Langzeitbelichtung: CMOS via chemischer Film

[ruessel]

Wollte nun mit meiner Nikon D90 und wirklich langen Langzeitbelichtungen ein wenig spielen.
Vor langer Zeit hatte ich ein wenig Erfahrung mit Diafilm und "Bulb" Belichtungen gemacht, hier stimmten ab einigen Minuten die Belichtungszeiten nicht mehr - Stichwort "Schwarzschild-Effekt".

Der Astronom und Physiker Karl Schwarzschild entdeckte 1899, dass die Empfindlichkeit einer Fotoschicht bei Belichtungen über einer Sekunde exponentiell abnahm, also die erwartete Schwärzung nicht mit der erreichten Schwärzung übereinstimmte. Die Aufnahmen waren - bei gleicher Lichtdosis doch längeren Zeiten - unterbelichtet. Um diesen Effekt auszugleichen, sind die Aufnahmen länger zu belichten.

Ich frage mich nun, was passiert bei einem CMOS mit sehr langer Belichtungszeit (z.B 3 Stunden mit extremen ND Filter). Verliert er die Ladung? Gibt es eine ungewöhnliche Sättigung? Anderes Rauschverhältnis? Was passiert im Extremfall - mehrere Tage belichtet..... addiert sich das Wärmerauschen?

Keine Ahnung wo ich darüber Infos bekomme.... in der Astroszene?

WoWu bitte melden ;-)

[WoWu]

Moin Wolfgang

Du wirst ähnliche Effekte wie in der Chemie im Sensor nicht finden.
Und solche Effekte, die zwar so ähnlich aussehen, wie die BlackSun beruhen darauf, dass Spannungen interpretiert werden.
Ein Sensor ist nichts Anderes als ein RAM, der, sofern er mit Betriebsspannung versorgt wird, seine Ladung auch nicht verändert.
Du kannst also, streng genommen, Ladungsmengen darin Speichern.
Das Rauschen beschränkt sich im Wesentlichen auf das thermische Rauschen, das mit der Zeit natürlich zunimmt, wobei die Kurve so verläuft, dass sie in den ersten Sekunden sehr dynamisch ist und dann ihr Minimum erreicht, um dann in einer Kurve anzusteigen und etwa (in einer MarkII) nach etwa 3 Stunden ihr Maximum zu erreichen und dann so flach weiter verläuft, dass man von einer weiteren Rauschzunahme kaum mehr reden kann.
Nach zwei Stunden haben sich die ADU Werte von etwa 1000 auf 5000 ADU vermehrt. -Man geht ja von einer Verdopplung/7 Grad aus. Aber wie man sieht, findet das eine obere Grenze.
In diesem Fall hat sich die Kamera von etwa 20 Grad auf 35 Grad erwärmt.
Das ist natürlich unterschiedlich, je nachdem, welche Sandwichpackete die Bauteile in der Kamera bilden.
Du kannst bei den Meisten Kameras, die die Metadaten (EXIF Daten im CR2 file) rausgeben, selbst auslesen.

Ich bin sicher, dass die Astroszene da weiterreichende Infos hat, habe aber keinen Zugang, weil mich das Thema eigentlich nur insoweit interessiert, wie es das unmittelbare Videogeschäft betrifft.

'hoffe, das war erst mal ein Einstieg.

[ruessel]

'hoffe, das war erst mal ein Einstieg.

eine kleine Richtung eher..... ;-)

meine Freunde von der NASA benutzen für Langzeitaufnahmen nur CCDs... warum auch immer.
Im Moment habe ich tatsächlich Schwierigkeiten Licht vor dem Objektiv zu verbrennen. Ein erster Test mit dem ND1000 (ND3) Filter bringt nix, am Tage sind gerade 25 Sekunden Bulb drinnen - 10 Blendenstufen. Jetzt versuche ich das mal mit ND1000000 (ND6), das dürften dann 25.000 Sekunden werden - wenn ich da richtig durchblicke.

[WoWu]

Das ist ja auch tatsächlich ein etwas ungewöhnliches verfahren, denn die Astrofotografie hat natürlicherweise mit zuwenig Licht zu kämpfen und dort, wo man es mit extrem viel Licht zu tun hat, nutzt man entsprechend kurze Integrationszeiten.
Viel Licht + lange Integration, ohne dass man den Sensor sättigen will, ist schon etwas Absonderliches.
Dein Problem wird aber eher sein, dass die NDs nur das sichtbare Spektrum ausfiltern, Dir aber vom nicht sichtbaren Spektrum der Sensor dicht gemacht wird und ziemlich schnell in der Sättigung landet.
Da wird dann vom sichtbaren Bereich nichts mehr übrig bleiben.
Du wirst da also schon über entsprechende Notch-Filter nachdenken müssen oder die Ladung über kürzere Integrationen abrufen und extern aufaddieren müssen.

