Lucky Imaging... welche ASI Kamera?

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maorimaori

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Hallo

Ich möchte gern Lucky Imaging am LX 200 12" betreiben (auch mit Reducer). Planetarische Nebel, Kugelsternhaufen und andere kleinere Deep Sky Objekte....

Welche ASI Kamera ist dafür gut geeigent? Wichtig ist mir Rauscharmut... Sollte die Kamera gekühlt sein oder geht es auch ohne Kühlung?

Viele Grüße

Mario
 
Hallo,

Du brauchst bei der Brennweite "größere" Pixel. Wenn es eine FarbKamera sein soll, wäre meine Wahl eine ASI294MC, bei monochrom ein ASI1600MMC. Auf jeden Fall gekühlt, denn nur so hast Du definierte Zustände für Darks. Ach ja, auf jeden Fall CMOS, wg. des geringen Ausleserauschens...

cs
Peter

www.pixlimit.com
 
Lucky Imaging macht ja nur Sinn, wenn die Belichtungszeit kleiner als 1 Sekunde ist. Also typischerweise bei Planeten. Bei Deep-Sky ist das ja so eine Sache. Die Objekte sind meist zu schwach, um innerhalb einer Sekunde noch ein ausreichend belichtetes Bild aus dem Rauschen zu bekommen. Da wählt man Belichtungszeiten, die weit größer als 1 sec sind. Damit verschmiert sich aber das Seeing im Bild. Theoretisch kann man die Empfindlichkeit mit einer großen Anzahl von Bildern auch erreichen. Das wird aber durch den Bias des Ausleserauschens beeinträchtigt. Genau deswegen bekommt man bei N Bilder je 1 sec Belichtungszeit ist nicht die gleiche Empfindlichkeit, wie mit einem Bild das N sec belichtet ist.

Das wird hier ganz schön beschrieben.

"Richtiges" Lucky Imaging ist auch nur sinnvoll, wenn das Chip klein ist und mit 8bit AD Wandler. Ansonsten steht das Chipauslesen in keinem Verhältnis zur Belichtungszeit (< 1 sec). Meine ASI1600Pro braucht ca 5-6 sec zum auslesen und abspeichern auf eine SSD-Platte. Damit würde man sich auch noch riesige Datenmengen erzeugen.

Lucky Imaging macht man nur, wenn man das Objekt in allen Details auflösen will. M57 ist so ein Beispiel. Dazu muß aber auch die Pixelgröße an das Öffungsverhältnis angepasst werden.

Als Faustformel gilt: Pixelgröße [µm] <= Öffungsverhältnis / 3

Bei einem Öffnungsverhältnis von f/10 sind das dann ungefähr 3µm Pixelgröße. Natürlich kann man dann auch noch drizzlen. Und natürlich gilt: Je empfindlicher das Chip, je besser. Bei Belichtungszeiten unterhalb 1 sec braucht die Kamera auch nicht notwending gekühlt sein.
 
Moin,

was das Fazit betrifft, stimme ich dir zu. Lucky Imaging auf DeepSky-Objekte ist m.E. ziemlich sinnfrei. Wenn man bombastische Optiken hat, mit denen z.B. M57 auf dem entsprechenden Chip groß genug abgebildet wird, die aber andererseits so lichtstark sind, dass die Belichtungszeit deutlich unter 1s bleiben kann, mag das ganze funktionieren. Da sprechen wir aber schätzungsweise von einem 30" Newton oder so...

Ich war bei meinen Versuchen mit ASI1600MMC und ASI294 mit meinen 8" (f/2,9 bzw. f/4 bzw. f/8) jedenfalls erfolglos. Größere Objekte passen sicher eher zu der Brennweite, sind aber meistens erheblich dunkler. Und ob es dann wirklich am Lucky Imaging gelegen hat oder man einfach Glück mit dem Seeing hatte, kann man - wenn es mal geklappt hat - schlecht beurteilen.

