Sehr hohe Lichtempfindlichkeit erforderlich, CCD?

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18.05.2016, 00:37
amrosik

Sehr hohe Lichtempfindlichkeit erforderlich, CCD?

Hallo Forum,

es geht um die Frage, wie man als DIYer möglichst lichtempfindliche Bilder aufnehmen kann.
Ich habe bereits für den Raspberry ein CCD Chip (das Ding nennt sich NoIR 2, weil es keinen Infrarotfilter hat) ausprobiert, und bei größtmöglicher Belichtungszeit aufgenommen. Es geht darum, sehr schwache Lichtquellen zu detektieren. Welche Möglichkeiten gibt es noch? Kennt Ihr spezielle CCD-Chips, die man z.B. über I²C ansteuern kann?

Oder etwas allgemeiner: Womit kann man Licht am empfindlichsten detektieren (natürlich außer Einzelphotondetektoren etc.)?

Mit freundlichen Grüßen,

Amrosik
18.05.2016, 06:03
Manf

Wenn das von Preis und Größe in Frage kommt:

https://www.ebay-kleinanzeigen.de/s-...t%C3%A4rker/k0
18.05.2016, 08:18
oberallgeier

Zitat:

.. Oder etwas allgemeiner: Womit kann man Licht am empfindlichsten detektieren (natürlich außer Einzelphotondetektoren etc.)? ..

Soweit ich weiß, machen (nicht nur) die Astronomen so etwas üblicherweise mit Langzeitbelichtung. Bei bewegten bzw. veränderlichen Objekten in der Astronomie z.B. mit der Differenz von zwei Bildern (bringt z.T. Unterschiede von 1:10⁶ raus - bei Veränderlichen bzw. Planetendurchgängen, Exoplaneten, bei fernen Sonnen : Spektrum der Wissenschaft, 4/16, S 36).
18.05.2016, 21:14
amrosik

@Manf

Preislich wäre das kein Problem. Ich weiß allerdings nicht bei welchen Wellenlängenbereichen die Dinger am besten ansprechen. Ideal wäreeine Ansprechbarkeit ab 525nm, und darunter nichts. Und die Frage ist dann auch, wie sich das Bild dann am besten digitalisieren lässt, um es am Mikrocontroller weiterzuverwenden?

@oberallgeier

Das stimmt. Allerdings kann ich mit einem handelsüblichen CCD Chip keine beliebig großen Belichtungszeiten einstellen. Beim oben gennanten Teil waren es maximal 6 Sekunden. Gibt es im DIY Bereich bessere CCDs zu erwerben, die länger können?

Alternativer Vorschlag:

Also zunächst mal geht es darum, eine bestimmte Fläche auf Helligkeitsvariationen zu überwachen.
Beim Einsatz der Kamera würde man einfach nur diese Fläche abfotografieren.

Wie ist es mit Fototransistoren oder Fotodioden oder Photomultipliern? Da würde ich stattdessen ein Array von mehreren Dieser unmittelbar an die zu überwachende Fläche heranführen. So erhält man zwar eine geringere Rasterauflösung im Vergleich zur Kamera (Kamera: 1920x1080, Array von Dioden oder Multipliern: vielleicht 10x10 ), aber vielleicht eine bessere Empfindlichkeit? Eine weitere Frage wäre, wie man Fotodioden mit einer höheren Belichtungszeit betreiben kann.

Mit freundlichen Grüßen,

Amrosik
19.05.2016, 05:39
Manf

Zitat:

Und die Frage ist dann auch, wie sich das Bild dann am besten digitalisieren lässt,

Es ist ein analoges Gerät, also eine etwas komplexere Optik, die man vor das Auge oder eine CCD Kamera setzt. Das Gerät reagiert grundsätzlich auf Photonen ausreichender Energie (bis in den nahen IR Bereich) wobei die Wellenlänge durch die Gläser der Linsen und ggf. durch weitere Filter eingeschränkt wird.

Zum Thema CCD Kamera (Chips) oder Fotodioden meine ich grundsätzlich dass die Kameras mit ihren Chips so optimiert sind dass die Funktion nur schwer mit einem Selbstbau aus Fotodioden zu übertreffen sein wird.

Wenn man die Bilder auswertet und ene höhere Belichtungszeit benötigt, die mit der Kamera selbst nicht erreicht wird, dann ist es sicher gut möglich die aufgenommenen Bilder zu kombinieren.
19.05.2016, 20:55
amrosik

Zitat:

Zitat von Manf

Zum Thema CCD Kamera (Chips) oder Fotodioden meine ich grundsätzlich dass die Kameras mit ihren Chips so optimiert sind dass die Funktion nur schwer mit einem Selbstbau aus Fotodioden zu übertreffen sein wird.

Da stimme ich zu. Der Unterschied zur CCD-Kamera ist allerdings, dass ich die Photodioden in direkte Berührung mit der zu untersuchenden Fläche bringen würde.
20.05.2016, 09:31
Andre_S

Zitat:

Zitat von amrosik

@oberallgeier

Das stimmt. Allerdings kann ich mit einem handelsüblichen CCD Chip keine beliebig großen Belichtungszeiten einstellen. Beim oben gennanten Teil waren es maximal 6 Sekunden. Gibt es im DIY Bereich bessere CCDs zu erwerben, die länger können?
...

