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Raw-Analyse 8: Dunkelstrom und Temperatur

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In Teil 3 dieser Serie ging es bereits um den Zusammenhang zwischen Dunkelstrom und Sensortemperatur. Seinerzeit hatte sich herausgestellt, dass das EXIF-Datum “CameraTemperature” dafür völlig ungeeignet ist und die Dunkelstromwerte diversen, theoretisch nicht unmittelbar herleitbaren Schwankungen unterlagen.

Mittlerweile konnte ich allerdings unter kontrollierten Randbedingungen (Terrasse bzw. Balkon, freie Belüftung der Kamera am Teleskop auf der Montierung) mit Umgebungstemperaturen von -5 bis +12 C und Belichtungszeiten von 600 bzw. 900 s einen gut nachvollziehbaren Zusammenhang zwischen Dunkelstrom und Umgebungstemperatur ableiten. Siehe Tabelle und Grafik.

Fazit: der Dunkelstrom verdoppelt sich jeweils bei 4,3 C bzw. K Temperaturdifferenz, etwas steiler als in Teil 3 ermittelt. Bei Temperaturen bis 10 C ist das Dunkelstromrauschen gegenüber dem Photonenrauschen Hintergrund plus Objekt völlig zu vernachlässigen. Erst bei sommerlichen 20 C kommt es in die gleiche Größenordnung.

Raw-Analyse 7: Canon 700D

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Noch ein Nachzügler zur Raw-Analyse, hier mit den Daten einer Canon 700D (unmodifiziert) im “Familienbesitz”, die ich auf Hakos für die Fotografie der Galaxien NGC 253, 300, 6744 verwendet habe.

Keine Überraschungen, die Werte für Bias, Gain, Ausleserauschen und Dunkelstrom entsprechen im wesentlichen denen der Canon 600D.

Raw-Analyse 6: Canon 600D

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Dank Fabian Mast konnte ich die Daten einer “kleinen” Canon 600D(a) analysieren. Die wichtigsten Erkenntnisse:

  • Bias der 600D liegt bei 2048 (wie auch bei der 5D Mark III)
  • Unity Gain liegt zwischen ISO 200 und 400, d.h. für Astrofotografie mindestens ISO 200, besser 400, das ist eine Stufe tiefer als bei den “großen” Canons 5D Mark II und Mark III
  • Read Out Noise bei ISO 400 (4,5 e-) ist gleich dem der 5D Mark II bei ISO 800, auch hier eine Stufe “Versatz”
  • Der Dunkelstrom liegt bei CameraTemperature 22 C bei ca. 5 e-/min und damit auf dem gleichen Niveau wie die 5D Mark II
  • Der Dunkelstrom verdoppelt sich bei jeweils ca. 5 K, gleiche Ergebnisse bei der 5D Mark II
  • Bei Darks ist der ADU-Mittelwert nicht ganz so am Bias “festgenagelt”, sondern höher, eine Proportionalität zum tatsächlichen Dunkelstrom ist aber nicht vorhanden

Raw-Analyse 5: DSS Master Files

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Single dark flat raw vs. DSS master dark flat

Single dark flat raw vs. DSS master dark flat

DeepSkyStacker (DSS) erstellt aus den einzeln Raw Files für Bias, Darks, Flats, Dark Flats jeweils eine Masterdatei, typischerweise mit der Median- oder Median-Kappa-Sigma-Methode. Im Kontext der Raw-Analyse bietet es sich daher an, auch die von DSS erstellten Master Files zu untersuchen, im Folgenden ein Blick auf ein im Mai erstelltes MasterFlat und MasterDarkFlat.

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Raw-Analyse 4: Dark Flats

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Statistik Flats und DarkFlats

Statistik Flats und DarkFlats

In der Fortsetzung der Analyse habe ich mir zusätzlich auch DarkFlats angeschaut. DarkFlats sind zu den Flats gehörende Dark-Dateien, d.h. sie haben exakt dieselbe Belichtungszeit wie die Flats, nicht die kürzestmögliche wie bei den Bias-Dateien. Hier im realen Fall 1/400 s.

