SNR - Median/Standard-Abweichung im RAW und kalibriertem Bild

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SkyAnd

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Hallo in die Runde, brauche dringend Hilfe….

Vermutlich ein einfacher Denkfehler von mir, den ich aber selbst nicht lösen kann. Bin aber für jeden Hinweis von euch dankbar….
Falls nachtr. gewünscht hänge ich noch Bildschirmfotos der PixInsight Statistik an….

Der Vollständigkeit halber: RAW= Light vor der Bearbeitung, CAL = kalibriertes Bild (-Masterdark und / Masterflat)

Ich fotografiere mit einer QHY 268-C im Standard Auslesemodus DSO mit Gain 26 und Offset 50. Meine Bias und Darks weisen ein Median von ca 800 ADU aus. Normalerweise mache ich meine Telesekop-Nächte in unserem Garten, mit Bortle 4 ganz gute Bedingungen, wenig Lichtverschmutzung. Wenn ich mit meinem größten APO, einem APM 140/980 mit f=7 (+ Astronomik LS UV/IR Cut Filter) unter 90 sec belichte, bekomme ich im RAW einen Median der sehr nah an dem der Darks liegt, d.h. bei der Kalibrierung mit dem Masterdark in PixInsight lande ich mit einigen Pixeln sogar im negativen Bereich. Da die Standardabweichung bei RAW und CAL Bildern identisch bleibt (z.B. 300 ADU) habe ich im RAW dann ein ca. SNR von 900/300 = 3 , beim kalibrierten CAL nur noch <100/300 = ca 0,33 …..

Aufgrund der langen Brennweite mache ich natürlich sonst Aufnahmen mit 300 sec, aber auch da liegt der Median des RAW dann nur bei ca. 1100, das heißt beim CAL bei ca. 250….. bei ähnlicher Standardabweichung also wieder ein SNR unter 1???

Wenn ich das gleiche RAW mit AstroPixelProzessor kalibriere fällt auf, das da ein relativ hoher, nachträglicher Offset (Pedestal) von der Software gesetzt wird, so dass auch beim CAL wieder ein Median in Größenordnung des RAW rauskommt, was m.E. auch i.O. ist, solange das Objekt nicht ausgebrannt ist. Das Pedestal könnte ich bei PixInsight auch manuell (in ADU) bei der Kalibration setzen, in der Funktion AUTO macht er allerdings das gleich wie beim Standardeintrag = 0 - es wird nichts dazu gerechnet, was dann (bei der 90 sec Aufnahme) das oben beschriebene CAL Ergebnis in der Statistik: Mean = 50 , StdAbw. = 400 , Min =-0 , Max = 65400 ergibt.

Am Ende möchte ich verstehen, ob dieser Offset/Pedestal bei der Kalibration wichtig ist um ein gutes SNR und vor allem eine sinnvolle Basis fürs gestackte Bild und die folgende Bildbearbeitung zu bekommen - oder spielt das alles keine Rolle? Das es besser ist eine höhere Einzelbelichtungszeit zu wählen weiß ich, gibt meine Montierung auch her, aber bei mehr als 300 sec fliegen mir zu viele Satelliten rein….

Euer Rat, bzw. Aufklärung über einen Denkfehler?

CS
Andreas
 
Hallo Andreas,

wie kommst Du zu der Annahme, dass das Signal/Rausch-Verhätnis in irgendeiner Weise davon abhängig ist, ob man eine Konstante von allen Pixelwerten eines Bildes subtrahiert (solange keine negativen Werte auftreten, die abgeschnitten werden)? Das ist völlig falsch.

Der Offset hat die Aufgabe, negative Werte (mit denen der A/D-Wandler nichts anfangen kann) in Einzelbildern zu verhindern. Der Offset muss so eingestellt werden, dass in einzelnen Bias und Dark frames kein Clipping (Nullwerte) entsteht. Zu niedrig eingestellter Offset führt zu Informationsverlust, und die dadurch verlorengegangene Information kann bei späterer Bearbeitung nicht wiederhergestellt werden.

Auch wenn bei Aufnahme der Kalibrierungsdaten alles korrekt durchgeführt wurde und die Kalibrierungsdateien korrekt erstellt wurden, kann (z. B. bei niedriger Belichtungszeit und/oder Einsatz von Schmalbandfiltern) bei der Subtraktion des MasterDarks von Einzelbildern der Fall eintreten, dass negative Pixelwerte resultieren. Wenn dies bei einem zu großen Anteil der Pixel passiert, bedeutet das Informationsverlust. In diesem Fall ist es erforderlich, bei der Kalibrierung ein output pedestal (einen kleinen positiven Sockelbetrag, der zu allen Pixelwerten hinzuaddiert wird) anzuwenden.