Ich glaube, dass die Mär vom Lucky-DSO-Imaging eher ein Zweck-Optimismus ist. Schließlich wandelt sich der Kamera-Markt weg von den CCD- hin zu den CMOS-Chips und das hat mit Sicherheit nichts mit den astronomischen Ansprüchen zu tun. Da der einzige Vorteil der CMOS-Chips aber das geringe Ausleserauschen ist, muss es halt Lucky Imaging sein. Ob's was bringt ist egal - Hauptsache die Kameras werden gekauft:cool:

Deine Formel zur Pixelgröße sehe ich allerdings zum ersten Mal und bin mir ziemlich sicher, dass die Pixelgröße nichts mit dem Öffnungsverhältnis, sondern nur mit der Brennweite zu tun hat. Und außerdem fließt in die Berechnung ja noch das Seeing ein, welches man durch Lucky Imaging zu eliminieren hofft. Setzt man in die Formel für die Pixelgröße (Pixelgröße p [µm] = f * tan( FWHM ["] / 3600) x 500) das Seeing mit "0" ein, können die Pixel (zumindest theoretisch) beliebig klein sein...

Auch dass man für kurze Belichtungen keine Kühlung braucht, sehe ich anders. Schließlich heizt sich der Chip durch 300x1s eher noch mehr auf, als durch 1x300s - oder?

Gruß
Klaus
 
Hallo Klaus,

ich sehe eher in der CMOS Technologie eine großen Vorteil. Die sind nämlich wesentlich preiswerter als vergleichbar große CCDs. Der Unterschied liegt nur im Dynamikbereich. Die CMOS kann man dafür "tunen" mit einem geeignetet Gain, wenn mal will und es erforderlich ist. Normalerweise arbeite ich immer mit Gain 0 (oder eigetlich 1). Also keine extra Verstärkung.

Alleine schon wegen der vielen Satelliten und Flugzeugen, die durchs Bild fliegen, ist es für mich erforderlich, Einzelbilder zwischen 1 min (Hyperstar) und 5 min bei f/7 oder f/10.

Ich hatte neulich mal den 4fach gelinsten Quasar mit kurzer Belichtungszeit (1sec) und maximalem Gain aufgenommen. Da kann man die CMOS ausreizen. Normalerweise hätte ich auch eine Kamera mit kleinem Chip und kleineren Pixeln dazu benutzt, ähnlich wie für Planeten. Ich glaube Carsten "Junior" mit seiner EMCCD macht noch Deep Space Aufnahmen mit 0.5s Einzelbilder. Das ist aber auch eine ganz besondere Kamera.

Möglicherweise hast Du recht und es bringt tatsächlich nochmal signifikant weniger Rauschen, wenn man eine gekühlte Kamera auch unter 1 sec Belichtungszeit betreibt.

Die Pixelgröße ist tatsächlich an Teleskopdurchmesser (Auflösung) und Brennweite gekoppelt. Also das Öffnungsverhältnis. Ein Teleskop mit 100mm Öffnung erfordert bei 1000mm Brennweite eine andere Pixelgröße, also bei 200mm Öffnung. Das Auflösungsvermögen halbiert sich bei doppelter Öffnung. Damit halbiert sich auch die Pixelgröße.

Ich leite die Formel einmal her:
Das Auflösungevermögen eines Teleskops wird angegeben mit A = 138/D (wenn D in Millimeter angegeben wird, erhält man A in Bogensekunden.

Wenn zwei Sterne voneinander getrennt werden sollen auf dem Chip, muß mindestens ein Pixel dazwischen liegen. Das wird hier ganz gut beschrieben. Die dort angegebene Formel:

p[µm] = 1000/2 * f * tan(A/3600) ; der Faktor 1000 kommt aus der Umrechung von mm in µm

Jetzt kann man für kleine Winkel (< 1°) tan(A) = A setzen, wenn A in Radian gemessen wird. Die Umrechnung ist
ja bekanntlich 1rad = pi/180° * 1°

Damit erhält man aber:
p[µm] = 500 * f * A/3600 * pi/180 = 500 * f/D * 138/3600 * pi/180 = f/D * 1/3

Jetzt kann man noch argumentieren, dass das Chip 2-Dim ist. Dann muß man die Diagonale des Pixels nehmen, also
sqrt(2)*Pixelsize. Dann wäre der Faktor ca. 1/4 statt 1/3. Aber drizzlen hilft da auch.