Wie zu erwarten gibt es bei diesen kurzen Belichtungszeiten keinen Unterschied zu Bias-Dateien mit 1/8000 s und auch der so errechnete Gain stimmt gut mit den vorherigen Werten überein.

DarkFlats haben in DeepSkyStacker den Vorteil, dass man dann auf Bias verzichten kann, indem nur die DarkFlats mit den Flats verrechnet werden. Das ist der hier unter “Alternate Calibration Process II (no bias frames)” beschriebene Prozess.

Weiter zum fünften Teil: DSS Master Files

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Namibia 2015 - IAS Edition

Namibia 2015 – IAS Edition

FINALLY! ;-) It seems that I’ve solved my problems with Scribus PDF/X-3 photobooks failing the preflight check when uploading them to Blurb. The photobook above used to be rejected during excessive tests a couple weeks ago.

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Raw-Analyse 3: Darks

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dark-800-180-7

dark-800-360-7

In diesem Teil geht es um die Vermessung der Canon 5D Mark II Darks. Schon im vorherigen Beitrag haben wir gesehen, dass bei den CR2 Raw-Dateien die Bias- und Dark-Werte bei ca. 1024 ADU “festgenagelt” sind.

Mittelwert und Varianz der Bias-Daten zeigen dabei wie erwartet keinerlei Temperaturabhängig, die Dark-Daten natürlich schon. Aus der Literatur zu CCD- und CMOS-Sensoren ist zu erwarten, dass sich der Dunkelstrom jeweils in 6-8 K (bzw. °C) Schritten verdoppelt.

Bei den Canon Darks ist das aber etwas komplizierter …

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Raw-Analyse 2: Gain

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table-bias-flat-dark

Aus einer Reihe von Vergleichsmessungen mit kurz und langbelichteten Flats und entsprechenden Darks lassen sich neue Werte für den “Gain” bei den verschiedenen ISO-Stufen der Canon 5D Mark II ableiten:

ISO 200: 2,37 e-/ADU
ISO 400: 1,17 e-/ADU
ISO 800: 0,58 e-/ADU
ISO 1600: 0,30 e-/ADU

Die Werte sind etwas höher als die aus der Regressionsgeraden abgeleiteten. Unity Gain, d.h. 1, ist aber immer noch bei ca. ISO 400.

Aber erst mal etwas Hintergrund …

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Raw-Analyse 1: Varianz

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Korrigierte Stichprobenvarianz

Mittlerweile hat die statistische Analyse der Raw-Daten meiner Canon 5D Mark II noch einiges an Zusatzergebnissen geliefert, die ich nach und nach in einer kleinen Serie “Raw-Analyse” posten werde. Teile des vorherigen Posts müssen dabei (leicht) korrigiert werden.

Erstes Thema ist die Varianz als wichtigste Kenngröße der Raw-Analyse, denn damit lassen sich aus der Signalstatistik etliche wichtige Kenngrößen der Kamera ableiten.

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Canon 5D Mark II ISO und Rauschen

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Canon 5D Mark II ADU, Varianz, ISO

Canon 5D Mark II ADU, Varianz, ISO

Noch etwas mehr Analytik mit Raw-Dateien (CR2) meiner (astromodifzierten) Canon 5D Mark II. Aufgenommen wurden Bias und Flats in den Belichtungsstufen von -2 bis +3 für die ISO-Einstellungen 200, 400, 800, 1600.

Wesentliche Ergebnisse: Unity Gain ist bei ISO 400 (d.h. aus einem Elektron in der “Well” wird auch 1 ADU), unter ISO 400 wird also Empfindlichkeit verschenkt. ISO 800 liefert zumindest bei kurzbelichteten Flats im Verhältnis 4% weniger Rauschen als ISO 400 und dürfte damit der “Sweet Spot” der Kamera sein. Entsprechend mehr ISO 1600 Aufnahmen bringen beim Rauschen kaum weitere Verbesserung.

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