Dunkelstromrauschen in DSLRs

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Gerrit Erdt

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Moin Leute,

für ein kleines Projekt bin ich gerade dabei, meine Kamera etwas genauer zu untersuchen. Konkret will ich wissen, welchen Dunkelstrom meiner 200da bei bestimmten Temperaturen hat, um damit anschließend weiter rechnen zu können.

Zur Messung verwende ich das Basic CCD Parameters script aus PixInsight. Bei der Durchführung habe ich mich an dieser Anleitung orientiert: https://www.lightvortexastronomy.co...parameters-automatically-with-pixinsight.html

Nun ist es aber so, dass mir die Ergebnisse für den Dunkelstrom doch etwas sehr niedrig vorkommen. Klar, ich habe nichts dagegen, wenn die einfach sehr wenig rauscht, aber das erscheint mir schon arg gering ?

Bei der Messung meiner Kamera erhalte ich, selbst bei verschiedenen Belichtungszeiten, die ich ausprobiert habe, einen Dunkelstrom von 0,008 e-/s bei ISO 1600 (der sollte eigentlich bei allen ISO-Werten gleich sein, oder?). Dabei habe ich die Aufnahmen alle sauber und mit äußerster Sorgfalt durchgeführt. Fehler auf dieser Seite kann ich so gut wie ausschließen. Die Sensortemperatur lag bei den Aufnahmen zwischen 25 und 26°C.

Vergleiche ich das jetzt einfach mal mit einer hochwertigen CMOS Astro-Kamera wie der ASI 6200 MM Pro Mono, welche das gleiche Dunkelstromrauschen bei etwa 5°C hat, erscheint mir das bei mir doch etwas arg optimistisch.

Wisst ihr zufällig, welches Dunkelstromrauschen man bei einer DSLR bei den Bedingungen erwarten könnte? Erscheinen euch die 0,008 e-/s realistisch, oder viel zu niedrig?

CS Gerrit
 
Hallo Gerrit,

ich weiß nicht wie Pixinsight den Dunkelstrom misst. Bei DSLRs funktioniert das jedenfalls nicht so wie bei "echten" Astrokameras, weil Canon (und alle anderen auch) ja keine unbearbeiteten Daten ausspucken (auch nicht im RAW). Bei Canon werden z.B. die Bilder alle auf einen bestimmten Offset skaliert (hängt von den ISO ab). Wenn man ein Bias bei diesem Hintergrund macht, hat das fast (oder manchmal auch exakt) den selber Hintergrundwert wie ein lang belichtetes Dark, weil Canon das Podest durch den Dunkelstrom einfach abzieht. Man kann den Dunkelstrom also nicht dadurch bestimmen (wie man es bei einer Astrokamera machen würde), dass man von einem Dark ein Bias subtrahiert und als Differenz den Dunkelstrom bekommt.

Leider kann die DSLR natürlich nur das Podest durch den Dunkelstrom beseitigen, das Dunkelstromrauschen bleibt erhalten. Und das Dunkelstromrauschen ist die Wurzel aus dem Dunkelstrom.

Um den Dunkelstrom der DSLR zu bestimmen müsste man also von einem Dark ein Master-Bias subtrahieren. Übrig bleiben sollte ein Bild mit Helligkeitswerten um Null. Wichtig dabei wäre, dass die Software nicht etwa alles unter Null abschneidet, sondern auch negative Werte anzeigt. Bei diesem Ergebnisbild lässt man sich dann die Standardabweichung anzeigen, das ist dann das Dunkelstromrauschen. Und da das Dunkelstromrauschen die Quadratwurzel aus dem Dunkelstromsignal ist, ist umgekehrt der Dunkelstrom das Quadrat aus dem Rauschen. Wenn du also z.B. eine Standardabweichung von 15 ADU messen solltest, würde das bedeuten, dass der akkumulierte Dunkelstrom über die Belichtungszeit des Darks 225 ADU beträgt. Das müsste man dann natürlich noch in Elektronen umrechnen, wenn man es mit anderen Kameras vergleichen will.

Ob das in der Praxis auch so klappt weiß ich nicht so genau, zum einen weil sich durch das Quadrieren kleine Fehler bei der Rauschmessung stark auswirken und zum andern weil manche Kameras auch noch Rausch- und Hot Pixel-Filter auf ihre RAWs anwenden, die die gemessene Standardabweichung verfälschen (im Regelfall kleiner machen).

