Planetenfotografie Öffnungsverhältnis - Pixelgröße | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie

Planetenfotografie Öffnungsverhältnis - Pixelgröße

Centes

Mitglied
Hallo,
bzgl. Planetenfotografie/Equipment habe ich eine Verständnisfrage.

Am vergangenen Samstag habe ich mich seit langem mit der Planetenfotografie
an Mars versucht. Abgesehen von zwei grundlegenden Fehlern, die im Grunde
gar nicht passieren sollten ( zu niedrige FPS – 18 und fehlender UV/IR-Filter )
war das eingesetzte Setup auch vielleicht suboptimal. Das Ergebnis war grotten-
schlecht.

Newton 250/1000mm mit 3-fach Barlow und ZWO ASI 120mc; bin ich bei
einem Öffnungsverhältnis f12 „gelandet“.


Ich habe mal nachgelesen, dass das Öffnungsverhältnis bei Farbkameras =
Pixelgröße * 5
, bei der ZWO ASI 120mc wäre das f18,75 ( immer abhängig
vom Seeing )


Da war ich mit meinem Newton „weit“ davon entfernt.

Habe noch einen 120/900 ED-Refraktor; f7,5, mit dem ich mit der 3-fach Barlow
bei f22,5
wäre. ( Mit meiner 2-fach Barlow bei f15 )


Wäre der Refraktor für Planetenaufnahmen die bessere Wahl; würde ich wesentlich
bessere, detailreichere Aufnahmen erhalten?
Lieber auf f22,5 oder f15 gehen?


Leider spielt das Wetter für ausgiebige Tests in den letzten Wochen nicht mit.


Grüße
Jürgen
 

Gerd_Duering

Mitglied
Hallo Jürgen,

die Ursache für das schlechte Ergebnis kann natürlich vielfältig sein, vielleicht lag es ja auch nur am Seeing.
Hast du es an dem Tag denn auch mal visuell probiert?
Dann könnte man zumindest feststellen wie das Seeing ist und natürlich auch ob es am Teleskop ein Problem gibt, zb. wegen schlechter Justage, Verspannung, mäßige Qualität des Spiegels.
Wenn du visuell mit ordentlichem Okular kein gutes Ergebnis bekommst darfst du dich natürlich nicht wundern wenn es auch mit Foto nicht gut ist.

Sollte aber visuell eine gute Abbildung vorliegen muss man schauen warum es mit Foto nicht klappen will.
Dein Newton ist mit F4 extrem schnell, das stellt erhebliche Anforderungen nicht nur an das Okular sondern auch an die Barlow.
Die muss die F4 nämlich erst einmal vertagen, das ist längst nicht bei jeder Barlow der Fall. Einfache Barlows sind für F6 und langsamer ausgelegt.

Und letztlich darf man bei F4 auch nicht die hier schon sehr ausgeprägte Newtonkoma im Feld nicht vergessen. Wenn du da nicht exakt auf der Achse also Sensormitte bist wird das auch schon zu einer erheblichen Verschlechterung führen.
Wenn du bei deinem Newton 250/1000 nur 1mm neben der Achse bist bricht der Strehl bereits auf 0,63 ein.
Bei 2mm neben der Achse bricht er auf 0,14 ein.
Da hilft nur eine Koma korrigierende Barlow wie die APM 2,7x mit meinem Design.
Mit dieser Barlow hättest du bei den dann 2700mm Brennweite bei 1mm Achsabstand Strehl 0,997
Und bei 2mm Achsabstand Strehl 0,992 statt der Strehl 0,14 ohne Komakorrektur.
Wie du an dem hohen Strehl siehst kommt diese Barlow auch mit F 4 ausgezeichnet klar.

Ich habe mal nachgelesen, dass das Öffnungsverhältnis bei Farbkameras =
Pixelgröße * 5
, bei der ZWO ASI 120mc wäre das f18,75 ( immer abhängig
vom Seeing )

Faktor 5 ist zu hoch, da wird das Bild nur unnötig dunkel was zu mehr Rauschen führt bzw. man muss geringere Bildraten verwenden was sich wegen des Seeings ungünstig auswirkt.
Optimal wäre Pixelgröße x 3,6
Dieser Faktor beruht auf dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem.
Bei 3,75ym Pixeln wäre also F13,5 optimal, also Barlowfaktor 3,4.
Das kannst du über den Arbeitsabstand auch mit meiner 2,7x Barlow erreichen.
Dazu muss er von 105mm auf 151mm vergrößert werden.


