Bildkalibration leicht gemacht?

[TobeyMaguire]

Hallo zusammen

Ich habe eine Frage zur Bildkalibration mit Bias, Dark und Flat-Aufnahmen. Zuerst einige Grundlagen:

Sternaufnahmen: gewisse Belichtungszeit. Enthält Kamera- und Ausleserauschen, thermisches Rauschen und nicht-uniforme Ausleuchtung des Feldes.

Bias: abgedunkelt, kürzest mögliche Belichtungszeit um das Kamerarauschen und Ausleserauschen das bei jedem Bild anfällt zu charakterisieren. Kein weiteres Rauschen enthalten.

Dark: abgedunkelt, gleiche Belichtungszeit wie die Sternaufnahmen. Charakterisiert das thermische Rauschen in Abhängigkeit der Chip-Kühlung. Enthält auch das Bias. Deswegen: bei Professionell gekühlten Kameras könnte man die Darks weglassen da das thermische Rauschen gegenüber anderen Einflüssen nicht mehr dominiert, oder die Darks sind skalierbar. Bei Kameras die unsereins hat sind die Darks nicht vernachlässigbar und auch nicht skalierbar - wenn man das Optimum mit der Bildkalibration herausholen will.

Flat: gleichförmig belichtete Aufnahme mit Belichtungszeit so lange wie der Chip benötigt um sein lineares Verhalten der Ladungsspeicherung allmählich zu verlassen. Charakterisiert die nicht gleichförmige Ausleuchtung des Feldes durch Vignettierung, Staub, unterschiedliche Pixelsensitivitäten.

Dark Flat: Da das Flat doch eine gewisse Belichtungszeit hat muss man das thermische Rauschen bei dieser Belichtungszeit ebenfalls separat charakterisieren. Dazu nimmt man ein Dark Flat mit den selben Eigenschaften wie das Dark auf, einfach mit der Belichtungszeit des Flats.

Nun ist der Kalibrationsprozess wie folgt. Die Klammern geben an was in der eigentlichen Aufnahme an Einflüssen vorhanden sind, z.B. in einem Flat sind zusätzlich auch schon das Bias und DarkFlat drin enthalten

Sternaufnahme(+Bias,Dark,Flat) - Dark(+Bias)
-------------------------------------------- = Sternaufnahme
Flat(+Bias,DarkFlat) - DarkFlat(+Bias)

Nun ist es ja so, dass bei jedem Kalibrationsschritt in das resultierende Bild zusätliches Rauschen eingeführt wird. Und schlussendlich darum auch in der finalen Sternaufnahme. Deswegen ist es allgemein von Vorteil mit möglichst wenigen Kalibrationsschritten eine korrigierte Sternaufnahme zu erhalten.

Vielen unter uns wird das Buch "The Handbook of Image Processing" sicher ein Begriff sein. Im Kapitel 6.3 sind drei verschiedene Kalibrationsschritte skizziert, Basic, Standard und Advanced. Das obige Vorgehen ginge noch unter Standard.

Nun habe ich eine Frage zum Advanced: es wird da vorgeschlagen von den Dark frames die Bias frames zu subtrahieren und die bearbeiteten Darks dann voon den rohen Sternaufnahmen zu subtrahieren. Nun habe ich hier dreierlei Bedenken. Erstens bleibt der Nenner aus obiger Gleichung erhalten und in der Sternaufnahme wird das Bias ja nicht subtrahiert weil das Dark im Zähler ja kein Bias mehr enthält (weil wegsubtrahiert), zweitens würde dadurch ja ein zusätzlicher Kalibrationsschritt und zusätzliches Rauschen in den Prozess eingefügt und drittens, kann man es noch besser machen als wenn doch die oben angegebene Standardaufnahme mit minimalen Bearbeitungsschritten schon alle Einflüsse aus den Sternaufnahmen wegkorrigiert?

Vielen Dank für eure Hilfe und Erklärungen.

CS Tobey

 

[Ehemaliges Mitglied 15917]

Hallo Tobey,

Das Schema im Buch (Fig.6.20) ist fehlerhaft, aber im Text steht:
"the next step is to subtract the scaled thermal frame and the bias frame from the raw image..."

Die Idee der advanced Methode ist, einmal für lange Belichtungszeiten ein möglichst rauscharmes Dark zu "ermitteln", das ich dann für alle Belichtungszeiten gleichermassen nutzen kann (eben skaliert mit dem Verhältnis
der Belichtungszeiten)
Das geht in der Regel nur für temperaturstabilisierte Kameras gut. Es ist richtig, dass die separate Messung des Bias hier zu etwas mehr Ausleserauschen führt, aber es handelt sich beim Bias Messen um eine kurze Aufnahme, das heißt, man kann es sehr gut rausmitteln, und bei vielen "richtigen" CCDs ist der Untergrund auch komplett strukturlos, d.h. es reicht manchmal , einen konstanten (und damit rauschlosen) Wert vom Bild abzuziehen.

