hallo Schubi,
schwer, etwas dazu zu sagen. Einzelheiten gehen leider im Rauschen unter. Bei den roten Punkten hast du den Fokus ganz gut getroffen. Vielleicht mal registax/fitswork o.ä. drüber laufen lassen.

wino

Hallo Schubi,

interessanter Vergleich hast Du da aufgestellt. Und interessant ist der Unterschied der beiden Kameras. Woran liegt das? Ist der Sensor dermaßen unterschiedlich?

Hallo Schubi,

hmm, das Rauschen scheint bei der 500D heller und auch mit mehr Grün.
Bei dem Test schneidet die 1000D besser ab.

Die automatische Tonwertkorrektur ist für die Beurteilung geeignet? Ich weiß nicht. Scheint mir von der Logik her erst mal nicht so aussagekräftig, da als Referenz ja das eigentlich zu bewertende Bild herhalten muss - oder?

Viele Geüße
Matthias

Hallo Schubi,

guter Vergleich, aber ich verstehe leider nicht ganz, was mit der zweiten Serie von Bildern jeweils gemeint ist. Die Beschriftung ist ja z.B. bei den letzten 4 identisch zu den vieren davor.

Die Bewertung mit dem Auge ist für mich auch immer subjektiv, es kommen ja neben den unterschiedlichen Eindrücken noch Dinge wie Monitor-Gamma usw. dazu.

Ich würde deshalb die Standardabweichung durch Fitswork berechnen lassen. Ich habe das mal mit ein paar Darks aus meiner 1000D gemacht. Da das zweimal die gleiche Kamera ist, geht es recht einfach:
Bild in Fitswork laden und mit rechter Maustaste rein klicken und "Bildstatistik zeigen" auswählen.
Der Dialog sagt dann einiges über das Bild aus.
Mein erstes Bild bei -3°, ISO1600, 2min hatte eine Standardabweichung von 9.31.
Mein zweites Bild bei 9°, ISO1600, 8min hatte eine Standardabweichung von 21.24.
Mein drittes Bild bei 9°, ISO400, 8min hatte eine Standardabweichung von 14.28.

Wenn man jetzt Bilder aus unterschiedlichen Kameras vergleicht, muss man auch die Bit-Auflösung mit betrachten. Die 1000D hat ja nur 12 Bit, die 500D hat 14 Bit. In Fitswork sind dann die Optionen wichtig: Wenn Fitswork die Option "Bei RAW ohne Farbinterpolation die Werte nicht skalieren" angeschaltet hat und "RAW Bilder farbinterpolieren" aus ist, dann werden die Maximalwerte bei der 1000D bei ca. 4096 liegen, bei der 500D aber bei 16384. Die Standardabweichung wäre demzufolge auch viermal höher, selbst wenn das Rauschen identisch wäre.
Ist die Farbinterpolation eingeschaltet, bzw. die Option "Bei RAW ohne Farbinterpolation die Werte nicht skalieren" ausgeschaltet, dann skaliert Fitswork immer bis 65535 und man kann die Werte gut vergleichen - bis auf eine Kleinigkeit: Das Bias der Kameras könnte unterschiedlich sein und daher den Wert auch nochmal verfälschen. Daher ist ein Vergleich auf Basis der Standardabweichung erst dann genau, wenn man Bias-korrigierte Darks (also solche, von denen vorher ein Bias-Bild abgezogen wurde) verwendet.

Also: Bias-Korrigierte Darks und Fitswork ruhig skalieren lassen (aber möglichst nicht farbinterpolieren), dann die Standardabweichung berechnen.
Damit komme ich dann für mein Beispiel auf dieses Ergebnis (skalierte Darks):
-3°, ISO1600, 2min: Standardabweichung 295
9°, ISO1600, 8min: Standardabweichung 579
9°, ISO400, 8min: Standardabweichung 385

Für mich ist aus den Beispielen eine interessante Tatsache zu ersehen: Die beiden 8min-Aufnahmen haben nur unterschiedliche ISO: 400 zu 1600. Also Faktor 4. Jede verdoppelung des ISO-Wertes, genauso wie jede Verdoppelung der Belichtungszeit, sollte den Faktor 1,41 (also Wurzel aus 2) beim Rauschen bewirken. Von ISO400 auf ISO1600 also der Faktor 2 (= Wurzel aus 2 mal Wurzel aus 2). Aber: Wenn man die ISO400-Aufnahme mit 385 mit 2 multipilizert, kommt man auf 765. Die ISO1600-Aufnahme bringt es aber nur auf eine Standardabweichung von 579, also deutlich weniger Rauschen. Somit sollte ISO1600 rauschmäßig günstiger sein als ISO 400!