Hallo

es gibt Kameras mit denen Du deutlich länger belichten kannst, ohne das die üblichen Probleme (Ausleserauschen, Verstärkerglühen Blooming etc.) das gewünschte Ergebnis „überlagern“. Dazu gehört schon mal die Kühlung des CCD Chips, verschiedene Varianten des Auslesens, Verhinderung von Blooming (Chipabhängig) usw.
Das Thema ist allerdings so komplex, dass es in ein paar Sätzen nicht hinlänglich erklärt werden kann.
Hier für den Einstieg ein paar Infos:
http://www.astro-siggi.de/tutorial-ccd-technik.html
http://astrofotografie.hohmann-edv.de/aufnahmetechniken/kameraauswahl.astrokameras.php
Im I-Net gibt es da auch noch tiefergehend Informationen, wenn dies gewünscht ist.
Ob Du selbst in der Lage bist dies auf Basis eines Chips zu bauen (welcher oftmals auch nicht unbedingt günstig ist, habe ich selbst auch schon recht teuer eingekauft) kann ich nicht einschätzen, auch nicht wie empfindlich die CAM sein sollte. Passendes Objektiv wirst Du natürlich auch benötigen.
Trotzdem könntest Du Dich im Astrosegment bei den verschiedenen Herstellern mal näher umschauen, da finden sich auch meist entsprechende Datenblätter so Du ein Fertigprodukt bevorzugen würdest. Allerdings sind diese nicht immer ganz billig, eventuell reicht ja schon ein Guider für deine Zwecke.
Ich habe selbst 3 Kameras 2 ältere von Starlight Xpress und eine Atik 414, alle in sw wegen der höheren Empfindlichkeit. Da kann ich problemlos minutenlang belichten, das sind schon reine Photonensammler…

Gruß André
23.05.2016, 19:23
amrosik

@Andre_S

Weißt Du woher ich die entsprechende Abbildungsoptik herkriegen kann? Die Astro-Shops verticken nur das, womit man in den Weltraum blicken kann.
24.05.2016, 23:59
Peter(TOO)

Hallo Amrosik,

Zitat:

Zitat von amrosik

Das stimmt. Allerdings kann ich mit einem handelsüblichen CCD Chip keine beliebig großen Belichtungszeiten einstellen. Beim oben gennanten Teil waren es maximal 6 Sekunden. Gibt es im DIY Bereich bessere CCDs zu erwerben, die länger können?

Man kann Einzelbilder mit einem Teil der benötigten Zeit machen und diese dann im einfachsten Fall addieren.

Wenn die gesuchten Lichtquellen konstant leuchten, kann man auch das Rauschen einfach vermindern. Die Rauschpixel sind dann nur auf einzelnen Aufnahmen vorhanden und können weggerechnet werden.

MfG Peter(TOO)
25.05.2016, 07:33
Andre_S

Zitat:

Zitat von amrosik

@Andre_S

Weißt Du woher ich die entsprechende Abbildungsoptik herkriegen kann? Die Astro-Shops verticken nur das, womit man in den Weltraum blicken kann.

Hallo!

Bei den Astrocams ist meist der CCD Chip nur mit Glasscheibe geschützt, allerdings haben Sie je nach Hersteller ein entsprechendes Gewinde an denen man verschiedenste Adaptierungen anschließen kann, so dass Du gegebenenfalls auch ein DSLR Objektiv adaptieren kannst. Sinnvollerweise könntest Du Dich diesbezüglich an „Wolfi“, Herrn Ransburg (Teleskop-Service in München) wenden. Ihn kann ich als sehr aufgeschlossen und stets hilfsbereit bezeichnen, der mich über Jahre hinweg auf Grund der Entfernung auch telefonisch oder per Mail sehr gut beraten hat. Allerdings müsstest Du etwas konkreter Dein Vorhaben definieren, ich bin mir immer noch nicht über das Gesamtbild und die Umgebungsbedingungen im klaren.
Gehe davon aus, dass die Cams extrem lichtempfindlich sind, so dass ich mir dies nur vorstellen kann, wenn es extrem dunkel ist...
Es gibt auch DSLR, welche für Astroaufnahmen modifiziert sind und somit auch eine Langzeitbelichtung zulassen, da musst Du aber wegen dem unter umständen stärkerem Rauschen aufpassen und gegebenenfalls, wie Peter schon erwähnte, mehrere Bilder passend verarbeiten…

Gruß André
04.06.2016, 02:07
amrosik

Zitat:

Man kann Einzelbilder mit einem Teil der benötigten Zeit machen und diese dann im einfachsten Fall addieren.

Wenn sich im Sensor bei einzelnen Photonen etwasd rührt, dann geb ich Dir recht. Wenn das aber nicht der Fall ist, und die Einzelbilder zumindest abschnittsweise nichts aufnehmen, weil die Belichtungszeit zu kurz war, dann addiert man Bilder, wo die Pixel in diesen Abschnitten auf Null sind.