Beiträge von tbstein im Thema „Erreichbarkeit von großer fotograph. Tiefe“

Hallo Andreas,
ich vermute mal ganz stark, dass die 18um Pixelgröße sich aus einem 2x2Binning ergibt. Dh. man kann ja bei den meisten CCDs auf Sensorebene mehrere aneinandergrenzende Pixel zu einem "virtuellen" Superpixel zusammenfassen. Dadurch kann man recht bequem das Sampling, also die "/Pixel anpassen und praktisch hat ja das von ihm verwendete Teleskop eine recht lange Brennweite von ~3,5m, wozu die 18um Pixel bei normalen Seeing besser passen.
Gruß Tino

Hallo Andreas,
ich habe es mal kurz überflogen und in die Excel-Tabelle eingegeben. Ich denke das mit mag24 kommt schon gut hin. Die Berechnung sagt mit 18u Pixeln, 3650mm Brennweite, 355mm Apertur, 21mag/s^2 Sky, und 2" Seeing ist man nach 10min bei 23,2mag, nach 4x10min bei 23,9mag und nach 12x10min bei 24,5mag.
Hier nochmal die Tabelle mit dem Beispiel (<s>Spalte</s> Zeile 22 und 23)
https://drive.google.com/open?…KUoQvkS0spo_tDuXrUHA-0KFK
Gruß Tino

Hallo Andreas,
ich hatte die letzten Woche nicht so viel Zeit und Muße, aber die Tabelle ist soweit fertig und auch vernünftig bedienbar. Ich werde diesbezüglich einen neuen Thread aufmachen und dort versuchen ein paar kleine Erklärungen und Diskussionen zu kanalisieren. Es gibt auch noch eine kleine Baustelle oder besser ein Ziel, und zwar die Detektierbarkeit der Flächenhelligkeit von ausgedehnten Objekten sinnvoll einzuschätzen. Hier sind nämlich nur die einzelnen Pixel relevant und nicht wie gut die Größe des Spots zur Abbildung eines Sterns ist.
Gruß Tino

Hallo Tom, hallo Thomas,
wenn der Abbildungsmaßstab bezogen auf den Pixel gleich bleiben soll, braucht man 3 mal so große Pixel beim 260mm/F6 Apo. Dann sind die Verhältnisse fast wieder so, wie du oben geschrieben hast, aber nur wenn der Himmelshintergrund sich noch nicht auswirkt. Wenn sich die Grenzgröße in der Größenordnung des Himmelshintergrundes bewegt, wird der Anstieg flacher, da der Hintergrund sich belichtungszeitabhängig auf das SNR auswirkt. Bis dahin ist nur das konstante Ausleserauschen relevant. Dh. bei kurzen Belichtungen ist der Abstand kleiner zu großer Apo recht genau das Lichtsammelverhältnis der beiden, wie du oben beschrieben hast. Bei langen Belichtungen wird der Abstand immer kleiner. Und Visuell ist ziemlich genau der Fall der kurzen Belichtung.

Und Thomas, ich denke das ist ziemlich der Kern der Berechnungen. Nimm eine Kamera und ein Teleskop bei gegebenen Himmelsbedingungen und berechne die zu erwartenden Eigenschaften des Belichtungsergebnisses. Jetzt kann man bspw. das Teleskop tauschen und vernünftig abschätzen, was bei den gegebenen Bedingungen besser wird, oder was eben nicht.

Lg Tino

Vielleicht auch nochmal eine Bemerkung zur Spotgröße. Diese entspricht bei beugungsbegrenzt recht genau der F-Zahl, also ein F/6 Teleskop hat einen 6um Spot. Die Brennweite und der Abbildungsmaßstab sind hier irrelevant. Dies gilt aber nicht mehr, wenn das Seeing der begrenzende Faktor ist, dann bestimmt die Seeing-Winkelauflösung (bspw. 3") die Spotgröße und zwar unter Beachtung des Abbildungsmaßstabs und der Brennweite.
Gruß Tino

