Entscheidungshilfe für die Pixelgrößenwahl

[Ries]

Hallo,

die Samplingdiskussion ist immer wieder ein Dauerbrenner hier im Forum. Besonders Astrofotografie-Einsteiger stellen oft die Frage nach der richtigen Pixelgröße für ihre Brennweite. Von manchen Forenteilnehmern wird die Meinung propagiert, das Seeingbewegung eines Sterns muss auf einen Pixel passen., sprich bei 2" Seeing muss auch das Pixel 2" am Himmel abdecken. Das widerspricht meinen eigenen Erfahrungen und auch denen aller Astrofotografen, mit denen ich zu tun habe.

Wie lässt sich aber dazu eine objektive Aussage treffen? Wenn man Bilder aus dem Internet vergleicht, erkennt man zwar sehr schnell, dass viele Spitzenfotografen mit mehr oder weniger Oversampling arbeiten, also das Seeing auf mehrere Pixel aufteilen. Die oversampelten Aufnahmen zeigen in der Regel mehr Details als Aufnahmen mit kürzerer Brennweite. Aber Bilder von verschiedenen Standorten und Equipments kann man schwer objektiv vergleichen. Zu unterschiedlich können die Seeingwerte oder die Optik samt Nachführung sein. Von den Auswirkungen der Bildbearbeitung ganz zu schweigen.

Objektiv lässt sich daher nur eine Aussage treffen, wenn Aufnahmen zum gleichen Zeitpunkt, am selben Ort und mit dem gleichen Equipment aufgenommen werden. Das ist in meiner Sternwarte möglich, da ich mit 2m Brennweite arbeite und durch das Binning der CCD-Kamera die Pixelgrröße festlegen kann. Dadurch ist es mir möglich verschiedene Samplings (Bogensekunden am Himmel/Pixel) zu vergleichen.

Ende April habe ich nun Aufnahmeserien von M66 und M3 mit unterschiedlichem Binning aufgenommen. Die folgenden Bilder zeigen die Auswirkungen von verschiedenen Pixelgrößen auf die Auflösung und Detailwiedergabe. Dazu wurden verschiedene Testreihen mit unterschiedlichen Binning aufgenommen.

Das 1x1bin entspricht einem Sampling von 0,56"/Pixel
Das 3x3bin entspricht somit einem Sampling von 1,68"/Pixel
Das 4x4bin entspricht einem Sampling von 2,24"/Pixel

Die Summenbilder bestehen bei M66 aus 15 Einzelaufnahmen und bei M3 aus 16 Einzelaufnahmen. Um Einflüsse des Seeings, Fokusdriften und ähnliches auszuschließen, wurden die Einzelaufnahmen in Blöcke unterteilt. So wurde z.B. bei M66 5mal im 1x1bin belichtet, dann 5mal im 3x3bin und dann noch 5mal im 4x4bin und anschließend wieder mit dem 1x1bin begonnen usw.. usw.
Die Belichtungszeiten wurden so angepasst, dass ähnliche ADU-Werte für die Objekte erreicht wurden. Da somit alle Aufnahmen mit dem selben Teleskop unter identischen Bedingungen und mit der selben Kamera aufgenommen wurden, sind die Unterschiede in der Detailauflösung nur durch die unterschiedliche Pixelgröße bedingt.

Bei Bild 1 und 2 wurden die gebinnten Rohsummenbilder in Astroart 5 (Interpolation bicubic) auf den Bildmaßstab des 1x1bin vergrößert.
Bild 3 und 4 zeigen, dass auch der umgekehrte Fall, also eine Verkleinerung (AA5, bicubic) des 1x1bin die gleichen Ergebnisse bringen.
Bei Bild 4 und 5 wurden zusätzlich die Rohbilder einer Schärfung durch Deconvolution (Maximale Entropie) unterzogen.

Zusammenfassung der Ergebnisse:
Augenscheinlich führt ein Sampling von ca. 1 Pixel ~ Seeing zu einem Detailverlust gegenüber dem oversampelten Bild im 1x1bin.
Messungen der FWHM-Werte gleicher Sterne in den Originalbildern bestätigen, dass man ohne Oversamling automatisch höhere FWHM-Werte erhält und damit ein "hausgemachtes" schlechtes Seeing vorgetäuscht wird. Dazu noch der Hinweis, dass Wolfgang Promper auf der CEDIC 2013 ähnliche Werte präsentierte.
Durch das Oversampling erhält man absolut gesehen kleinere Sterne und feiner aufgelöste Details.
Auch größere Sterne werden durch das Oversampling im Verhältnis zum Objekt nicht größer dargestellt, als in den Bildern mit größeren Pixel.
Die Spikes werden bei größeren Pixel dicker. Spikes und Details verhalten sich ja ähnlich.
Eine zeitgemäße und vernünftige Schärfung im Zuge der Bildbearbeitung ist bei Oversampling leichter und effektiver.