Habe noch einen 120/900 ED-Refraktor; f7,5, mit dem ich mit der 3-fach Barlow
bei f22,5
wäre. ( Mit meiner 2-fach Barlow bei f15 )
In jedem Fall wäre er mit F7,5 deutlich gutmütiger und würde eine einfache Barlow nicht überfordern so wie der F4 Newton und Newtonkoma im Feld gibt es hier natürlich auch keine.
Eine 2-facxh Barlow ist hier für die ASI 120 absolut ausreichend. Was mit einem ED 120mm F7,5 so gehrt siehst du hier.

Grüße Gerd
 

Centes

Mitglied
Hallo Gerd,
vielen Dank für Deine ausführlichen Erläuterungen.

Visuell habe ich Mars durch den Newton nicht beobachtet. ( Habe gleich mit
der Kamera draufgehalten:) ). Werde ich aber bei nächster Gelegenheit ein-
mal mit meinen Hyperion Okularen testen.
Ich denke aber, das Seeing war am Samstag nicht sonderlich gut. Beim fokussieren
der Kamera an einem Stern hat das ordentlich gewabert. War auch nur ein Keil
eines Zwischenhochs, das den klaren Abend bescherte. In so einem Fall ist immer
ordentlich "Unruhe" in der Atmosphäre.

Bei dem Newton handelt es sich um einen 10"- ohne Namen ( Lacerta ).
Bei der Barlow handelt es sich um die Skywatcher 3-fach mit 4 Linsen.
Nicht die Beste, aber auch nicht die billigste.

Das mit der Abweichung von der Achse ist aber schon heftig, war mir
so nicht bekannt.

Ich denke, die nächste Session werde ich mit dem Skywatcher Equinox 120/900
und der 2-fach Barlow angehen.

Grüße
Jürgen
 

Christian_P

Mitglied
Hallo Jürgen,

eigentlich sollte es mit dem Newton schon okay sein. Man muss halt eine ganze Kette von Abläufen und Gegebenheiten einhalten, um dann konsistent gute Ergebnisse zu bekommen. Das sind aber eigentlich keine Unbekannten (außer vielleicht Seeing).

* Teleskop ausreichend temperieren (an die Umgebungstemperatur anpassen)
* Teleskop ausreichend gut justieren (dies regelmäßig prüfen)
* genau fokussieren (den Fokus möglichst genau treffen)
* Kamera sauber anbinden (von f/12 bis f/25 ist alles okay)
* Kamera richtig einstellen, kleines Bild, hohe Framerate
* Genügend lange Videos aufnehmen
* Autostakkert, ev. Drizzle nutzen, nach-vergrößern
* Mit Schärfungsalgos experimentieren
* Aus den Bilddaten das letzte rausholen

Wenn auch nur einer der Faktoren schwächelt, hat das enorme Auswirkungen, aber eigentlich sollte das machbar sein. Die Anbindung ist nicht ganz so entscheidend.


Viele Grüße
Christian
 
Hallo Niki,

mir deuchet dieser Calculator ist für DS Imaging gedacht, nicht für Planeten. Oder habe ich eine Einstellung übersehen?

Faktor 4-5 für Farbkameras, Faktor 2 für Monochromkameras. Diese Werte sind üblich.

Irgendwo habe ich aber mal gelesen, daß (monochrom) der Faktor 2 für zweidimensionales Nyquist Sampling nicht groß genug ist, sondern es ca. 3.6 sein solle. Da kann ich leider zur Theorie nichts beisteuern, vielleicht kann uns jemand erleuchten?

Grüße, Gerd
 

Demokrat

Aktives Mitglied
mir deuchet dieser Calculator ist für DS Imaging gedacht, nicht für Planeten.
Hallo Gerd, ich denke, Auflösung und Kontrast sollen in beiden Fällen kleine Details sichtbar machen, was im Wesentlichen am Seeing hängt? Nyquist unterscheidet ja auch nicht die Motive, sondern bezieht sich auf Unterscheidbarkeit benachbarter Bildpunkte... das Auflösungsvermögen des Teleskops muss natürlich auch ausreichend sein.

