udlæsningsstøj og farvecam

[mstauningDeltager Black Hole]

Morten, kan du lokkes til at lave en forklaring ud i brugen af arket?

[mortenDeltager Super Nova]

Tak for kommentarer.

Til Jesper: Jo længere eksponering af den enkelte sub, jo bedre signal støj forhold får man fordi man slipper for udlæsningsstøjen. Jeg synes selv støjbegrebet er nemmere at forstå hvis man tænker på en “sand” værdi (middelværdien) og dertil overlejret støj.

Hvis man ser på en enkelt pixel og kalder den “sande” værdi i en dark frame for D, og det sande fotonindfald (i ADU) for P. Så er den sande værdi i pixelen: L = D+P. Vi kan ikke måle disse sande værdier, men kun D+sd, som er den sande værdi D + støj, sd, i darkframen og L = D+sd + P+sp, hvor sp er støj i fotoninfaldet. Støjen i vores kalibrerede billede er også sd+sp (variansen af en sum er summen af varianserne).

Hvis man bruger en enkelt dark, så er støjen sd + sp. Tager man gennemsnit af N darks, så er støjen sd + sp/kvrod(N). Den del af støjen som kommer fra darkframen reduceres altså med kradratroden af antallet af darkframes, og har man mere end 5-6 darks, så er støjen på den kalibrerede sub nede i nærheden af støjen i det ukalibrerede billede. Tager man nu gennemsnit af M L frames, der hver er kalibreret med N darkframes, så bliver støjen (sd + sp/kvrod(N))/kvrod(M). Her reduceres støjen altså yderligere. Ovenstående er ikke 100% korrekt, men for praktiske formål er det OK. Under alle omstændigheder mener jeg at figuren er (næsten) korrekt, d.v.s. den viser hvad der sker når man hakker en eksponering op i en række subs.

Til Michael: Jeg kan ikke gennemskue dine beregninger. Dine 2365 ADU, er det fratrukket en darkframe? Man er, som du ved, nødt til at vide hvad dark og bias frames er før man kan lave en støjanalyse. Umiddelbart kan jeg ikke forstå at dine bidrag fra mørkestrøm og udlæsningsstøj kan være SÅ lave, at de kun udgør få %?? Hvad er din rå skybaggrund uden subtraktion af nogen art, hvad er en rå dakframe og en rå biasframe?

Med mit IDAS filter i mit sommerhus har jeg en så lav skybaggrund at mine 300 subs klart er detector-limited.

[mortenDeltager Super Nova]

Jo, jeg har desværre ikke trimmet det, så det er måske lidt kaotisk.

I Arket er der to faner. Hvis vi sttarter med antal subs, så står der i de øverste rækker data for enkelte frames (orion starshoot pro, GSO 200f/5 MED IDAS2 filter, 300s eksponering for darks og lights). hb er målt i et område uden tåge eller stjerner i en enkelt L frame. Veil er målt i veil tågen. tot time er den totale integrationstid = 3 timer, 180 min og 10800 sec.

Skybackground er fratrukket dark og angivet i ADU/sec

Tåge er tåge området fratrukket himmelbaggrundområdet angivet i ADU/sec

Darkcur er mørkestrømmen i ADU/sec

#Darmframes er antallet af 300s darkframes anvendt til kalib

Kolonne B er antallet af 300s subframes

Kolonne C, Time er den totale integrationstid i minutter

Kolonne D-J er SNR for den givne totale integratinstid og det givne antal darks.

I fanen subrrame light er de øverste rækker de samme. Her er kolonne A, Light tid længden af den enkelte subframe, Kolonne B # frames er antallet af subs der skal til for at give (ca) 3 timers integration, og kolonne C-H er SNR for antallet af darks i række 12.

Håber det er tilstrækkelig info, ellers mail evt.

(Der er en bevidst fejl i beregningen. Jeg er godt klar over at når man beregner gennemsnit af kalibrerede subs, så kan disse subs ikke længere betegnes som uafhængige stokastiske variable. Jeg er dog sikker på at den derved fremkomne fejl er lille)

[jesperDeltager Neutron star]

Hej Morten,

Tak for svaret. Jeg er ikke helt sikker på at du forstod mit spørgsmål rigtigt, eller også er det mig der ikke forstår svaret rigtigt (mere sandsynligt) men pyt med det. Jeg er i hvert fald glad for at du kan bekræfte det som jeg længe har oplevet, nemlig at 4-7 darks er “godt nok”.

[mortenDeltager Super Nova]

Jesper, er det også din erfaring at der kun er knap 20% at hente ved at lade den samme samlede eksponeringstid foregå i halvt så mange 10 min subs som i 5 min subs.