Was die ND Filter betrifft ... kaskadier sie doch einfach. da bist Du dann schnell bei Unendlich.

[ruessel]

Dein Problem wird aber eher sein, dass die NDs nur das sichtbare Spektrum ausfiltern, Dir aber vom nicht sichtbaren Spektrum der Sensor dicht gemacht wird und ziemlich schnell in der Sättigung landet.

Ach ist das spannend Neuland zu betreten ;-)

Bei dem ND1000 ist noch nix von der IR Problematik zu sehen - habe aber auch nur bei bewölkten Himmel bis jetzt damit experimentiert.... wir werden sehen, jetzt muss erst der bestellte ND6 angekommen sein.....

Was die ND Filter betrifft ... kaskadier sie doch einfach. da bist Du dann schnell bei Unendlich.

Meinst Du wo ich so schnell einen ND6 her bekommen habe ;-) 2x ND1000
Ich benötige lange Zeiten, ein Laser wird dann Zeilenweise die Belichtung im Raum vornehmen - so meine Idee für das "Kunstprojekt".

[WoWu]

Meinst Du wo ich so schnell einen ND6 her bekommen habe ;-)

:-)

[ruessel]

Hier gibt es noch Profi Infos ;-)

Kepler Kamera NASA Handbuch: http://archive.stsci.edu/kepler/manuals ... 33-001.pdf



Kepler Kamera mit 42 CCD Sensoren

[ruessel]

Bin etwas frustriert.....

Habe ein Bild ohne ND Filter gemacht: F3.5, ISO 200, 1/40 Sekunde. Dann den ND1000 (ND3) Filter aufgeschraubt und belichtet bis es in der Helligkeit zur ersten Aufnahme passte.

Ergebnis: F3.5, ISO 200, 121 Sekunden.

120 Sekunden : 0,025 Sekunden (1/40)= 4800 Verlängerungsfaktor

Habe ich mich verrechnet? Ist der gekaufte ND1000 ein ND4800?



Kann ich da irgendwie mit einem Luxmeter den Verlängerungsfaktor genauer ausmessen?

[ruessel]

Luxmeter unter eine Lampe = 4083 Lux, den ND1000 über den Sensor des Luxmeters gelegt = 3.8 Lux

Damit dürfte der Filter i.O. sein, aber die Nikon reagiert damit seltsam....

[WoWu]

Alles an Reglungen in der Nikon abgeschaltet ?

[ruessel]

Steht auf "M". Werde das Nikon Handbuch noch mal zur Sicherheit blättern... aber in den Bildinfos stehen alle Werte so wie ich sie oben geschrieben habe.

[ruessel]

dieser Effekt scheint normal zu sein, je höher die ND Dichte desto mehr muss die Belichtung vom theoretischen Wert korrigiert (verlängert) werden (wie zu analoger Zeit), es soll dazu auch Langzeit-Korrekturtabellen vom Hersteller geben.

[WoWu]

Gibt's darüber Unterlagen ?
Das ist doch ein lineares System .... 1 Blende runter => halber Photonenmenge => doppelte Belichtungszeit.

Warum soll das also so sein ... es sei denn, sie kompensieren da noch irgend etwas, das nur mit ihrer Hardware zu tun hat.
Sonst macht das überhaupt keinen Sinn ... und vor allem, wo bleiben dann ihre ganzen schönen ISO Systeme ?
Die machen dann ja erst Recht keinen Sinn mehr.

[ruessel]

Ich habe nur zig seiten im Netz gefunden die sich mit ND1000 beschäftigen. Meist wird eine Verdopplung des theoretischen Verschlusszeit empfohlen - weil das Bild sonst zu dunkel ist. Warum und wieso hätte ich gerne von dir gewusst, konnte dazu nix finden.

dieser Langzeitbelichter hat siich für seine Canon eine Korrekturliste erstellt: http://kwerfeldein.de/2011/02/03/langze ... aufiltern/

Meine Nikon zeigt aber größeren Korrekturbedarf an.....