Gruß,
Peter
 
Zuletzt bearbeitet:
.... Und außerdem fließt in die Berechnung ja noch das Seeing ein, welches man durch Lucky Imaging zu eliminieren hofft. Setzt man in die Formel für die Pixelgröße (Pixelgröße p [µm] = f * tan( FWHM ["] / 3600) x 500) das Seeing mit "0" ein, können die Pixel (zumindest theoretisch) beliebig klein sein...

Es geht doch beim Lucky Imaging genau darum, nur die qualitativ guten Bilder bei temporär gutem Seeing heraus zu selektieren. Das ist die Bedeutung von Lucky Imaging. Deshalb will man ja an die theoretische Auflösung des Teleskops heran kommen.

Wenn man länger belichtet, wird das Seeing natürlich im Bild verschmiert und man bekommt Seeing-Scheiben die nicht unter 1" liegen. Meistens sogar noch höher. Dann spricht man aber nicht mehr von Lucky Imaging. Denn da ist nichts mehr "lucky", das ist dann reine Statistik.
 
Zuletzt bearbeitet:
Auch wenn das theoretisch so ist, sieht man aber schöne Bilder v.a. mit CMOS und kurzen Belichtungszeiten... auch von Deep Sky Objekten... auch aus Städten heraus... Ich möchte es nutzen, um mit dem azimutal aufgestellten LX200 zu fotografieren... Ich denke bis 10-15s sollte das klappen... Bildfelddrehung wird ja später beim Stacken rausgerechnet... Oder?
 
Auch wenn das theoretisch so ist, sieht man aber schöne Bilder v.a. mit CMOS und kurzen Belichtungszeiten... auch von Deep Sky Objekten... auch aus Städten heraus... Ich möchte es nutzen, um mit dem azimutal aufgestellten LX200 zu fotografieren... Ich denke bis 10-15s sollte das klappen... Bildfelddrehung wird ja später beim Stacken rausgerechnet... Oder?

Na klar, das vorher Geschriebe sollte DIch auch in keinsterweise abhalten, selbst zu experimentieren. Mit Deinen Voraussetzungen sind ein paar Sekunden Belichtungszeit angebacht. Solange man die Bildfelddrehung nicht im Einzelbild selbst erkennt, wird die Stackingsoftware das richten. Nur in Richtung Zenit ändert sich der parallaktische Winkel sehr schnell und damit die Bildfelddrehung. Du kannst Dich ja am oben Geschrieben orientieren, was die Kamerawahl betrifft.
 
ja, vielen Dank für die interessanten Infos! ich fang jetzt einfach mal an, mit der vorhandenen ASI 120 mm... Mal sehen, was geht ;)
 
Ja genau, einfach mal loslegen. Ich hoffe wir bekommen die Ergebnisse zu sehen. Viel Erfolg.
 
Hallo Peter,

ich befürchte fast, Du könntest Recht haben:confused:

Ich habe immer nur auf Over-/Under-Sampling geschaut. Dass ein Teleskop auch nur eine begrenzte Auflösung hat, habe ich immer übersehen.

Dabei vermute ich, es ist noch viel schlimmer: Deine Formel für die Auflösungsgrenze beschreibt ja nur das theoretisch machbare. In der Praxis - durch Fehljustage oder auch einfach prinzipbedingt - ist die Auflösung vermutlich noch erheblich geringer. Habe ich nicht mal irgendwo gelesen, dass ein Newton eine Spotsize von min. 12µm hat? Dann wären die ganzen kleinen Pixel ja ohnehin komplett für die Katz...

Gruß
Klaus
 
Hallo Klaus,

Du hast vollkommen recht mit Deiner Antwort. Aber wir sprechen ja über Lucky Imaging. Ziel von Lucky Imaging ist es, möglichst nahe an das theoretische Auflösungsvermögen des Teleskops heranzukommen.

Im Deep Sky Bereich sieht das im Allgemeinen anders aus. Die Aufnahmen sind alle seeingbegrenzt und nicht beugungsbegrenzt. Seeinbegrenzt heißt, man hat es mit Auflösungen > 1" zu tun. Egal, was das Teleskop theoretisch kann.

