Technische Begriffsdefinition und häufig benutzte Abkürzungen in der CMOS-und der CCD Sensor Technologie

(alphabetisch sortiert)

ADU Wert (Analog - Digital - Unit)
Amp Glow - Amflifier Glow - Verstärker Auslöseglühen
Ausleserauschen
ADW - Analog Digital Wandler
Anti Noise, Anti Dew und Anti Amp Glow
Bittiefe (Datentiefe)
Bildfrequenz, Datenstrom (frs)
Blooming, Antiblooming
Binning (on Chip Binning)
BSI- und FSI Bildsensoren
Chipklassen
Dunkelstrom, Dunkelbild
Flatfieldbilder
Full Well Kapazität
Fixed Pattern Noise
FOV
Gain, Verstärkung (dieser Begriff gilt ausschließlich für CMOS Kameras)
Kühlung (TE)
Lucky Imaging
Mikrolinsen
Pixel und Pixelmatrix
Quanteneffektivität, Quanteneffizienz (QE)
RAW Image (CCD, CMOS und DSLR)
Korrekturmöglichkeiten der einzelnen Fehlerquellen:
ROI
Sampling
Schnittstelle: USB 2.0/3.0 und Glasfaser Giga-E
Shutter, Rolling- und Global Shutter
SNR - Signal to Noise Ratio

 

ADU Wert (Analog - Digital - Unit)

Die Abkürzung ADU steht für Analog-Digital-Unit (Analog-Digital-Einheit) und ist ein dimensionsloser Wert. Im Prinzip steht ein hoher ADU Wert für große Objekthelligkeit und ein kleiner ADU Wert für ein sehr lichtschwaches Objekt. In Histogrammen von astronomischen Bildern wird der ADU Wert auf der waagerechten Achse aufgetragen. Im Prinzip könnte man den ADU Wert einer CCD Aufnahme am besten mit dem Schwärzungswert eines Filmkorns vergleichen. Ein helles Objekt ergibt eine hohe Schwärzung, ein lichtschwaches Objekt ergibt wenig Schwärzung des Filmkorns.

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Amp Glow - Amflifier Glow - Verstärker Auslöseglühen

Ein Nachteil von digitalen CMOS Kameras der ersten Generationen war das so genannte Ausleseglühen des Verstärkers bei Langzeitbelichtungen. Es erzeugt eine ungleichmäßige Aufhellung am Bildrand und war bei Aufnahme von "pretty DeepSky pictures" mit normaler Bildverarbeitung nur schwer oder gar nicht zu eliminieren. AMP Glow tritt bei CCD Sensoren nicht auf.

Dabei handelt es sich um Streulicht, das von den On-Chip-Verstärkern (bei einem CMOS Sensor hat jedes Pixel seinen eigenen Verstärker) verursacht wird. Alle Fotodioden, die - zwangsläufig - unter einer Vorspannung stehen, erzeugen eine geringe Lichtmenge durch den gleichen physikalischen Prozess, der auch eine LED leuchten lässt. Amp Glow spielt bei CMOS Sensoren der heutigen Generation keine Rolle mehr und wird durch Soft- und Hardware Lösungen verhindert.

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Ausleserauschen

Bezeichnet die Summe aller (störenden) Rauschanteile eines Bildes, die im Sensor und in der Sensorelektronik durch physikalische Effekte erzeugt werden und das Signal des Beobachtungsobjekt überdecken. Die Maßeinheit ist Elektronen (e-). Je kleiner der Wert, desto geringer das Ausleserauschen. Siehe dazu auch den Punkt Dunkelrauschen.

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ADW - Analog Digital Wandler

In den lichtempfindlichen Fotodioden des Pixelarrays werden Photonen aufsummiert und in eine elektrische Spannung umgewandelt. Je mehr Photonen in einem Pixel gesammelt sind, desto höher ist der Spannungswert. Diese elektrische Spannung ist ein analoger Wert und kann kontinuierlich beliebige Werte annehmen. Da ein Computer aber nur mit digitalen Daten arbeitet kann, wandelt ein elektronisches Bauteil - der so genannte Analog Digital Konverter - das analoge Spannungssignal in einen abgestuften, digitalen Wert mit einer entsprechenden Datentiefe um (siehe auch den Begriff Bittiefe, Datentiefe). Der AD Wandler ist, neben dem Sensor selbst, eines der wichtigsten elektronischen Bauteile in der Kameraelektronik.