Theorie "Seeing auf ein Pixel":
klingt im ersten Augenblick logisch, hat aber einen grundlegenden Denkfehler. Das CCD-Pixel ist kein schwarzes Loch und saugt das Licht des Seeingscheibchens genau auf einen Pixel. Damit werden in der Regel mehr Pixel vom Seeingscheibchen angeregt. Das Seeingscheibchen wird also in Bogensekunden ausgedrückt um einiges größer dargestellt, als wenn das Seeingscheibchen beim Oversampling "abgerastert" wird.


Fazit:
Um bei gegebenen Seeing möglichlicht viele Detailinformationen zu erhalten, ist Oversampling unbedingt nötig. Man sollte zumindest das Nyquist Theorem einhalten. Um bessere Seeingphasen in einer Nacht nutzen zu können, kann man noch etwas Oversampling zum druchschnittlichen Seeing hinzurechnen.
Der Umstieg auf die aktuellen kleinpixeligen Kamera zeigte vielen Astrofotografen, dass das lokale Seeing, ausgedrückt durch die FWHM-Werte, schlagartig besser wurde. Waren früher Werte um 2" eher eine Seltenheit, so zeigt sich nun, dass das mitteleuropäische Seeing doch einigermaßen annehmbar ist.

Natürlich muss die Optik und die Nachführung mitspielen.

Des weiteren ist klar, dass man mit jedem Sampling tolle Astrofotos machen kann. So gibt es sicher Gründe sich für großformatige Chips die ja oft größere Pixel aufweisen, zu entscheiden.

Bild 1:

Link zur Grafik: http://www.sternwarte-altschwendt.at/Vergleich-Sampling%20M66_Rohbilder.jpg

Originalgröße


Bild 2:

Link zur Grafik: http://www.sternwarte-altschwendt.at/Vergleich-Sampling%20M3_Rohbilder.jpg

Originalgröße


Bild 3:

Link zur Grafik: http://www.sternwarte-altschwendt.at/Vergleich-Sampling%20M66_Rohbilder_Reduzeirung1x1bin.jpg

Originalgröße


Bild 4:

Link zur Grafik: http://www.sternwarte-altschwendt.at/Vergleich-Sampling%20M3_geschaerfteBilderr_Reduzeirung1x1bin.jpg

Originalgröße


Bild 5:

Link zur Grafik: http://www.sternwarte-altschwendt.at/Samplingvergleich_WirkungDeconvolution_M3.jpg

Originalgröße

Den Text und die Bilder gibt es auch auf meiner HP als Samplingvergleich

Dort sind die Bilder auch als PDF zum Downloaden. Das ist für dein einen oder anderen wegen der Zoomfunktion bequemer zu betrachten.

Wenn wer ähnlicher oder widersprüchliche Versuchsbilder hat, kann er sie gerne hier posten, sofern sie nicht verfälscht wurden. Schließlich wollen wir ja den Astrofotografie-Einsteigern eine objektive Vergleichsmöglichkeit bieten.

CS
Wolfgang

 

[Astro-Mechanik]

Hallo Wolfgang,
ich hätte zumindest einen M66 mit meinem alten 8" APO.

Das waren 6x600s mit einer ATIK314, 6,45 ym Pixel.
8" APO, Brennweite 1350mm.
Natürlich ist die Aufnahme Bearbeitet.

Link zur Grafik: http://www.astronomieclub-volkach.de/DeepSky/M66_1h.jpg
BIN 1x1, Originalgröße


Thema Pixelgröße/Brennweite.
Ich habe jetzt einen 6" APO mit 1050mm und möchte ein möglichst großes Feld. Also habe ich mir die G4-16000 bestellt, ob over oder undersampling erübrigt sich hier. Es gibt keine Wahl. Was dabei rauskommt, werde ich demnächst präsentieren.

Mein Fazit bisher, etwas Nachdenken darüber ja, aber nicht Überbewerten.

Weiterhin wird Optikgröße überbewertet, lieber eine saubere Optik zulegen.
Was mit kleinen Optiken geht, habe ich ja mit dem FSQ85 gezeigt.
Weiterhin ist für eine anständige Auflößung kaum mehr wie 8" nötig, was der TEC200 beweisen hat.
Ich gehe jetzt einen Schritt auf 6" zurück, bin der Überzeugung, das die Optik nicht viel weniger bringt. Hier in Mitteleuropa.

