Ergebnis- & Praxisvergleich IMX571 Low Gain vs. High Gain

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astro_alex80

astro_alex80

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Hallo,
in vielen Threads zum Thema Gain-Einstellungen und Nutzung von Low Gain oder High Gain Auslesemodi kommt immer wieder der Punkt, man müsste das mal, jenseits der Theorie, in der Praxis vergleichen.

Das habe ich gemacht und die verfügbare Deepsky Time gestern genutzt, zur Ermittelung der besten Einstellungen für mein nächsten Belichtungsprojekt (Barnard 22 Mosaik).

Aufnahmeequipment:
- QHY268M mit Astronomik Filtern
- TOA 130 mit 0,7 Reducer auf 10m GM1000

Es wurde der DSO Mode bei Gain 0 und HGC Mode bei Gain 56 verglichen.

DSO Mode Gain 0
FW ~85.000 e-
RN 7,8 e-
1,3 e/ADU

HGC Mode Gain 56
FW ~22.000 e-
RN 1,6 e-
0,33 e/ADU

Für beide Modi habe ich im Vorfeld eine Sensoranalyse in SharpCap durchgeführt, zur Nutzung des Exposure Calculator Plugins in N.I.N.A.

Das Exposure Calculator Plugin von Stefan Berg (Hauptentwickler/Erfinder von N.I.N.A.) ermittelt die optimale Belichtungszeit abhängig von read noise und sky glow basierend auf folgenden Grundlagen/Berechnungen:
Recommended Exposure Time = 10 * read noise squared / light pollution rate
where light pollution rate is defined as: (median ADU of a subframe - median of the bias) * electrons per ADU / the length of the exposure
(Quelle: Plugin Beschreibung)

Im DSO Modus waren das 45,xx Sekunden > belichtet wurden 60 Sekunden
im HGC Modus waren das 7,xx Sekunden > belichtet wurden 10 Sekunden
(Ermittelung zum Start der Aufnahmeserie, mit Objekt im Bild)

Aufnahmezeitpunkt, 01.02. ab 20:30h bis Mondhöhe -1° (ca. 01:05) mit einer kurzzeitigen 8 min Unterbrechung und dem üblichen Overhead (Dithering, Autofokus, Recenter, Meridian-Flip).

SQM laut ASTAP 18,9 mag zu Beginn der Serie und 19,2 zum Ende, also nicht sehr vielversprechende Werte für einen Dunkelnebel.
Die Belichtungen entstanden an der Costa del Sol, Dachterrasse in ca. 30m Höhe und in unmittelbarer Meeresnähe, also bei weitem keine Sierra Nevada Bedingungen.
Temperatur zum Aufnahmestart 12,6°C und 72% RH, um 01:05h 9,9°C und 78% RH) - also wirklich nicht gut.

Aufgenommen wurde ausschließlich mit L-Filter in durchlaufender Rotation mit dem Ziel großmöglichste Vergleichbarkeit zu schaffen:
18 x 10 sek HGC Mode gefolgt von 3 x 60 sek DSO Mode und wieder von vorn.

Herausgekommen sind dabei:
104 x 60 sek = 6.240 Sekunden
624 x 10 sek = 6.240 Sekunden

unklaibrierte Integration mittels WBP-Script in PI mit PSF Signal Weighting.

numerische Ergebnisse aus PI:
SNRView Script:
SNR = 52.75 db, K masterLight_BIN_1_6252x4176_EXPOSURE_10_00s_FILTER_L_mono_integration
SNR = 51.21 db, K masterLight_BIN_1_6252x4176_EXPOSURE_60_00s_FILTER_L_mono_integration

NoiseEvaluation Script:
masterLight_BIN_1_6252x4176_EXPOSURE_10_00s_FILTER_L_mono_integration
Scaled Noise Evaluation Script v2.1.1
Ch | noise | count(%) | layers |
---+-----------+-----------+--------+
0 | 4.094e-01 | 64.78 | 4 |
---+-----------+-----------+--------+

masterLight_BIN_1_6252x4176_EXPOSURE_60_00s_FILTER_L_mono_integration
Scaled Noise Evaluation Script v2.1.1
Ch | noise | count(%) | layers |
---+-----------+-----------+--------+
0 | 4.128e-01 | 67.08 | 4 |
---+-----------+-----------+--------+

