Kamera ASI 183 MM Pro Mono

Test 174,183,1600 Mono Pro

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3-ZWO-Kameras, CCD, CMOS und Einstiegsmodelle (J. Linder/Januar 2019; Test Sept./Okt. 2018)

Die ASI174 wird mit einem relativ großen Chip (13.4mm Diagonale), einer größeren Pixelgröße (5.86 µm) als die ASI 183 (2.4 µm) und 1600 (3.8 µm) geliefert. Schnelle Bildübertragungsraten und eine gute Auflösung.
Der SONY IMX174 Sensor hat die Global Shutter Technologie zur Sonnen-, Mond-, Planeten- und Deep-Sky Fotografie.
Die ASI183 gibt es auch in 4 verschiedenen Ausführungen wie 174 und 1600 (Mono/Color ohne/mit Kühlung).
Die ASI183 ist eine weitere Kamera für DSO (Deep-Sky-Observation), Sonne- (wobei es bei H-alpha Probleme geben soll und deshalb die 1600 hierfür empfohlen wird), Mond- und Planetenbeobachtung. Sie hat einen größeren Chip (15.9mm Diagonale) als die ASI174 und nur 2.4µm große Pixel. Die Kamera lässt sich damit auch gut an kurzen Brennweiten einsetzen.
Die ASI1600 hat den größten Chip (21.9mm Diagonale) der 3 Modelle und liegt mit 3.8µm Pixelgröße zwischen 174 und 183.

Da ich mich aufgrund der Datenblätter der Firmen und Sensorhersteller nicht entscheiden konnte gab mir die Firma Astroshop die Möglichkeit zum Test der 3 Kameratypen (Danke dafür!).

Klar für mich war es aber, dass ich nur eine Monochrome Kamera mit Kühlung nehmen wollte, auch wegen der Astrometrie, die ich seit 2007 betreibe (Stationscode des MPC).
Die Schwarzweiß-Versionen (Monochrome) fangen mehr Details ein und sind Empfindlicher wie die Farbkameras. Um Farbe mit den monochromen Kameras zu bekommen werden zusätzliche Filter (R, G, B, L) und eine Filter - Rad oder – Schublade benötigt.
Monochrome Kameras erfordern mehr Erfahrung als Farbkameras, weshalb Farbkameras für den Anfänger geeigneter sind.
Die TEC-Kühlung kann das Rauschen bei langen Belichtungen reduzieren. Unter 1s ist laut Hersteller keine Kühlung erforderlich. Durch die geregelte Kühlung kann man Dunkelbilder auch am Tag herstellen. Bei den ungekühlten sollte man öfters Dunkelbilder in der Nacht einschieben.

Die ASI174 kommt mit den 5.86µm Pixeln noch am ehesten an die alte CCD-Welt heran.
Die 1600 ist eine weit verbreitete Kamera mit relativ großem Sensor (gibt es auch bei ATIK/Horizon).
Die 183 ist gut für kurze Brennweiten geeignet, ist aber auch durchaus für mittlere Brennweiten (~ 1000mm) geeignet (siehe auch Ergebnisse des 3-ZWO-Kamera Tests am Ende).
Diese Kameras liefern auch unter weniger günstigen Bedingungen (Lichtverschmutzung) gute Ergebnisse!
Für die Kühlung ist eine externes Netzteil erforderlich. Ohne Netzteil funktionieren die Kameras auch, aber ohne Kühlung.
Abhängig vom Model wird das wichtigste zum Betreiben der Kameras mitgeliefert. Dies sind neben den USB-Kabeln auch verschiedene Adapter zum Betrieb der Kamera am Teleskop.
Filter und Filterrad sind optional erhältlich.
Die Spezifikationen zu den Kameras kann der ausführlichen Dokumentation entnommen werden.
QE (Quantumeffizienz) und Read Noise gehören zu den wichtigsten Parametern zur Leistungsbeschreibung einer CCD/CMOS – Kamera.
Hohes QE und geringes Read Noise (Rauschen) werden benötigt um ein gutes „SNR“ (Signal Rausch Verhältnis) in der Aufnahme zu erreichen.
Der maximale QE ist beim 174 Sensor bei 78% (~bei 525nm Monochrom/Grün).
Der maximale Wert für H-alpha (656nm) ist ~bei 50%.
Achtung: Die Darstellung der QE ist oft als „Relative QE“ dargestellt. Den Maximalwert findet man dann bei dem Wert 1.0, entspricht aber z.B. 78%.wahrem Wert. Die Hersteller geben den QE in Prozenten an.