 

[tommy_nawratil]

hallo Wolfgang,

einen sehr guten Vergleich bringst du hier, mit reichlich Anschauungsmaterial. Ich habe auch Aufnahmen vom selben Objekt mit unterschiedlicher Brennweite angeschaut, der Detailgewinn mit 2-3x oversampling gegenüber 1x Sampling ist ganz klar zu sehen. Die Argumentation in der letzten Pixeldiskussion war ja, dass das Seeing die feinen Strukturen unrettbar verschmiert, und daher ein oversampling eher schädlich als nützlich ist. Dass das nicht der Fall ist, sieht man MMN aber sogar an den noch ungeschärften Rohbildern. Am geschärften fertigen M66 Bild kann ich Sternknoten in etwa 1,5" Distanz auseinanderhalten.

Der Ansatz von Hartmut, das eindimensionale Nyquist-Shannon Theorem (Musterbeispiel Frequenzabtastung Musik-CD) durch Multiplikation mit Wurzel 2 für eine Fläche zu erweitern, scheint mir praxisgerecht. 20kHz Hörgrenze, 44kHz Abtastung, Faktor = 2,2x. Mit 1,4 multipliziert ergibt sich recht genau 3x.

Interessant wäre nun auch auszuloten, ab welchem oversampling wieder ein Detailverlust eintritt, weil das Licht sich auf zu viele Pixel verteilt. Irgendwann muss das ja geschehen.

lg Tommy
Stefan - könntest du auch eines der Rohbilder posten, da könnte man besser vergleichen!

 

[Ries]

Hallo Stefan,

danke für dein Bild aber unter Versuchsbilder hatte ich natürlich Bilder mit unterschiedlicher Pixelgröße z.B. durch Binning oder anderer Kamera mit anderer Pixelgröße gemeint.

Du hattest ja jetzt in letzter Zeit verscheidene Optiken und Kameras im Einsatz. Wie oben geschrieben, wäre es nur objektiv, wenn du den Vergleich unmittelbar nebeneinander fahren könnstest. Aber vielleicht hast du auch Bilder in deinem Archiv, die vom selben Objekt sind und. z.B. im 2x2bin aufgenommen wurden. Ein fehlerbehafteter Vergleich wäre z.B. wenn du M66 mal mit deinem 11000er Chip aufgenommen könntest...Aber vielleicht lässt sich da schon eine Tendenz erkennen.....

Generell bin ich deiner Meinung, dass die Optik mit dem passenden Sampling die entscheidenden Parameter sind. Öffnung bringt Zeitgewinn und damit Grenzgröße in entsprechender Zeit. Wie geschrieben kann man mit jedem Sampling tolle Aufnahmen machen, nur kannst du dir vorstellen, dass das gleiche Ergebniss bei M66 raugekommen wäre, wenn du stattdessen im 2x2bin oder 3x3bin aufgenommen hättest, um auf die 2" oder 3" pro Pixel zu kommen, wie manche das den Anfängern empfehlen???

Aber nochmal für alle anderen, es werden keine M66 oder M3 Bilder als Vergleichsbilder gesucht (die finde ich ganz leicht bei Google;-) ), sondern Vergelichsbilder die mit identischen Eqzuipment und unterschiedlicher Pixelgröße aufgenommen wurden. Wenn möglich in der gleichen Nacht usw.... Je mehr Parameter gleich waren, umso aussagekräftiger sollten die Bilder sein.

Ansonsten kann auch jeder Fotograf mal selber den Versuch nachmachen und schnell mal ein paar Bilder mit höheren Binning aufnehmen.

Viele Grüße
Wolfgang

 

[Ries]

Hallo Tommy,

Danke auch dir für deinen Beitrag!

Hartmut hätte somit eine theoretische Erklärung für meine Ergebnisse geliefert. Als Softwarespezialtist und Programierer hat er auch das nötige Rüstzeug dazu, um das zu formulieren. Besten Dank auf diesem Wege.

@ Extremes Oversampling: Ich hatte ein paar mal eine Apo-Barlow im Einsazt, um kleine PN aufzunehmen. Mit 3,6m wird man wahrscheinlich keinen Detailgewinne mehr erhalten;-). Aber die Detailerkennbarkeit ist eventuell besser, sprich man tut sich einfach am Bildschrim leichter, Strukturen zu erkennen. Ich kann ja auch mal einen Versuch mit der Apobarlow widerholen.