Som Rigo skriver, så er smalbånd en anden snak, som jeg ikke har erfaring i. Her må der være så få fotoner, så kameraets egenskaber bliver meget mere afgørende, billederne bliver aldrig sky-limited. Hvis I poster værdier for middel +SD for Bias, 5 eller 10 min darks og en skybackground (samme tid som dark, eller bare tidsangivelse) med et smalbåndsfilter skal jeg lave en kurve for det.

morten2009-10-02 20:46:30

[jesperDeltager Neutron star]

Det er svært at sætte et tal på. En ting jeg har lagt mærke til at der er tydeligt flere svage stjerner ved 10 min subs end ved 5 min subs.

Smalbånd er en historie for sig. Nogle få objekter lyser ganske kraftigt, men de fleste er svage og kræver lang samlet eksponeringstid. Men de er nu alligevel det rene guf når man er vant til at slås med en lysforurenet himmel. Det problem forsvinder helt og aldeles med smalbånd.

Jesper2009-10-02 22:09:05

[mortenDeltager Super Nova]

Jeg har trods mit løfte et par yderligere modelberegninger som i hvert fald bidrager yderligere til min egen forståelse af hvad der sker når vi ændrer total eksponeringstid og sub længde. Desuden har jeg forsøgt at beregne hvad der sker når man laver smalbånd. Her er jeg uden praktisk erfaring selv, så mine konklusioner kan være helt i skoven. Jeg har også forsøgt at beregne hvad man kan få ud af at købe et kamera der halverer udlæsningsstøjen.

Først sub længden. Figuren viser sammenhængen mellem den totale integratinstid, d.v.s. summen af længden alle subs og signal-støj-forholdet (SNR) ved valg af 4 forskellige sub længder. Data fra mit orion cam og min sommerhushimmel.

uploads/261/sub_længde.JPG

Som det fremgår, så får man rigtigt meget ud af at forlænge den totale integratinstid i starten op til ca 2 timer, derefter er gevinsten mindre pr tidsenhed. Det betyder at hvis man har bruger 5 min subs og en integrationstid på 4 timer, så kan man få det samme signal-støj-forhold ved 10 min subs og en samlet integrationstid på 3 timer. Selvom den procentvise forskel er lille på SNR ved 5 og 10 min subs, så kræves der altså lang ekstra tid for at opveje denne forskel. D.v.s. hvis man vil have samme kvalitet ved 5 min subs som ved 10 min subs, så skal man have betydelig længere samlet eksponeringstid. Forskellen bliver større jo længere samlet integrationstid der benyttes.

Næste figur viser forskellen på et kamera med den halve udlæsningsstøj i forhold til det jeg har, d.v.s. det hypotetiske kamera har en udlæsningsstøj på 5,5 e-. Jeg har lavet beregningen dels for et farvekamera, og dels for smalbånd (jfr. Rigos kommentar). Her har jeg regnet med at himmelbaggrunden er 20 gange lavere med smalbånd, mens selve objektet kun er 1,25 gange svagere. D.v.s. en betydelig forbedring af kontrasten.

De solide liner viser sammenhæng mellem samlet integrationstid og signal-støj-forhold med orion kameraet, de punkterede viser tilsvarende med et kamera med den halve udlæsningsstøj

Som det ses, så er signalet og himmelbaggrunden så meget svagere med smalbånd, at det er nødvendigt med længere integrationstid. Nøjagtigt som Rigo skrev. Det ses også at man opnår lidt (men kun lidt) mere forbedring i sit signal-støj-forhold ved købe et bedre kamera når man kører smalbånd.

morten2009-10-03 15:13:05

[rigoDeltager Super Nova]

smart du kan beregne dig til erfaring uden erfaring 🙂

[mstauningDeltager Black Hole]

Mine tal er før darks, og bias /dog fratrukket pedistal og påført flats.

Forskellen mellem ikke flat behandlet og flatbehandlet er 6 adu på det målte område i mit bybillede. Og 5 adu på mit mørksted billede.

Tallende er nuppet fra CCDwares beregner.

Husk på den beregner det ud fra, at man bruger x antal darks.

Angående snr:

Terioen lyder at støjen går op med kvartroden af signalet, samt at man ved at fordoble tiden også fordobler signalet (ved en linær chip).

Men da SNR jo stiger med signalet-støj, skal man altså op over 2x tiden for at fordoble SNR.

Så hvis vi nu antager dette:

60 sek giver en SNR på 10, så vil 120sek ikke give en SNR på 20 – men lidt under (ca 17,5).

Angående regnearket:

Jeg kikker på om det giver mening, og finder da lige nogle frames i følgende datas:

Darks, bias, flats, Lums, RGB, Narrow (bliver sikkert Ha).

Alle taget hjemmefra, sætter dem til rådighed, så vi er flere der kan måle på det samme (jeg kan jo tage fejl i mine antaleser).