Hallo Tom,
der 80/F6 und der 260/F6 haben eben nicht den gleichen Abbildungsmaßstab, die Brennweite des ersten ist 480mm und die des zweiten ist 1560mm. Wenn das Seeing die Spotgröße bestimmt, ist der Sternspot des großen Apos auf der CCD 3,25 mal so groß. Deshalb konzentriert der kleine Apo seine zwar geringere Lichtsammelleistung auf eine 3,25^2=10,6 mal kleinere Fläche. Das Licht wird nicht auf so viele Pixel verschmiert und die SNR wird dadurch bei dem kleinen APO im Vergleich zum großen besser. Ist auch unter einem "angepassten Sampling" als Prinzip verstanden. Lange Brennweite brauch größere Pixel.
Gruß Tino

Hallo,
hier die nochmals korrigierten Werte zum Vergleich:
"
80mm/F6:
1x60s 17,2mag (Neu: 18,1mag)
60x60s 19,5mag (Neu: 20,4mag)
600x60s 20,7mag (Neu: 21,6mag)
Spot nimmt flächenmäßig etwa 2,8Pixel ein. (leichtes Undersampling)

80mm/F4,8:
1x60s 17,8mag (Neu: 18,2mag)
60x60s 20,0mag (Neu: 20,5mag)
600x60s 21,3mag (Neu: 21,7mag)
Spot nimmt flächenmäßig etwa 1,6Pixel ein. (Undersampling)

Newton 150mm/F4:
1x60s 17,8mag (Neu: 18,7mag)
60x60s 20,0mag (Neu: 21,0mag)
600x60s 21,3mag (Neu: 22,2mag)
Spot nimmt flächenmäßig etwa 4Pixel ein. (Sampling ok)

Und nochmal der Vergleich zum C9.25 zur Rehabilitation des Selben.
1x60s 15,9mag (Neu: 18,2mag)
60x60s 18,1mag (Neu: 20,5mag)
600x60s 19,4mag (Neu: 21,7mag)
Spot nimmt flächenmäßig etwa 60Pixel ein. (Oversampling)
"
Die Fehlberechnung kam Zustande, da sich die Anzahl der Pixel nur mit der Wurzel auf die SNR auswirkt und nicht voll, sorry. Deshalb war auch das C9.25 besonders benachteiligt.
Trotzdem ist zu sehen, dass die größere Öffnung des C9.25 durch den größeren Spot wieder fast zunichte gemacht wird.

Der 260/F6 Apo landet in diesem Zusammenhang bei:
1x60s 19,0mag
60x60s 21,3mag
600x60s 22,5mag
Spot nimmt flächenmäßig etwa 25Pixel ein. (Oversampling)

Für das La-Silla 2,2m F/8 ergeben sich mit meiner Tabelle:
1x1000s SNR=5 Grenzgröße=25,5mag
Hier ist der Spot beim 0,65" Seeing etwa 55um groß, worin etwa 8 der 20um-Pixel platzfinden.
In 1s ist man schon bei 20,9mag (SN=3).
Bei 25Bildern/s würde man bei 17,5mag landen, wenn auch nicht mit den verwendeten CCDs.

Gruß Tino

Hallo Andreas,
die unterschiedliche Brennweite bewirkt einen unterschiedlichen Abbildungsmaßstab, dh. der konstante Winkeldurchmesser(Seeingbegrenzt bspw. 4"), wird unterschiedlich groß abgebildet. Dies beeinflusst dann die Spotgröße und somit die Anzahl der Pixel im Spot und geht mit der Wurzel ein. Dh. größere F-Zahl (f/4,8 ist größer als f/6), kleinerer Spot, weniger Pixel beleuchtet, höhere SNR, höhere Grenzgröße. Es gibt aber einen Showstopper und zwar die Helligkeit des Himmelshintergrundes. Beim lichtstärkeren Teleskop macht sich die Hintergrundhelligkeit stärker bemerkbar. Und natürlich wenn der Spot kleiner als der Pixel wird (Undersampling).
Gruß Tino

Hallo Andreas, hallo Thomas,
ich komme heute leider erst dazu zu antworten. Ich habe leider noch einen Fehler in meiner Berechnungstabelle gefunden. Prinzipiell beziehe ich mich auf die sogenannte CCD-Equation, in diesem Artikel (http://www.astro.gsu.edu/~bent…/handouts/merline1995.pdf) unter Punkt 2H "CCD-Equation" beschrieben. Das Rauschen setzt sich danach aus der Kombination folgender Rauschterme zusammen: Schrotrauschen, Ausleserauschen, Rauschen aufgrund des Himmelshintergrunds und Thermisches Rauschen. Zusätzlich ist hier auch dargestellt, dass die Anzahl der beleuchteten Pixel im Spot mit in das Rauschen eingeht, im Endeffekt mit der Wurzel. Dh. je großflächiger der Spot ist, desto schlechter ist das SNR. Ich hatte bei meinen Berechnungen das SNR auf den einzelnen Pixel bezogen. Ich werde die vorher geposteten Berechungen morgen nochmal korrigieren und denke das dann alles ok ist. Eine Dokumentation der Tabellenberechnungen werden ich noch anfertigen und würde die Exceltabelle allen Interessierten zur Verfügung stellen.
Gruß Tino

