Rauschen / Gain / Belichtungszeit, Erklärung und Einstellungen für Astrofotografie

Bei der Aufnahme von Webcambildern an Sonne, Mond und Planeten (Deepsky fällt in diesem Fall hier raus, bzw wird etwas anders behandelt) spielen die drei genannten Punkte eine sehr zentrale Rolle.

Rauschen

Das Rauschen, auch Bildrauschen genannt ist zum Großteil Lichtunabhängig. Es setzt sich zusammen aus dem Dunkelstrom des einzelnen Pixels und dem elektronischen Rauschen des Ausleseverstärkers.
Einflüsse die das Bildrauschen verstärken :

* Belichtungszeit
* interne Ausleseverstärkung
* Sensortemperatur


Gain

Der Gain (Gewinn) entspricht ungefähr dem ISO Wert bei normalen Digitalkameras und bezeichnet die interne Verstärkung durch den Ausleseverstärker. Das bringt teilweise überhaupt erst ein verwertbares Bild, teilweise erkennt man deswegen aber auch garnichts mehr. Je höher der Gain ist desto mehr Bildrauschen tritt auf.

Belichtungszeit

Die Belichtungszeit ist die Zeit in der Photonen gesammelt werden bis zum nächsten Auslesen. Je länger diese Zeit ist, desto mehr erwärmt sich der Sensor und desto mehr Rauschen tritt auf. Allerdings ist der Signalgewinn höher als der Anstieg an Rauschen. Das gilt nur bis zu einem bestimmten punkt wo das Bildsignal wieder im Rauschen verschwindet

Wie stellt man nun die Webcam am besten ein ?

Bei gutem Seeing  bekommt man recht viele gute Bilder, also kann man es sich auch leisten wenn das Bildrauschen im einzelnen Bild stärker ist, da es beim mitteln bzw durch darkframeabzug weitgehend verschwindet. Ist das seeing nun schlecht muss man auf die wenigen brauchbaren Bilder hoffen und bekommt nicht so viele wirklich gute. Wäre hier nun das Rauschen sehr hoch verschwindet es beim mitteln nicht mehr.
Deswegen sollte man immer versuchen auf folgendes zu achten :

* möglichst scharfe Bilder bekommen (kurze Belichtungszeit)
* möglichst den kompletten Dynamikumfang der Webcam ausnutzen (keine ausbrennenden Bereiche, aber auch kein nur schwach erkennbares motiv. Zu regeln über Belichtungszeit und Gain)
* Das Rauschen in der Liveaufnahme möglichst gering halten

Die Reihenfolge ist beabsichtigt ! Das Rauschen vermindert sich beim stacken, aber die schärfe und der Dynamikumfang des Bildes muss im Rohbild schon vorhanden sein, sonst bringt die ganze Bildverarbeitung danach auch nichts mehr.

Deepsky

Setzt man die Webcam für Deepsky ein ändert sich an dem oben genannten einiges. Die meisten verwenden die Webcams nur für Planeten/Sonne/Mond und dort sind die Belichtungszeiten sehr kurz (unter 1/25s). Bei einer SC modifizierten Webcam muss man unterscheiden zwischen der SC1 und dem rest. Die SC1 ist extrem anfällig für Rauschen da noch der Originalchip verbaut ist, hier muss der Gain niedrig gehalten werden(1/4 bis 1/2 des Reglers haben sich bei mir bewährt).
Von den weitergehenden Umbauten sind die Chips entschieden rauschärmer deswegen kann man, je nach Umgebungstemperatur auch bis 3/4 des Reglers den Gain erhöhen. Ich habe persönlich den Gain immer nur soweit erhöht bis die ersten schwachen Sterne im Rauschen verschwinden und dann wieder ein stück zurückgestellt.
Anders als bei der Planetenfotografie hilft bei der Deepskyfotografie allerdings eine längere Belichtungszeit mehr, als eine Erhöhung des Gains. Sprich : Es kann vorteilhaft sein den Gain zu halbieren und die Belichtungszeit zu verdoppeln ! Hierbei steigt das verhältnis zwischen Signal und Rauschen und die Bildinformation gibt im Endeffekt mehr her. Theoretisch heisst das : Gain auf minimum und dann so lange belichten bis der Himmelshintergrund anfängt sich aufzuhellen ohne das Objekt zu verschlucken. Praktisch macht das kaum jemand weil mit der resultierenden sehr langen Belichtungszeit die anforderungen an Montierung und Co steigt, die Gefahr grösser ist das mal wieder ein Flugzeug oder Satelit zur falschen Zeit am falschen Ort war..
Dies führt zu einem Mittelweg zwischen einem gewissen Rauschen das man akzeptiert zugunsten einer kürzeren Belichtungszeit. Man erhält einfach mehr verwertbare Bilder, was die Bildqualität des Summenbildes im Endeffekt wieder steigert

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