Subframe Selector:
Vergleich Auslesemodi.PNG


Unkalibrierter Stack da ich für die Aufnahmen im DSO Mode noch keine Flats habe.
Die mache ich normal erst einige Zeit nach Sonnenuntergang zur Vermeidung von eventuellem Streulicht.
Ich gehe aber nicht davon aus, dass der Unterschied zwischen beiden Modi erheblich ausfällt, ob regelkonform kalibriert oder nicht.
Reiche die Ergebnisse nach korrekter Kalibrierung aber gerne nach und stelle auch gerne die Stacks zur Verfügung.

So wie es aussieht sind, rein von der Statstik her, die kürzeren Belichtungen im HGC Mode etwas im Vorteil.

Nicht unerwähnt bleiben sollte und wir reden hier von einer Monokamera:
104 x 60 Sek = 5,05 GB Speicher
624 x 10 Sek = 30,3 GB Speicher plus erheblich längere Laufzeit für Weighting, Registrierung, Integration

Ebenfalls, da mich etwas gewundert hat, dass von den 4:30h potentieller Aufnahmezeit nur ~ 3:30h belichet wurden (Ausschuss 3 Frames à 10 Sek).
Zwischen den Aufnahmen liegen 2 Sekunden (Bilddownload + Platesolving wegen mögl. Drift) das macht bei total knapp 730 Aufnahmen 24 Minuten (!) verlorene Belichtungszeit.
Durch Autofokusläufe sind auch nochmal gut 20 Min verloren gegangen (die Länge pro Durchlauf und Häufigkeit muss ich noch optimieren) + Flip + Unterbrechung.

Was ist Eure Meinung zu dem Vergleich und den Werten?

Natürlich ist ein solcher Dunkelnebel unter einem 18,9 mag Himmel, mit den geschilderten Bedingungen am Meer eine Herausforderung, eventuell sogar Sinnlosigkeit und vielleicht nacht ein solcher Gain / Modi-Vergleich an einem helleren, kontrastreicheren Objekt mehr Sinn.

Viele Grüße,
Alexander
 
Hallo Alexander,

danke für die Tests. Es zeigt sich, dass im Prinzip das rauskommt, was zu erwarten war. Ich habe die Sachen nicht durchgerechnet, weshalb ich die absoluten Zahlen nicht kommentieren will. Aber: 1.5db Unterschied bei SNR ist schon ordentlich. 1.5db mehr entspricht einer 50% längeren Aufnahmedauer.

Natürlich ist die Verarbeitung der Datenmengen ein Thema. Da kommt es halt drauf aus, was das eigene Equipment so mitmacht. Mit der 1000HPS hast du wohl sicher keine Probleme mit Guiding-Ausreissern. Die können bei einer anderen Montierung schon eher relevant sein. Da kann man vor dem Stacking einfacher schlechte Aufnahmen aussortieren.

Und natürlich sind die 6s im HGC auch arg kurz, was wohl an der grossen Hintergrundhelligkeit liegt. Mit weniger Licht kommt man auch im HGC durchaus in den Bereich von einer Minute. Dann ist der Vergleich eher 1min gegen 6min Belichtungszeit. Das macht denn den HGC Mode für einige sicher attraktiver.

Wenn man rein auf die SNR schaut, ist klar, dass man den HGC Modus wählen sollte. Aber es gibt halt noch andere Abwägungen:
- Kann mein PC grosse Datenmengen sinnvoll verarbeiten
- Wie gut funktioniert das Guiding? Kann ich problemlos lange belichten oder nimmt der Ausschuss dann deutlich zu?
- Wie dunkel ist mein Himmel?

Letztendlich muss dann jeder selbst entscheiden, was am besten passt.

CS, Daniel
 
Hallo Alexander,

vielen Dank für Deine Test und die Daten. Da ich eher mit kurzen Belichtungszeiten arbeite bestärkt mich das Ergebnis in meinem Tun. Die modernen CMOS Kameras machen es anscheinend notwendig alte Muster zu überdenken. Die Verarbeitung der größeren Datenmengen ist, Danke eines neuen PCs Anfang letzten Jahres, kein echtes Problem. Man muss ja dem Rechner auch nicht beim arbeiten zuschauen.

