Was ist ein “Darkframe”, wozu braucht man ihn und wie schaltet man ihn ein?
Fangen wir mit den Basics an: Bildaufnahmesensoren rauschen. Je wärmer sie werden, desto mehr rauschen sie. Und je länger sie in Betrieb sind, desto mehr rauschen sie. Und das Rauschen summiert sich auf, weil es ja darin besteht, dass irgendwelche Ladungen in einzelne Pixel geraten, wo sie nicht hingehören. Wenn das dann ausgelesen wird, dann sind in dem Pixel, das eigentlich keine Ladung haben sollte, auf einmal ein paar hundert, tausend oder auch zigtausend Elektronenvolt drin. Was als “Hell” erkannt wird. Und weil ja über den einzelnen Pixeln Farbfilter sind, ist die Kamera der Meinung, das wäre eine rote, grüne oder blaue Lichtquelle.
Das sieht dann so aus, wie das Titelbild, bei dem mit einer OM-5II 30 Minuten lang die Innenseite eines Objektivdeckels fotografiert wurde. Das ist übrigens ein Ausschnitt in der Mitte, der Rest sieht genauso aus.
Das ist, wenn man bei Tag fotografiert nicht so das Drama, weil da ja Dinge sind, die fotografiert werden. Häuser, Bäume, Autos, Himmel. Und wenn da ein einzelnes Pixel in einer Wand etwas heller und das andere etwas dunkler ist, dann fällt das kaum auf. Am Himmel vielleicht, da kann man dann etwas “Rauschen” erkennen, so eine “körnige” Struktur.
Wenn man in der Nacht Sternenhimmel fotografiert, ist das etwas doof, genau da will man halt nur den echten Sternenhimmel fotografieren und nicht den, den die Kamera dahergerauscht hat.
Also ist jemand auf die Idee gekommen, dass ein Sensor so grob bei gleicher Temperatur auch immer an den gleichen Pixeln rauscht. Das stimmt zwar nur so ungefähr, aber immerhin ist das ein cooler Ansatz. Man macht also nach der “richtigen” Aufnahme eine, bei der der Verschluss gar nicht aufmacht, aber mit gleicher Länge und hofft mal, dass bei der Aufnahme von der Rückseite des Verschlusses die gleichen Pixel wieder rauschen. Dann kann man einfach die Ladung der Pixel von der zweiten Aufnahme von der Ladung der Pixel von der ersten Aufnahme abziehen und Hurra, man hat ein sauberes erstes Bild.
Kleines Problem: Wenn der Sensor im Verlauf der beiden Belichtungen immer heißer wird. Dann passiert das hier:
Und wenn man nun einen Darkframe abzieht, dann sieht das so aus:
Ups? Nicht sehr erfolgreich? Es ist nur bei der E-M1 so krass, andere Kameras haben das besser im Griff. Aber wirklich 100% sauber wird das bei langen Belichtungen eigentlich nie, weil sich eben die Temperatur des Sensors in dem Fall innerhalb einer Stunde Gesamtbelichtung doch ändert.
Da bei LiveComposite die Gesamtbelichtungszeit noch viel länger werden kann, macht die Kamera bei diesen Aufnahmen vor UND nach der Belichtung einen Darkframe und zieht die Ergebnisse vom Ergebnis des LiveComposite ab. Und das kann man auch nicht abschalten, im Gegensatz zum “normalen” Darkframe, der über den Parameter “Rauschminderung” im Menü abgeschaltet werden kann. Der Parameter hat drei Werte: Aus, An und “Auto”. Aus ist Aus, An ist An und “Auto”, der Defaultwert, macht den Darkframe abhängig von der eingestellten ISO.
| ISO | Darkframe ab |
| L64-400 | 4 Sekunden |
| 500-1600 | 2 Sekunden |
| 2000 – 102400 | 1 Sekunde |
Wie man sieht, geht der Darkframe sehr früh los, nicht erst im Minutenbereich. Es kann also durchaus sein, dass man in einer dunklen Kirche fotografiert und auf einmal die Mitteilung “Rauschminderung läuft. Bitte warten” am Display sieht.
Die Rauschminderung ist ab Werk abgeschaltet, wenn man mit dem elektronischen Verschluss knipst. Nicht weil das rauschärmer ist, sondern weil der Verschluss Geräusch macht. (Kameras ohne mechanischen Verschluss haben keinen DarkFrame.) Kann man unter “Lautlos Eigenschaften” einstellen.
Funfact: die Orientierung des Bildes – Hochkant oder Quer – wird nicht beim Beginn der Belichtung ermittelt, sondern beim Ende.
Und ja, Kleinbildsensoren rauschen weniger. Sie tun es aber auch.
DANKE! Jetzt habe ich es wirklich verstanden.
Hallo,
es tauchte in einem Forum die Frage auf, ob die Bilder mit elektronischem Verschluss mehr rauschen als mit dem mechanischen Verschluss. Robin Wong hat das in einem Video bei Nachtaufnahmen gezeigt. Nils Häußler meinte, ihm ist davon nichts bekannt.
Kannst du hier mehr dazu sagen?
Da wäre es erst mal spannend, zu wissen, um welche Kamera es sich handelt.