Der Chip der ASI6200 hat extrem wenig Dunkelstrom, ich kann mir nicht vorstellen, dass die 200D weniger haben sollte. "Traditionell" haben Sony-Chips deutlich weniger Dunkelstrom als Canon-Chips.
 
Ja, deine Einschätzung am Ende sehe ich ähnlich, daher meine Frage hier.

Soweit ich das beurteilen kann, macht pixinsight das auf eine ähnliche Weise. Im output wird die Different zwischen den Darks sowie die Standart Abweichung davon angegeben.

Ich werde aber morgen noch mal nach deiner Methode gucken, vielleicht gibt mir das ja bessere Ergebnisse.

Vielen dnan auf jeden Fall für deine Einschätzung, du hast offenbar deutlich mehr Ahnung von dem Thema als ich

CS Gerrit
 
Hallo Gerrit,

wenn Du im Skript Basic CCD Parameters den Mauszeiger auf die Überschrift ("Basic CCD Parameters v0.3.1 - a script to determine basic CCD Parameters") setzt, wird ein tooltip-Text angezeigt, in dem ein Link auf die angewandte Methodik gegeben wird:

"Determines some basic parameters for CCD cameras
Uses the procedure described in The Handbook of Astronomical Image Processing
by Richard Berry and James Burnell, Second Printing, Errata for chapter
"8.2 Basic CCD Testing". See:
Willmann-Bell, an imprint of AAS Sky Publishing, LLC"

Der angegebene Link funktioniert aber nicht mehr. Ich habe eine PDF-Datei angehängt, die Kapitel 8.2 enthält.

Bernd
 

Anhänge

  • Errata to 1st Printing 2nd Edition of HAIP.pdf
    555,9 KB · Aufrufe: 56
Ok, Bernd hatte mal wieder die besten Infos :) Man hast du mir hier schon oft aus der Patsche geholfen!

Also, PixInsight bestimmt den Dunkelstrom aus dem Median von Dark-Bias. Das haut bei einer DSLR also nicht hin.....

Damit muss ich nach der Anleitung von Stefan wohl mal selbst ran.

CS Gerrit
 
Ok, ich habs mal probiert. Das Ergebnis ist jetzt auf eine andere Art unrealistisch :cautious:

Also, ich habe ein Darkframe (dark genannt) und ein Masterbias (Masterbias genannt). Du sagtest ja, es müssten negative Werte auch angezeigt werden. Da ich dafür in PixInsight keinen Weg kenne, habe ich einfach folgendes gerechnet: sqrt( (Masterdark - Masterbias)^2 )

Ich habe auch noch mal zur Sicherheit anhand der Berechnung der Standartabweichung überlegt, für die folgenden Schritte dürfte es egal sein, ob die Werte negativ oder positiv sind, solange sie Betragsgleich sind, was hier ja gegeben ist.

Das so entstandene Bild hab eine Standardabweichung von 6,402 ADU (bei 14 Bit. Mein A/D Wandler hat 14 Bit, skaliert aber auf 16 Bit hoch. Daher hatte ich mit 14 Bit gerechnet). Ich denke mal das kann so noch stimmen, oder?

Dann quadriere ich das und komme so auf ein kumuliertes Dunkelstromrauschen von 40,986 ADU. Das teile ich durch die 90 Sekunden Belichtungszeit und erhalte 0,4554 ADU/s als Dunkelstromrauschen. Wenn ich das bei einem Gain von 0,06263 in e- umrechne komme ich aber auf 7,27 e-/s

Und das erscheint mir eindeutig zu hoch. Die Kameratemperatur lag während der Aufnahme bei 14°C, aber selbst bei höheren Temperaturen sollte das nie so hoch steigen können.

Habt ihr noch eine Idee, was ich da falsch gemacht habe?

CS Gerrit
 
Das so entstandene Bild hab eine Standardabweichung von 6,402 ADU (bei 14 Bit. Mein A/D Wandler hat 14 Bit, skaliert aber auf 16 Bit hoch. Daher hatte ich mit 14 Bit gerechnet). Ich denke mal das kann so noch stimmen, oder?
Nicht ganz. 14bit heißt nicht, dass die Kamera automatisch 1 e-/ADU hat. Bei photons to photons gibt es für deine Kamera die Unity Iso.