Die Detailerkennbarkeit ist ja auch schon in den Testreihenbildern so eine Sache. In Originalgröße schauen die gebinnten Aufnahmen von M3 recht knackig aus. In Wirklichkeit kann ich da aber die ganzen feinen Sterne nicht erkennen. Man versuche im Bild 5 z.B. ein gerde getrenntes Sternenpaar in der vergößerten gebinnten Aufnahme in der Originalgröße zu finden. Da kann man mit der Lupe suchen.

Viele Grüße
Wolfgang

 

[frasax]

Hallo Wolfgang,

eine schöne Arbeit hast du dir gemacht, ich mag solche anschaulichen Betrachtungen. Evtl. werde ich dich mal einspannen für einen meiner Videocasts zu dem Thema!? (wenn ich mal wieder Zeit dafür finde).

Allerdings wunder ich mich etwas. Wie es sich mit dem Sampling verhält ist doch allgemein bekannt, nicht? Wusste nicht das es dazu neue Theorien gibt.

Meine persönlichen Erfahrungen sind: Undersampling lässt sich nicht immer vermeiden (Bsp. Teleobjektiv an CCD). Dann zeigt man halt nicht die volle Auflösung. Ansonsten ist ein vernünftiges sampling als Kriterium für die Auswahl der geeigneten Kamera/Teleskop Kombi natürlich zu beachten.
Undersampling möglichst vermeiden (sieht furchtbar aus), es fällt mir kein Argument für extremes Oversampling ein, aber auch keines dagegen.

Übrigens weniger bekannt ist das Resampling. Vorraussetzung für ein erfolgreiches Resampling ist erst einmal ein gutes sampling Eine gute Software sollte meiner Meinung nach ein paar Resampling Methoden anbieten. Ich mache das bei meinen Aufnahmen immer, und denke so das beste in Punkto Auflösung heraus zu holen.

CS Frank

 

[MountyPython]

Hallo Wolfgang,

eine schöne Untersuchung. Du beziehst den Begriff Oversampling auf das Seeing. Und mein Eindruck deckt sich mit Deiner systematischen Analyse.
M.E. sollte der Begriff Oversampling respektive der theoretischen Auflösung der Optik ins Feld geführt werden. Durch die statistische Verteilung des Seeings während der Langzeitbelichtung kommt m.E. eine Mittelung zustande von der auch Aufnahmesysteme höherer Auflösung profitieren. Deine Untersuchung scheint mir das sehr schön zu illustrieren. Im Deepskybereich werden die Pixel nicht so schnell gesättigt, wie z.B. in der Planetenfotographie. Aber auch hier versucht man ja durch schnelle Aufnahmen dem Seeing ein Schnippchen zu schlagen (Lucky Imaging). Oversampling würde ich auch hier eher auf die Geräteauflösung beziehen und nicht aufs Seeing. Und wenn Du mit Deinem 18" gearbeitet hast, hast du ja noch kein Oversampling (respektive der Geräteauflösung).

@Frank: Argument gegen zu starkes Oversampling: Im Anwendungsbereich Planetenfotographie steigen dadurch die Belichtungszeiten und führen dann zu Artefakten (siehe Anmerkung im Planetenforum , Author C. Moos).

Danke für die tolle Arbeit und vor allem fürs Teilen!
Beste Grüsse,
Gerrit

 

[Edgar99]

Hallo Wolfgang,

Ein sehr schöner Beitrag!

Die Bildqualität wird aber nicht nur durch die Detailauflösung bestimmt, sondern auch durch das Signal- Rauschverhältnis (= „Bildtiefe“ bzw. Grenzgröße).
Große Pixel können auf ihrer größeren Fläche mehr Photonen sammeln. Bei gleicher Belichtungszeit wird das Bild mit den größeren Pixeln u.U. weniger Details zeigen, aber dafür weniger Rauschen und mehr Tiefe.

Wolfgang, du hast in deinem Text die Gesamtbelichtungszeit der einzelnen Aufnahmen verschwiegen. Ich schätze das diese beim 3x3 Binning jeweils erheblich kürzer war? Bei gleicher Belichtungszeit sollte bei 3x3 Binning auch etwa 3-mal weniger Rauschen sichtbar sein (theoretisch!).


Wahrscheinlich entstand der Mythos von der Überlegenheit der großen Pixel bei DS-Aufnahmen durch genau diesen - im Prinzip ja richtigen - Überlegungen über das S/N Verhältnis. Man vergisst dabei aber die Möglichkeiten der Bildverarbeitung.

