Dunkelrauschen Nikon D810 vs. D610 (Darkframes)

Da bei der Astrofotografie mit Nachführeinheit doch relativ lange Belichtungszeiten möglich sind, wollte ich bei meinen Kameras meine persönliche Schmerzgrenze was die Belichtungszeit angeht austesten und bin dabei auf ein äußerst interessantes Ergebnis gestoßen..

Das Grundwissen über die Funktion einer Kamera und wie sich die Belichtung aus Zeit, Blende und ISO-Wert zusammensetzt sollte man aber bereits haben. Ansonsten gibt es im Internet viele Quellen, welche das sehr gut erklären.

Zu analogen Zeiten konnte beliebig lange Belichtet werden, da sich der eingelegte Film im Gegensatz zu den digitalen Sensoren nicht erwärmte. Letztere zeigen bei längeren Belichtungszeiten verstärktes Bildrauschen, selbst bei niedrigen ISO-Werten.

Deshalb gibt es für die Astrofotografie spezielle Programme, welche mehrere Aufnahmen zusammenrechnen (stacken) und damit einen höheren Dynamikumfang und reduziertes Rauschen ermöglichen. Dafür sollten so viele Lightframes wie möglich erstellt werden (100 wären ein guter Anfang). Das Programm erkennt dann die hellen Sterne, Galaxien, Gasnebel. Die dunklen Stellen vom Nachthimmel bleiben aber schwarz. Bei einer zu langen Belichtung würde auch der Nachthimmel immer heller werden. Das liegt einfach an der Lichtverschmutzung und unserer Atmosphäre, welche auch die dunklen Stellen unseres Himmels erleuchten. Deshalb ist es wichtig bei den Einzelbilder so zu belichten, dass genügend Kontrast übrig bleibt.

Zusätzlich zu den Lightframes müssen auch noch Dark-, Flat- und Biasframes erstellt werden, auf die ich hier aber nicht näher eingehe.

Einzig die Darkframes sind die Aufnahmen, um die es in diesem Blog eigentlich geht: Lange Belichtungszeiten mit geschlossenem Objektiv (alle Einstellungen gleich wie beim Lightframe, nur eben mit Objektivdeckel oder Tuch über der Kamera). Das Programm erkennt daraus die Pixelfehler (Hot- und Cold-Pixel) und das Sensorglühen und zieht dieses dann von den Lightframes bzw. dem finalen Bild ab. Dennoch sollte das Rauschen schon bei der Aufnahme möglichst gering gehalten werden und genau darum geht es heute:

Die Gradwanderung zwischen Belichtungszeit und ISO-Wert um ein rauscharmes, korrekt belichtetes Einzelbild zu bekommen.

Kurz noch zu meinen Hauptkameras, der Nikon D610 und D810:

Beide Kameras haben einen Vollformat- bzw. Kleinbildsensor verbaut. Die D610 mit 24, die D810 mit 36 Megapixeln.

Ich fotografiere ausschließlich im NEF-Format (Nikon RAW) und daher ist mir die kamerainterne Bildverarbeitung egal. Die D610 besitzt ja noch den älteren Bildprozessor EXPEED 3, die D810 den neueren EXPEED 4 (aktuell gibt es in der D5 und D500 ja schon den EXPEED 5). Das sollte aber in diesem Fall keinen Unterschied machen. Ebenfalls das Fehlen des Tiefpassfilters an der D810 sollte keine Auswirkungen haben.

Vom Rauschverhalten finde ich beide Kameras sehr ähnlich. Bis ISO6.400 finde ich beide brauchbar, die D810 könnte durch die höhere Auflösung und das somit feinere Bayer-Muster hier sogar einen Vorteil haben. Außerdem ist der Autofokus etwas besser bei wenig Licht (finde ich aber nur marginal).

Die D610 geht nativ bis ISO6.400, die D810 bis 12.800. Pushen lässt sich das ganze bis ISO25.600 (D610) bzw. ISO51.200 (D810). Die D810 zeigt aber ab ISO 12.800 schon etwas dieses lila Rauschen in dunklen Stellen, das sogenannte "Amp Glow". Das verstärkt sich mit den gepushten Werten natürlich noch. Bei der D610 ist das weniger stark ausgeprägt.

Da ich auch noch eine Nikon D5200 zur Hand hatte, habe ich auch damit die gleiche Testreihe gemacht. Durch den kleineren APS-C Sensor mit 24 Megapixeln ist der Pixel-Pinch ja nochmal geringer als bei der D810.