Viele Grüße
*entfernt*

 

[TobeyMaguire]

Hallo Norbert,

Versteh ich das richtig: man macht extra ein langes Dark, um eben ein extra hohes thermisches Rauschen aufnehmen zu können - sagen wir 30 Minuten - um dann dieses "scalen" zu können auf die tatsächlich verwendete Belichtungszeit von sagen wir mal 3 Minuten, um dann dieses ge"scalte" Dark und Bias vom Rohbild abzuziehen?
Wenn ich das so richtig verstehe frage ich mich nur ob das thermische Rauschen einer Einzelbelichtung wirklich besser mit einem extra langen Dark ge"scalt" charakterisiert werden kann als mit einem Dark der tatsächlichen 3 Minuten Belichtungszeit. In diesen 30 Minuten könnte ja weiss nicht was passieren, dass man zuvor nicht ausschliessen kann. Da ist es doch sicherer und daher zuverlässiger ein tatsächliches 3Minuten-Dark zu machen.
Ich habe das Gefühl dieses "Advanced Calibration" ist etwas ein Over-kill, denn Altmeister Steve Howell schreibt in seinem "Handbook of CCD astronomy" auch, dass bei hochgekühlten CCDs (also sozusagen advanced) die Darks wegen vernachlässigbaren thermischem Rauschen weggelassen werden können.
Oder habe ich da beim Berry&Burnell etwas ganz falsch verstanden?

Allzeit CS
Tobey

 

[frasax]

Hallo,

Versteh ich das richtig: man macht extra ein langes Dark, um eben ein extra hohes thermisches Rauschen aufnehmen zu können - sagen wir 30 Minuten - um dann dieses "scalen" zu können auf die tatsächlich verwendete Belichtungszeit von sagen wir mal 3 Minuten

Ja.

um dann dieses ge"scalte" Dark und Bias vom Rohbild abzuziehen?

Nein! Nur das Dark. Das BIAS muss erst aus dem Dark entfernt werden damit man es scalen kann. Das ist der entscheidende Unterschied!

In diesen 30 Minuten könnte ja weiss nicht was passieren, dass man zuvor nicht ausschliessen kann.

Nee da passiert garnix unvorhersehbares, da es sich um einen einfachen linearen Zusammenhang handelt. Der Vorteil ist der: Man hat egal welche Belichtungszeit immer ein passendes Dark. In der Praxis machen das in der Tat die wenigsten (ich kenne niemanden).

Ich habe das Gefühl dieses "Advanced Calibration" ist etwas ein Over-kill, denn Altmeister Steve Howell schreibt in seinem "Handbook of CCD astronomy" auch, dass bei hochgekühlten CCDs (also sozusagen advanced) die Darks wegen vernachlässigbaren thermischem Rauschen weggelassen werden können.

Das eine hat aber doch mit dem anderen nichts zu tun!? Ich glaube eher das du den Begriff "advanced" etwas überbewertest.



CS Frank

 

[TobeyMaguire]

Hallo Frank

Nun versteh ich das auch mit dem scalen und das da auch etwas Bequemlichkeit dahinter steckt damit man immer schnell ein passendes Bias-korrigiertes Dark scalen kann. Aber steckt da auch effektiv eine bessere Kalibration dahinter? Sozusagen: Ist ein gescaltes Dark-Bild eine bessere Näherung and das thermische Rauschen als ein Dark der effektiven Light-Belichtungszeit? Könnte man fast ein 30 Minuten Dark, das auf 3 Minuten gescalt (sozusagen gemittelt) wird mit einem Master-Dark aus 10 3minütigen Darks vergleichen?

Mich würde auch noch interessieren: mit jedem einzelnen Schritt wird zusätzliches Rauschen künstlich "eingeführt". Vom Light-Bild muss ja schlussendlich der Bias ohnehin abgezogen werden. Wenn man aus dem Langzeit-Dark nun das Bias abzieht um scalen und das Dark abziehen zu können, dann muss man vom Light-Bild ja separat das Dark subtrahieren...weil es ja nicht zusammen mit dem Dark abgezogen wird; also sozusagen zwei Schritte. Wenn man hingegen ein Master-Dark aus 10 3minütigen Darks macht und in diesen jeweils die Bias drin lässt, dann haben wir ja sozusagen ein Master-Dark(+Master-Bias) und wenn wir dieses vom Light abziehen, dann ist in einem einzigen Schritt gerade das Dark und Bias korrigiert - statt in zwei wie bei der Dark-scaling-Methode.
Siehst du das anders?

Oder wird in der Erstellung des Master-Dark(+Master-Bias) Rauschen erzeugt und im Dark-Scaling eben nicht, sodass sowohl scaling, als auch Master-Methode beide zwei Kalibrationsschritt-Rauschen einführen?