Schubi, falls Du das nachvollziehen kannst, bin ich gespannt, ob das gleiche herauskommt oder nicht. Vielleicht habe ich ja einen Fehler gemacht.

Viele Grüße
Michael

Hallo Schubi,

ah, so schaut das also bei Dir aus. Mal sehen:

Die Maximalwerte bei der EOS1000D sind in beiden Darks unter den 2^12=4096 geblieben. Das bedeutet, Fitswork hat die Option "Bei Raw ohne Farbinterpolation die Werte nicht skalieren" ANgeschaltet. Es wird als nicht skaliert, somit müssen wir die Werte selbst angleichen.

Bei der EOS500D sind die Maximalwerte unter 2^14=16384 geblieben, also auch nicht skaliert.

Ich normiere jetzt mal auf 16 Bit, also 2^16. Da muss man die 500D-Werte mit 4 multiplizieren, die 1000D-Werte mit 16. Der Unterschied zwischen beiden ist also 4, genauso wie Du gerechnet hast. Hier mal meine Kontrollrechnung:

Std-Abweichung 1000D:
ISO800 300sek: 8.96 * 16 = 143,36
ISO800 600sek: 13.87 * 16 = 221,92

Std-Abweichung 500D:
ISO800 300sek: 35.31 * 4 = 141,24
ISO800 600sek: 93.85 * 4 = 375,4

Also meine Kontrollrechnung kommt auf's gleiche raus: Bei 300sek ist die 500D einen Tick besser, aber praktisch gesehen genauso gut wie die 1000D. bei ISO800 ist die 1000D deutlich besser als die 500D.

Jetzt mal die Erwartungsrechnung machen: Doppelte Belichtungszeit sollte auch das Rauschen mit 1,41 (Wurzel 2) erhöhen:
Std-Abweichung 500D:
141,24 bei 300s x 1,41 = 199,15. Tatsächlich sind es aber bei 600s schon Std-Abewichung von 375,4!
Das ist schon fast soviel wie es eigentlich bei 2400s sein sollten (395,93)!
Das kommt mir schon wahnsinnig viel vor. Kann es sein, dass wir da einen systematischen Fehler haben? Ist z.B. bei den 600sek-Darks die Abdeckung vom Kamerasucher nicht dicht gewesen? Ich hab' letzte Woche erst eine ganze Serie Darks entsorgt, weil die Sonne geschienen hat und daher in den Sucher ein bisschen Licht gkam. Das hat gereicht, dass man auf dem Dark schon was "sehen" konnte. Eine andere Möglichkeit wäre noch ein Temperaturunterschied zwischen beiden Aufnahmen. Der Sensor erhitzt sich im Betrieb ja auch etwas.
Eine andere Fehlerquelle könnten noch das Bias-Bild sein. Hattest Du ein solches von allen Aufnahmen vor dem Berechnen der Statistik abgezogen? Ansonsten kann das Offset (Bias) das Ergebnis halt noch verfälschen.

Wenn das tatsächlich durch die Eigenschaften vom neuen Sensor kommt, wäre das schon ein Nachteil der 500D. Wie stark sich das praktisch auswirkt, wäre dann zu testen.

Hast Du vielleicht noch ein paar andere Darks von der 500D herumliegen, von einer anderen Session, bei gleicher Temperatur, um eine Kontrollmessung zu haben?

Klaren Himmel wünscht Michael

Ach ja, zu dem doppelten Satz Bilder nochmal: Das mit dem zweiten Posting und den dort NICHT automatisch korrigierten Bildern habe ich verstanden, mir ging es darum, dass im zweiten Posting die Bilder der Beschriftung nach je zweimal vorkommen. Aussehen tun sie aber anders... Kann mir da immer noch keinen Reim drauf machen... Sind das evtl. die falschen Bilder?

Viele Grüße
Michael

Hallo Schubi,

also mit der zweiten "Messung" bestätigst Du das Ergebnis der ersten: EOS1000D: 402 zu EOS500D: 716 bei der Standardabweichung ist genau so deutlich wie beim ersten mal. Mit dem Faktor 1,78 ist das Rauschen der 500D zur 1000D sogar noch etwas stärker hervorgetreten als beim ersten Mal (Faktor 1,7).

Aber wenn es genau sein soll, muss ja noch das Bias-Bild weg. Das geht eigentlich ganz einfach:

• Bei gleicher ISO (also hier 800) eine Aufnahme mit kürzester Belichtungszeit machen (bei der EOS1000D ist das ein viertausendstel). Idealerweise eigentlich gleich viele, die man in Fitswork zusammenrechnen lässt, aber so grob geht es auch mit einem. Das ist dann das Bias-Bild.
  
