Beiträge von Kreislauf im Thema „Betrachtungen zur optimalen Belichtungszeit“

Kreislauf · 11. Februar 2015

ISO ist ein sekundärer, aber ein berechtigter Punkt, der mit dem Gegenstand Belichtungszeit verbunden ist. Das gehört natürlich hier zur Rauschreduzierung und Erweiterung der Dynamik rein, wenn auch schon x-mal durchgekaut.

Lange Einzelbelichtungszeiten oder sehr helle Objekte, bzw. Objekte mit großem Dynamikumfang:
ISO möglichst runter -> Mehr Dynamik in einer Belichtung, die hier besonders erwünscht ist.

Ultrakurze Aufnahmen (wenige Sekunden) bei lichtschwachen Objekten, bei denen das Auslöserauschen den Hintergrund dominiert:
Gerne hoch -> Verlangen nach einer Reduzierung des Ausleserauschen pro Aufnahme, das bei größeren ISO-Werten geringer ausfällt. Bei sehr kurzen Serien weniger Bilder bis zu nur einem Bild profitiert man hier zusätzlich vom geringeren Quantisierungsfehler (Analog-Digital-Umsetzung) bei der späteren evtl. Bildwertangleichung/Kontrasterhöhung(weniger Rauschen).

Gruß,
Jo

Kreislauf · 10. Februar 2015

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: bruciesheroes
 Hallo,

ich beziehe mich auf den Eingangspost. Ich bin mir nicht ganz sicher was hier mit hintergrundlimitiert gemeint ist, aber wenn man nur den Photonenfluss des "Sternenlichts" (also das reine Signal) ohne andere Rauschquellen betrachtet dann steigt das SNR mit der Wurzel der Belichtungszeit. Das SNR ergibt sich aus dem Quotienten der Anzahl der Photonen und dem Schrotrauschen welches mit der Wurzel der Anzahl der Photonen geht.
Siehe auch hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Shot_noise
Wenn man jetzt zusätzliche Rauschquellen hat muss man den Nenner des SNR um das Schrotrauschen des Dunkelstroms, Rauschen des Hintergrundes und Ausleserauschen erweitern um letztendlich auf das tatsächliche SNR zu kommen.

mfg
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Ja. "Hintergrundlimitiert" meint so wie ich es mir einbilde, dass die Größenordnung des Terms für das Ausleserauschen im Nenner gegenüber dem des Photonenrauschens des Streulichthimmels in EINER Aufnahme für die Praxis vernachlässigbar wird.

Das Rauschen (betrachtet man nur Streulichthimmel und Ausleserasuchen) wächst wie:

(1) sqr(n) * sqr(R * t + RN²)

;mit n=Zahl der Aufnahmen, R=Zählrate der Elektronen durch Streulichtphotonen eines Pixels, t=Einzelbelichtungszeit, RN=Zählwert der Elektronen durch Ausleserauschen pro Aufnahme und pro Pixel

Wenn das Produkt der Faktoren R und t größer wird, dass es die Bedingung der Ungleichung erfüllt,

(2) sqr(R * t) > 3 * RN

dann spricht man von "hintergrundlimitiert". Beispiel: Angenommen RN sei bei einer Kamera 20, dann wird grob die Bedingung bei R * t > 3600 erfüllt. Diese Werte in (1) eingesetzt, ergibt

sqr(n) * sqr(3600 + 400)

Wenn das Photonenrauschen 3 mal größer als das Ausleserauschen ist, verschwindet der relative Einfluß des Ausleserauschens und das Rauschen wird immer mehr vom Photonenrauschen abhängig.
Vergleiche sqr(3600)=60 zu sqr(3600+400)=63.

Somit kann man für die Praxis wenn diese Bedingung (hintergrundlimitiert) erfüllt ist für das Rauschen setzen:

(3) sqr(n * R * t)

Jede weitere Verlängerung der Einzelbelichtungszeit darüber hinaus ist dann eine Abwägung/Kompromiss bei dem man sich eventuelle andere Vorteile (Unterdrückung systematischer/periodischer Fehler) gegen den Verlust an Dynamik (ADU sind limitiert) erkauft.

Im ungünstigsten Fall verliert man durch zu lange Belichtungszeiten im hintergrundlimitierten Bereich derart an Dynamik in einer Einzelaufnahme und somit auch im Stack, dass bei der Herausarbeitung von Details über Kontrastansteilung in der EBV das Rauschen durch Dynamikverlust überwiegt. Dann machts Sinn den Chip rechtzeitig zu zumachen. Blöd nur, es gibt keinen der einem verlässlich sagen kann was diese "optimale" Belichtungszeit ist, da mehrere äussere Variablen und Bedingungen und individuelle, technisch bedingte Faktoren hineinspielen.

Wenn ich was Falsches sagte bitte korrigieren, danke.