[WoWu]

Das muss ich mir heute Abend mal in Ruhe durchlesen und dann mal drüber nachdenken.
Vielleicht liegt das ja an der (quadratisch) steigenden Vignettierung ?
Der Wert findet in linearen Systemberechnungen natürlich keinen Eingang.

[ruessel]

Vielleicht liegt das ja an der (quadratisch) steigenden Vignettierung ?

Oder ich mache schlicht an der Kamera einen Fehler.....

meine Freunde von der NASA benutzen für Langzeitaufnahmen nur CCDs... warum auch immer.

Das konnte ich eben im Astroforum lösen, CCDs fangen bei gleicher Belichtungszeit mehr Photonen ein. (aufgrund der besseren Quanteneffizienz)

[WoWu]

Das können die sich in dem Mosaikmodul auch leisten, weil die Sensoren relativ grosse Pixels, dafür aber sündhaft wenige Pixels haben.
Dadurch tragen die Nachteile des CCDs nicht besonders.

Oder ich mache schlicht an der Kamera einen Fehler.....

Davon würde ich erstmal nicht ausgehen.
Vielmehr denke ich, die Kamera hat da ein Eigenleben, denn wenn man sich mit den Verarbeitungsprozessen solcher Kameras mal beschäftigt, schlägt man ohnehin -im Videoumfeld- die Hände über dem Kopf zusammen.
Diese teile sind dafür konstruiert -geschmacklich- ansprechende Fotos zu machen. Das steht nicht selten im Widerspruch zu einer nachvollziehbaren Verarbeitung, in der Fehler durch Kompromisse kompensiert werden müssen.
Das kann man an etlichen Stellen nachvollziehen.

[ruessel]

Ich habe gerade bei 1 Lux Beleuchtung (1 Kerze) experimentiert, hier kommt der theoretische Wert für die Belichtungszeit (x1000) eigentlich ganz gut hin. Nur zeigen kann ich die Bilder nicht, beim ND aufschrauben habe ich unbemerkt den Fokus verändert - Anfängerfehler ;-)

Werde mich morgen damit nochmal beschäftigen.... wäre ja blöd wenn man nicht die richtigen Zeiten errechnen könnte. Schlecht ist auch die ungleichmäßige ND Dämpfung des Lichtspektrums - glaube nicht das der braunrote Farbstich von einer IR-Strahlung kommt.

[ruessel]

nochmals ein Test aus der Praxis. (siehe Anlage)

Im Automatikmodus ergibt sich eine Belichtungszeit von 1/80 Sekunde (ISO200 - F4.8).

Mit ND1000: 1:80s x 1000 = 12,5s

Schau das Bild mit 13 Sekunden Belichtungszeit an (ISO200 - F4.8), deutlich zu dunkel. Ich verstehe es nicht...... ich schätze bei 40 Sekunden wäre erst die Belichtung mit ND Filter gleich.... wo bleibt das ganze Licht?

[WoWu]

Moin Wolfgang

Für mich sieht das klassisch nach einer Überstrahlung mit Rot< Anteilen aus denn schau Dir mal die Bildschärfe an.
Die hat bereits dramatisch gelitten und im die Unschärfe sieht genau so aus, als würden Wellenlängen mit einer grösseren Eintrittstiefe den Sensor vollstopfen. -Das ist so einwenig der IR Effekt-. Denn wie sonst sollte der krasse Schärfeverlust zu erklären sein denn die Zeit ändert ja sonst nichts an der Fokussierung.
Wenn die Belichtungsautomatik jetzt auf diese nicht sichtbare Strahlung regiert, regelt sie ja auch den sichtbaren teil runter ... damit ist das Bild dann auch zu dunkel.
Auch die Einfärbung (auch der hellen Teile) ist eigentlich typisch.

[ruessel]

Moin Wolfgang....

hier muss ich sagen, ich habe ein blödes Objektiv benutzt, schraube ich den ND Filter an, kann sich sehr leicht der Fokus verstellen!

ich habe aber letzte Woche einen 12er Set Step-Down Adapterringe bestellt, damit könnte ich dann die Versuche mit anständigen manuellen Nikkore durchführen.

Abgesehen von der Schärfe, die Belichtung stimmt doch überhaupt nicht. Zumindest bei viel Licht (bei Kerzenlicht scheint rechnerisch die Verschlußzeit zu stimmen).
Ich habe heute morgen deswegen mal den Nikonsupport angeschrieben, vielleicht Antworten die anständig......