Teure, wissenschaftliche Kameras arbeiten mit 2 ADW´s parallel und mitteln den digitalen Wert der Ausgabe (double correlated sampling).

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Anti Noise, Anti Dew und Anti Amp Glow

Dies sind Begriffe, die hauptsächlich in den technischen Daten von QHY CMOS Kameras zu finden sind.

  • Anti Noise: Bezeichnet elektronische Lösungen, um das Störrauschen (Nosie) im Rohbild zu minimieren.
  • Anti Dew: Bezeichnet technische Maßnahmen, um einen Taubeschlag (Dew) im Eintrittsfenster vor dem Sensor, der ja meist eine weit niedrigere Temperatur als die Umgebungstemperatur hat, zu verhindern. Im allgemeinen sind dies eine luftdicht versiegelte Kammer in der der Sensor liegt und eine Beheizung des Eintrittsfensters.
  • Anti Amp Glow: Bezeichnet elektronische- und technische Maßnahmen zur Eliminierung des Verstärker Auslöseglühens der CMOS Sensoren zu verhindern.

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Bittiefe (Datentiefe)

Bezeichnet die Anzahl der Grau- oder Farbabstufungen, die ein Analog Digitalwandler für einzelne jedes Pixel zur Verfügung stellt. In der Digitaltechnik ist 1 Bit die kleinste Informationseinheit, die nur zwei Zustände haben kann: 0 und 1 (in der digitalen Fotografie 0 = weiß und 1 = schwarz). Würde man ein Bild nur mit einer Datentiefe digitalisieren, hätte man ein rein schwarz-weißes Bild ohne jede Graustufen.

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Die gängigsten Datentiefen bei der Digitalisierung astronomischer Bilder sind:

08 Bit = 256 Graustufen (eigentlich nur noch für reine Guidingkameras)
12 Bit = 4096 Graustufen (Lucky Imaging)
14 Bit = 16.384 (Lucky Imaging, Deep Sky) und
16 Bit = 65.536 (maximale Datentiefe, DeepSky und wisschenschaftliche Kameras)

Das menschliche Auge kann nur 50 bis 100 Helligkeitswerte oder Farb/Graustufen unterscheiden und auch ein Standard Computermonitor kann nur Bilder von 8 Bit Datentiefe darstellen (spezielle Monitore in der medizinischen Bildgeben stellen auch 10 Bit Bilder dar), wozu also der Aufwand einer hohen Datentiefe?

Wenn Bilder bearbeitet werden sollen, um z.B. den Kontrast zu erhöhen oder Helligkeiten anzupassen, fehlen sehr schnell Bildinformationen. Das zeigt sich durch „Löcher“ im Histogramm. Eine wichtige Rolle spielt die Bittiefe spätestens bei einer Bildverarbeitung mit der Messung von Signalen, z.B. Photometrie und/oder Astrometrie oder bei einer Bildausgabe über einen Drucker mit Fotoqualität. Unter dieser URL "8-bit, 16-Bit, 32-Bit : was die Bit-Tiefe für Fotografen bedeutet" findet man eine schöne Übersicht mit Bildbeispielen zur Datentiefe.

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BSI- und FSI Bildsensoren

Abkürzungen für die generelle Bauweise eines CMOS- oder CCD Sensors. FSI steht für Front-Side-Illuminated und BSI für Back-Side-Illuminated Sensoren. BSI Sensoren erreichen auf Grund ihrer Konstruktion höhere Empfindlichkeiten (Quanteneffizienz) als FSI Sensoren. BSI Kameras sind aus diesem Grund auch teurer als Kameras mit einem FSI Bildsensor. BSI Sensoren erreichen Quanteneffizienszwerte von über 90%, FSI Sensoren grob zwischen 60 bis 75% (siehe auch den Punkt Quanteneffiziens).