Hallo Thomas,
ich war mir auch nicht sicher und habe nochmal nachgeschaut. Das Signalrauschverhältnis beinhaltet auch die Anzahl der Pixel über die gemittelt wird. Diese geht mit der Wurzel ein. Dh. wenn sich der Spot über 1 Pixel erstreckt ist das SNR doppelt so hoch, wie wenn sich der Spot über 4 Pixel erstreckt. Das C9 hat bei dem schlechten Seeing einen Spot mit 60 Pixeln, sodass hier das SNR theoretisch 4,6 mal schlechter ist als das SNR des 2,8Pixel-Spots des 80/F6 APOs. Naja, so richtig hab ichs vielleicht auch noch nicht verstanden.
Gruß Tino

Und nochmal hallo Thomas,
der Newton hat halt eine schlechtere Transmission, da der Spiegel abschattet und die Reflexion pro Spiegel wohl eher 92% beträgt. Mit einer linearen Obstruktion von 30% beträgt die Gesamttransmission nur noch 65%. Der Apo ist auch hier mit den gut entspiegelten (98-99%) Linsenflächen im Vorteil. Bei angenommen 4 Linsenflächen sinds 85% Transmission. Wenn die Linsen verkittet sind sinds weniger Flächen und es sind noch weniger Verluste.
Viele Grüße Tino

Hallo Andreas, hallo Thomas, hallo Frank,
ich denke, dass es wirklich ziemlich wichtig ist, das die Sternabbildung nicht zu groß ist, zumindest im Bezug auf die Pixelgröße. Ein gutes Sampling wirkt dann bezüglich Tiefe oftmals mehr als der Rest. Für schlechte Seeingverhältnisse sind die kurzbrennweitigen Apos wohl das Mittel der Wahl. Lange Brennweiten sind wohl eher bei gutem Seeing und/oder Kurzbelichtungen angesagt. Prinzipiell sollte aber ein kurzbrennweitiger Spiegler mit großer Apertur die Apos noch toppen. Aber der Spot sollte halt auch nicht kleiner als die Pixel werden, dann wird wieder schlechter. Der Hyperstar ist wohl für die kleinpixelige ASI1600 optimal, wenn man die Fokussierung gut im Griff hat. Im allgemeinen ist noch zu sagen, dass das Stacking mit einer bestimmten Anzahl von Bildern immer ineffektiver wird, da die Steigerung nur mit der Wurzel der Anzahl der Bilder erfolgt. Dies gilt nur für normale Addition der Bilder. Das Stacking mittels Median ist nochmal etwa um den Faktor 0,8xAnzahl der Bilder schlechter. (==&gt;)Thomas: Ich habe mir die Berechnungen für den Celestron nochmal angeschaut und du hast recht, hatte es falsch abgelesen. Das Stacking mit 60 Bildern bewirkt eine Addition +2,2mag, bei 600Bildern sinds 3,5mag. Hier nochmal die berichtigten Werte für den C9.25:

"1x60s 15,9mag
60x60s 18,1mag
600x60s 19,4mag

Ein besseres Seeing, bspw. 3" ergibt:
1x60s 16,5mag
60x60s 18,7mag
600x60s 20,0mag

Mit zusätzlich besserem Himmel ~21mag/" ergibt sich:
1x60s 16,8mag
60x60s 19,0mag
600x60s 20,3mag"

Viele Grüße Tino

Hallo Andreas,
die Werte für den APO und den Newton(4" Seeing und 19mag/")

<b>80mm/F6:</b>
1x60s 17,2mag
60x60s 19,5mag
600x60s 20,7mag
Spot nimmt flächenmäßig etwa 2,8Pixel ein. (leichtes Undersampling)

<b>80mm/F4,8:</b>
1x60s 17,8mag
60x60s 20,0mag
600x60s 21,3mag
Spot nimmt flächenmäßig etwa 1,6Pixel ein. (Undersampling)

<b>Newton 150mm/F4:</b>
1x60s 17,8mag
60x60s 20,0mag
600x60s 21,3mag
Spot nimmt flächenmäßig etwa 4Pixel ein. (Sampling ok)

Viele Grüße Tino

ps. Rohsummenstack ist keine Pflicht, das SN sollte eigentlich trotz linearen Stretchens gleich bleiben, das Rauschen wird ja gleichmäßig mitverstärkt. Gradationskurven sind nicht so gut.

