Erfahrungen mit der DMK 41AF02.AS FireWire Kamera

Version vom 28.3.2008, ME

Als Alternative zur Sigma 6303 für die Mondsichelbeobachtung habe ich mir eine DMK 41AF02.AS FireWire VideoKamera von The Imaging Source angeschafft.
Obwohl die DMK nicht gekühlt ist erhoffe ich mir durch die sehr viel höhere Bildrate (15 Bilder/s im Vergleich zu ca. 30s/Bild bei der Sigma) eine mindestens ebenso gute Eignung für die Aufnahme schmaler Mondsicheln. Die Auflösung der DMK ist zwar kleiner, sollte aber ausreichen, um die ganze sichtbare Sichel bei geeignetem Massstab abzubilden. (1,2" pro Pixel bei f=800mm.) Die geringere Empfindlichkeit im nahen IR ist hoffentlich kein Problem.

Rauschmessungen

Bei dem "Mondsichel am Tag" Motiv geht es um die Erfassung geringer Helligkeitsunterschiede bei einem eigentlich recht hellen Motiv. Hier sollte das Photonenrauschen des Signals dominieren, wodurch die langsame, Ausleserauschen-minimierende Bildfolge der 6303 nicht notwendig ist.

Um die Eigenheiten der DMK besser zu verstehen habe ich versucht, das Gesamtrauschen in Serien von Bildern zu messen.
Dazu habe ich bei 7.5fps jeweils Videos mit 30 Bildern bei verschiedenen Gain Einstellungen aufgenommen. Die Belichtungszeit wurde jeweils so gewählt, das die resultierenden Grauwerte zwischen 150 und 200 lagen. Als Motiv wurde eine sehr strukturlose Fläche unscharf abgebildet, um eine möglichst gleichmässige Helligkeit zu erhalten.

Bearbeitung / Analyse (pro Serie)

  1. Die Bilder wurden auf eine einheitliche Grundhelligkeit normiert, um Belichtungsunterschiede zwischen den Bildern auszugleichen.
  2. Alle normierten Bilder wurden gemittelt, woraus ein Mittelwert-Bild entstand.
  3. Alle normierten Bilder wurden durch dieses Mittelwert-Bild geteilt, um Empfindlichkeitsvariationen auszugleichen (analog Flatfield-korrektur).
  4. Zu den so normierten Bildern wurde dann für jedes Pixel die relative Standardabweichung der Grauwerte über alle Bilder bestimmt.
  5. Zur einfacheren Betrachtung wurden diese Werte der relativen Standardabweichung dann zu einem einzelnen Wert gemittelt. Diese Werte wurden in dem folgenden Diagramm über der jeweiligen Gain-Einstellung aufgetragen.


Bei kleinen Gain-Einstellungen ist das Rauschen erfreulich gering, teilweise geringer als 1% des Helligkeitswertes. Zu größeren Gain-Werten steigt das Rauschen dann langsam, ab Gain-Werten von 700 dann nichtlinear schneller an.

Rauschminderung / Noise-reduction

Die DMK Software bietet die sinnvolle Möglichkeit, mehrere Bilder zu mitteln, um so ein rauscharmeres Bild zu erhalten, das dann abgespeichert wird. Diese Vorgehensweise reduziert aber die effektive Bildrate, die auf die Platte geschrieben wird.
Um die Wirkung zu untersuchen habe ich ein normales Video mit 7.5fps aufgenommen und mit einem zweiten Video mit 15fps bei Noise-reduction = 4 images verglichen. Die resultierende, gespeicherte Bildrate bei dem zweiten Video war dann nur noch 3.75 fps. (Andere Noise-reduction Werte scheinen fehlerhaft umgesetzt zu werden.)

Das Bild zeigt die Verteilung der relativen Standardabweichung aus den wie oben bearbeiteten Bildserien. Die grüne Kurve zeigt die Werte mit Rauschminderung, die rote Kurve die Werte der Serie ohne Rauschminderung.
Man sieht, das die grüne Kurve nach links verschoben/skaliert ist, das sich die Werte der relativen Standarabweichung durch die Mittelung von vier Bildern also halbieren, wie das auch zu erwarten war.
Der resultierende Wert der relativen Standardabweichung von ca 0.0035 ist schon erstaunlich gering. Bei einer Helligkeit von 200 schwankt der Wert dann im Schnitt nur noch um +- 0.7 im Vergleich zum Mittelwert. Sehr viel besser geht das mit einem 8Bit System wohl nicht mehr.

Das Diagramm zeigt die Auswirkung der roise-reduction Stufe "4 images" auf das Rauschen, aufgetragen über verschiedenen Gain-Einstellungen. Der positive Effekt ist bei allen Gain-Werten vorhanden.

Fazit

Mit 15fps und noise-reduction entstehen sehr rauscharme Bilder mit erträglicher Bildrate. Das sollte auch für die Mondsicheln gut funktionieren.

Eigenheiten

  • Die am weitesten rechts liegende Spalte hat in allen Bildern die Helligkeit 0.
  • Noise Reduction Stufe "2 images" speichert nur halb so viele Bilder wie erwartet, "4 images" funktioniert wie erwartet.
  • Die Kamera wird im Betrieb leicht warm, aber weniger als die Watec. Das blaue Gehäuse ist ein normales 50x50x2 Aluminium Vierkantrohr mit 42mm Länge, da könnte also leicht eine Luftkühlung angebaut werden, analog zur Watec-Kühlung.
  • Im Inneren des Gehäuses fanden sich leider einige feine Aluspäne, da aber glücklicherweise recht fest am Gehäuse hafteten. Dennoch nicht so toll.

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