lux = 250/ISO-Wert * 2^EV_Lichtwert



    Habe ich da einen Denkfehler?

    Da das ganze logarithmisch ist, spielen da ein paar Prozent Messungenauigkeit auch keine Rolle.


    ...mich irritiert da noch etwas die Beziehung Lux / Lumen / Candela bei einem flächigen Strahler

    Code
    1 lx = 1 lm/m2 = 1 cd·sr/m2
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    Hallo Jens,


    ich weiß nicht, was du mit 'unserer kalibrierten RAW' meinst. Wenn ich es recht interpretieren, möchtest du aus Daten einer Kamera die Helligkeit des Himmels bestimmen. Grundsätzlich scheint es mir möglich, viele Umrechnungsfaktoren gehen ein, und es kann mühsam werden. Mal sehen ob jemand Lust hat deine Rechnung nachzuvollziehen. Ein anderer Weg wäre deine Kamera mit einem SQM durch Messunen zu kalibrieren, dann könntest du auch prüfen ob deine Rechnung stimmt.


    beste Grüße


    Thomas

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    mit Kalibrierung meinte ich das Abziehen des Darks vom Light.

    Dadurch wird das Offset vom Bias kompensiert und der Messwert beginnt bei Null.

    in Pixinsight heißt dieser Schritt Calibration


    Das Ganze ist auch eher eine Gedankenspielerei, weil es letztendlich nicht weiterhilft, ob man seinen SQM genauer kennt.

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    Hallo Jens,


    klar vom Weg her ist das machbar. Die Produktion des TSL237 wurde eingestellt und die Nachfolgemodelle (bspw. TSL2591) arbeiten alle auf der Basis eines CMOS und ADC.


    Programmatisch kann man bei denen dann sogar Belichtungszeit und Gain einstellen. Teilweise kannst man sich dann sogar aussuchen, was gemessen werden soll, nur das visuelle Spektrum oder Full Range inkl. IR oder beides - spart einen Filter.


    Also würde so einer reichen, statt eine im Verhältnis riesige ASI (wenns auch das kleinste Modell ist) dran zu hängen.


    Geht aber vom Prinzip mir einer Astrocam her natürlich genauso.


    Was du meiner Meinung noch einbringen müsstest in die Berechnung ist die Empfindlichkeit bzw. Response bei schräg einfallendem Licht bzw. den Öffnungswinkel. Die üblichen Lichtsensoren haben da ja eine Datenblatt angegebene Kurve, die in der Berechnung berücksichtigt werden muss, je nach angestrebtem Öffnungswinkel.


    Statt tatsächlichem Darkabzug wäre es meiner Meinung genug, den Durchschnitt eines Masterdarks von den gemessenen Werten abzuziehen, das ist mehr als ausreichend genau.


    Wenn ich nochmal die Versuchung hätte ein SQM zu bauen und da eh mit einer kleinen Astrocam in Gange wäre, also ziemlich in deine Richtung, wäre mein Vorgehen jedoch:


    Die Aufnahme per ASTAP astrometrieren/platesolven lassen und dann den SQM Wert im Light (um den Darksockel bereinigt) anhand bekannter Vergleichssterne ermitteln lassen. Das funktioniert in ASTAP sehr gut und liesse sich bestimmt via Kommandozeilen Interface recht simpel in ein eigenes SQM Programm integrieren.


    Oder zielst du darauf ab, aus dem Ganzen ein tragbares, Computer unabhängiges Gerät zu machen? Ich glaube eher nicht, weil dann müsste ja die ganze Kamerasteuerung ebenfalls programmiert werden, trotz eventuell vorhandener Libaries.


    Grüße,

    Alex

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    Hallo Jens, hallo alle, interessantes Thema!


    Ich konnte keine Fehler in deiner Herleitung finden. Statt der Kalibrierung mit einem Luxmeter kann man auch die Sterne selbst zur Kalibrierung verwenden. So macht es ASTAP, wie Alex bereits erwähnt hat. Soweit ich das verstehe, wird dabei die Intensität von Sternen und Hintergrund auf gleiche Weise errechnet und in Beziehung gesetzt. Bei Oversampling wird das Sternlicht ja ohnehin ebenfalls auf mehre Pixel verteilt.


    Hier ein Beispiel aus meiner Belichtungsreihe vom 06.04.2024, dunstiger Stadthimmel:

    - In ASTAP laden eines Rawfiles und des Masterdarks (in meinem Fall .fits File einer Touptek 2600C an einem 10" f/4 Newton ohne Filter). Am besten ein Bild mit viel Hintergrund und wenig ausgedehnten Nebel oder Galaxie verwenden).

    - Platesolven lassen

    - Unter Tools, SQM Report based on Image klicken

    - Eingabe von Höhe und Breite des Standortes


    Aus Standort, Zeit (aus dem Bildheader) und Ra./Dec Koordinaten des Bildes wird die Höhe über Horizont und daraus die AirMass berechnet und auf AirMass=1 normiert. Aus den nun bekannten Sternmagnituden wird deren Intensität (ADUs auf dem Bild) mit der des Himmelhintergrundes verglichen und daraus der SQM in mag/arcsec^2 ermittelt. Das sieht in ASTAP SQM Measurement so aus:



    Statt ein Dark mit reinzuladen, kann man auch den Offset (=Pedestal) direkt eingeben.

