Oversampling / Undersampling - Was tun?

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Hallo Sebastian,
hallo in die Runde,

ich glaube ich habe hier ein Praxisbeispiel des von Norbert und Frank angesprochenen Problems (Sterne sind so scharf/punktförmig dass sie tatsächlich nur einzelne, R, G oder B Pixel beleuchtet bzw. aktiviert haben), welches man gut als extremes Undersampling bezeichnen kann. Das folgende Bild der Milchstraße im Schützen habe ich im letzten Jahr auf La Palma gemacht, die Daten sind EOS 6D(a), Canon EF 50mm 1.4 bei f/5, iso1600, 4min.

Zuerst das gesamte Rohbild (nur Weißabgleich eingestellt), von den originalen 5472 pixeln auf 800 verkleinert. Hier kann man sehen dass man kein Undersampling sieht ;) - auch wenn die Verkleinerung in diesem Fall jetzt recht drastisch ist:
MilkyWay50mm.JPG


Hier ein Ausschnitt bei 200%-Ansicht; man sieht dass Sterne rot, grün oder blau sind weil nur entsprechende Pixel beleuchtet wurden (oder benachbarte zumindest zu wenig um eine korrekte Interpolation zu ermöglichen):
ExtremesUndersampling.JPG


Da man das jetzt auch für Hotpixel halten könnte hier das entsprechende Darkframe, mit identischen Parametern behandelt:
ExtremesUndersampling_dark.JPG


Dieses Phänomen stört aber wie gesagt nicht weil ich mit dem Bild ja die Milchstraße abbilden wollte (also ohnehin rauszoomen muss um alles zu sehen), für Trifid- und Lagunennebel hätte ich dann eine entsprechend größere Brennweite gewählt bei der die Sterne nicht so winzig geworden wären. Wenn man möchte kann man das "Problem" aber dennoch in den Griff kriegen indem man, wie von Frank vorgeschlagen, dithert und dann ein CFA Drizzle in Pixinsight macht. Dabei liest der Drizzle-Algorithmus die Farbinformationen der einzelnen Pixel aus den komplett uninterpolierten CFA(Color Filter Array)-Dateien ein, was möglich ist da sie ja zueinander verschoben sind, und ersetzt die Pixel eines Rohbildes, die sonst interpoliert werden würden, mit realen Werten aus einem anderen Rohbild. Damit verschwinden dann (genug Rohbilder vorausgesetzt) auch die farbenfrohen und eckigen Sterne.

LG & CS

Basti
 
Neulich habe ich hier irgendwo ein Bild gesehen, wo jemand einen Asteroiden fotografiert hat, der quasi exakt den Pixelkannten entlang eine Spur zog. Aber eben nur fast, und so gibt es in der Strichspur tatsächlich kleine Sprünge. Das wird die Erklärung sein.
Jepp, hier ;)
Das ist der Thread: Asteroid 1998(1HL) erstes Bild ist mono und liegt so wie Frank es beschreibt.
Und das ist das zugehörige Farbbild (es gibt mehrere) aus meiner Aufnahme:

1998-HL1 20191025 DSS_durchschn_nopxrej_mid4°31,2_sat30%_crp.png

stark undersampled und deswegen für derlei Auswertungen ungeeignet.
Ausschnitt 1:1 Pixelmaßstab
Links unten erkennt man auch die Dither-Wolke eines roten Hotpixels

Gruß Okke
 
Hallo Basti, sehr schöne Erklärung. Wenn man also auffällig viele bunte Sterne sieht ist es starkes Undersampling. Da habe ich wieder was gelernt.
Kann man das auch in Zahlen beziffern? Ich hatte mir sowas wie 2"/Pixel, 4"/Pixel oder 6"/Pixel als Antwort erhofft. So könnte ich im Voraus berechnen, ob sich eine Nachtsession für mich lohnt. Und müsste nicht erst das fertige Bild abwarten, in der Hoffnung, dass es vielleicht ok ist. Wie viele "/Pixel waren es zum Beispiel bei dem Bild im Post #32?
 