Mit der Bildverarbeitung kann man jederzeit kleine Aufnahmepixel wieder in große Bildpixel umrechnen. Umgekehrt geht das nicht!
Bei gleicher Belichtungszeit erzeugt z.B. ein nachträgliches 2x2 Binning exakt das gleiche Bildergebnis, wie eine Aufnahme mit doppelt so großen Pixeln (zu mindestens theoretisch).
Eine Gaußsche Rauschfilterung ist im Prinzip so etwas wie ein stufenloses Binning. Die jeweiligen Nachbarpixel werden gewichtet aufaddiert und zu ein neuen Bildpunkt zusammen gesetzt, der die gleiche Qualität wie ein entsprechend größerer Aufnahmepixel hat. Dabei kann feinfühlig die Rauschreduzierung eingestellt werden, bis die Details gerade noch nicht verwaschen. Am Ende kann mit den kleineren Pixeln ein rauschärmeres und gleichzeitig detailreiches Bild entstehen.

Die Bildinformationen, also die Summe an eingesammelte Photonen, gehen ja nicht verloren. Diese werden bei der Aufnahme nur auf kleinere Pixel aufgeteilt und beim Rauschfiltern (oder Binnen) wieder zusammengefasst. Hat man aber bereits bei der Aufnahme zu große Pixel gewählt, kann man auch entsprechend nur grob optimieren.

Oft wir in den Diskussionen über die Pixelgröße das Shannon Kriterium bemüht. Der Faktor 2 gilt aber nur bei einer steile Bandbegrenzung der höheren Ortsfrequenzen. In der Praxis ist die Grenze durch die Bessel Funktion des Airy-Scheibchen bzw. der Gauß Funktion des Seeing bestimmt. In der Bandgrenze stecken daher noch Informationen drin, die erst durch ein entsprechendes Oversampling genutzt werden können.
Dann lässt sich sogar, mit einer Gaußschen Schärfung, das Seeing wieder herausrechnen.
(Experten rechnen sogar das Airy Scheibchen zurück)
Sobald aber, durch zu große Pixel, das Shannon Kriterium einmal verletzt ist, kann auch mit Bildverarbeitung nix mehr rekonstruiert werden.


Bei einem guten Foto wird man aber die Pixelgröße (bzw. die Anzahl der Pixel im Gesamtbild) so fein wählen, dass man die Pixeltreppchen im fertigen Bild nicht mehr sieht. Ein Doppelstern auf 2 oder 3 benachbarten Pixeln aufzuteilen macht daher wohl nur bei Web-Cam Aufnahmen Sinn...

 

[Ries]

Hallo Frank, Gerrit und Edgar,

danke für eure informativen Beiträge zum Versuch dem Sampling auf den Zahn zu fühlen! Ich denke, dass enorm viele Faktoren die Pixelwahl beeinflussen. Bei so vielen Kameraherstellern samt unterschiedlich verbauter Chips ist ein objektiver Vergleich, der alle für die Astrofotografie relevanten Eigenschaften abdeckt sehr schwer und zumindest für mich als Amateur nicht möglich.

Ziel des Versuchs war daher sich auf die Pixelgröße und deren Auswirkungen auf die Detailwiedergabe zu konzentrieren.
Auslöser waren folgende Threads hier auf A.de, bei der zwei gegensätzliche Meinungen aufeinander prallten.

Sampingdiskussion Herbst 2013

Samplingdiskussion Frühling 2014

Zitat aus dem 2. Thread:

Ich werde hier auch nicht eine erneute Diskussion anfangen, da mir Wolfgang Ries Theorie-freien Argumentationsansätze und sein penetranter Hang zu persönlichen Anfeindungen gehörig auf die Nerven gehen.

Als Knipser, der sich lieber praktisch der Astrofotografie widmet, freut es mich, dass nun doch einige Theorie-Ansätze zum Thema Sampling geliefert wurden. Ich versicher weiters, dass falls jemand Mängel bei diesem Versuch aufzeigt, diese nicht als persönliche Anfeindung betrachten werde, wie Kai es tat, nachdem ich ihm schwerwiegende Fehler in seinen Vergleichen aufgezeigt habe :/. Persönlich habe ich aber aufgegeben auf eine Erklärung zu warten, warum man einen Doppelstern mit 11" Abstand einem Doppelstern mit 5" Abstand gegenüberstellt :krank:

@ Frank: die letzten Absätze hier erklären wahrscheinlich, warum ich mir die Arbeit gemacht habe, die Zusammenhänge zwischen Sampling und Detailwiedergabe möglichst objektiv aufzuzeigen. Ich denke, die meisten Astrofotografen erkennen die Zusammenhänge rein intuitiv und machen sich keine Gedanken über Theorien. Für die bringt der Vergleich nichts neues. Anfänger hingegen bekommen vielleicht eine Vorstellung davon, wenn ihnen jemand für ihren 8" Newton einen 9µm-Pixel Chip als alleinige Wahrheit einreden will (ist das wieder eine persöhnliche Anfeindung :/?) .