• Dann beide Bilder (also das Dark und das Bias) in Fitswork laden. Dort das Dark in den Vordergrund bringen und die Funktion "Bilder Kombinieren / Bild subtrahieren (mit Verschiebung)" auswählen (in den Bildern darf aber KEINE Markierung sein!). Die Funktion erreicht man auch mit F9. Am Ergebnisbild dann wieder die Statistik-Funktion aufrufen.
  
• Die gleiche Prozedur auch noch mit dem zweiten Bildpaar durchführen.

Danach haben wir es mathematisch und messtechnisch gesichert, was Deine subjektiver Eindruck sowieso schon weiß ;).

Ich finde Deinen Test wichtig, da man andernorts schon gelesen hat, die neueren EOSe (neuer als 1000D und 450D) wären trotz kleinerer Pixel nicht rauschempfindlicher. Das ist dann wohl doch ein Mythos! Beziehungsweise diese Aussage bezieht sich dann nur auf JPGs. Und die sind für uns "Astros" ja nicht so interessant

Viele Grüße
Michael

Hallo Schubi,

die Daten interpretiere ich genauso wie Du. Demnach wäre die 500D besser für viele kurzbelichtete Fotos geeignet als die 1000D, weil da ja dann das Ausleserauschen dominiert.

Seltsam für mein Verständnis sind die negativen Werte beim Minimum, wenn Fitswork skaliert. Das ist bei meinen Bildern auch so. Eigentlich sollte nach Abzug des Bias der kleinste Wert so um die 0 liegen, +/- Rauschen vielleicht noch. Aber jetzt gleich bei -2940 bzw. -2944... Da muss ich nochmal überlegen, woher das kommt. Das Bias selbst hat ja auch keine solch negativen Werte.

Bei all den Messungen darf man natürlich nicht vergessen, dass es sich hier um zwei Einzelobjekte handelt. Die Serienstreuung kennen wir nicht.

Viele Grüße
Michael

Hallo Schubi,

wirklich nett, dass du dir die Mühe machst die beiden Kameras zu vergleichen! Ich hab neulich mal ein paar Darks mit der 450Da und der Alccd6c gemacht um die zu vergleichen (<!-- m --><a class="postlink" href="http://www.millionen-von-sonnen.de/index.php?site=knowhow_show&id=16">http://www.millionen-von-sonnen.de/inde ... show&id=16</a><!-- m --> ist aber noch nicht ganz fertig, sondern bis jetzt nur ein grober Vergleich^^). Ich bin mir aber noch nicht ganz so sicher, ob ich das Histogramm denn richtig eingestellt habe und wie jetzt genau die Daten bei der Bildstatistik zu interpretieren sind.

Ich bin eigentlich davon ausgegangen, dass der Mittelwert aller Pixelwerte sozusagen das Gesamtrauschen ist und dass es eigentlich keine negativen Pixelwerte dabei gibt, aber jetzt sehe ich hier eure ganzen Bildstatistiken und bin etwas verwirrt. Und was genau ist jetzt die Standardabweichung?


Grüße und klaren Himmel,
Marcus

Hallo Marcus,

die negativen Werte wundern mich auch, da wird wohl beim Einlesen mit DCRAW etwas verrechnet.

Der Mittelwert ist nicht korrekt, da bei einem Bild einer Canon DSLR (hier die 1000D) normalerweise bei etwa 120 der eigentliche 0-Wert liegt. Das kommt daher, dass die Kamerahersteller ihre AD-Wandler so einstellen, dass sie bei 120 auf 0 kommen, damit evtl. vorhandenes Rauschen keine negativen Zahlen erzeugt - Pixel haben ja immer Werte >= 0. Aus dem Grund ist es auch so wichtig, das Bias vom Dark abzuziehen, damit man Werte bekommt, die wirklich 0 als 0-Wert haben (Schwarz). Allerdings können dann negative Werte in der Größenordnung des Rauschens vorkommen.

Bei Fitswork sind die Zahlen aber viel stärker ins negative gerutscht. Und das verstehe ich nicht.

Die Standardabweichung ist eine Normierte Größe, die die durchschnittliche Abweichung der einzelnen Messwerte (hier: Pixelwerte) vom Mittelwert aller Werte angibt. Je höher die Zahl, desto mehr streuen die Werte, also desto stärker rauscht es.

Bei Deinem Vergleich auf Deiner Web-Seite müsstest Du daher auch Bias-Bilder abziehen und dann die Standardabweichung berechnen lassen. Diese dann noch normieren auf einen einheitlichen maximalen Wertebereich.

Viele Grüße
Michael

Hallo Michael,

danke für die Erklärung!
Der Mittelwert von 120 bei der EOS ist sozusagen wie der Offset bei meiner Alccd6c?!