In dem Bild waren es 25,91"/px - aber das ist schon ein wirklich extremer Wert und extreme Symptome wegen der extrem kurzen Brennweite und weil das Objektiv abgeblendet auf 1:5 sehr scharf abbildet. In den allermeisten Fällen von >300mm Brennweite würde ich bei bunten Sternen zuerst an Hotpixel denken. Starkes Undersampling fängt schon deutlich früher an. Ich benutze öfters einen 400mm APO (der auch ein sehr scharfes Bild liefert) mit der 6D. Dort sind dann kaum Sterne zu sehen die so klein sind dass sie nur einzelne Pixel treffen, das Undersampling äußert sich dann stattdessen darin dass kleine und mittelgroße Sterne nicht einfarbig aber viereckig aussehen. Wenn ich die Bilder dann mit 2x Drizzle stacke werden sie wieder rund. Aber auch da sieht man das Problem erst in der 1:1-Ansicht bzw. bei 100% Zoom. Vielleicht kann man als grobe Orientierungshilfe verallgemeindernd sagen dass, wenn Du ein Objekt fotografierst was bei der gegebenen Kombination aus Brennweite und Sensorgröße so einigermaßen (mind. 50%) formatfüllend ist, Du nie so weit hineinzoomen musst dass das Problem sichtbar wird - weil der sichtbare Bildausschnitt dann einfach nicht mehr das (Ganze) zeigt was Du abbilden wolltest.
Bezüglich der Frage ob sich die Nachtsession dann lohnt; sie wird sich lohnen und das Bild wird ok sein, auch ohne vorherige Berechnung, wirklich - und wenn nicht wird die Ursache woanders liegen. Das folgende Bild habe ich (unter anderem) am selben Abend mit dem identischen Setup aufgenommen, die Rohbilder sahen auch alle so aus wie das oben. OK, über die Farben kann man diskutieren;) aber die Sterne sind nach dem Stacking und Postprocessing sauber: anderes Milchstraßenbild bei Astrobin
 
Hallo Basti, du erklärst sehr gut und bringst es auf den Punkt.
Dein Bild finde ich klasse. Dithering beim Stacken und gewisse Fähigkeiten bei der Bildbearbeitung zeigen, wie stark das Phänomen des Undersampling in den Hintergrund rückt. Eine gute Nachricht :-)
Besten Dank!
LG, Sebastian
 
Hallo Sebastian,
Danke für die Blumen, freut mich wenn ich Dir weiterhelfen konnte:). Zu dem Aspekt der Bildbearbeitungsfähigkeiten; ja man braucht welche aber die Tatsache dass man dabei permanent weiter- und dazulernt (geht zumindest mir so) bewirkt auch dass man immer wieder älteres Rohmaterial mit dem jeweils aktuellen Kenntnisstand neu bearbeiten kann. Diesen Aspekt finde ich ziemlich reizvoll, es kommt immer wieder etwas anderes und besseres dabei heraus und man kann die Lernerfolge im wahrsten Sinnes des Wortes visualisieren. Vielleicht kommt irgendwann ja ein Lebensabschnitt oder Gesundheitszustand oder gesellschaftliches Szenario indem man nachts nicht mehr fotografieren kann - oder der Himmel über Mitteleuropa ist bald nachts komplett hell. Oder voll mit Satteliten. Von daher ist es ja auch "zukunftsträchtig" jetzt schon Rohmaterial zu sammeln das vielleicht den momentanen Kenntnisstand in Sachen Bildbearbeitung überfordert. Dann hat man für später auch was zu basteln;)
LG und Gute Nacht
Basti
 
Hallo Sven, ok, danke für den Hinweis.
Weniger als 25 Aufnahmen macht man aber in der Regel so wie so nicht, oder?
Oder wolltest du sagen zum Drizzeln braucht man nochmals dann deutlich mehr?
 