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Bildfrequenz, Datenstrom (frs)

Bezeichnet die maximale Anzahl von Einzelbilder pro Sekunde (frs = frames per second), die eine Kamera mit einer definierten Datentiefe und einer bestimmten Sensorgröße (Anzahl der Einzelpixel) an den PC übertragen kann. Hier gilt: Je kleiner die Gesamtanzahl der Pixel desto höher die Bildfrequenz. Die Bildfrequenz spielt nur bei CMOS Kameras eine Rolle, denn die Bildrate bei CCD Sensoren liegt aufgrund dem Auslesenodus bei einem Bild in mehreren Sekunden. CMOS Sensoren können bis zu einigen hundert Bilder pro Sekunde auslesen.

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Blooming, Antiblooming

Der Begriff Blooming betrifft eigentlich nur Sensoren der CCD Technologie. Ein einzelnes Pixel ist, wenn es eine bestimmte Anzahl Photonen eingesammelt hat (Full Well Kapazität), "gesättigt" ist, d.h. es kann keine Photonen mehr aufnehmen (Analogie: Stellen Sie sich die Photodiode als Eimer vor und die Lichtphotonen als Regentropfen. Irgendwann ist der Eimer voll und das Wasser fließt über).

Die überzähligen, weiter einfallenden, Photonen "fließen" auf die Nachbarpixel über und helle Sterne zeigen hässliche Lichtstreifen. Der Effekt kann bei der Herstellung des Chips durch das Einbringen eines so genanntes "Anti Blooming Gates" zwischen den einzelnen Pixeln verhindert werden. Das Gate sorgt dafür, dass die elektrischen Ladungen vor den Nachbarpixeln abgeleitet werden.

Dieses Sperrgitter hat jedoch einen Nachteil: es reduziert die Pixelgröße und damit auch die Empfindlichkeit des Sensor

Nach Einschätzung des Verfassers spielt Blooming/Anti Blooming bei CMOS Sensoren keine Rolle. Eine detaillierte Beschreibung mit Beispielabbildungen finden Sie unter
http://www.sbig.de/universitaet/glossar-htm/blooming.htm

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Binning (on Chip Binning)

Es gibt einige CMOS Kameras, die ein so genanntes Pixelbinning ermöglichen. Dabei werden Sensorintern mehrere Pixel zu einem größeren Pixel zusammen gefasst. Normalerweise wird eine Matrix von 2 x 2 (entsprechend 4 Pixel) oder 3 x 3 (entsprechend 9 Pixel) erstellt. Solche Sensoren sind natürlich entsprechend flexibel, um die Pixelgröße an eine gegebene Aufnahmebrennweite anzupassen. Bei CCD Sensoren ergibt sich zusätzlich eine Empfindlichkeitssteigung weil sich die Fläche der gebinnten Pixel signifikant vergrößert. Eine detaillierte Beschreibung mit Beispielabbildungen finden Sie unter http://www.sbig.de/universitaet/glossar-htm/binning.htm

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Chipklassen

Alle CMOS und CCD Sensoren können durch den Herstellungsprozess Fehlstellen aufweisen. Es sind einzelne "hot'', bzw. "cool'' Pixel, inaktive Pixel oder ganze Zeilendefekte. Chipklassen sind normiert und die Fehler sind definiert als maximale Pixeldefekte, Clusterdefekte und inaktive Zeilen. Es gibt die Klassen 0 (fehlerfrei), 1 und 2. Bei sehr wenigen und hochwertigen CMOS- und CCD Kameras kann bei einem Kauf die Chipklasse gewählt werden. Dies kommt aber hauptsächlich für wissenschaftliche Kameras in Betracht.

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Dunkelstrom, Dunkelbild

Jeder CMOS- oder CCD Sensor erzeugt ein so genanntes thermisches Eigenrauschen (Dunkelstrom). Das bedeutet, dass sich in der einzelnen Photodiode auch ohne Lichteinfall, einfach durch Wärme, Elektronen bilden, die sich mit den Elektronen, die durch Lichteinfall von Photonen entstehen, vermischen.

