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Frage: Wirkung des Binnens bei Aufnahme eines Spektrums
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Autor:  Lothar Schanne [ 13. Oktober 2010, 11:05:37 AM ]
Betreff des Beitrags:  Frage: Wirkung des Binnens bei Aufnahme eines Spektrums
Hallo CCD-Spezialisten,

was geschieht eigentlich, wenn ich dem Aufnahmeprogramm (z.B. MaximDL oder Astroart) sage, es soll die Pixel binnen, z.B. 2x2 ?

Werden dann in der Kamera 2x2=4 Pixel zu einem Superpixel zusammengefasst und dann die Superpixel ausgelesen? Also beim Auslesen schon ein anderer Algorithmus verwendet? Oder werden immer die einzelnen Pixel ausgelesen, und dann anschließend per software mathematisch addiert?

Auf jeden Fall geht das Auslesen schneller, wenn man binnt, deshalb vermute ich, dass das erstere stimmt. Ist dann auch die full well capacity des Superpixels 4 mal so hoch?

Was hat das Binnen für Auswirkungen auf das S/N des ausgewerteten 1D-Spektrums ?

Liebe Grüße
Lothar
Autor:  Otmar Stahl [ 13. Oktober 2010, 13:32:26 PM ]
Betreff des Beitrags:  Frage: Wirkung des Binnens bei Aufnahme eines Spektrums
Hallo Lothar,

On 10/13/2010 11:05 AM, Lothar Schanne wrote:
Zitat:
Hallo CCD-Spezialisten,

was geschieht eigentlich, wenn ich dem Aufnahmeprogramm (z.B.
MaximDL oder Astroart) sage, es soll die Pixel binnen, z.B. 2x2 ?

Werden dann in der Kamera 2x2=4 Pixel zu einem Superpixel
zusammengefasst und dann die Superpixel ausgelesen? Also beim
Auslesen schon ein anderer Algorithmus verwendet?
Ja.
Zitat:
Oder werden immer die einzelnen Pixel ausgelesen, und dann
anschließend per software mathematisch addiert?
Nein.
Zitat:
Auf jeden Fall geht das Auslesen schneller, wenn man binnt, deshalb
vermute ich, dass das erstere stimmt. Ist dann auch die full well
capacity des Superpixels 4 mal so hoch?
Ja, Allerdings musst Du aufpassen, dass der Analog/Digital-Konverter
nicht überläuft.
Zitat:
Was hat das Binnen für Auswirkungen auf das S/N des ausgewerteten
1D-Spektrums ?
Das lässt sich nicht so ganz einfach beantworten. Binnen ist vor
allem nützlich, wenn das S/N durch das Ausleserauschen begrenzt wird.
Wenn aber stattdessen Photonenrauschen dominiert, bringt das Binnen
nichts für das S/N, bzw. es ist nicht besser, als das Binnen
anschließend per Software zu machen. Du hast durch die größeren Bins
natürlich mehr S/N pro Bin, aber das kannst Du auch per Software
erreichen. Binnen hat den Nachteil, dass das Flatfielden sich eventuell
verschlechtert.

Herzliche Grüße,
Otmar
Autor:  Sander Slijkhuis [ 15. Oktober 2010, 23:33:04 PM ]
Betreff des Beitrags: 
Hallo Lothar,

beantwortet zwar nicht die Frage an sich, aber nach meinem Verstaendnis kann man oft genau so gut das Rauschen reduzieren mittels glaetten (vorausgesetzt, man hat ein Programm das das anstaendig macht).
Glaetten hat der Vorteil, dass das sampling behalten bleibt. Binning kann man auch betrachten als ein Glaetten, allerdings mit einer schrecklich eckigen Funktion, die Artefakten generieren wird. Ob diese "Artefakten" ueberhaupt wichtig sind, hangt ab vom ursprunglichen sampling (war das weit von der Nyquist-Grenze entfernt dann ist es nicht so schlimm) und es haengt ab vom Rauschen selbst: bei einem grossen Rauschen (weshalb man ueberhaupt binning macht) wird dies eher wenig signifikant sein. Ich meine: nur wenn der Kamera ein "rauschfreies binning" machen kann haette man evt. einen Vorteil (siehe unten)

Hast Du ein grosses oversampling, kannste auch mit einer breiten Gauss-Funktion glaetten ohne die Aufloesung viel zu beeinfluessen. Der clou ist hier das falten mit Gauss beim gleichen FWHM der Faltfunktion (z.B. FWHM=2 pixels) wesentlich mehr pixels in Betracht nimmt als binnig - deshalb reduziert Falten auf jedem Fall das Rauschen besser als software-binning. (Profis falten nicht sondern nehmen Fourier-Glaettung - was aber nur geringfuegig bessere Ergebnisse geben wurde)

Beim Hardware-binning haengt es wohl von der Kamera ab. Bei meinem Kamera wird bei 2x2 binning das Signal 4x so gross, das Rauschen Wurzel 2 mal so gross (Vorteil = 4 / sqrt(2) ). Bei software binnig ergibt sich ein Faktor 2 Vorteil, aber ich vermute das bei geschicktes Falten man den restlichen Faktor sqrt(2) mehr oder weniger wett machen kann. Und bei laengeren Belichtungszeiten werden bei hardware binning mehr pixels ein Problem mit cosmics haben (ganz generell gilt dass die Natur sich nicht so einfach ueberlisten laesst ).

Nach meiner Meinung ist es auf jedem Fall nicht ganz so eindeutig dass binning der besseren Weg ist - zudem es einen unumkehrbaren Weg ist. Man musste es wirklich experimentell ausprobieren (hat jemand schon..?).

Soweit ich da noch ueberblick habe, vermute ich das in der professionelle Astronomie eher de-noising (Fourier-glaettung) angewandt wird als binning.

Viele Gruesse
Sander

Apropos Kamera-Rauschen - so weit ich das verstehe ist bei gute Elektronik das Rauschen chip-bedingt, nicht Kamera-bedingt. Von da her duerfte die zusaetzliche Faktor sqrt(2) beim binning and der Architektur der KODAK 400/1600/3200 chip liegen.
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