Trotzdem landet man mit der Pixelgröße der CMOS Kameras häufig in der Nähe des theoretisch Möglichen. Mit p = 3.8" und f/D = 10 ist man ja schon fast dabei.

Die Kollegen vom Planeten-Thread schwören ja auf "Oversampling" und setzen häufig zusätzlich Barlows ein. Wenn ich mich recht erinnere, hat User "komposer" das (vor kurzem?) getestet und er war der Meinung, dass Oversampling bessere Ergebnisse liefert. Den Bildern nach glaube ich das auch. Nur erhält man beim oversamplen keinen mehr an Informationsgewinn. Aber das Drizzling funktionert dann besser, wie es scheint. Wenn man aber mit Oversampling nicht mehr Information gewinnt, kann man die analoge Barlow auch durch eine digitale Barlow ersetzen.

Voraussetzung ist allerdings, dass man eine Kamera benutzt, deren Pixelgröße and das Öffnungsverhältnis angepasst ist. Das kann man hier gut nachlesen. Die Pixelgröße sollte deshalb nicht größer als

p[µm] = f/D * 1/3 sein.

Analoge Barlow:

Um ein besseres Sampling (also Abtastrate) hinzubekommen, vergrößert man im Allgemeinen die Brennweite mit einer Barlowlinse. Das hast Du ja auch herausgefunden, dass das nicht verkehrt ist. Man sieht es auch am Ergebnis. Die Barlow bringt aber nicht immer einen Gewinn an Auflösung. Die Auflösung eines Teleskops und damit die sinnvolle Maximalvergrößerung wird ausschließlich durch den Teleskopdurchmesser bestimmt. Die Näherungeformel dazu ist:

A["] = 138[" mm] / D[mm]; wobei A das Auflösungsvermögen und D der Teleskopdurchmesser ist.

Der Nachteil der analogen Barlow liegt auf der Hand: Es wird ein zusatzliches optisches Element gebraucht und die Belichtungszeit verlängert sich quadratisch mit dem Verlängerungsfaktor der Barlow. Und beim Lucky Imaging kommt es auf gutes Seeing an, das aber oft nur kurzzeitig erreicht wird. Darum sind kurze Belichtungszeiten von Vorteil.

Digitale Barlow:

Wenn man sich vergegenwärtigt, dass die Barlow ab einer gewissen Vergößerung nur das Bild zoomt ohne Informationsgewinn, kann man das auch einfacher haben, indem man das zoomen nachträglich anwendet. Dadurch erreicht man das gleiche, wie mit der analogen Barlow. Allerdings ohne seine Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Der Vorteil einer digitalen Barlow liegt auch auf der Hand: Man braucht kein weiteres optisches Element, die Beleichtungszeiten sind kürzer und das Bildfeld ebenfalls. Und man kann den Vergrößerungsfaktor der digitale Barlow frei wählen und damit experimentieren.

Damit das auch gelingt, muß die digitale Barlow auf dem Sampling Theorem basieren. Das heißt, die Abtastrate (Sampling) der aufgenommenen Bilder muß der Bedingung: f/D >= 3*p[µm] genügen.

Ich habe das am 4fach gelinsten Quasar ausprobiert und es hat funktioniert. Allerdings ist der Abstand der drei Komponenten des Quasars auch nicht am Rand des Auflösungsvermögens des benuzten Teleskops.

Die vorgehensweise mit einer digitalen Barlow ist die, dass man alle Einzelbilder zoomt. Mit zoomen meine ich interpolieren und nicht etwa die Pixel vervielfachen. Nach dem zoomen der Einzelbilder werden diese wie gehabt der Güte nach selektiert, zentriert und gemittelt. Da ich selber noch keine Planeten aufgenommen habe, kenne ich die Auswerteprogramm nicht. Ich weiß, dass es "astrostakkert" gibt. Ob dieses Programm allerdings die Einzelbilder zoomen kann, weiß ich nicht. Ich habe das beim Quasar selbst in die Hand genommen.

Bei einem Öffnungsverhältnis von f/D = 10 kommt man mit einer Pixelgröße von ca 3 µm oder kleiner schon ganz gut hin. Bekanntlich hilft das drizzlen auch noch, um leicht undersamplte, aber gezoomten Einzelbilder zu restaurieren.