Ja das Sampling kann man sich nicht immer aussuchen. Denn nichts ist für uns Amateure in Stein gemeißelt. Denn auch mit Undersampling lassen sich tolle Bilder machen. Was ich ja immer wieder betont haben....

Mit Resampling lässt sich sicher viel erreichen. Besonders die Erkennbarkeit wird gesteigert und man sieht, was in manchen kurzbrennweitigen Aufnahmen eigentlich steckt. Aber wenn mal Details im "ein Pixel-Schwarzen-Loch" verschwunden sind, brint sie nichts mehr hervor.

@ Gerrit: bei größeren Optiken wird es vielleicht einen Effekt durch die theoretisch höhere Auflösung geben. Andererseit sind größere Öffungen auch anfälliger für das Seeing. Ich hatte vorher einen 12 F/6 Newton. Welches nun feinere Details im DS-Bereich abbildet, traue ich mir nicht zu sagen. Natürlich kann ich keine Vergleichstest mehr machen;-). Ich denke aber, dass da schon eine Verdoppelung oder Halbierung der Öffnung sein müsste, um wirklich was zu merken..... Kann mich natürlicha auch täuschen.

@ Edgar: Danke auch dir für die vielen theoretischen Erklärungen!

Ja natürlich sind auch Rauschverhalten, Dynamikumfang, Empfindlicheit und damit Grenzgröße wichtig. Damit gibt es für jeden Astronomischen Anwendungsfall die passenden Chips und damit auch Pixelgrößen.

Der ganze Binning-Versuch soll daher nur als Vergleich der Detailauflösung betrachtet werden.

Wie du richtig vermutet hast, wurde bei den gebinnten Aufnahmen kürzer belichtet. Im 1x1bin wurde 5min bei M66 und 4min bei M3 belichtet. Im 3x3bin waren es nur 30sek bzw. 20sek beim 4x4bin. Ansonsten wären die Zentren der Gx bzw. des GCs total ausgebrannt. Im Bezug auf die Empfindlichkeit gibts also doch sehr große Unterschiede zwischen Binning und einem großen Einzelpixel, dass ja meist einen viel größeren Dynmaikumfang aufweist. Damit war ich etwas in der Zwickmühle. Wenn ich gebinnten Aufnahmen länger belichte, wird das Rauschen zwar weniger, dafür brennen die Details aus.

Ich habe mich dann dafür entschieden, das die Zentren in den Einzelbildern einigermaßen gleiche ADU-Werte hatten. Das bedingte natürlich ein etwas höheres Rauschen in den gebinnten Aufnahmen. Der Hintergrund kann also sicher nicht verglichen werden. Beim Vergleich der SNR von den lichtschwachen Sternen fällt aber auf, dass diese in den 1x1bin und den gebinnten Aufnahmen ähnliche Werte haben (Siehe Bild 2, astrometrica-Werte). Ich denke also, da das Signal-Rausch-Verhältnis bei den feinen Details (kleine Sterne) ähnlich ist, dass in den Versuchsbildern das Rauschen keinen gravierenden Einfluss auf die Detailerkennbarkeit hat.

Ich habe auch noch ein Vergleichsbild erstellt:

Link zur Grafik: https://dl.dropboxusercontent.com/u/46045296/M66_1x1Einzelbild_3x3Gemittelt10x30.jpg

Groß

Hier ist zumindest der gleichen Gesamtbelichtungszeit genüge getan. Auch im 1x1bin Einzelbild sind trozt Rauschens feinere Einzelheiten erkennbar als im gebinnten Bild.

Also nochmals: Detailvergleichbarkeit ok. Rauschen, Dynamik, Hintergrundglätte usw.... muss man wirklich eine Kamera mit einer andern vergleichen.

Viele Grüße
Wolfgang

 

[Haramir]

Hallo Wolfgang,

toller sehr informativer Beitrag. Für mich als Anfänger sehr hilfreich.

Vielen Dank dafür.
Gruß Jens

 

[Edgar99]

Hallo Wolfgang,

an deinen letzten Aufnahmen kann man ja schon erkennen:
Bei gleicher Gesamtbelichtungszeit haben kleine Pixel tendenziell die bessere Detailauflösung aber dafür mehr Rauschen.