Oversampling/herunterskalieren: Jau.

Zu Deinem Beispiel mit dem "zu kleinen" Objekt; abgesehen davon dass die optische Auflösung wahrscheinlich durch Seeing etc. begrenzt sein wird, ändert das cropping nichts an der Pro-Pixel-Auflösung. Wenn das Objekt im gesamten 25MP-Bild sagen wir mal 300x300 pixel belegt (bzw. in 300x300 pixel aufgelöst ist), tut es das ja nach dem Wegschneiden der Ränder, wenn 12.5 MP Bildfläche verbleiben, immernoch.

Um da nochmal anzuschließen.
Ich habe den ganzen Beitrag gelesen und mir natürlich auch das Video angesehen von Fotoshop.
So ganz verstanden habe ich es leider noch nicht.

Als Beispiel:
Bei einem Teleskop mit 1500 mm Brennweite und nehmen wir die 3,8µm der 1600er her komme ich auf 0,52".
Das ist mit eindeutig zu hoch Oversampelt.
Jetzt kann ich das ja kleiner rechnen. Ok ist klar.
Nur nehme ich ja nicht ohne Grund die etwas größere Brennweite (um eine eventuell kleine Galaxie größer darstellen zu können). Dafür ist ja die Brennweite da um etwas größer auf den Chip zu bringen.
Jetzt tue ich aber kleiner rechnen und somit wird die Galaxie auch wieder kleiner( GROSSES ?????)
Damit würde ich ja diesen Effekt den ich mir was die Vergrößerung angeht erhofft habe zunichte machen!?
Oder funktioniert das wirklich so, wie in diesem Video, dass ich nur die Sterne die zu sehr aufgebläht sind anhand des zu großen Oversamplings kleiner rechnen kann und die Galaxie die Größe beibehält?

Lg. Michael
 
Es gibt nun mal eine u.a. standortabhängige sinnvolle Maximalvergrößerung - wenn dein Standort bescheiden ist, dann nützt dir Brennweite gar nix. -> "Nur nehme ich ja nicht ohne Grund die etwas größere Brennweite (um eine eventuell kleine Galaxie größer darstellen zu können). Dafür ist ja die Brennweite da um etwas größer auf den Chip zu bringen. " - aber ebend nur innerhalb gewisser Grenzen. Und wenn deine Sterne dicke Fladen sind, dann sind auch kleine Details in einer Galaxie nur mehr oder weniger dicke Fladen und entsprechend als solches nicht erkennbar.

Und noch ein Hinweis, wenn du im deutlichen Oversampling bist, büßt du auch erreichbare Grengröße ein, da ebend schwache Sterne/Details auf eine größere Anzahl von Pixeln verteilt werden und somit ein deutlich schlecheres SNR aufweisen.
Nicht umsonst gibt es ja bei CCD(!)-Sensoren die Möglichkeit des Binnings - damit kann man die resultierende Pixelgröße in gewissem Rahmen an die Brenweite der Aufnahmeoptik anpassen.

viele Grüße - Ronald
 
Das mit Binning ist auch eine gute Sache. Nur das Sofwarebinning bei einen CMOS Sensor ist eben nicht gleich dem Binning einer CCD.
Zumindest war ich immer dieser Meinung. Lasse mich da gerne einem besseren belehren.
Und in dem Zeitalter wo CCD s am auslaufen sind noch eine CCD kaufen möchte ich eben nicht.
Nur werden bei den CMOS kaum Sensoren mit größeren Pixel produziert. Da werden die Pixel immer kleiner.
Und das sehe ich eben bei 1500 mm Brennweite als problematisch. (Die 1500 mm wären nur als Alternative mit 1,5 Barlow gesehen zur Original Brennweite mit 1000 mm).
Für 1000 mm Brennweite kann ich mit 3,8µ pro Pixel gut leben!