Viele Grüße
Michael
 
Hallo Alex,

vielen Dank für den interessanten und perfekt dokumentierten Vergleich. Ist doch schön, wenn die Praxis die Spec.daten bestätigt. Ich hätte allerdings bei dem 19 mag/"^2 Himmel nicht erwartet, dass der Vorteil von HGC so groß ist.

Was wäre zu erwarten, wenn man auch im HGC Mode 60 s Subs gemacht hätte? Müsste dann der Unterschied nicht noch größer werden, da ja weniger Ausleserauschen pro Gesamtbelichtung anfällt?
 
Da ist mir Stathis zuvorgekommen... Ich mache normalerweise 300s-Subs, die Gesamtbelichtungszeit versuche ich so Richtung 10h (in EInzelfällen mehr) zu halten. Ich habe damit mit meinem Himmel (laut light pollution map ca. 21.5mag/arsec^2) gute Erfahrungen gemacht.
D.h. ich verliere durch längere Sub-Belichtungszeit nichts, da das SNR hinsichtlich Himmelshintergrund und (flächigem) Objekt sich nicht ändert und das kamerabedingte Rauschen vernachlässigbar ist?
 
Zitat von Stathis:
Hallo Alex,

vielen Dank für den interessanten und perfekt dokumentierten Vergleich. Ist doch schön, wenn die Praxis die Spec.daten bestätigt. Ich hätte allerdings bei dem 19 mag/"^2 Himmel nicht erwartet, dass der Vorteil von HGC so groß ist.

Was wäre zu erwarten, wenn man auch im HGC Mode 60 s Subs gemacht hätte? Müsste dann der Unterschied nicht noch größer werden, da ja weniger Ausleserauschen pro Gesamtbelichtung anfällt?
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Danke für deine positive Rückmeldung Stathis, freut mich wenn ich mit dem Beitrag einen Praxisbezug in die allgegenwärtige Gain-/Readout-Mode Diskussion einbringen kann.

Einen Punkt habe ich noch nicht verglichen und ich denke nicht zuletzt daran, neben dem von @growers geschilderten Punkt, bringen 60s Subs im HGC Modus keine Verbesserung - und zwar die Anzahl der gesättigten Sterne.

Jetzt könnte man natürlich mit StarNet und Co. hingegen und diese entfernen und durch kürzer belichtete Sterne ersetzen, was den Aufwand/Komplexität aber ja nochmals erhöht.
 
Zitat von Per_aspera:
Da ist mir Stathis zuvorgekommen... Ich mache normalerweise 300s-Subs, die Gesamtbelichtungszeit versuche ich so Richtung 10h (in EInzelfällen mehr) zu halten. Ich habe damit mit meinem Himmel (laut light pollution map ca. 21.5mag/arsec^2) gute Erfahrungen gemacht.
D.h. ich verliere durch längere Sub-Belichtungszeit nichts, da das SNR hinsichtlich Himmelshintergrund und (flächigem) Objekt sich nicht ändert und das kamerabedingte Rauschen vernachlässigbar ist?
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Ich glaube das wichtigste, wenn du mit den Einstellungen gut fährst, ist doch alles i.O.

Zudem bleibt trotzdem immer noch die Frage, hat man trotz der numerischen Verbesserung, eine tatsächlich sichtbare Verbesserung im Bild.

Nicht jeder kann natürlich (Nachführung) oder möchte, z.B. Flugzeug-/ Satellitenspuren 300s Subs machen, weil da potentieller Ausschuss tendenziell mehr weh tut (schlechtes Beispiel, weil gutes Stacking diese Ausreißer auf Pixelebene natürlich aussortiert)

Allerdings gerade bei einem 21,5 mag Himmel würde man im high gain Mode und damit geringerem Ausleserauschen natürlich schneller hintergrundlimitiert sein, was ja das anzustrebende Ziel pro Subframe ist.
 
P.s. Stelle heute Abend mal die beiden Stacks zum Download zur Verfügung.
 
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