Ich hab den Readnoise für meine Canon R mit dem Wert von dort bestimmt und das scheint halbwegs gut zu passen. Ich hab auch mal den Dunkelstrom bei ca. 10°C und ca. 20°C versucht zu messen. Das waren ca. 0,2e-/pxs bei ca. 20°C und ca. 0,06e-/pxs bei ca. 10°C.

Das steht aber auf wackeligen Beinen, da ich keine vernünftigen Tools habe um das zu messen. Auch war bei mir die Temperatur nie genau 10 oder 20 Grad und die Kamera war in einer Kiste und konnte ihre Wärme nicht gut abgeben. Es deckt sich aber einigermaßen mit den 0,15e-/pxs bei 20°C, die ich auf Cloudynights gefunden habe.

Mein Himmelshintergrund hat bei den bisherigen Aufnahmen im Mittel über die Kanäle 0,8-1,2 e-/pxs geliefert. D.h. bei 20°C wäre grad so die Grenze wo der Dunkelstrom das Bildrauschen nicht wesentlich erhöht. Ich denke, dass selbst bei 30°C noch ohne Probleme Luminanzaufnahmen möglich sind, wenn es nicht um extrem schwache Objekte geht.

Anders sieht das bei Nebelfiltern aus. Die reduzieren ja den Elektronenstrom des Hintergrundes mehr oder weniger stark. Ich würde vermuten, dass ich bei 20°C keine Vorteile mehr von einem Schmalbandfilter im Vergleich zu einem UHC Filter habe. Ich hab's noch nie in der Praxis ausprobiert, aber wenn meine Daten passen, dann sollte es für einen Schmalbandfilter unter 10°C haben, damit der seine Stärken voll ausspielen kann.

Das gilt für die Canon R. Ich würde aber erwarten, dass die Werte bei deiner Kamera auch so in etwa in dem Rahmen liegen dürften.

Grüße
Joachim
 
Mir ist bei der Beschreibung nicht klar, ob Du das Ausleserauschen abgezogen hast. Man misst das Dunkelstromrauschen bei verschiedenen Belichtungszeiten und erhält im Idealfall eine Gerade, deren Offset das Ausleserauschen und deren Steigung das Dunkelstromrauschen ist.

Man kann das mit dem Masterdark für jede Belichtungszeit so machen und es hat den Vorteil, dass man sieht, ob sich in den Bildern einer Belichtungszeit irgendwelche Unterschiede ergeben. Man kann die Bilder aber auch voneinander abziehen und davon die Standardabweichung berechnen, oder falls negative Werte nicht gehen, vor der Addition auf das erste Bild noch eine Konstante addieren. Das Differenzbild enthält dann das Rauschen von zwei Bildern, darum muss man die Standardabweichung noch durch Wurzel 2 teilen. Auf die Weise kommt man mit zwei Bildern pro Belichtungszeit hin, falls man Aufnahme und Auswertung manuell macht.

Michael
 
Bei der Messung meiner Kamera erhalte ich ... einen Dunkelstrom von 0,008 e-/s
Das deckt sich gut mit dem Wert, den ich mal für eine 200D bestimmt habe (aus der Standardabweichung der Differenz von 2 Darks).

Um den Dunkelstrom der DSLR zu bestimmen müsste man also von einem Dark ein Master-Bias subtrahieren. Übrig bleiben sollte ein Bild mit Helligkeitswerten um Null. Wichtig dabei wäre, dass die Software nicht etwa alles unter Null abschneidet, sondern auch negative Werte anzeigt. Bei diesem Ergebnisbild lässt man sich dann die Standardabweichung anzeigen, das ist dann das Dunkelstromrauschen.
Das Master-Bias zu subtrahieren ist nicht nötig, weil der Offset bei der Berechnung der Standardabweichung nicht stört.
Wichtig ist aber, dass man 2 Darks voneinander subtrahiert, sonst bestimmt man vor allem die Schwankung des Dunkelsstroms von Pixel zu Pixel. Die berechnete Standardabweichung teilt man dann durch 2.
Oder man zieht vom Dark ein Master-Dark ab und berechnet die Standardabweichung.
In beiden Fällen muss man negative Werte erhalten, zum Beispiel dadurch, dass man einen ausreichend großen Offset von z.B. 2000 addiert.

Erwin
 
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