Die Ergebnisse sind aber keines Falls mit den beiden Vollformatkameras vergleichbar. Hier hatte ich mir ehrlich gesagt etwas mehr erwartet. Natürlich ist ein Vergleich der APS-C Kamera bei gleichem ISO-Wert nicht ganz fair. Da sich die Testaufnahmen aber auf die 100% Ansicht beziehen, macht die Sensorgröße keinen Unterschied. Lediglich die Größe der einzelnen Pixeln ist ausschlaggebend (Anstatt der 24 Megapixel auf dem APS-C Sensor könnten es genauso gut 50 Megapixel auf einem Vollformatsensor sein).

Nachtrag 20.Aug.2017:

Nun habe ich auch endlich die Testergebnisse der Nikon D7100 hinzugefügt.

Da sich D5200 und D7100 ja den gleichen Sensor, als auch CPU teilen, erwartete ich gleiche Ergebnisse. Bei der D7100 handelt es sich um ein professionelleres Gehäuse, welches meiner D610 sehr ähnlich ist. Aufgrund des höheren Preises dachte ich, Nikon hat eventuell ausgesuchte, bessere Sensoren darin verbaut (gibt es ja z.B. bei den Desktopprozessoren in ähnlicher Form).

Doch das stimmt scheinbar so nicht. Die D7100 schneidet in diesen Tests deutlich schlechter ab als der kleine Bruder. Im Gegensatz zur D5200 besitzt die D7100 keinen Tiefpassfilter vor dem Sensor, was aber wie bereits erwähnt keine Auswirkungen auf diese Testreihe haben sollte.

Getestet wurde wie folgt:

Kamera ohne Objektiv mit geschlossenem Okular, ISO1600, Belichtungssteuerung mit dem Pixel Timer. Rauschreduzierung bei Langzeitbelichtung deaktiviert.

Raumtemperatur 24°C, alle Bildausschnitte sind in der 100%-Ansicht der jeweiligen Kamera dargestellt.

Da ich nur einen dieser Fernauslöser besitze, wurden die Belichtungen abwechselnd gemacht.

D.h. der Sensor konnte immer wieder abkühlen, solange die andere Kamera aktiv war (machte aber bei einem Versuch von 2 Belichtungen mit 10min direkt aufeinanderfolgend keinen Unterschied vom Rauschverhalten).

Nun aber wirklich zu den Testergebnissen:

Den ausführlichen Test habe ich mit ISO 1.600 gemacht (der von mir bei Astrofotografie angestrebte Wert, niedriger wäre natürlich besser).

Die D810 und D610 habe ich direkt miteinander verglichen, da es sich dabei um die von mit verwendeten Kameras handelt. Zusätzlich habe ich noch die D5200, später auch die D7100 dazugenommen.

Um die Auswirkungen des ISO-Wertes darzustellen, habe ich noch einige Belichtungen mit ISO800 gemacht. Diesmal aber nur mit D810 und D610:

Und noch eine Reihe mit ISO400:

Abschließend bleibt mir noch zu sagen, dass mich das Ergebnis doch sehr überrascht hat und dieses dann auch ausschlaggebend für den Blogeintrag war. Ich habe schon mehrmals gelesen, dass die D810 einen der besten Sensoren haben soll, allerdings finde ich die Bildqualität der D610 nicht gravierend schlechter. Auch diese hat einen überragenden Dynamikumfang und bietet genügend ISO-Reserven bei wenig Licht (durch die größeren Pixel ja sogar mehr als die D810). Dennoch scheint es zumindest bei der Langzeitbelichtung starke Unterschiede zu geben.

Die D5200 kommt hier leider nicht besonders gut weg. Die D7100 schneidet noch schlechter ab, was eigenartig ist, da diese ja eigentlich den gleichen Sensor wie die D5300 besitzt, welcher auch dem der D5200 entspricht, nur ohne Tiefpassfilter.

Noch kurz zu den unterschiedlichen ISO-Werten:

Es hat den Anschein, dass durch eine höhere Empfindlichkeit nicht unbedingt neue Pixelfehler entstehen. Vielmehr werden die bereits vorhandenen einfach nur verstärkt, was der automatischen Korrektur mit den Astro-Tools sehr entgegenkommen dürfte.

Das gilt natürlich nur für die relativ niedrigen, getesteten ISO-Werte. Bei ISO6.400 aufwärts könnte das schon wieder ganz anders aussehen.