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dann ab zu Tusche und Feder und hau rein…
Welche Astrokamera bei 2400mm Brennweite
- Ersteller des Themas Paul123
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ubit
Aktives Mitglied
Das mit sqrt(x) und x sind halt nur Faktoren. Und 1 mal viel Ausleserauschen ist halt immer noch sehr viel mehr als 1 mal wenig Ausleserauschen. Selbst ohne Binning ist die CMOS der CCD mit aktuellen Sensoren in dieser Hinsicht haushoch überlegen. Da liegt das Ausleserauschen aktueller Sensoren unter 2 ADU - meist sogar unter 1 ADU. Egal wie man es dreht und wendet: Aktuelle CMOS-Sensoren sind den CCDs hoffnungslos unterlegen in Sachen Ausleserauschen. Bei CCD macht Hardware-Binning ja nur deshalb Sinn, weil man damit viermal so viele Photonen sammelt und nur "einmal" das Ausleserauschen hinzufügt. Hat man - praktisch - kein Ausleserauschen, so macht das einfach keinen Sinn mehr weil es keinen Vorteil bringt. Da addiert die Kamera einfach die 4 Pixelwerte - was praktisch ein identisches Ergebnis ergibt wie ein 4-Frame-Stacking. Mit den bekannten "Vorteilen" sqrt(x) vs. x. Wenn der Sensor bereits 16 Bit hat, macht es übrigens viel mehr Sinn dieses Software-Binning erst im Stacking-Prozess zu machen - sonst verliert man entweder an Dynamik oder Full-Well-Kapazität - je nach Implementierung in der Kamera (ähnlich dem Hardware-Binning bei CCDs übrigens....).
Wenn man eine ideale Kamera hat, dann würde jedes eintreffende Photon den ADU-Wert des Pixels auf welches es auftrifft um 1 ADU erhöhen. 10 Photonen = 10 ADU. 100 Photonen = 100 ADU. 10000 Photonen = 10000 ADU. Das wäre dann auch Unity-Gain - und andere Gain-Werte würden eigentlich gar keinen Sinn mehr machen. Dabei spielt es überhaupt keine Rolle ob die Photonen von vielen kleinen Sensorpixeln erfasst werden oder von wenigen größeren Pixeln. Und aktuelle CMOS-Sensoren sind an dieser "idealen Kamera" schon verdammt dicht dran. Zumindest in Sachen Ausleserauschen und thermischem Rauschen. Beides zusammen liegt z.B. bei einem IMX571 selbst bei längeren Belichtungszeiten (600-800s) unter 2 ADU. Das ist quasi vernachlässigbar (im Vergleich zum Photonenrauschen).
Was noch fehlt ist 100% Quanteneffizienz - aktuell zählen die Kameras je nach Wellenlänge und Sensor halt nur einen gewissen Prozentsatz der eintreffenden Photonen - der Rest wird schlicht "ignoriert". Wobei die Hersteller sehr sparsam darin sind diese absolute Quanteneffizienz anzugeben. Der Wert liegt in der Regel deutlich unter den Werbeversprechen von "über 90%" - zumal die Kameras häufig gerade im Rotbereich (H-Alpha, SII) nochmal deutlich nachlassen.
Für kleinere Pixel spricht noch ein Argument: Full-Well-Kapazität. Angenommen man arbeitet mit Unity-Gain und 16 Bit. Jedes Pixel kann dann 65535 Photonen "zählen". Bei größeren Pixeln ist dieser Wert naturgemäß schneller erreicht. Beim Hardware-Binning eines CCD entsprechend auch. "Eigentlich" müsste dann bei einem 2x2 Binning mit 18 Bit gemessen werden. Das machen die Kameras aber in der Regel nicht - sie bleiben bei 16 Bit. Also werden entweder die unteren 2 Bit verworfen (Verlust bei der Zeichnung geringer Helligkeitsunterschiede) - oder die Full-Well-Kapazität wird auf 65535 pro gebinntem Pixel reduziert bevor man in die Sättigung läuft. Was davon passiert diktiert die Firmware der Kamera - bzw. bei einem CCD passiert zwingend die Reduktion der FWC weil der (Hardware-)Analog-Digital-Konverter halt nicht mehr Bits kann. Die eine oder andere CMOS-Kamera mit eigentlich 14 Bit ADC macht übrigens dann auch genau das: Beim 2x2 Binning liefert sie dann "echte" 16 Bit.
Software-Binning "außerhalb der Kamera" hat dieses Problem nicht. Wenn man 4 Pixel mit je 16 Bit kombiniert, entsteht daraus praktisch ein 18 Bit-Wert. Bei voller Nutzung der FWC der einzelnen Pixel. Das funktioniert ähnlich wie wenn man 4 Einzelframes stacken würde - auch da erhöht sich quasi die Bittiefe (wenn die Stackingsoftware mit entsprechend hoher Bit-Auflösung arbeitet). Jede Verdopplung der Anzahl Frames fügt quasi ein Bit hinzu.