Dieser Dunkelstrom wird in Anzahl von Elektronen pro Sekunde bei einer bestimmten Temperatur angegeben und hat bei unterschiedlichen Sensoren durchaus signifikant unterschiedliche Werte. Hierbei gilt generell: Je größer die einzelnen Pixel sind, desto höher ist der Dunkelstrom. Da der Dunkelstrom durch Wärme erzeugt wird, kann er durch Kühlung des Sensors reduziert werde. Es gilt, je geringer der Dunkelstrom, desto geringer das auch Dunkelrauschen.

Das Dunkelrauschen kann durch den Abzug eines so genannten Dunkelbildes vom Bild des Aufnahmeobjekts (Hellbild) korrigiert werden. Ein Dunkelbild ist ein Bild von gleicher Belichtungszeit und Temperatur, welches bei einem lichtdicht abgedecktem Sensor aufgenommen wurde.

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Flatfieldbilder

Das Flatfieldbild dient ebenfalls zur Rohbildkorrektur, genauso wie das Dunkelbild. Hier werden jedoch optische Fehler korrigiert, wie z.B. eine Bildvignettierung (ungleichmäßiger Bildhintergrund) und/oder Schmutz, Staub oder Fusseln, die sich in der Bildebene mit abbilden. Sollen auf einem Bild Helligkeiten gemessen werden (Photometrie) so sind Dunkel- und Flatfieldbilder ein Muss.

Das Flatfieldbild wird vom Rohbild nach der Dunkelbildkorrektur angebracht, also Rohbild - Dunkelbild - Flatfieldbild.

Flatfieldbilder werden gegen einen hellen, diffusen Hintergrund aufgenommen. Sie sind nicht einfach zu erzeugen. Die Kamera muss in exakt der Position am Teleskop sitzen, wie während der Aufnahme des Rohbildes, da ansonsten die Bildinformationen zwischen Flat- und Rohbild verschoben sind. Flatfieldbilder müssen nicht bei gleicher Temperatur oder Belichtungszeit aufgenommen werden. Die Belichtungszeiten werden so angepasst, dass die Pixel etwa zu 30 - 50% gesättigt.

Man kann Flatfieldbilder gegen einen Dämmerungshimmel - am besten im Zenit - oder durch eine künstliche Beleuchtung (Flatfieldfolien) aufnehmen. Für Dämmerungsflats muss die Teleskopöffnung mit einer weißen opaken Plexiglascheibe abgedeckt werden, um eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung zu erzeugen.

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Full Well Kapazität

Der Wert gibt die maximale Anzahl an Elektronen an, die ein Pixel aufnehmen kann, bevor es in die Sättigung geht. Danach ist das Pixel "voll". Die Maßeinheit sind Anzahl Elektronen (e-).

Übliche Werte liegen zwischen 20.000- und ca. 400.000 e-. Somit ist dieser Wert auch ein Faktor für die Empfindlichkeit der Kamera. Die Full Well Kapazität ist meist direkt proportional zur geometrischen Pixelabmessung, d.h. große Pixelabmessungen haben eine hohe Full Well Kapazität, kleine Pixeldimensionen ergeben niedrige Werte für die Full Well Kapazität. Je höher der Wert, desto empfindlicher ist der Sensor und umso höher kann die Bilddynamik sein.

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Fixed Pattern Noise

Der Begriff bezeichnet ein regelmäßiges, wiederkehrendes Rauschmuster. Die Elektronik einiger Kameras kann solche Muster erkennen und das Rohbild entsprechend korrigieren.

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FOV

Die Abkürzung ist englischsprachig und bedeutet Fied Of View, in deutsch bezeichnet der Begriff also einfach die Bildfeldgröße.

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Gain, Verstärkung (dieser Begriff gilt ausschließlich für CMOS Kameras)

Bei CMOS Sensoren lässt sich eine elektronische Bildverstärkung einstellen. Der Gain Faktor ist eine der wichtigsten Parameter zur Steuerung einer CMOS Kamera. Er beeinflusst aber zwei der wichtigsten Bildparameter, die Full Well Kapazität und das Ausleserauschen der Kamera.

Bei einer niedrigen Verstärkung ist die Full Well Kapazität hoch, die Pixel können dann mehr Elektronen aufnehmen (große Empfindlichkeit und Dynamik) als bei einem höheren Gain Faktor. Gleichzeitig ist leider das Ausleserauschen hoch. Erhöht man die Verstärkung (Gain Wert hoch) sinkt die Full Well Kapazität (die Pixel sind schneller gesättigt) aber das Ausleserauschen sinkt.