Ok, beim Rauschen dachte ich, dass es zwar positiv wie negativ den Pixelwert ändern kann, aber nie weniger als 0 wird. Aber wenn der Pegel ja immer um z.B. 120 schwankt, kann es natürlich auch negativ Rauschen und nachdem das Bias abgezogen wurde, entstehen so auch negative Werte, wenn ich das richtig verstanden habe?!

Mir fällt gerade ein, dass wir letztes Semester in "digitale Signalverarbeitung" sogar mal Standardabweichungen von Signalen berechnet haben. Ich glaube, ich sollte mir meine Skripte noch mal ansehen

Also müsste ich bei dem Vergleich auf meiner Seite noch den Bias abziehen, dann beide Bilder auf 16 Bit normieren und dann die Werte auslesen (ohne debayern). Super, dann werde ich das morgen mal in Angriff nehmen, wenn es die Zeit zulässt

Grüße und klaren Himmel,
Marcus

Hallo Marcus,

ja, Du hast das genau richtig verstanden, auch wenn ich das oben ziemlich schlecht erklärt hab' - es war schon spät.

Also zur Vollständigkeit nochmal das Bias: Der Kamerachip liefert pro Pixel eine Spannung, sagen wir mal zwischen 0 und 1 Volt. 0V soll ganz schwarz sein, 1V wäre blendend Weiß (also Pixel voll ausgesteuert -> ausgebrannt). Nun kommt der Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) und versucht, aus der analogen Spannung einen Pixelwert zu machen. Bei meiner 1000D macht er einen Wert mit 12 Bit draus, also maximal 4096. Weil aber so ein AD-Wandler auch eine Ungenauigkeit hat und auch rauscht, wird der AD-Wandler so eingestellt, dass er nicht den Bereich von 0 bis 1V auf der analogen Seite misst, sondern von -0,03V bis 1V, also auch ein bisschen ins Negative geht. Das hat den Vorteil, dass das Rauschen dann noch mit erfasst wird und ausserdem hat man dann den Wertebereich, bei dem der AD-Wandler den größten Messfehler hat, nämlich das unterste Ende (wo der AD-Wandler 0 ausgibt), ausserhalb des eigentlichen Messbereichs gelegt.
Diesen Offset von z.B. 0,03V muss man nach der AD-Wandlung wieder korrigieren. Der AD-Wandler macht ja aus -0,03 bis 1V wieder 0 bis 4096 als Pixel-Wert. Das nennt man auch ADU (Analog-Digital-Unit). Mithilfe von Dreisatzrechnung kommt man dann drauf, dass die -0,03V der 0 ADU entsprechen, die 0V werden 120 ADU und die 1V werden 4096 ADU. Jetzt zieht man einfach die 120 ADU wieder ab und schon ist 0V auch wieder 0 ADU, also Pixelwert 0. Das Rauschen wird dann natürlich negativ. In Fitswork kein Problem, weil da ja negative Werte möglich sind.

Erst mit dem Bias-korrigierten Bild kann man jetzt richtig rechnen, weil ja erst jetzt alles wieder von 0 los geht. Speziell die Multiplikation und Division, die man ja beim Berechnen von Faktoren und Verhältnissen braucht, werden vom Bias beeinflusst. Auch der Vergleich zweier Kameras ist erst dann möglich, weil die Kameras meist unterschiedliche Bias-Werte haben. Und nur wenn 0 auch gleich 0 bei allen Bildern gilt, ist ein Vergleich korrekt.

Beim ganz einfachen Stacken, wo nur addiert wird, ist das Bias nicht kritisch. Da addieren sich die Werte und am Schluß wird sowieso der untere Wertebereich, in dem das Bias enthalten ist, abgeschnitten. Wenn man aber jetzt z.B. ein Dark, das die falsche Temperatur hat, skalieren will, also "wärmer" oder "kälter" rechnen will, indem man einfach die Pixel multipliziert oder dividiert, dann verschiebt man damit auch die 120 Bias, und damit den Nullpunkt -> Die Berechnung wird fehlerhaft. Also ohne Temperaturkorrigierte Darks braucht man keine Bias-Bilder machen. Da die Bias aber total "billig" herzustellen sind, schadet es auch nichts, sie im DSS mit anzugeben - DSS kann dann die Darks dann trotzdem noch optimieren, auch wenn die Temperatur schon gut passt.

Klaren Himmel und viel Erfolg beim Test wünscht
Michael

Hallo Schubi,

freut mich, dass einer mein Geschreibsel auch liest und ich damit sogar Deine Erkenntnis ein bisschen theoretisch untermauern konnte. Mir macht das Nachdenken über solche Probleme recht viel Spaß, und das ist dann ein willkommener Anlass, so ein Thema nochmal genauer anzuschauen. Wird sicher die Basis für einen Wiki-Eintrag zum Thema Bias!

Klaren Himmel wünscht
Michael