Ciao, Udo
etalon
Aktives Mitglied
Wahrscheinlich drücke ich mich ungeschickt aus, aber ich wüsste nicht, was ich anderes geschrieben habe…
Wenn man mal das Binning zur geometrischen Anpassung außen vor lässt, dann bist du mit deiner Überlegung am falschen Ende der Skala unterwegs. Man binnt nicht, wenn man genug Signal hat, um den Dynamikumfang des Pixels voll auszunutzen, sondern man binnt dann, wenn sonst dein Signal im Ausleserauschen des einzelnen Pixels untergeht. Nur dann macht das Binning Sinn, egal ob CCD oder CMOS…
Aber wie auch immer, ich habe gesagt, was ich sagen wollte. Alles andere ist nur Wiederholung…
Grüße Markus
ubit
Aktives Mitglied
Die bessere Ausnutzung der FWC hilft halt bei den Sternfarben. Bei den allermeisten Lights sind ja die hellsten Sterne ausgebrannt. Je mehr nutzbare FWC man hat, desto weniger Sterne brennen aus. Auch - und gerade - wenn man unter dunklem Himmel lichtschwache Objekte anvisiert.
Die meisten haben ja nicht die unendliche Auswahl bei Kameras und Teleskopen - da kann man auch mal Binnen um einfach "schneller" zu sein wenn man eh massiv im Oversampling ist.
Aber bei CCDs hast Du natürlich Recht: In der Regel hat man dort Binning so genutzt wie Du es beschreibst.
Ciao, Udo
Die meisten haben ja nicht die unendliche Auswahl bei Kameras und Teleskopen - da kann man auch mal Binnen um einfach "schneller" zu sein wenn man eh massiv im Oversampling ist.
Aber bei CCDs hast Du natürlich Recht: In der Regel hat man dort Binning so genutzt wie Du es beschreibst.
Ciao, Udo
etalon
Aktives Mitglied
Hoi Udo,
die Wells werden doch durch das Binning nicht größer. Die FWC ist eine physiklaische Eigenschaft des CCD/CMOS und von seiner Architektur abhängig. Wenn der Photonenfluss bei einem Pixelcluster ohne Binning so groß ist, dass er die Wells sättigt, dann tut er das auch bei den gebinnten Pixeln, dadurch gewinnst du nichts, zumal ja idR. auch der entsprechende Range des A/D-Wandlers fehlt, wie du richtig schreibst. Wenn Sterne ausbrennen, hilft nur kürzer belichten, und dafür mehr Belichtungen stacken, um das angestrebte S/N zu erreichen. Voraussetzung ist dann, dass das Ausleserauschen nicht limitiert.
Das „schneller werden“ durch Binning bezieht sich wie gesagt auf das untere Ende der Skala. Das bedeutet in diesem Fall, dass mehr Signal bei gleicher Belichtungszeit über dem Rauschen sichtbar wird. Den Grund habe ich oben geschrieben.
Bei deinen restlichen Ausführungen gehe ich weitestgehend mit.
Grüße Markus
ubit
Aktives Mitglied
Wenn man 2x2 Binning macht hat man halt die vierfache Fläche. Diese Fläche kann dann 4 mal so viele Photonen "sammeln" bevor sie in die Sättigung geht. Bei gleicher Belichtungszeit kommen auf der größeren Fläche natürlich auch vier mal so viele Photonen an. Aber: Beim Software-Binning wird diese Fläche dann wieder in 4 Teile aufgeteilt und jeder dieser 4 Teile wird mit der vollen Auflösung des ADC ausgelesen. Ich bekomme also 4 Werte beim CMOS-Sensor. Diese 4 Werte kann man nun einfach addieren und erhält damit quasi die vierfache FWC. Aus 16 Bit werden 18 Bit.
Beim CCD wird die FWC pro gebinntem Pixel natürlich auch größer. Auch hier vervierfacht sich ja die Fläche. Aber der ADC bleibt halt bei 16 Bit weil die 4 Pixel gemeinsam ausgelesen werden.
Natürlich steigt beim Binning die FWC pro physikalischem Pixel nicht. Aber pro gebinntem Pixel sehr wohl, eben weil die Fläche größer ist.
Ciao, Udo
Beim CCD wird die FWC pro gebinntem Pixel natürlich auch größer. Auch hier vervierfacht sich ja die Fläche. Aber der ADC bleibt halt bei 16 Bit weil die 4 Pixel gemeinsam ausgelesen werden.
Natürlich steigt beim Binning die FWC pro physikalischem Pixel nicht. Aber pro gebinntem Pixel sehr wohl, eben weil die Fläche größer ist.
Ciao, Udo
etalon
Aktives Mitglied
Das ist ja richtig, und dem habe ich auch nicht widersprochen. Es ändert aber nichts daran, dass die Pixel bei ausgebrannten Sternen in Sättigung sind. Wenn das Well (egal wie groß es ist) voll ist, dann ist es egal, mit wieviel Bit du samplest, der Stern wird weiterhin ausgebrannt bleiben. Das war eigentlich die Essenz dessen, was ich sagen wollte. Daher hilft dir Binning nur auf der anderen Seite der Skala, aber das schrieb ich ja bereits mehrfach. Auch hier beginnen wir uns im Kreis zu drehen…
Grüße Markus
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