Generell kann man sagen, dass niedrige Einstellungen der Verstärkung für Langzeitbelichtungen empfehlenswert sind, wogegen eine hohe Verstärkung besser für Kurzzeitbelichtungen mit einer hohen Anzahl kurz belichteter Einzelbilder ist (Lucky Imaging).

Da der Einfluss der Verstärkung auf Rauschen und Full Well stark Sensorabhängig ist, muss man sich als Nutzer die Kurven von Gaineinstellung, Full Well und Ausleserauschen der Hersteller anschauen, um eigene Anwendungen einen optimalen Wert für die Verstärkung zu bestimmen.

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Kühlung (TE)

Jeder Bildsensor erzeugt ein so genanntes thermisches Rauschen oder Dunkelstrom ( dark nosie). Das bedeutet, dass sich im Pixel auch ohne Lichteinfall, einfach durch Wärme, Elektronen bilden, die sich mit den Elektronen der eigentlichen Bildinformation vermischen.

In vielen Kameras werden die CMOS und/oder CCD Sensoren deshalb gekühlt. Die Abkürzung TE bezeichnet hier eine thermoelektrische Kühlung, meist über Peltier Elemente. Die maximale Kühlleistung wird in Grad Celsius unter die Umgebungstemperatur angegeben. Gängige Werte der TE-Kühlung liegen zwischen 30 bis 40 Grad unter die Umgebungstemperatur. Hochwertige Kameras bieten zusätzlich die Möglichkeit einer Wasserkühlung, die den Sensor noch tiefer kühlen kann.

Die Kühlung reduziert das thermische Rauschen pro 7 Grad Celsius auf ca. auf die Hälfte.

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Lucky Imaging

Lucky Imaging bezeichnet eine Aufnahmetechnik, die aus dem Bereich der Speckle Interferometrie stammt. Bei dieser Methode werden - speziell in der Mond- und Planetenfotografie - in Momenten guter Seeingebdingungen hunderte bis tausende von sehr kurz belichteten Einzelbilder meist als Videostream aufgenommen. Diese Einzelbilder sind sehr kontrastarm und verrauscht und werden anschließend von einer geeigneten Bildauswertesoftware analysiert, zum Beispiel "Autostakkert" (www.autostakkert.com).

Nach der Analyse der einzelnen Rohbilder wird eine frei wählbare Anzahl der qualitativ besten Rohbilder zu einem rauscharmen Summenbild aufaddiert. Mit dieser Technik gelingen Mond- und Planetenaufnahmen, die die theoretische Auflösung des Aufnahmeteleskops erreichen.

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Mikrolinsen

Beim Mikrolensing wird jedem Pixel eine halbkugelförmige Linse vorgeschaltet, die dafür sorgt dass auch seitlich einfallende Photonen gebündelt werden und damit die Quanteneffektivität (Empfindlichkeit) des Sensors erheblich angehoben wird. Mikrolensing funktioniert besonders effektiv bei Wellenlängen kleiner 600 Nanometer.

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Pixel und Pixelmatrix

Pixel ist ein Kunstwort, entstanden aus den englischen Wörten Picture und element. Das Einzelpixel eines Bildsensors ist ein einzelnes Bildelement mit einer bestimmten geometrischen Abmessung (meist quadratisch), die allgemein in der Maßeinheit µm (Millionstel Meter) angegeben wird (1 µm entspricht 1/1000mm, ein 5 µm Pixel entspricht einer Kantenlänge von 0.005 mm). Die Pixel sind in horizontalen und vertikalen Zeilen und Spalten angeordnet. Alle zusammen ergeben dann die Matrix des Sensors.

Das Pixel ist ein elektronisches Halbleiterbauteil (eine Photodiode/Phototransistor), das einfallende Photonen aufsummiert und in eine adäquate elektrische Ladung umwandelt. Die elektrische Ladung wird nach dem Ende der Belichtung einer Auswerteelektronik zugeführt (Analog Digital Wandler), die der Höhe der analogen elektrischen Ladung einen digitalen Helligkeitswert zuordnet (genauer einen bestimmten Farb- oder Grauwert). Da die Auswerteelektronik die geometrische Position des Pixels im Array "kennt" wird die Graustufe natürlich einer bestimmten Position innerhalb des Bildes zugeordnet.