Hallo Andreas,
der C9.25 mit der Canon 1100DA macht bezüglich Tiefe keine besonders gute Figur, hauptsächlich weil das 4" Seeing den Spot bei der langen Brennweite über ziemlich viele der "kleinen" Pixel verteilt, etwa 60. In 60s ist man dann für SN=3 bei etwa 15,9mag. Wenn man 60 Bilder stackt kommt man auf etwa 17,1mag. Mit 600 Bildern a 60s kommt man gerade mal auf 17,8mag. Hier bremst zusätzlich der helle Himmelshintergrund schon ziemlich, viel tiefer kommt man also nicht.
1x60s 15,9mag
60x60s 17,1mag
600x60s 17,8mag

Ein besseres Seeing, bspw. 3" ergibt:
1x60s 16,5mag
60x60s 17,7mag
600x60s 18,4mag

Mit zusätzlich besserem Himmel ~21mag/" ergibt sich:
1x60s 16,8mag
60x60s 18,0mag
600x60s 18,7mag

Ein schlechtes Seeing und somit ein großer Spot sind also ein ziemlicher Spielverderber. Der Ralf (30sec) nutzt diesen Umstand aus, da bei den kurzen Belichtungen die Sterne schön klein bleiben und kommt somit schön tief.
Gruß Tino

Hallo Andreas,
kannst du nochmal die Parameter von deinem APO dazuschreiben, Apertur=80mm hatte ich mitbekommen.
Macht übrigens nicht viel Arbeit, gebe ich halt nur in die Tabelle ein. Die Canon1100DA hat zwar eine QE von 35% lt. Sensorgen.org, aber da die Farbfilter drauf sind, sind es dann über den kompletten VIS-Bereich (400-700nm) gemittelt nur etwa 15%. Kann man sicherlich nochmal diskutieren.
Viele Grüße
Tino

Hallo Andreas,
ich habe vor geraumer Zeit zu diesem Thema eine recht umfängliche Exceltabelle programmiert.
Ich kann ja nochmal am Beispiel von deinem C9.25 darstellen, inwiefern man das Signal-Rauschverhältnis am Beispiel eines Mag=18 Sterns berechnen kann. Natürlich braucht man die exakten Parameter der Kamera.

<b>Gegeben sind Teleskopseitig:</b>
Teleskopbrennweite=2,35m
Apertur=0,235m
Transmission=0,54 (Obstruktion + reale Reflexion + EntspiegelungFrontelement)
Abbildungsmaßstab=0,088"/um
Auflösung=0,59" (Rayleight)
AuflösungReal=3" (wegen Seeing)
<b>Gegeben sind Kameraseitig: (Bspw Kodak KAF-3200ME-CCD)</b>
Pixelgröße=6,8um
Dunkelstrom=0,02e-/s (bei T=-35°C)
Ausleserauschen=12e-
Quanteneffizienz=0,69 (MW400-700nm)
<b>Gegeben sind Belichtungsseitig:</b>
Belichtungszeit=60s
<b>Gegeben sind Himmelsseitig:</b>
Sternhelligkeit=18mag
Himmelshelligkeit=20mag/"
Seeing=3"

<b>Berechnen kann man nun:</b>
Photonen vom Stern=33Photonen/s
Anzahl der beleuchteten Pixel im Spot=20px (Aufgrund Seeing) Das Signal verteilt sich also auf 20Pixel in erster Näherung gleichmäßig
Photonen pro Pixel=1,7Ph/s etspricht bei 60s Belichtungszeit etwa 100Photonen, entspricht bei einer Quanteneffizienz von 0,69 etwa 70 Elektronen
Ohne Himmelshintergrund und nur mit dem Ausleserauschen ergibt sich ein SNR von etwa 70/12=5,8
Der Himmelshintergrund ergibt 3,1Photonen/s/Pixel also etwa 180Photonen/Pixel in 60s und somit etwa 120e- Signal. Dieses geht aber als Standardabweichung nur mit der Wurzel ein, ergibt einen Rauschbeitrag von 11e-, also in etwa so viel wie das Ausleserauschen. Diese werden geometrisch addiert also sqrt(12^2+11^2)=16,3e- Gesamtrauschen
Dies ergibt ein reales SNR von 70/16,3=4,3.