"For imaging planets and small deep-sky objects, where the overall image size is small to begin with, you want to have small pixels to get high resolution across the planet's disk. Experienced planetary imagers recommend a telescope-camera combination that gives an image scale of close to 0.25 arc-seconds/pixel in good sky conditions where the air is steady. In the steadiest air when seeing is excellent, an image scale of 0.1 arc-seconds/pixel can work well.

For full-disk lunar and solar imaging, and for basic deep-sky imaging, since the image is larger and since larger sensors are used compared to planetary imaging, the pixels can be larger without sacrificing resolution. When imaging larger objects, larger pixel sizes on larger sensors give better signal-to-noise ratio and larger fields of view. An image scale of 1 to 2 arc-seconds per pixel works well for lunar, solar, and basic deep-sky imaging in good sky conditions."

(3.4 Pixel Size and Resolution)

lg
Niki
 

Gerd_Duering

Mitglied
Hallo Joachim,


Wie wäre denn der Faktor für eine Mono?
Mono wäre er auch 3,6.
Man kann zwar spekulieren das die Bayer Matrix bei Farbsensoren die Auflösung mindern würde und das daher hier ein anderer Faktor gültig wäre aber dem ist nicht so.
Ich hab das auch mal in der Praxis mit Farbsensor am Siemensstern überprüft.


Auch mit Bayer Matrix kann ich sehr gut Faktor 3,6 in der Praxis bestätigen.

Diagramm.jpg


Mit Faktor 3,6 wird also etwa 90% des maximal möglichen Auflösungsvermögens erreicht und exakt dort gibt es einen deutlichen Knick in der Kurve.
Ab da geht es nur noch sehr langsam aufwärts so das ab hier höhere Faktoren so gut wie keinen relevanten Auflösungsgewinn mehr bringen.

Grüße Gerd
 

Gerd_Duering

Mitglied
Hallo Jürgen,

Ich denke aber, das Seeing war am Samstag nicht sonderlich gut. Beim fokussieren
der Kamera an einem Stern hat das ordentlich gewabert.
na dann wird das Seeing schon einen erheblichen Einfluss auf die Abbildung gehabt haben.
Um 250mm Öffnung bezüglich Auflösung voll nutzen zu können muss das Seeing schon außerordentlich gut sein. So gut ist es nur an ganz wenigen Tagen im Jahr.
Meist reicht daher auch eine kleinere Öffnung vollkommen um das rauszuholen was das Seeing an durchschnittlichen Tagen so zulässt.

Ich denke, die nächste Session werde ich mit dem Skywatcher Equinox 120/900
und der 2-fach Barlow angehen.
Ja ich denke das ist auf alle Fälle sinnvoll zumal du den Equinox 120/900
ja schon hast.
Also warum ihn dann nicht auch nutzen wenn das Seeing eh nicht mehr zulässt als mit 120mm Öffnung so geht und das ist ja schon einiges wie du an dem Bild oben sehr schön sehen kannst.
Der Refraktor hat den Vorteil das er mit F7,5 sehr gutmütig ist, wesentlich weniger auf Tubusseeing anfällig ist und schneller ausgekühlt und einsatzbereit ist.
Das liegt auch daran das beim Refraktor das Licht nur 1x durch den Tubus muss während es beim Spiegel 2x durch muss.

Der große F4 Newton ist dagegen sehr zickig und will erst mal beherrscht werden.
Die Justage ist sehr kritisch, wie gesagt nur 1mm neben der Achse und der Strehl ist schon im Keller.
Der Große Spiegel hat viel Masse die lange braucht um auszukühlen usw.

Ich würde daher den großen nur rausholen wenn das Seeing wirklich spitze ist und die größere Öffnung sich dann am Planeten auch wirklich lohnt. Bei durchschnittlichem Seeing wirst du aus gerade genannten Gründen wahrscheinlich mit dem ED 120 besser fahren.
Ich mache es auch so und hole meinen großen Newton nur dann raus wenn es sich wirklich am Planbeten lohnt.
Für durchschnittliche Tage habe ich verschiedene kleinere Teleskope, Refraktoren als auch Newton.

Grüße Gerd
 

Gerd_Duering

Mitglied
Hallo Niki,

Nyquist unterscheidet ja auch nicht die Motive,
Nyquist nicht aber der Fotograf sehr wohl und wendet Nyquist bei DS Fotografie mit ganz anderem Bezug wie bei hochaufgelöster Planetenfotografie an.
Weil die Zielsetzung und die Ausgassituation in beiden Fällen vollkommen unterschiedlich sind.