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Quanteneffektivität, Quanteneffizienz (QE)

Der Wert der Quanteneffektivität ist eine Angabe zur Empfindlichkeit eines Bildsensors. Er wird in Tabellenform oder als Graphik vom Hersteller zur Verfügung gestellt. Die Quanteneffizienz ist Wellenlängen abhängig und der maximale Wert kann nur für einen eng begrenzten Wellenlängenbereich gelten.

Die Quanteneffizienz wird in Prozent angegeben. Eine Quanteneffizienz von 100% bedeutet, das JEDES einfallende Photon eine elektrische Ladung auslöst. Eine Quanteneffizienz von 50% bedeutet, dass nur jedes 2. Photon und eine QE von 25% nur jedes 4 Photon eine elektrische Ladung erzeugt.

Pixel monochromer Sensoren lassen sich in einem weiter Bereich der Wellenlänge maximieren (von ultraviolett bis Infrarot). Bei CCD Sensoren wird meist auf eine hohe QE im H-alpha Spektralbereich (656 nm) gesetzt. Auf Grund des Basismaterials von CMOS Sensoren haben die Pixel eine hohe QE im grünen (530 bis 550 nm) Spektralbereich.

Bei Farbsensoren wird die RGB Farbfiltermatrix normalerweise so konzipiert, dass die Kamera bei Tageslicht möglichst farbgetreue Bilder liefert.

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RAW Image (CCD, CMOS und DSLR)

Das Rohbild (RAW Image), welches aus der Kamera ausgelesen wird, ist die Basis für die folgende Bildbearbeitung. Ein Rohbild besteht unter anderem aus den folgenden - sich teilweise vermischenden - Störkomponenten:

  • das Bildsignal, das Signal des Aufnahmeobjektes. Elektronen werden durch Photonen des Aufnahmeobjekts in der Photodiode erzeugt
  • das Biasignal, Grundstörrauschen der kompletten Kamera- und Steuerelektronik
  • das Wärmerauschen, Elektronen werden - ohne Einfall von Photonen - durch Wärmebewegung erzeugt

Weiterhin können im Rohbild folgende Störfaktoren enthalten sein

  • Photonenrauschen, unregelmäßige Schwankungen des Photonensignals. Die Rate der eintreffenden Photonen ist nicht konstant
  • Wärmerauschen, statistische Schwankungen der Erzeugung von Elektronen ohne Photonen durch Wärmebewegung, ist ebenfalls nicht konstant
  • Ausleserauschen, Fehler in der Auswerteelektronik
  • Digitalisierungsrauschen, Fehler bei der Digitalisierung des Signals durch den Analog Digital Wandler
  • Empfindlichkeitsschwankungen, die Empfindlichkeit der einzelnen Pixel variiert. Aktuelle gute Sensoren haben weniger als 1% Differenz zwischen benachbarten Pixeln und sie sind kleiner als 5% über die gesamte Sensormatrix

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Korrekturmöglichkeiten der einzelnen Fehlerquellen:

Das Auslese- und das Digitalisierungsrauschen können vom Anwender nicht korrigiert werden. Hier kann nur der Kamerahersteller durch eine saubere Konstruktion und hochwertige elektronische Bauteile für möglichst niedrige Werte sorgen. Wärmerauschen kann durch die eine geregelte, möglichst tiefe Kühlung des Sensors unter die Umgebungstemperatur minimiert und durch den Abzug eines Dunkelbildes entfernt werden. Die Empfindlichkeitsschwankungen können durch gute Flatfieldbilder vom Nutzer korrigiert werden. Das Biassignal wird häufig bereits Kameraintern korrigiert.