Gruß,
Jo

Kreislauf · 9. Februar 2015

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: tbstein
 
(==>)Jo -
Sicherlich ist eine ältere Kamera mit Streifenneigung nicht das gelbe vom Ei, aber die Streifen und auch die Pixel-Non-Uniformity bedarf unbedingt einer Flatfieldkorrektur. Da reichen Darks nicht aus. Dies ist besonders bei einem hellen Hintergrund notwendig, denn die unterschiedliche Empfindlichkeit der Pixel erzeugt bei hellem Hintergrund ein zusätzliches stationäres Rauschen.
Vielleicht noch ne kurze Bemerkung hierzu:
"Hier führt dann "hintergrundlimitert" bei einem recht versifften Himmel dazu, dass man "sinnvoll" nur noch ein paar Sekunden belichten "dürfte". Aber dann hat man von den erwünschten sehr lichtschwachen Objekten nichts mehr im Pixelkästchen, weil das Signal gnadenlos im Rumpeln der Kamera untergeht, trotz Dunkelbildabzug. Dann könnte man im Dunkeln genausogut seine Kellerwand knipsen."
Das witzige am Stacking ist aber hierbei, dass dein Signal nicht über eine bestimmte Schwelle muss, sondern es kann nochso klein im Verhältnis zum Rauschen sein, bei ausreichender Anzahl der addierten Bilder sinkt das Rauschen um sqrt(n), sodass das Signal detektierbar wird. Die optimale Belichtungszeit sagt nur aus, ab wann man eh Stacken kann, ohne Signal zu verschenken.

Gruß Tino

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Die theoretischen Zusammenhänge möcht ich ja auch bejahen.

Übrigens mache ich Flats wie ein Weltmeister und es bringt bei Sekundenaufnahmen zu wenig gegen die Streifenbildung, die bei kurzen Belichtungszeiten dominant gegenüber dem Objektsignal bleibt. Da wirken dann "länger" belichtete Einzelaufnahmen (als "hintergrundlimitiert" meint), positiv gegen das Störsignal aus der Kamera. Ich wollte nur mit meinem Beispiel sagen, dass "Hintergrundlimitiert" keine allgmeingültige Maßgabe ist, da in der Praxis mangelhafte Technik ein Faktor ist, der die schöne Theorie wieder aushebelt.

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: frasax
 Hallo Jo,

du interpretierst den Begriff "Hintergrundlimitiert" etwas falsch.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">
Da irrst Du Dich Deinerseits. Ich sehe es so wie Tino, oder Du.
Sobald eine Aufnahme hintergrundlimitiert ist, erwirkt eine längere Einzelbelichtungszeit keinen weiteren Gewinn, als wenn man die Einzelbelichtungszeit begrenzt und die Gesamtbelichtungszeit in mehrere Aufnahmen unterteilt. Im Gegenteil, der erreichbare Dynamikumfang im Stack würde bei zu langen Einzelbelichtungszeiten abnehmen, weil der mit der Quadratwurzel von t anwachsende Streulichtanteil den nutzbaren Anteil des technisch limitierten Dynamikbereich einer Aufnahme verringert.
Es ist eher eine Empfehlung für eine Mindestbelichtungszeit, aber auch eine nicht viel länger zu belichten. Für eine ideale Kamera die beim Auslesen nichts als Schrotrauschen erzeugt, mag die Theorie auch prima gelten.
<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: frasax
 
Der zweite Gedanke, das du ein Signal über den Hintergrund retten musst ist stimmt so auch nicht.... <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">Das ist richtig, nur hat das mit dem was ich sagte nichts zu tun, ich sprach da vom Störsignal (Zeilenbildung) meiner Kamera. Und das ist kein zufälliges Ereignis mehr wie das Ausleserasuchen oder das Photonenrauschen des Störlichts im Hintergrund. Da kämpfe ich dann verzeifelt gegen die Zeit an, weil das Störsignal proportional mit dem Objektsignal anwächst. Und daher passt die Empfehlung aus der Theorie für meine reale Kamera nur in engen Grenzen.

ciao,
Jo

Kreislauf · 9. Februar 2015

<blockquote id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Original erstellt von: tbstein

Welche praktischen Abhängigkeiten ergeben sich:

- Bei hellem Himmelshintergrund kann man auch kurz belichten ohne dass man SNR verschenkt. Natürlich ist aber das eigentliche SNR viel schlechter, als bei dunklem Himmel.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote">

Diese Seite hier hat auch so einen Belichtungsrechner:
http://astrofotografie.hohmann…elichtung.astrokamera.php

Das Bias meiner Kamera hat einen RMS von 85, eine Aufnahme neulich unter extrem schlechter Durchsicht nahe einer Großstadt hatte im Hintergrund einen RMS von 450 nach 76 Sekunden. Hintergrundlimitiert sinnvoll wären laut diesem Rechentool 12 Sekunden!

Ich mußte da lachen. In der Theorie ist das bestimmt so, die Praxis ist was anderes. Das mag für eine ideale Kamera gelten, die wirklich nur ein zufälliges Rauschen erzeugt. Für meine DSLR, eine EOS 350D, die gruselige Streifen erzeugt nicht mehr.

Hier führt dann "hintergrundlimitert" bei einem recht versifften Himmel dazu, dass man "sinnvoll" nur noch ein paar Sekunden belichten "dürfte". Aber dann hat man von den erwünschten sehr lichtschwachen Objekten nichts mehr im Pixelkästchen, weil das Signal gnadenlos im Rumpeln der Kamera untergeht, trotz Dunkelbildabzug. Dann könnte man im Dunkeln genausogut seine Kellerwand knipsen.

Hält man sich in diesem Fall jedoch nicht dran, sondern belichtet ein vielfaches länger als eigentlich "hintergrundlimiert" rät, dann hat man immerhin das Signal einigermaßen über dem riesigen Kamerafehler hinwegrettet, auch wenn die Dynamik leidet. Der Dynamikumfang der Kamera war ja selbst damit nichtmal annähernd erschlagen, das Maximum der Verteilung durch den Hintergrund lag lediglich bei 25% Sättigung (ISO 800).

Ich halte diese theoretischen Grundüberlegungen für sehr interessant, für die Praxis sind sie bei bestimmten Kameras wohl nur in Grenzen und bedingt maßgeblich.

Gruß,
Jo