[WoWu]

Die Sache mit dem Fokus würde aber bedeuten, dass irgendwo im Bild ein fokussierter Teil ist .... ist das so ? Ich hab da noch keinen Schärfepunkt gefunden.
Und die Belichtung richtet sich ja, je nachdem, an welchen und wievielten Punkten gemessen wird, nach der maximal vorkommenden Wellenlänge.
Wenn Du im Bild an (sagen wir mal) nur einem Messpunkt, evtl. Lampe oder Kerze- so hohe Werte hast, ansonsten aber an der Menge der Lichtpunkte wenig dieser Energie, dann integriert die Belichtung ganz anders.
Ergo ist auch das Ergebnis völlig anders.
Du musst also erst mal das Wellenlängenproblem lösen und weil Du das nicht wirklich messen kannst, würde ich dafür sögen, dass die Schärfe erhalten bleibt, egal, wie die Farbabstimmung des Bildes dann (zur Messung) aussieht.

[ruessel]

Wenn Du im Bild an (sagen wir mal) nur einem Messpunkt, evtl. Lampe oder Kerze- so hohe Werte hast, ansonsten aber an der Menge der Lichtpunkte wenig dieser Energie, dann integriert die Belichtung ganz anders.

Verstehe ich nicht. Das Kerzenbild war mit Automatik richtig belichtet und dann mit ND1000 rechnerisch davon verlängert belichtet, das Ergebnis sah richtig aus....

Ich warte jetzt erst die Step-Down Ringe ab, dann kann ich hoffentlich auch scharfe ND Fotos zeigen ;-)

P.S. Gerade wurde der ND1000000 angeliefert..... Habe gestern gelesen, das jemand schon eine 26 Monate lange BULB Belichtung gemacht hat - das Bild hängt in einer Ausstellung....

[WoWu]

Das kommt immer darauf an, wie (und an wieviel Punkten) die Belichtungsautomatik misst und was sie aus diesen Ergebnissen errechnet.
Sie kann beispielsweise andere Algorithmen nehmen, wenn sie an nur einem Messpunkt starke Unterschiede zu den andern Punkten hat oder dem gegenüber an allen Messpunkten nur wenig Unterschiede.
Dazu müsstest Du solche Automatikfunktionen ausschalten und manuell Belichtungsreihen vergleichen.
Denn Du weisst doch gar nicht, was die Kamera da eigentlich noch macht.
Wie gesagt, es sind ja keine Messgeräte sondern sie sind dazu konstruiert, geschmacklich ansprechende Bilder zu machen --- with a little help of Nikon-

Habe gestern gelesen, das jemand schon eine 26 Monate lange BULB Belichtung gemacht hat

Dann hören wir uns 2016 wieder ?

[ruessel]

Das kommt immer darauf an, wie (und an wieviel Punkten) die Belichtungsautomatik misst und was sie aus diesen Ergebnissen errechnet.

Vorsicht Gedankenfehler? Die automatik macht bei mir nur das erste Foto, daraus übernehme ich ISO und Blende. Die von der Automatik ermittelte Belichtungszeit verlängere ich um den Faktor 1000. Diese drei Werte füttere ich im manuellen Modus in die Kamera hinein und mache damit dann die ND Aufnahme...... die Belichtungsautomatik hat also null Einfluss....

Dann hören wir uns 2016 wieder ?

;-)

[WoWu]

Dabei verändert sich aber auch der Mengenfehler: wenn x Photonen zu einem bestimmten Quantisierungswert führen, ist das in so gut wie allen Fällen bereits eine Rundung, die bei dem Ursprungswert nicht ins Gewicht fällt 1/80 sec.
Verlängerst Du den Rundungsfehler aber um das 1000 fache, dann wird der Fehler signifikant.

[ruessel]

Verlängerst Du den Rundungsfehler aber um das 1000 fache, dann wird der Fehler signifikant.

Hmmmm......... glaube ich nicht! Ob nun 1/80 oder 1/84 das sieht man nicht, genauso wenig wie den Unterschied (x1000) von 12,5s zu 11,9s

[WoWu]

Nee, aber die Menge an gesammelter Photonen ändert sich ja, die ursprünglich in einer kleinen Korrektur gerundet wurden, bei Langzeitbelichtung aber andere Grössenordnungen annehmen, weil sie über die Zeit kumulieren, diese Kumulation aber im identischen Ergebnis untergebracht wird.
Da liegt der Fehler.
Denn ich hatte das so verstanden, das Du einmal ohne und einmal mit ND belichtest.