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ROI

Die Abkürzung ROI ist englischsprachig und bedeutet Region Of Interest ("Ausschnitt von Interesse"). Bei fast allen astronomischen CMOS Kameramodellen lässt sich vom Nutzer ein beliebiger Bildausschnitt aus dem Gesamtfeld der Sensorfläche auswählen. Das macht z.B. Sinn, wenn man beim Lucky Imaging von Planetenaufnahmen die ausgelesene Sensorfläche einzugrenzen, denn je kleiner das Pixelarray ist, desto schneller ist die Bildübertragungsfrequenz.

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Sampling

Sampling bezeichnet einen Begriff, um die Aufnahmebrennweite optimal an die Größe eines Pixels anzupassen. Man spricht hier von Undersampling, vom Oversampling und von einem angepasstem- oder optimalen Sampling.

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Schnittstelle: USB 2.0/3.0 und Glasfaser Giga-E

Dies bezeichnet die Datenschnittstelle der Kamera, über die die Bilder an einen PC übertragen werden. Je mehr Bits pro Zeiteinheit an den Rechner übertragen werden können, desto höher ist die Bildübertragungsfrequenz. USB 2.0 (ca. 500 Mbit/s) ist in heutiger Zeit als langsam einzustufen, USB 3.0 ist mit ca. 10 Gbit/s deutlich schneller und Glasfaser Gigabit-E (je nach Typ bis zu einigen hundert GBit/s) ist heut zu Tage die schnellste Schnittstelle. Um die Geschwindigkeiten zu realisieren, muss natürlich der PC ebenfalls über eine entsprechende Schnittstelle verfügen. USB 3.0 ist abwärtskompatibel zu USB 2.0.

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Shutter, Rolling- und Global Shutter

Moderne CMOS- und CCD Kameras haben keinen mechanischen Verschluss, wie sie früher in fotografischen Kameras eingesetzt wurden.

In modernen CMOS- und CCD Kameras werden elektronische Verschlüsse eingesetzt, die die Belichtung beginnen und auch beenden.

CCD Sensoren verwenden häufig einen so genannten "Global-Shutter", die Belichtung aller Pixel beginnt und endet zum selben Zeitpunkt und anschließend wird das Bild zum PC übertragen.

Gängige CMOS Sensoren verwenden stattdessen ein so genanntes "Rolling Shutter" Konzept. Hierbei werden die Sensorzeilen zu unterschiedlichen Zeiten dem Licht ausgesetzt, das abzubildende Objekt zeilenweise erfasst und die Zeilen noch während der Belichtung ausgelesen. Das Resultat ist ein sehr schneller Belichtungsvorgang und daraus folgt auch eine hohe Datentransferrate.

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SNR - Signal to Noise Ratio

Signal to Noise bedeutet in Deutsch Signal Rausch Verhältnis und die Angabe ist wie der Wert ADU Wert eine dimensionslose Angabe. Je höher der SNR (manchmal auch nur SN) Wert, desto höher ist die Rohbildqualität.

Beispiel: Signal = 1000, Noise = 50, dann ist S/N = 1000/50 = 20. Ein hoher Wert für das Signal-Rausch Verhältnis bedeutet auch einen hohen ADU Wert, die Dynamik des Bildes ist hoch und bedeutet und es enthält viele verschiedene Farb- oder Grauabstufen.

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Für alle hier kurz beschriebenen Begriffe viele weitere finden Sie unter folgender URL http://www.sbig.de/universitaet/htm/glossar.htm ausführlichere Beschreibungen, erweitert mit entsprechenden Abbildungen.

Wolfgang Paech

Über den Autor

Wolfgang Paech betreibt Astronomie seit nunmehr über 50 Jahren. Neben seinen zahlreichen Erfahrungen mit Sternwarten-Kuppeln aller Art sind seine Kerngebiete die Sonne und der Mond. Auf der Website www.chamaeleon-observatory-onjala.de finden Sie einen kompletten Mondatlas, aufgenommen mit seiner Standardtechnik. Aber auch in Sachen Deep-Sky und Planeten kann ihm, als langjährig erfahrenem Astrofotograf, niemand etwas vormachen.

Die 50+ Jahre Amateurastronomie mit vielen weiteren Bereichen, wie z.B. der Restaurierung historischer Amateurteleskope, Polarlichtreisen und vielem mehr sind auf seiner privaten Webseite unter www.astrotech-hannover.de aufbereitet.

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