Meine These ist ja die, dass man durch kleinen Pixel nichts verschenkt.
Durch ein nachträgliches 3x3 Binning der 1x1Bin Aufnahme erhält man z.B. das gleiche Bildergebnis wie bei der 3x3Bin Aufnahme (bei jeweils gleicher Gesamtbelichtungszeit). Mit einem Rauschfilter kann man aber bei der 1x1 Bin Aufnahme beliebig rumspielen, zwischen Detailauflösung und Bildrauschen. Im extremen Fall sieht die 1x1Bin Aufnahme nach dem Rauschfiltern genau so aus wie die 3x3Bin Aufnahme, vom Rauschen und von den Details. Umgekehrt geht das aber nicht.

In einer Aufnahme mit kleinen Pixeln steckt halt mehr Information drin. Man muss nur u.U. stärker Rauschfiltern um zu den gleichen SNR zu kommen wie bei großen Pixeln. Man hat aber die Chance, bei der Bildverarbeitung, durch Verzicht auf SNR, mehr Details zu bekommen, oder umgekehrt. Mit großen Pixeln kann man nur durch weiteren Verzicht an Details zu mehr SNR kommen. Man verliert damit also nur Flexibilität bei der Bildverarbeitung, gewinnt aber nichts.

Man erhält mit kleinen Pixeln außerdem mehr Spielräume zum nachschärfen (falls die Aufnahme genügend rauschfrei ist, also erheblich länger belichtet wird, als z.B. deine Beispielaufnahmen). Dadurch erhält man mit den kleinen Pixeln sogar noch mehr Details.

 

[tommy_nawratil]

hallo,

ich habe eine kleine Ergänzung zum Thema - soeben ist für PixInsight eine Drizzle Integration eingebaut worden. Das heisst, wenn man undersampelte Bilder hat und dithert, können die Infos subpixelgenau in ein feineres Raster eingetragen werden. Dazu folgendes Beispielbild aus dem PixInsight Forum
(Rechtsklick und "Anzeigen" für grösser):

Link zur Grafik: http://pixinsight.org/images/forum/20140531/DI/drizzle-example.jpg

Da sieht man auch gut wie ein undersampeltes und ein gut gesampeltes Bild sich unterscheiden, so wie es die Macher von PixInsight sehen.

Das Tool werde ich sicher bei meinen Weitfeldaufnahmen mit dem 100L und 200L mal ausprobieren. Hier der Link zur Vorstellung des Tools im PixInsight Forum:
http://pixinsight.com/forum/index.php?topic=7151.0

lg Tommy

 

[Astro-Mechanik]

Hallo,

was können mir denn die Fachleute empfehlen für folgendes Setup:

Ziel: gut aufgelößte Galaxienaufnahmen
Gerät: Esprit150 150/1050mm, bzw mit anderem Flattener 1130mm

Zur Wahl stehen folgende Kameras:

- ATIK 383, 5,4ym Pixel
- ATIK 428exm, 4,54 ym Pixel
- ATIK 320e/420m, 4,4ym Pixel
- ATIK 490exm, 3,69ym Pixel
- ATIK 450m, 3,45ym Pixel

Danke für eventuelle Antworten.

 

[Edgar99]

Hallo Stefan,

wenn ich mir deine Bilder auf deiner HP ansehe, glaube ich fast, du hast ein privates Hubble-Teleskop im Orbit. Die Bilder sind eh schon jenseits des theoretisch möglichen... ;-)

Dennoch zur Theorie:
Mit nur 1m Brennweite und schnellem f/7 erreichst du selbst mit der ATIK 450m nur knapp die Shannon Marke. Nach meiner theoretischen Ansicht und Wolfgangs praktischen Ergebnissen, sollte ein Oversampling, also eine noch weitere Verkleinern der Pixel, einen weiteren kleinen Auflösungsgewinn bringen.
Um in diesen Bereichen zu kommen, brauchst du fast noch kleinere Pixel, oder eine Barlow (?).

Zu den Atik 450 bzw. 490 findet man leider nur spärliche Daten. Die Atik490 scheint eine 20% bessere QE zu haben. Zu der für Galaxien wichtige full well capacity und Anti-Blooming Eigenschaften etc. hab ich nix gefunden und kann daher auch nix kluges dazu beitragen.

Die kleinen Pixel brauchen aber eine viel längere Belichtungszeit. Gegenüber deinem KAI-11002 Chip, mit riesigen 9µm Pixeln, müsste man theoretisch ca. 7 mal länger belichten, damit der 3,45 µm Pixel die gleiche Anzahl von Photonen erhält. Damit aber das Nachschärfen aus dem Shannon Bereich funktioniert, und nicht bloß ein Geriesel entsteht, brauch man, neben der hohen Ortsauflösung, auch eine hohe Signalauflösung, also möglichst wenig Pixelrauschen und damit eine sehr lange Belichtungszeit.