Für den 183 Mono-Sensor liegt der Maximalwert bei ca. 84% (~bei 525nm-575 Monochrom/Grün). Betrachtet man bei der 183-Mono z.B. die H-alpha-Linie bei 656nm, dann sagt die relative Kurve ~0.75 Relativ zu 1.0 (84% QE). Somit ist der wahre Wert von QE bei 656nm ~63%. Ein guter Wert!

Für den Mono-Sensor 1600 ist der höchste QE-Wert bei 60%. Für 600nm (Rot) hat der Sensor noch ca. 50%, H-alpha noch ca. 48%. Bei 450nm (Blau) sind es ca. 49%.

Read Noise (Rauschen) enthält das Rauschen der Pixeldioden, der Schaltung und des ADC (Analog Digital Converter) Quantitatives-Fehler-Rauschens. Je kleiner der Wert umso besser.
Das Rauschen ASI174,183 und 1600 Kameras ist extreme klein im Vergleich zu Standard CCD’s.
Selbst bei hoher Verstärkung (Gain) ist das Rauschen gering.
Über die Software kann die Verstärkung auf einen kleinen Wert gestellt werden, um eine große Dynamik der Aufnahme (Dynamic Range (DR)) zu erreichen (längere Belichtungszeiten) oder für geringes Rauschen eine hohe Verstärkung (Gain) einstellen (kurze Belichtungszeiten oder Lucky Imaging), um mit kürzeren Belichtungszeiten zu arbeiten.

Die Fullwell Kapazität (FW) der 174 ist 32000 (BIN 1), der 183 bei 15000 und der 1600 bei 20000. Nur bei der Einstellung Gain 0 ist auch die volle FW erreichbar. Sie kann über Binning verbessert werden.
Die 174 kann maximal BIN 2, die 183 und 1600 bis BIN 4, wobei echtes Hardware-Binning nur bis 2 vorhanden ist, leider ist das in Originalbeschreibung nicht ganz eindeutig.

Die Stromaufnahme der Kameras liegt bei 300mA bei 5V Spannung. Das sind 1.5W Leistungsaufnahme.
Zum Betrieb wird nur das USB-Kabel benötigt. Zur Verwendung der aktiven Kühlung bei den gekühlten Kameras wird ein separates Netzteil benötigt.
Der AC-DC Adapter muss 12V und bis zu 3A liefern können (Anschluss über 2.1x5.5mm Stecker, Plus Mitte). Ein Batteriebetrieb im Bereich von 9 bis 15V ist auch möglich!
Ich habe zwar mein eigenes 12V Netzteil mit maximal 1A, was für meine Standardeinstellung auf -10° ausreichend ist, aber wer sich nicht mit Netzteilen auskennt, sollte zum Originalnetzteil greifen.
Um eine Temperaturdifferenz von 30°C zu erreichen, genügen bereits 0.5A!

Die ASI174,183,1600 verwenden einen 12Bit und 10Bit ADC-Wandler. Um eine höhere Übertragungsrate (fps) zu erreichen kann auf 10Bit ADC (High Speed Mode) gestellt werden. Die Kamera ermöglicht auch die Einstellung ROI (Region of Interest/ Ausschnitt), um eine höhere Übertragungsrate, z.B. bei der Planetenfotografie zu erreichen.

Die ASI183 und ASI1600 Pro Kamera werden mit einem 256MB DDR3 Speicher ausgeliefert, um die Zuverlässigkeit der Übertragung zu verbessern. Zusätzlich soll es den AMP-GLOW minimieren (Aufhellungen am Rand des Feldes), der bei langsamer Übertragung mit USB 2.0 auftritt. Zur Minimierung sind Dunkelbilder (Darks) nötig.
Der Einbau des DDR Speichers ist der hauptsächliche Unterschied zwischen “Cool” und “Pro”-Versionen der ASI – Kameras.
Einen Austausch der Trockenmittel habe ich bei der ASI 183 noch nicht gebraucht, weshalb ich hier wenig dazu sagen kann.