[ruessel]

Nee, aber die Menge an gesammelter Photonen ändert sich ja, die ursprünglich in einer kleinen Korrektur gerundet wurden, bei Langzeitbelichtung aber andere Grössenordnungen annehmen, weil sie über die Zeit kumulieren, diese Kumulation aber im identischen Ergebnis untergebracht wird.

Ich muss darüber nachdenken....

Denn ich hatte das so verstanden, das Du einmal ohne und einmal mit ND belichtest.

Genau. Ohne ND um eine Rechenbasis zu bekommen (Lichtverhältnis vor Ort) - also die Grundlage für eine 1000fache Verlängerung.

[WoWu]

Dann hab ich das richtig verstanden ...
Aber für mich sieht das wie ein Paradebeispiel für die ND Problematik aus.
In der "Schärfe" hab ich das natürlich noch nie betrieben, weil in der "normalen" Videotechnik solche Verlängerungen natürlich nicht vorkommen.
Aber das Ergebnis sieht genauso aus -nur eben sehr viel stärker dargestellt-
Die Tönung, die Unschärfe, der -butterweiche- Bildeindruck, alles im Grunde genaue, nur eben stärken.
Versuch mal, mit einem Notchfilter nur einen Teil des sichtbaren Bereiches zu nutzen, dann müssten zumindest die Unschärfen weg sein.

Es kommt übrigens bei DSLRs noch ein weiterer Effekt hinzu.
Die ISO Einstellung ist immer Gamma-Korrigiert, das heisst, am unteren Ende ziehen sich die Kameras eine Wertegruppe ins schwarz, weil sonst der Grauwert mit dem ISO kontinuierlich steigt.
Dabei kann sich die Kamera an unterschiedlichen Gegebenheiten orientieren. Eine Möglichkeit ist, das Rauschen zu bewerten.
Steigt das Rauschen nun mit der Temperatur an (siehe oben), dann werden davon immer grössere Photonenmengen betroffen, denn im unteren Bereich repräsentieren ja schon wenige Photonen eine Blende.
Das bedeutet, dass mit steigender Temperatur, immer mehr Blenden ins schwarz gezogen werden. Man muss also mal die Dynamik im Bild messen, um festzustellen, ob es wirklich Unterbelichtung ist oder ein solcher Effekt.
Eigentlich kann man sich das aber auch schenken, denn die drastische Einengung der Dynamik zwischen den beiden Bildern kann man schon so sehen.

[ruessel]

Ich habe hier nur diverse Heliopan 103 filter (IR Sperrfilter) rumliegen.

wie gesagt weitere Test mache ich nur noch mit besseren Objektiven. Dieses schweine Nikkor hat sein Filtergewinde direkt an dem fokustubus und ist nicht sperrbar, ein scharfer Windzug kann da schon etwas verstellen.....

eigentlich sollten die Step-Down Ringe heute per Post kommen.....

In der "Schärfe" hab ich das natürlich noch nie betrieben, weil in der "normalen" Videotechnik solche Verlängerungen natürlich nicht vorkommen.

Verstehe ich nicht, der ND1000 ist ein Teil meiner EX1R Ausrüstung..... der macht wunderbare Zeitraffer Aufnahmen am Tage (32 Frames addieren für extrem weiche Bewegungen).

[ruessel]

Nikon hat eine Mail geschrieben:

Vielen Dank, dass Sie sich an uns gewendet haben. Ihre Frage ist bei unserem Support-Team eingegangen und wird so schnell wie möglich beantwortet.

Alles wird gut ;-)

[WoWu]

Da bin ich aber mal gespannt, was die schreiben. :-0

[ruessel]

Es geht gleich weiter... die step-down Ringe sind gerade gekommen. Evtl. bekomme ich noch zusätzlich einen IR Filter aufgeschraubt.....

[ruessel]

Mit den Adapterringen kann man nun endlich einfach arbeiten, nix verstellt sich!

Bild in Automatik ergibt: ISO200, F5, 1/400s

Daraus errechnet sich für das Bulb Bild mit ND1000: 1:400 x 1000 = 2.5 Sekunden!

Als drittes Bild habe ich die Belichtungszeit verdoppelt auf 5 Sekunden.