In diesem Sinne: Go digital!
Peter
 
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Hallo Martin,

das Thema kann man schön theoretisieren ;-)

Lucky Imaging oder Kurzbelichtungen mache ich schon seit einiger Zeit, vorwiegend mit langbrennweitigen Geräten, z.B. mit einem C11 Edge HD bei 2800 mm Brennweite oder mit Reducer bei ca. 1900 mm. Dabei kannst Du die Kurzbelichtungen von z.B., 1 s. nutzen, um gar nicht mehr nachzuführen. D.H. Du nimmst Sequenzen von 300 x 1 s mit einer ASI290MM und Deinem 12" SCT auf, und hast nach dem Stacken schöne runde Sterne und ein gutes Ausgangsbild. Dass machst Du ein paar Mal und hast ohne Autoguiding gutes Rohmaterial zur weiteren Bearbeitung. Deine Montierung sollte natürlich gut ausgerichtet sein.

Zum Lucky Imaging wird es dann, wenn Du aus der Datenflut die guten von den schlechteren trennst, und nur die guten addierst, stackst und weiter verarbeitest. Voraussetzung ist logischerweise gutes Seeing oder Momente guten Seeings stackingtechnisch zu nutzen.

Dabei eignen sich nicht irgendwelche Objekte sondern kontrastreiche, helle, schwierige... um mehr Details herauszuarbeiten als mit Belichtungszeiten, die das Seeing "aufnehmen".

Die Erfahrungswerte sagen, dass für kürzere Brennweiten eher kleine Pixel Sinn machen, für längere Brennweiten eher größere Pixel. Ansonst gilt, was ich oben schon sagte.

Ich bin leider nicht mit gutem Seeing gesegnet und stacke daher nahezu alle Einzelframes. Empfehlen kann ich Dir DSS oder Autostackert, da hat jeder so sein Vorlieben. Einfach mal probieren.

Ich komme momentan nicht zur Bildbearbeitung, einige Aufnahmen findest Du hier: www.pixlimit.com

CS
Peter
 
Ich habe nochmal auf meinem Computer nach alten Aufnahmen gesucht und bin fündig geworden. Vor mehr als einem Jahrzehnt habe ich mit WebCam und einer Watec120N experimentiert. Die Watec war damals eine der empfindlichste Kameras und einigermaßen erschwinglich. Damit konnte man echtes Lucky Imaging machen, und natürlich auch Kurzzeitbelichtungen. Die Watec120N kann maximal 10sec Einzelbelichtung machen.

Bei 10sec spielt das Seeing schon eine Rolle. Aber jammern darüber hilft nicht. Man muß damit leben. Alle, die sich mit Astrofotografie beschäftigen, sind davon betroffen.

Ich habe zwei Bilder gefunden, die ich mit Lucky Imaging aufgenommen habe. Das ist der Doppelstern Castor und der Stern Pollux. Das waren Tests für mein Equipment und man sieht auch, dass die Kollimation nicht optimal war. Denn der erste Beugungsring ist schon zu erkennen.

Castor.png

Doppelstern Castor mit Lucky Immaging augenommen.

Pollux.png

Stern Pollux mit erstem Beugungsring

M570013.jpg

Messier M57 mit Kurzzeitbelichtung von 10sec je Einzelbild aufgenommen.


Auch wenn bei Kurzzeitbelichtungen die Bilder seeingbegrenzt sind, läßt sich durch Bildverarbeitung noch viel aus dem Summenbild herausholen. Man bekommt ja in kurzer Zeit sehr viele Einzelbild zusammen. Das ist ein großer Vorteil für die anschließende Bildverarbeitung.

Mit zunehmender Größe der Kamerachips verlängert sich natürlich das Auslesen der Einzelbilder. Damit wird die Sache ineffektiv. Aber mit kleinen Chips und unter Berücksichtigung der optimalen Pixelgröße (siehe meine Beiträge oben), kann man schon sehr schöne Ergebnisse erzielen und das optimale aus seinem Equipment herausholen.
 
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