Pedestals werden bei der Integration der kalibrierten Einzelaufnahmen wieder subtrahiert.

Konstante additive Beträge beeinflussen ein Signal/Rausch-Verhältnis nicht, solange kein Clipping (entweder durch negative Werte oder durch Werte, die das Zahlenformat überschreiten) auftritt. Falls Clipping in großem Maße auftritt, bedeutet das immer Informationsverlust.

Bernd
 
Danke für die Hinweise Bernd, schon mal sehr hilfreich…. Dann müssten ja mit beiden Programmen und den unterschiedlichen Pedestals am Ende wieder nahezu identische statistische Werte im gestackten Bild rauskommen…. Und die wahre Aussage zur Qualität, also SNR, kann sich erst sinnvoll im gestackten Bild (Gesamtbelichtungszeit) ergeben….

Da der Mean Wert meiner Bias/Dark durch Gain 26, Offest 50 hoch genug liegt und das Histo klar vom linken Rand gelöst ist, kann hier kein Clipping passieren und im kalibrierten Einzelframe sind in der Tat auch nur wenige Pixel negativ. Bei 90 sec halt trotzdem mehr als bei 300 sec…..

Ich werde heute Abend die CAL Frames stacken und mir die Statistik anschauen. Vielleicht brauche ich dann noch einen Tip, sofern Mean/Std.Abw. (also SNR) zu schlecht sein sollte….

Danke und CS
Andreas
 
Hier nun ein Beispiel wo ich dann doch statistische Hilfe der Experten brauche - gestern KST M92 mit 300sec Einzelframes, leider nur 13 Stck. - damit 65 Minuten Summenstack für dieses Bsp.

Die PixInsight Statistics zeigen ganz links die RAW Daten eines der Frames, dann den kalibrierten Frame mit WBPP von PI (Pedestal = Auto) erstellt, rechts davon den ident. kalibrierten Frame mit AstroPixelProcessor (Pedestal=Auto). Die letzten beiden auf der rechten Seite sind die Summenstack INT (leicht gecropt und aufeinander registriert) zunächst aus WBBP von PI und dann noch der mit APP erstellt ganz rechts im Bild
1658824050024.png

Ich stelle fest, dass der Mean Wert von RAW auf CAL geringer wird, weil ja mit Darkframe (Mean ADU=ca. 800) kalibriert. Soweit so gut.... Die StdDev bleibt nach der Kalibrierung aber nahezu konstant, aber die AvgDev (und damit auch MAD) reduziert sich deutlich - welche davon ist nun das Synonym fürs Rauschen? Auch bei den gestackten Bildern wird nur die AvgDev nochmal deutlich besser, während die StdDev auf gleichem Wert bleibt. Da durch Kalibration und danach stacken eigentlich eine Reduzierung des Rauschens erfolgen muss, sollte die Standardabweichung doch auch geringer werden, oder? Bin verwirrt...

Mit dem Script SNR aus PI (Hartmut Bornemann) habe ich mir für alle Frames aus o.a. Bsp. mal die SNR rechnen lassen - das sieht bei den Summenstacks doch eigentlich hervorragend aus, oder? Wie bekomme ich jetzt eine Analogie zu der o.a. Statistik der Bilder hin?
1658824570765.png


Danke für eure Hilfe und CS
Andreas
 
MAD und AvgDev ist jeweils ein robustes Streuungsmaß in der deskriptiven Statistik (robust = unempfindlich gegenüber Ausreißern). Hier ist angegeben, wie sie berechnet werden:

MAD = Median absolute deviation, siehe z. B.: Median Absolute Deviation

AvgDev = Average absolute deviation: siehe z. B.: Mittlere absolute Abweichung vom Median – Wikipedia

Die Intensitätswerte in einem linearen Astrofoto weichen sehr stark von einer Normalverteilung ab. Der Wert der Standardabweichung aus dem gesamten Bild ist kein gutes Streuungsmaß, weil die Standardabweichung nicht robust ist. Dies habe ich versucht, in Deinem Thread im PixInsight-Forum SNR estimation - StdDev vs. AvgDev in Statistics Process durch Histogramme und Ergebnisse des Statistik-Tools zu veranschaulichen: einerseits für ein gesamtes Bild und andererseits für einen Preview, der ausschließlich Hintergrund enthält. Für die Previews sind Standardabweichung, MAD und AvgDev nahezu identisch.

Bernd
 
Zuletzt bearbeitet:
Danke Bernd, hat mir weitergeholfen, auch die Aussage zum SNR Script im PI Forum

Klare Nächte
Andreas
 
Ich habe Juan gebeten, sich mein Ergebnis des SNR Skripts anzuschauen. Falls er das kommentiert, melde ich mich noch mal.

Bernd
 
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