    Ich habe das Tool inzwischen an diversen Beispielen ausprobiert (mit Mond, bei Dunst, mit Stadion Flutlichtern, ohne Mond bei guter Transparenz, hoch am Himmel, tief am Himmel), es kommen konsistente Ergebnisse heraus, die sich ganz passabel bei Vergleich mit einem Unihedron SQM deckten. Lediglich einmal bei Aufnahmen unter gutem Landhimmel kriege ich Werte um 26 mag/arcsec^2 heraus, was natürlich nicht sein kann. Ich habe noch nicht verstanden, woher dieser Fehler kommt.


    Ich hoffe, ich trage hiermit keine Eulen nach Athen und dass es nicht zu Offtopic für deinen Ansatz ist.

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    eine ähnliche Berechnung des Himmelshintergrunds gibt es ausser in ASTAP auch in SharpCap und zB die indi-allsky Software macht das auch. Ebenso gibt es ein Forschungsprojekt an der Uni Oldenburg Kartierungen der Nachthimmelhelligkeit mit den Allsky7 Bildern zu machen. Der Charme des SQM war es ja ein einfach zu bedienendes, mobiles Handgerät zu haben um objektiv die Qualität des Nachthimmels bestimmen zu können. Für permanente Installationen wäre eine kamerabasierte, zweidimensionale Lösung mittlerweile attraktiver. Denkbar wäre auch eine Handy App die aus den Raw Bildern der Handykamera per oben beschriebener Pipeline die Karte berechnet.


    CS, Markus

    • Neu
    Zitat von Stathis

    Hallo Jens, hallo alle, interessantes Thema!


    Ich konnte keine Fehler in deiner Herleitung finden. Statt der Kalibrierung mit einem Luxmeter kann man auch die Sterne selbst zur Kalibrierung verwenden. So macht es ASTAP, wie Alex bereits erwähnt hat. Soweit ich das verstehe, wird dabei die Intensität von Sternen und Hintergrund auf gleiche Weise errechnet und in Beziehung gesetzt. Bei Oversampling wird das Sternlicht ja ohnehin ebenfalls auf mehre Pixel verteilt.

    Hallo Stathis,


    vorweg, ich bin mit all den Details der aktuell für Astrofotografie genutzten Geräten und Tools und dem damit verbunden Fachjargon nicht vertraut. Falls ASTAP ein Programm ist das man mit einer Astrokamera verwenden kann finde ich deinen Hinweis zur Kalibrieung mit Sternen sehr interessant. Bietet das nicht die Möglichkeit die Transparenz zu messen?


    Dann zu dem Kontext, vielleicht ist dies Link interessant.


    SQM (sky background) measurement using an image and the ASTAP program
    The free ASTAP program version ß0.9.480 has a new experimental option to measure the sky background accurately in magnitudes per square arc second . This is…
    stargazerslounge.com


    beste Grüße


    Thomas

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    Hi Alex,

    Zitat von astro_alex

    Wenn das jetzt gedanklich ein bisschen weiter malt, müsste man doch mit ASTAP auch eine SQM-Einschätzung mit einer allsky Kamera hin bekommen, sofern ASTAP diese astrometrieren kann oder ?

    Wieso eigentlich allsky?? Ich würde doch lieber das SQM in der Richtung wissen, wo ich Aufnahmen mache. Bei allsky verwirrt doch jede Horizont nahe Lichtglocke das Ergebnis.


    Ich mache es wie Stathis und hole mir das SQM mit ASTAP aus den Belichtungen vom Target.


    Clear Skies,

    Gert

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    Dazu auch:

    https://www.reddit.com/r/AskAs…sqm_with_a_osc/?rdt=54690und:

    https://stargazerslounge.com/t…-program/#comment-4024962

    Gruß,

    Peter

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    Frage an die SQM-Profis: Kann man das so machen mit bereits gestacktem OSC Ergebnis .fit des Seestar (NICHT Einzelframe), um den SQM Wert zum Zeitpunkt der Aufnahme zu bestimmen?

    1. Open -> .fits file
    2. Tools -> Convet to monochrome
    3. Tools -> SQM report based on image
    4. Copy Background (measured) to Pedestal (manual)

    Falls das so sinnvoll ist, muss ich mich wohl von Bortle 4, lt. Light Pollution Map an meinem Standort, in Richtung Bortle 5 oder gar Bortle 6 verabschieden.

    TIA & Gruß,

    Peter

    • Neu

    Hallo,


    Zitat von casati

    Frage an die SQM-Profis: Kann man das so machen mit bereits gestacktem OSC Ergebnis .fit des Seestar (NICHT Einzelframe), um den SQM Wert zum Zeitpunkt der Aufnahme zu bestimmen?

    1. Open -> .fits file
    2. Tools -> Convet to monochrome
    3. Tools -> SQM report based on image

    So mach ich das immer. Am liebsten nehme ich eine kalibrierte Aufnahme. Stack oder einzeln ist da kein so grosser Unterschied mehr. Astap kann auch Dark/Flat kalibrieren, aber wenn so sein Bild vom PI Flow eh schon da ist nehme ich das einfach. Die Ergebnisse korrelieren ganz gut (+-0.2mag) mit dem portablen SQM Geraet (kline schwarze Plastik-Buechse mit Linse vorne)


    Clear Skies,

    Gert

    • Neu

    Hallo Leute,

    vor langer Zeit hatte ich mal auf Astronomicum.de einen Beitrag erstellt, wie man mit einer Kamera die Helligkeit des Himmelshintergrunds bestimmt.

    Kalibration einer CCD-Kamera oder DSLR-Kamera zur Messung der Helligkeit des Himmelshintergrunds.

    Den Artikel gibt es auch bei der BAV als pdf unter Kalibration.

    Vielleicht hilft das ja weiter.


    Thomas

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