Learning to know my ZWO ASI 294 MC Pro astro cam

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Nochmal zurück zu den Grundlagen und den Eigenheiten des IMX294 ...

Neben den Vorteilen der größeren Pixel (für mein Setup mit f/4-Newton bei 1.000m Brennweite), der höheren Full Well Capacity und natürlich dem recht günstigen Preis gibt’s bei „der Neuen“ (eigentlich ja wieder eine Gebrauchte …) einige Spezialitäten zu beachten. Wie schon vor dem Kauf aber insbesondere beim First Light (NGC 3817, 18.08.2024) festgestellt, ist die Handhabung wohl schwieriger als beim Vorgänger (ZWO ASI 183 MC Pro). Grund genug sich nochmals mit den Spezifikationen der Kamera zu beschäftigen und einige Grundlagen zu vertiefen.

Specs

Herzstück der ASI 294 MC Pro ist der Sony IMX294 back-side-illuminated CMOS Sensor mit 11,7 Megapixel (Auflösung 4.144 x 2.822 Pixel) und Abmessungen von 19,2 mm x 13,0 mm (Sensordiagonale 23 mm). Bei meinem 1.000 mm Newton entspricht das einem scheinbaren Bildfeld von 66`x 45`. Zur Illustration sind in den unteren Ausschnitten die Sensordaten und der Newton in der Software Stellarium eingerichtet und die Galaxie M51 (11 x 7`) bzw. ein Vollmond (Durchmesser 30`) ins Visier genommen.

Der ADC der Kamera produziert eine Bit-Tiefe von 14 Bit, daher wird die Spannung jeder Photodiode mit 2 hoch 14 (daher 0 bis 16.383) diskreten Werten (ADU…Analog-to-Digital-Units) ausgegeben. Nachdem die Photodioden nur die Helligkeit messen, kann diese in 16.383 Werten ausgewertet werden. Zum Vergleich: die ASI 183 MC Pro hatte eine Bit-Tiefe von 12 Bit, daher „nur“ 4.095 Abstufungen.

Mit einer Full Well Capacity von 63.700e- (die 183er war nur bei 15.000e-) können durch die eintreffenden Photonen also theoretisch* 63.700 Elektronen aus der Siliziumschicht in der Photodiode „eingesammelt“ werden, ehe diese „voll“ ist (* … no shot or read noise etc). Ein weiteres Spezifikum des Sensors ist seine Quanteneffizienz (Quantum Efficiency), welche – abhängig von der Wellenlänge des eintreffenden Lichts – angibt, wie viele der eintreffenden Photonen tatsächlich Elektronen aus der Siliziumschicht herauslösen können (Infrarot, also längere Wellenlängen haben weniger Energie als kürzere Wellenlängen, ultraviolette Strahlung wird großteils reflektiert). Bei der ASI 294 MC Pro beträgt die Quanteneffizienz 75%.

Die maximale Kühlleistung für den Sensor beträgt 35 bis 40 K unter Umgebungstemperatur. Aktuell erstelle ich gerade eine Bibliothek an Dark Frames, wobei bspw. bei einer Raumtemperatur von 24,4°C eine Sensortemperatur von -10,0°C mit 66% der Kühlleistung konstant gehalten werden kann.

Kalibration mit Flat Frames und Flat Darks und Darks

Flat Frames sind Aufnahmen eines möglichst gleichmäßig beleuchteten Feldes (bei mir eine Flatfield-Box), die Helligkeitsunterschiede des optischen Systems (bspw. Vignetting oder auch den Einfluss von Staubteilchen am Sensor (dust motes)) und die nicht gleichmäßige Reaktion der Photodioden (PRNU…pixel-response-non-uniformity) ausgleichen. Sie werden mit dem gleichen optischen Setup (optical chain) wie die Light Frames gemacht und sollen auch die gleiche Gain-Einstellung wie die Lights haben. Wichtig dabei ist es, dass die Kamera im OAZ genau die gleiche Position (auch Rotation) hat, wie bei den Lights, da schon die geringste Abweichung einen Mismatch erzeugt und die Kalibrierung damit nicht mehr funktioniert. Im Idealfall werden die Flats (und auch die FlatDarks) somit direkt nach den Lights gemacht, so geht jedenfalls nichts schief. Bei der ASI 294 MC Pro verwende ich nun eine nahezu vollständig gedimmte Flatfieldbox und eine Belichtungszeit von 0.05s, um damit in etwa in der Mitte des Histogramms zu liegen.

Da beim Sensor der ASI 294 MC Pro (Sony IMX294) eine Anpassung der Belichtungszeiten bei Dark Frames (Dark Scaling) aufgrund des doch markanten Verstärkerglühens (AmpGlow) dezidiert nicht empfohlen wird, verwende ich zur Kalibrierung der Flats keine Bias Frames sondern Flat Darks. In den ua Vergleichen sieht man das Verstärkerglühen der Sensoren IMX183 und IMX294 recht eindrucksvoll bei längeren Belichtungszeiten. Durch die Verwendung von Dark Frames kann das AmpGlow aber entfernt/rausgerechnet werden.

Flat Darks sind Aufnahmen bei geschlossenen System mit der gleichen Gain-Einstellung wie bei den Flat Frames und etwa der gleichen Belichtungszeit. In der Bearbeitung in PixInsight (WBPP-Skript) werden diese einfach zu den Darks hinzugefügt – PixInsight erkennt diese dann anhand der Belichtungszeit automatisch und erstellt ein MasterDark zur Kalibrierung der Flats.

Zum gesamten Ablauf des Pre-Processings mit der ASI 294 MC Pro gibts doch tatsächlich auch schon eine YouTube-Anleitung (Astroworkz – „Stop processing your ASI294 data the wrong way. Our Top Tips/process guide show how to get it right!“) und darin wird auch ein Übersichts-Chart präsentiert:

Für die Dark Frames hab ich mittlerweile eine Bibliothek mit verschiedenen Belichtungszeiten angelegt, wobei ich die Sensor-Temperatur bei -10°C einstelle und vorerst mal alle mit unity gain (121) aufgenommen habe.

Weitere Bearbeitung …

Der Beitrag ist weiter in Arbeit – sobald es clear skies gibt, wird der ganze Prozess mal getestet, wobei auch unterschiedliche Gain-Einstellungen versucht werden sollen.