Es wird dann einfach auf den Versuch ankommen, ob das Seeing es hergibt am Standort mit der Barlow und 1500 mm zu arbeiten.

Danke!
 
Ach was solls.. ich stelle einfach mal wieder eine doofe Frage! Ein bisschen in Anlehnung an den vorletzten Beitrag.

-> Wieso kauft man sich überhaupt ein langbrennweitiges Teleskop?

Man landet total im Oversampling und kann - im Gegensatz zum Undersampling - nichts dagegen in der EBV unternehmen. Außer es kleiner zu machen. Aber das ist doch keine Lösung. Ich erreiche doch mit kleinerer Brennweite und kleineren Pixel das gleiche, wenn der Abbildungsmaßstab der gleiche ist.

Oder man kauft sich eine (teure) CCD mit größeren Pixeln und macht Binning. Aber wie gesagt, dann ist doch die Wirkung der langen Brennweite und damit des Heranzoomens weg. Ich will ja einen PN oder die Galaxie mit mehr Details(!) abbilden.

Achja: Frohes Neues Jahr!!!
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Marty Junge,

bei der (Deep-Sky)-Astrofotografie kommt es doch darauf an, wieviele Photonen Du pro Quadratbogensekunde Himmel sammelst. Und da ist erst mal Öffnung Trumpf. Die Brennweite sagt dir dann nur, über welche Sensorfläche Du diese Photonen verteilst. Bei einem RASA konzentriert man sie auf einer kleinen Fläche und erreicht damit ein weites Feld und bei einem F/10 SC auf einer größeren Fläche und erreicht höhere Auflösung.
Wenn du bei einem F/10 die Sensorpixel um das fünffache vergrößern würdest (25xFläche), dann kommen pro Pixel bei einem 8-Zöller SC genausoviele Photonen an wie bei einem 8-Zoll F/2 RASA. Man müßte die Pixelgröße dann mit der Brennweite skalieren. Und richtig, wenn man im Oversampling ist, dann binnt man halt und hat wieder die gleich Lichtmenge pro gebinntem Pixel.
Also bei kleinen Objekten wie Galaxien kann man sich durch Binning oder größere Sensorpixel die Lichtstärke zurückholen. Bei einem RASA verlorene Auflösung im Normalfall aber nicht.

Gruß

*entfernt*
 
Hallo in die Runde,

und auch von mir ein frohes Neues!

@ Michael: wie Ronald schon schrieb, der limitierenden Faktor ist ohnehin meist das Seeing. Je größer die Brennweite, desto seltener hat man ein ausreichend gutes Seeing um das mögliche Auflösungsvermögen tatsächlich annähernd zu nutzen. Ein 10-Zöller kann rechnerisch etwa 0.55" auflösen, praktisch liegt die Grenze durch Luftunruhe meistens eher bei ~2". Das heißt dass Du, wenn das Seeing zu schlecht ist, auch die Bilder einer von der Pixelgröße her zur Auflösung der Optik passenden Kamera verkleinern musst damit sie scharf wirken. Wenn man also nur selten die Zeit und Möglichkeit hat zu fotografieren oder an einem Standort mit meist unruhiger Luft ist, sollte man sich gut überlegen ob man wirklich über 1m Brennweite braucht weil die Chance, dass man sie wirklich mal nutzen kann eher gering ist (ich schreibe jetzt nur von Deep Sky Fotografie).
Aber wenn man das Teleskop z. B. dauerhaft fest installiert hat und es bei Bedarf recht flexibel nutzen kann, kann es sich je nach Standort lohnen, sich auch für die wenigen Nächte, in denen das Seeing mal richtig gut ist (hinsichtlich der Pixelgröße) zu rüsten weil man dann - wenn auch selten- richtig gute Aufnahmen machen kann. In der vorletzten Nacht waren an meinem Standort (Vorstadt-Flachland von Hannover) zeitweilig 0.6" Auflösung drin.