Die Auflösungsgewinne zeigen sich dann auch erst im Pixelbereich. Evtl. wird niemand auf die Idee kommen, deine ästhetisch ansprechende Bilder so weit herauszuzoomen. So was macht man ja eigentlich nur bei niedrig aufgelösten Web-Cam Aufnahmen.
Aber vielleicht wäre es spannend, zu sehen, ob ein 6“ f/7 Apo nicht die bessere Auflösung zeigen kann, wie z.B. ein 14“ f/10 SC. Zumindest theoretisch ist der Apo nicht im Nachteil (der Apo nagt zwar schon knapp an der Wellenoptik, aber letztendlich sind beide vom gleichem Seeing begrenzt (außer beim Stefan, der ja aus dem Orbit heraus fotografiert....;-))).

 

[frasax]

Hallo zusammen,

@Stefan: Es kommt doch nicht nur auf die Pixelgrösse an. Was schafft dein Teleskop denn aus zu leuchten, bzw. wie gross ist das korrigierte Bildfeld? Dann musst du dich ja erst mal für eine Chipgrösse entscheiden. Dann die QE, der Dark Noise, Read Out Noise. Aber das muss ich dir nicht erzählen.

@Rüdiger:

Die kleinen Pixel brauchen aber eine viel längere Belichtungszeit. Gegenüber deinem KAI-11002 Chip, mit riesigen 9µm Pixeln, müsste man theoretisch ca. 7 mal länger belichten, damit der 3,45 µm Pixel die gleiche Anzahl von Photonen erhält.

Das verstehe ich nicht, kannste mal erklären?

CS Frank

 

[Ries]

Hallo Stefan,

wenn man rein nach der Auflösung geht, holt man mit den kleineren Pixel mehr Details raus. Aber bei der Kamerawahl ist gibts ja noch andere Kriterien wie Rauschverhalten, Quanteneffizienz, Chipgröße usw...

Ich persönlich kenne nicht viele Bilder mit diesen extrem kleinpixeligen Kameras. Habe auch nicht viel danach ausschau gehalten. Wenn aber ein Kamerakauf ansehen würde, würde ich mal so viele Bilder wie möglich suchen und anschauen und auch die Daten dazu.

Aber wenn die QE und das Rauschen der Atik450m ok wären, würde ich dann die wählen, wenn du als Galaxienfotografie die Aufnahme von kleinen Galaxien meinst.

Wenn du aber mehr bei den größeren Galaxien wie M31, M33, M101 usw. bleiben willst, und auch mal einen Sternhaufen oder sonst ein größeres Objekt aufnehmen willst, würde ich die Atik 490 nehmen. Die hat doch schon einen etwas größeren Chip. Wenn man die Chipgröße als Kriterium heranzieht, könnte man sich auch noch die Atik 460 überlegen (4,54µ).

Natürlich kannst du aber auch, wenn du mal ein größees Gesichtsfeld wünscht, auch einfach eine Optik mit kürzerer Brennweite nehmen. Du hattest ja früher ein paar Apos.... weis aber nicht, ob du die noch hast.

Außerdem musst du auch noch abschätzen, was deine Montierung in Sachen Laufruhe und Nachführgenauigkeit verträgt. Kleine Pixel sind natürlich durch die höhere Auflösung da anfälliger.

CS
Wolfgang

 

[Astro-Mechanik]

Hallo Wolfgang,
es ginge nur um kleine GX, M82 sollte noch draufgehen. Das wäre schon genug.

Nun habe ich aber auch Bedenken wegen der Montierung. Ich hatte 8 Stück EQ-8 hier, eine ist bei mir privat im Einsatz. Trotz aller möglichen geichtsverteilungen gibt es immer mal Aussreiser bis 4". Zwar selten, sieht man auch bei 9ym Pixeln nicht.
Vielleicht sollte ich mir erst mal eine anständige Montierung zulegen.

 

[Edgar99]

Hallo Frank,

das Pixelrauschen hängt ja davon ab, wie viele Photonen der Pixel pro Zeiteinheit einfängt. Das ist proportional zur Fläche des Pixels. (9µm*9µm)/(3,45µm*3,45µm) = 6,8 (also fast 7).

 

[Vaadwaur]

Hallo,

Nun habe ich aber auch Bedenken wegen der Montierung. Ich hatte 8 Stück EQ-8 hier, eine ist bei mir privat im Einsatz. Trotz aller möglichen geichtsverteilungen gibt es immer mal Aussreiser bis 4". Zwar selten, sieht man auch bei 9ym Pixeln nicht.
Vielleicht sollte ich mir erst mal eine anständige Montierung zulegen.

na wenn das mal nicht anständige Eigenwerbung ist :/

CS aus Namibia
Peter