Så kan du også lege med Ha frames 😉

[mortenDeltager Super Nova]

Hej Michael

Jeg har ikke medregnet flats fordi de ikke bidrager ret meget støj p.g.a. de høje ADU værdier.

Det der var min pointe var at se hvor meget udlæsningsstøjen bidrager med fordi det betyder noget for hvilken strategi man vil vælge, herunder hvor lange subs man skal tage. Det andet formål var at finde ud af hvor mange darks der er nødvendige.

Støjregnskabet bliver lidt mere kompliceret end bare kvadratroden af ADU’erne fordi man skal regne udlæsningsstøjen forhold ind, og det var det jeg prøvede med regnearket. Det er jo kun er mørkestrømmen og fotonfluxen, hvor variansen er lig med tælletallet. Udlæsningsstøjen har ingen relation til niveauet, det er iøvrigt derfor man kan trække en pedestal fra uden at blive straffet i støjregnskabet (bare man trækker det samme fra alle frames).

Desværre var der en mindre fejl i en af formlerne i regnearket. Variansen i bidraget fra darks var blevet for lille. Mine biasframes var heller ikke fra samme dag som darks, og der er også en lille fejl her, som medfører at min mørkestrøm er lidt for høj i beregningerne. Konklusionerne er nogenlunde uændrede, dog kan man se en effekt af antallet af darks udover de 4-5 som jeg tidligere skrev, desuden er effekten af 10 min subs i forhold til 5 min subs lidt større end tidligere. Det rettede regneark er lidt mere kaotisk, men det ligger her

http://webdisk.tdconline.dk/index.php?m=c9ae77e8&a=dc18f91e&share=LNK88344ac87a16611d1

På et tidspunkt laver jeg nok en pdf med alle informationerne (som så forhåbentligt er korrekte) i pædagogisk form. Under alle omstændigheder føler jeg, at jeg har lært lidt ved disse beregninger.

Iøvrigt bliver det sjovt at se en rigtig Ha frame

morten2009-10-04 12:34:38

[jesperDeltager Neutron star]

Interessante beregninger af betydningen af subeksponeringstid . Jeg kunne ikke drømme om at anfægte det du skriver, men med til billedet hører også de fodele og ulemper man må leve med i praksis. Jeg tænker især på at der er større risiko for at noget går galt, jo længere subeksponeringstiden er: Vind, satellitspor, guidefejl, skyer, eller katten der gnubber sig op at trefoden kan altid ødelægge en eksponering, men, afhængigt af hvor mange gange den slags sker i løbet af en gennemsnits-fotosession, vil fordelen muligvis kunne falde tilbege til de kortere subs.

En anden ting er den tid det tager at optage darks. Jeg ved at mange kan genbruge darks i månedsvis, men mit fullframe Artemiskamera ændrer karakteristik ganske hurtigt. Det betyder at jeg skal have nye darks et par gange hver måned for at få et optimalt resultat. Og for mig er det ikke trivielt om jeg skal bruge 40 eller 80 minutter til det kl. halv fire om morgenen. Det er spændende nok at optage billederne, men for mig begynder det rigtig sjove først dagen efter, ved computeren, når de rå data skal laves til et færdigt billede.

Jeg glæder mig til at læse din pædagogiske pdf, når den bliver færdig Morten. I mellemtiden vil jeg gerne, varmt anbefale Craig Starks Fishing for Photons serie her: http://www.cloudynights.com/category.php?category_id=181

[jesperDeltager Neutron star]

En anden ting jeg har tænkt på er om øjet/hjernen mon opfatter støj i et billede på en lineær, eller objektiv måde? Det har flere gange slået mig at hvis jeg f.eks. har fire timer, og senere lægger to timer mere til, er forbedringen tilsyneladende større end man kunne forvente.

[rigoDeltager Super Nova]

Et gæt!, jeg her lidt på fornemmelsen at det kan skylles en anden seeing den anden dag. atmosfæren er nok ikke ens, anderledes lys/bølger kan trænger beder ned end sidste optagelse… 2 og 3 osv. dage kan give et fuld spektra
http://www.rigorigo.dk2009-10-04 10:46:49

[jesperDeltager Neutron star]

Det er meget muligt du har ret Rigo, men jeg synes den subjektive oplevelse af fænomenet er ret ens fra gang til gang. Jeg plejer jo altid at bruge data fra flere nætter. Og det er ikke så meget selve objektet, men støjen jeg tænker på.

[rigoDeltager Super Nova]

Hej jesper
Ok jeg tænkte også på den lys støj som er meget forskellige i byen fra nat til nat. alt efter hvordan den lave atmosfære er. Fugtighed kan sprede lyste i mange retninger ville jeg tro

[Forfatter]

Indlæg