LG&CS

Basti
 
Hey Basti,
Deine Fotos kenne ich ja wenn dein Avatar der gleiche ist wie auf Astrobin ;).
Das mit Seeinig ist mir klar. Nur weis ich eben noch nicht wie gut bzw schlecht das bei mir ist.
Hab noch keine Ausrüstung um es bestimmen zu können.
Alles erst in Aufbau. Teilweise schon da was Montierung angeht. Montierungsadapter für Säule fehlt noch und Teleskop ist bestellt. Vorerst ein Esprit werden wird weil der Newton noch in Planung ist. Es steht nur fest das es ein 10" f/4 wird bei dem ich mit ner 1,5 Barlow auch die guten (sollten sie vorhanden sein) Bedingungen nutzen möchte.
Da wie ich leider fest stellen musste keine doppel Montage funktioniert ( Newton +Esprit) was Gesamtgewicht angeht möchte ich das ganze auch mit nur einer Kamera betreiben. Und die hat nun mal 3,67µ Pixelgröße. Für den Esprit und den Newton mit 1000mm voll ok und im Grünen Bereich. Nur halt mit der Barlow im Oversampl.
Aber für gute Bedingungen, sollten was ich hoffe auch die 1500 mm mit den 3,67µ/ Pixel funktionieren.

Lg. Michael
 
Hey Michael,

Ja, mein Avatar ist der selbe bei Astrobin;)

Ich habe da gestern in meinem Post einen Fehler gemacht und Stunden- und Bogenmaß gleichgesetzt? (Danke Rainer für die Aufklärung) die erreichte Auflösung an dem von mir erwähnten Abend lag dementsprechend nicht bei 0.6" sondern etwa bei 9".

Funktionieren werden die 1500mm mit den 3,67er Pixeln bei entsprechendem Wetter sicherlich, Du sammelst nur etwas ineffizinter Licht als mit größeren Pixeln und musst das Ergebnis verkleinern. Aber irgendwo muss man ja immer Kompromisse machen - außer man hat das nötige Kleingeld um zu jeder Brennweite eine passende Kamera anzuschaffen, was bei mir nicht der Fall ist. Deshalb versuche ich, aus den vorhandenen Mitteln das beste rauszuholen. Ein Stück weit kann man dem Oversampling in der Nachbearbeitung mit Deconvolution entgegenwirken.

Viel Erfolg mit Deiner Ausrüstung!

LG

Basti
 
Ich habe da gestern in meinem Post einen Fehler gemacht und Stunden- und Bogenmaß gleichgesetzt? (Danke Rainer für die Aufklärung) die erreichte Auflösung an dem von mir erwähnten Abend lag dementsprechend nicht bei 0.6" sondern etwa bei 9".

Da hättest ja schon Bedingungen gehabt wie in Chile oder in den Gebieten wo sich die großen Teile befinden ;).

Funktionieren werden die 1500mm mit den 3,67er Pixeln bei entsprechendem Wetter sicherlich, Du sammelst nur etwas ineffizinter Licht als mit größeren Pixeln und musst das Ergebnis verkleinern.

Ich weis. Aber das ist es mir wert wenn es die Bedingungen her geben. Ist ja nur als Option gedacht.

Lg. Michael
 
auch wenn ich Gefahr laufe, hier einen Nekro hochzuziehen: aber das ist ein weiteres faszinierendes und für mich als Fotografie-Anfänger wichtiges Thema. So habe ich jetzt verstanden, dass ich in meinem Himmel (Bortle 5) mit meiner Canon 60D am besten mit etwa 400mm Brennweite und möglichst einer an das Seeing angepassten Öffnung klarkommen würde (80-90mm)?

Stimmt doch, oder?
 
Hallo Olli, wenn es dir um die Refraktor Dimensionierung geht, dann solltest du vor allem darauf achten, dass er zu deiner Kamera (Pixelgrösse) passt. Da solltest du eben nicht zu weit ins Over- oder Undersampling kommen.
CS
 
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