4. Verwendungsrate und Signal/Rausch-Verhältnis

Im Folgenden wird der Beitrag der Verwendungsrate auf das gemittelte Bild vorgestellt. Ausgangsbasis dafür ist ein AVI-File mit 100 Frames.
Das erste Bild zeigt in den Puffern A-D unterschiedliche Einstellungen der Verwendungsrate von 10% - 80%. Eine Verwendungsrate von 10% bedeutet, dass 10% der Frames zur endgültigen Mittelung des Bildes benutzt werden. Dabei versucht Giotto, durch ausgeklügelte Algorithmen die 10% besten Bilder aus dem AVI-File herauszusuchen.
Deutlich zu erkennen ist bereits nach der bloßen Mittelung der Frames, dass Puffer A ein schärferes, aber auch verrauschteres Summenergebnis zeigt als die anderen Puffer mit höheren Verwendungsraten.
Ein weiteres Beispiel soll an dieser Stelle gezeigt werden. Hier wurde zur Mittelung der Bilder das ebenfalls frei erhältliche Astrostack verwendet (die Aufnahme wurde mit einem Vixen GP 90M angefertigt, Bildgröße verdreifacht):
Einzelframe Mittelung von 204 Frames
Der Grund für dieses Verhalten liegt im sogenannten Signal/Rausch-Verhältnis (im Folgenden SNR = Signal Noise Ratio). Das SNR ist der Quotient aus der Amplitude des übertragenen Signals zu der Rauschamplitude des Kanals. Das SNR ist ein logarithmisches Maß und wird in Dezibel (dB) angegeben.
mit signal/noise ~ Wurzel(Anzahl Frames). Mehr theoretische Information zur SNR ist zu finden bei Tom Licha

Gegenüber einem Einzelframe bringt die Mittelung von 10 Bildern (entspricht in diesem Beispiel also einer Verwendungsrate von 10%) bereits eine Verbesserung des SNR um Wurzel(10). Das bedeutet, dass Informationen, die bei einem Einzelframe im Rauschen untergehen, um den Faktor Wurzel(10) = 3.16 (entsprechend 10 dB, wegen log(3.16) = 0,5 => 0,5 * 20 dB = 10 dB) gegenüber dem - im Übrigen statistischen Rauschen - verstärkt werden. Bei einer Verwendungsrate von 80% - in diesem Beispiel hier also 80 Frames - ist das SNR Wurzel(80) = 19 dB (wegen log(8,94) = 0,951 => 0,951 * 20 dB = 19,03 dB).

Interessant ist nun zu wissen, welche SNR nun überhaupt für Bildbearbeitung sinnvoll ist. Dazu soll folgende Tabelle helfen.
SNR dB Anzahl Frames Bildqualität Beispiel
30 dB 1,000 Exzellent, kein bemerkbares Rauschen mehr.
25 dB 316 Gut, nur sehr geringes Rauschen.
20 dB 100 Befriedigend, Rauschen als feine Granulation bemerkbar.
15 dB 32 Schlecht, Rauschen sehr stark, Informationen gehen unter.
10 dB 10 Unbrauchbar.
0 dB 1 Einzelbild
Quelle: http://www.cctv-information.co.uk/constant2/sn_ratio.html
Es ist deutlich, dass die Verwendung von vielen Frames zur Mittelung das Rauschen drastisch senkt. Welche Verwendungsrate letztendlich benutzt wird, hängt im Wesentlichen von weiteren Bildbearbeitungsschritten ab. Mein Tipp:
Mehrere AVI-Files mit jeweils möglichst vielen Frames aufnehmen!