Dann ist der Versuchsaufbau interessant. Wenn man zuerst das Bild mit mechanischem Verschluss macht und darauf das Bild mit elektronischem Verschluss, wird das zweite Bild mehr rauschen als das erste Bild, weil der Sensor wärmer ist. Dann ist die Frage, ob man in den Einstellungen den Darkframe des elektronischen Verschlusses eingestellt hat. Dann: selbst das Motiv hat einen Einfluss auf das Rauschverhalten. Deshalb habe ich alle Vergleichsfotos mit Objektivdeckel gemacht. UND im dunklen Raum. Und alle Kameras gleichzeitig, so dass auch eine eventuelle Erwärmung des Raumes keine Rolle spielen konnte.
Bei identischen Bedingungen gibt es keinen Grund, warum der elektronische Verschluss mehr rauschen sollte. Tatsächlich sollte sogar der mechanische Verschluss geringfügig mehr rauschen, weil der mechanische Verschluss etwas Wärme produziert und damit den Sensor heizt. (Ich denke, das wäre allerdings weit jenseits sämtlicher Messgenauigkeit, die Forenten zur Verfügung steht.)
I—
Ich habe mir jetzt das Video von Wong von vor 6 Jahren angekuckt (https://www.youtube.com/watch?v=sZxLBvYHBnA&t=151s) und bin dann doch etwas erschüttert. Der Grund für diese “grünen Schatten” in seinen Bildern ist schlicht der Rolling Shutter und die flackernde, grüne (vermeintlich weiße) LED-Beleuchtung. Und, sorry, das war auch damals schon längst bekannt. Und beim Foto des Handy-Mannes hat er zwei unterschiedliche Fokuslagen. In der Unschärfe rauscht es mehr. Wenn man sich das Blatt des Busches links ansieht, dann ist das mit elektronischem Verschluss sauberer. Am Flaggenmast sieht man, dass der Fokus grob unterschiedlich ist.
Also: Ja. der Rolling Shutter kann bei Flackerbeleuchtung das Bild ruinieren. Überraschung. Übrigens auch bei Low ISO. (Bei HighISO sind nur die Belichtungszeiten kürzer, da fällt es mehr auf.) Und in unscharfen Stellen rauscht es mehr, weil die Schärfung keine Kanten schärfen kann, sondern stattdessen das Rauschen schärft. Und nein, der elektronische Verschluss rauscht nicht mehr, als der mechanische Verschluss. Nils hat völlig recht.
Danke für diese ausführliche Erklärung !
Gruß Lutz.L
Einverstanden, das thermische Rauschen liefert einen Beitrag, darum sind echte Astrokameras häufig aktiv gekühlt. Aber ob zwischen erster und zweiter Aufnahme ein Unterschied im thermischen Rauschen entstehen kann scheint mir nicht plausibel.
Bei den spiegellosen Kameras wird doch der Sensor permanent ausgelesen. Auch bei reduzierter Auflösung des EVF erwärmen sich die A/D Wandler etc.
Tagsüber fällt zudem Energie auf den Sensor, man sollte also den Objektivdeckel erst kurz vor der Aufnahme entfernen 🙂 Kein Problem bei DSLR
Danke für den Gedanken (in der Kritik zu Wong), dass bei Unschärfe das Rauschen statt die Kanten geschärft werden!
Immer genügend Photon wünscht
Chris
Danke. Auf dich ist Verlass. Hat mir sehr geholfen.
Hallo,
so weit ich weiß dient ein Darkframe primär nicht der Rauschreduktion, sondern dem Ausgleich systematischer Pixelabweichungen.
Jeder Pixel eines Sensors zeigt individuelle Charakteristiken, die sich durch zwei Haupteffekte manifestieren:
– Ladungsverlust durch Leckströme: Einzelne Pixel weisen unterschiedliche Leckraten auf. Dies führt dazu, dass sie während der Belichtung Ladung verlieren oder unvollständig sammeln – das Ergebnis sind unterbelichtete oder dunkle Pixel, die nicht dem erwarteten Signal entsprechen.
– Dark Current und Dunkelstrom-Offset: Parallel dazu können Pixel zusätzliche Elektronen generieren, die nicht von Photonen stammen. Dies erzeugt einen Helligkeits-Offset, sodass Pixel auch bei völliger Abwesenheit von Licht einen Messwert aufweisen.
Diese Effekte überlagern sich, was zu komplexen, pixelspezifischen Abweichungsmustern führt.
Die Sensor-Charakteristik ist zwar relativ stabil, variiert aber signifikant mit der Sensortemperatur und der Belichtungszeit. Deshalb ist es notwendig, den Darkframe unter identischen Aufnahmebedingungen (gleiche ISO, gleiche Belichtungszeit, gleiche Temperatur) zu akquirieren.
Ohne Darkframe-Subtraktion überlagert sich das thermische Rauschen mit den systematischen Pixelabweichungen und verstärkt diese zusätzlich, was zu sichtbaren Hot Pixels, Dead Pixels und Farbstichigkeit führt.
Bei kurzer Exposition dominiert das durch Photonen generierte Signal deutlich über Leckströme und Dark Current. In diesen Fällen ist eine Darkframe-Korrektur meist vernachlässigbar – es sei denn, es treten lokale Defekte auf, die von der Firmware korrigiert werden (Pixelkorrektur).
Viele Grüße, Josef
Sehr genau erklärt. Und ja, ich habe aus Gründen der Vereinfachung einfach alle unpassenden Pixel in den großen Topf “Rauschen” geschmissen……