Was man m.E. erkennen kann ist, dass das SNR zeimlich stark von der Größe des Sternspots (Seeing) und der Pixelgröße abhängt. Hier ist der Spot etwa 20Pixel groß, was die Helligkeit der Sterns ziemlich verteilt. Besser wären besseres Seeing und/oder größere Pixel oder halt Brennweite kleiner. Das Sampling des Sterns sollte also passen. Eine längere Belichtungszeit ist immer gut und der Himmel sollte möglichst dunkel sein. Bei kurzen Belichtungszeiten ist der Himmelshintergrund noch nicht relevant, sodass hier das SNR ziemlich linear ansteigt, bei längeren steigt das SNR nur noch mit der Wurzel da der Himmelshintergrund auch linear mit der Belichtungzeit ansteigt. Dh. ab hier wirds zäh. Ist halt auch der Grund warum bei endlichen Belichtungszeiten im Amateurbereich auch nur max 25mag im allerbesten fall drin sind, bei Stacking und &gt;10h.
Kannst ja mal deine Kameraparameter durchgeben, ich vermute mal dass der kurzbrennweitige Newton bei dem Seeing die besser Wahl ist (Spot ist kleiner)
Viele Grüße
Tino

Hallo Andreas,
vielleicht nochmal eine kleine Darstellung, was das Signal-Rauschverhältnis (SNR) auf Pixelbasis beeinflusst und definiert. Die Grenzgröße ist wohl definitionsgemäß, wenn das SNR des Sterns photometrisch ausgewertet gleich 1 ist. Der Stern verschwindet dann gerade im Rauschen, als Sichtbarkeitskriterium ist wohl ein SNR=3 anzusetzen. Photometrisch wird der Quotient gebildet, aus der mittleren Helligkeit der Pixel, welche den Stern darstellen, zur Standardabweichung der darum liegenden Pixel. Einfluss hat also die Größe der Abbildung des Sterns auf dem Sensor (Durchmesser, wenn das Seeing die Größe des Spots, ansonst Airy-Durchmesser, bei Beugungsbegrenzt), wie Groß die Pixel (Sampling) darauf bezogen sind, also auf wieviele Pixel sich des Stern erstreckt. Wieviel Licht in der Abbildung steckt, ist dann natürlich auch von der Öffnung der Optik und von der Belichtungszeit abhängig. Die Standardabweichung der umliegenden Pixel ergibt sich aus dem Rauschen, wobei hier bei dunklem Himmel das Ausleserauschen dominiert und bei hellem Himmel das Photonenrauschen aufgrund der Himmelshelligkeit. Bei kurzen Belichtungen dominiert zumeist auch das Ausleserauschen, da der Einfluss der Himmelshelligkeit belichtungszeitabhängig ist. Der SQM-Wert gibt hier bspw. die Himmelshelligkeit auf eine Quadratbogensekunde bezogen an. Solange das Ausleserauschen dominiert, steigt die Helligkeit des Sterns linear mit der Belichtungszeit und quadratisch mit der Öffnung. Wenn die Himmelshelligkeit dominiert, steigts nurnoch mit der Wurzel, also viel langsamer. Praktisch gilt das aber nicht für das eigentliche SNR, sondern für die Grenzgröße, also wenn die Helligkeit des Sterns sich in der Größenordnung des Rauschens bewegt. Bei hellen Sternen rauscht der Stern aufgrund des Photonenrauchens noch zusätzlich, sodass das SNR nicht wirklich linear steigt. Das Signal zu Rauschverhältnis von flächigen Objekten ist auch nochmal anders zu betrachten, als bei Punktquellen. Hier ist nicht die Öffnung, sondern das Öffnungsverhältnis von Belang. Ist alles ein bisschen zu einfach erklärt, aber trifft denke ich den Kern.
Lg Tino