Bei DS Fotografie geht es darum besonders lichtschwache Details noch sichtbar zu machen.
Sie sind nämlich in der Regel nur deshalb nicht sichtbar weil sie zu dunkel sind und nicht etwa weil es an Auflösung fehlt.
Eindrucksvoll sieht man das wenn man eine sehr kurze Belichtung mit einer sehr lang belichteten Aufnahme vergleicht. Den enormen Zugewinn an Details der langen Belichtung verdankt man ausschließlich dem Zugewinn an Helligkeit und nicht etwa einem Zugewinn an Auflösung des Setup denn das ist ja in beiden Fällen identisch.

Ziel bei DS Fotografie ist es also ein möglichst helles Bild zu bekommen damit bei gegebener Belichtungszeit möglichst viele lichtschwache Details sichtbar werden.
Ein helles Bild bedingt aber eine kleine Abbildung und damit geringere Auflösung des Bildes.

Völlig anders ist es bei Mond und Planeten.
Die sind hell genug. Details die hier nicht sichtbar sind sind das nicht etwa weil sie zu dunkel sind sondern weil sie nicht aufgelöst werden.
Hier ist daher eine möglichst hohe Auflösung das Ziel was im Gegenzug ein dunkles Bild bedeutet.
Das ist hier aber nicht das Problem da Mond und Planeten hell genug sind um auch bei dunklem Bild also hoher Öffnungszahl ausreichend hell zu erscheinen.

Es hat also gute Gründe warum man für DS möglichst kleine Öffnungszahlen verwendet die ein helles Bild aber dafür geringere Auflösung des Bildes bieten und für Planeten wesentlich höhere Öffnungszahlen die zwar ein dunkles Bild aber dafür mehr Auflösung des Bildes bieten.

Man wendet Nyquist in Beiden Fällen daher auch völlig unterschiedlich an.
Bei DS soll das Bild möglichst hell sein aber de Sterne sollen nicht pixlig erscheinen.
Deshalb bezieht man Nyquist hier auf das Beugungsscheibchen oder auf das FWHM.
Je nach dem was größer ist.

Völlig anders bei der Planetenfotografie, hier will man die maximale Auflösung und nicht die maximale Helligkeit des Bildes.
Daher bezieht man hier Nyquist nicht auf BS oder FWHM sondern auf das Auflösungsvermögen der Optik.
Genauer gesagt auf die Grenzfrequenz der Optik und bringt die Grenzfrequenz des Sensor damit in Einklang.
Die Grenzfrequenz der Optik ist um Faktor 2,44 kleiner als der Durchmesser des BS.
Daher ergeben sich auch unterschiedliche Öffnungszahlen bei gegebener Pixelgröße des Sensors je nach Zielsetzung DS oder Planetenfotografie.

Grüße Gerd
 

Demokrat

Aktives Mitglied
Daher bezieht man hier Nyquist nicht auf BS oder FWHM sondern auf das Auflösungsvermögen der Optik.
Danke für die ausführliche Darlegung der Unterschiedlichkeiten, ich verstehe schon, was Du meinst, Gerd. Ich denke auch, jeder Bildpunkt einer Planetenaufnahme ist ebenfalls ein "Beugungsscheibchen", ob der Bildpunkt nun einen Stern darstellt oder ein Detail der Großen Syrte... die Grenzfrequenz ist ja verbunden mit Nyquist und die minimal mögliche Größe eines Bildpunktes ("Beugungsscheibchen") spielt eine Rolle bei einer möglichst detailreichen Abbildung von Oberflächendetails... ob in der Bildebene nach langer Belichtung eine Galaxie auftaucht oder nach kurzer Belichtung ein Planet: beides will detailreich abgebildet sein, denke ich. Und das Seeing wird leider der bestimmende Faktor sein...

Bei Jürgens 120/900 ED-Refraktor mit 2-fach Barlow wäre die Auflösungsgrenze (λ/ D) dann 0,95"
und das Beugungsscheibchen hätte einen Durchmesser von 2,33"
Dazu kommt das Seeing.

Die ZWO ASI 120MC hat eine Pixelgröße von 3,75 μm und würde daher "passen", denke ich.
Die 3-fach Barlow bräuchte etwa 6μm große Pixel, wenn ich richtig gerechnet habe.

lg
Niki
 
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