CS
Tobey

 

[Ehemaliges Mitglied 15917]

Tobey,
der einige Nachteil der advanced Methode ist die zusätzliche Bias Messung. Die kann aber schnell und mit großer Anzahl gemittlet werden. Dann ist das zusätzliche Rauschen vernachlässigbar.
Der Vorteil ist, man kann das skalierbare Masterdark mit längeren Belichtungszeiten als die der Lights erstellen, somit spart an der Stelle wieder etliche Auslesevorgänge.

Für CCDs ist die Erstellung von zig Bias und Darks in der Regel einfacher (kein Spiegelklappen!, schnellere Downloadzeit). Und das Bias ist oft nur eine Konstante.
Bei DSLRs ist die Methode einfach nicht so praktikabel, die meisten wollen ja eh nur die Hotpixel wegbekommen, und da gibt es ja Alternativen zur Darkmessung.

Letztlich hängt es vom Bild selbst ab, wie stark das Kalibrationsrauschen wirklich zuschlägt, und das sieht man ja während der Bearbeitungschritte.

 

[TobeyMaguire]

Hallo Norbert

Du bist also auch der Ansicht, dass die advanced Methode im Vergleich zur Standardmethode kein besser kalibriertes Bild ergibt, sondern primär der Vereinfachung gewisser Fotografie-Praktiken dient?
Ich mache drum eine kleine Untersuchung welchen Einfluss die jeweiligen Stackingmethoden auf das SNR haben und hätte nicht gewusst mit welchem zusätzlichen Aufwand ich die advanced Methode auch noch Prüfen müsste falls diese wirklich optimaler wäre als der Standard.

CS
Tobey

 

[frasax]

Hallo Tobey,

nochmal: überbewerte den Begriff advanced bitte nicht, bzw. vielleicht ist der in dem Buch auch unglücklich gewählt wie auch immer.

Es wäre schön wenn überhaupt die Masse aller Hobbyastrofotografen schonmal den Standart Workflow benutzen würden. Sprich mit Bias, Flats und Darks.

Gegen das Kalibrationsrauschen hilft dithern, damit hält man das Kalibratonsrauschen in Schach, ausserdem hat es noch ein paar andere nette Nebeneffekte.

Ich würde da jetzt keine all zu grosse Wissenschaft draus machen, nur weil es im Buch eben so "dramatisch" dargestellt wird.
Wie sehen überhaupt deine praktischen Fortschritte aus?

CS Frank

 

[TobeyMaguire]

Hallo Frank

Für meine Bachelorarbeit arbeite ich gerade mit einem 1m Teleskop . Darum nimmt mich die ganze Rauschthematik auch dermassen wunder.

LG

Tobey

 

[frasax]

Hi Tobey,

1m wow Welches denn und worum geht es bei der Bachelorarbeit?

Für Teleskopnovizen oder auch Mikroskopier gibt es von verschiedenen Instituten massenweise Papers die auch im Netz kursieren und das ganze CCD und Rauschen und Bildkalibrationsding erklären. Aber im Prinzip steht das ja alles im Burnell/Berry.

Das hier finde ich auch sehr gut:
http://www.astrometrica.at/papers/PointSources.pdf

CS Frank

 

[TobeyMaguire]

Hallo Frank

Das 1m ZimmerwaldLaser&AstrometrieTeleskop ZimLAT. Es geht um die Beobachtung von Asteroiden und Ähnlichem. Hoffentlich finde ich mal was neues .
Bei so einem Teleskop sind gute Flats natürlich sehr schwierig und da es hauptsächlich für Satellitenbeobachtungen verwendet wird die zentriert beobachtet werden, werden solche Aufnahmen nicht verwendet und daher praktisch nie gemacht. Für meine Zwecke kann ich natürlich mit dem Histogramm spielen - was aber lästig und zeitraubend ist. Darum dachte ich an eine Reihe von Leintuch-Flats. Meine Frage an die Astrogemeinte nun, was so ein Leintuch neben weisser "Farbe" noch erfüllen müsste. Ist Waschmittel in welcher Kleinmenge auch immer für Flats tötlich?

Bester Dank und CS
Tobey

 

[frasax]

Hm,

mach doch Skyflats. Dürfte am einfachsten/sichersten sein.
Und Waschmittel haben meines Wisssens nach keinen Einfluss auf das Flat

CS Frank

 

[TobeyMaguire]

Hallo Frank

Bezüglich Waschmittel dachte ich an Spektrumsveränderungen. Denkst du das macht was? Eine genügende Anzahl Skyflats, zudem noch mit verschiedenen Filtern könnte vielleicht schwierig sein und jeden Abend kann man sie nicht machen. Leintuch ist von daher viel unumständlicher. Nicht?

CS Tobey