Zu den ASI174, 183 und 1600 gibt es viele Adapter um die Kameras mit Teleskop oder Kameraobjektiv zu verbinden. Einige werden bereits mit der Kamera ausgeliefert, andere müssen Sie bei ihrem Händler anfragen.
Zur Softwareinstallation gehen Sie bitte auf die Webseite des Herstellers! Für ihre Kamera empfehlen wir den Quickguide herunterzuladen (ungekühlte oder gekühlte Kameras!). Zuerst müssen Sie „ASI Cameras“ (Native Drivers) auf der Webseite:
https://astronomy-imaging-camera.com/software-drivers laden. Für einen ersten Test können Sie „ASICAP“ von ZWO verwenden. Für die weitere Verwendung empfiehlt sich „Sharpcap“ oder ein anderes Programm das den ASCOM-Treiber unterstützt.
Sehen Sie sich „ASI Uncooled Camera“ oder „ASI Cooled Camera“ unter
https://astronomy-imaging-camera.com/manuals-guides an.

Leider kann ich hier keine Bilder hochladen, aber was mir kurze Belichtungen mit 10-30s und Stacks von 30-40 Aufnahmen zeigen (nach entsprechender Bildbearbeitung) zeigen, ist überzeugend!
Die 174 ist im Vergleich zu den Modellen 183 und 1600 ein wenig im Hintertreffen.
Die Bildbearbeitung ist natürlich eine eigene Sache. Da ich hauptsächlich mit „AstroArt 6“ gearbeitet habe, habe ich die darin enthaltenen Programme zum Addieren verwendet.
Leider habe ich keinen Photoshop und möchte mir eigentlich diesen auch nicht kaufen. Ich habe Adobe Photoelements und kenne natürlich auch eine Menge kostenloser Tools.
Die Fits-Bilder habe ich in JPG konvertiert und dann mit Foto-Edit und Snapseed (Android/Iphone; Tools/Details/Struktur...) auf meinem Handy (!) bearbeitet. Leider gibt es „Snapseed“ nicht mehr für PC’s.
Ich bin auf der Suche nach einem ähnlichen Programm. In Snapseed findet man unter „Tools“ die Funktion „Details“. Hier gibt es zwei Funktionen, „Struktur“ und „Schärfen“. Für schnell mal ein Bild machen ist „Struktur“ echt brauchbar, so eine Funktion suche ich in den Programmen in der PC-Welt, wer kennt so ein Programm (evtl. sogar auch kostenlos)?

Ergebnisse des 3-ZWO-Kamera Tests
Die Kameras haben alle die gleiche kompakte Bauform und ca. das gleiche Gewicht (~400g).
Der Test ohne Optik und Kühlung klappte problemlos auch über USB 2.0. Einen USB 3.0 hatte ich noch nicht!

Der Testaufbau
Für den Test hatte ich ein altes C8 – Powerstar (kein Goto) und Gabelmontierung, das unter einem abfahrbaren Dachfenster steht verwendet. Die Nachführung ist natürlich den heutigen Montierungen total unterlegen. Für diesen Test sollte aber eben die vorhandene Hardware eingesetzt werden.
Auch die Probleme mit Vignettierung wurden vernachlässigt. Eine Sache war mir beim Betrieb des C8 mit der SBIG ST6 nicht aufgefallen, mein C8 ist nicht mehr gut kolliminiert! Für den Test war dies aber nicht entscheidend.
Zur Brennweitenreduzierung habe ich für alle Kameras den Focal Reducer (FR) von Alan Gee verwendet. Damit hatte ich am C8 eine Brennweite von 1260mm zur Verfügung!
Die unterschiedlichen Sensorgrößen ergeben bei dieser Brennweiten natürlich auch unterschiedliche Feldgrößen (FOV). Die theoretische Auflösung der Pixel ist natürlich auch sehr unterschiedlich!
Für die Astrometrie wählt man wenn möglich 2“ pro Pixel. Falls man die Brennweite nicht durch FR ’s anpassen kann, versucht man dies durch „BINNING“ zu erreichen. Im Internet gibt es einige Tools, die auch Online verwendbar sind, um die Auflösung pro Pixel und das FOV zu ermitteln.
Ich verwende immer noch gerne Ron Wodaski ’s CCD-Calculator. Die Datei „camera_data.dat“ lässt sich einfach mit neuen Kameras oder weiteren Teleskopen/ Brennweiten erweitern, wenn man nicht immer wieder die Werte neu eingeben möchte. Manche Werte stimmen nicht 100% überein, aber für eine Orientierung reicht es allemal.
Die Ausführung der Test ’s

Für jede Kamera habe ich mir über den CCD-Kalkulator das ungefähre FOV (Field of View) und die “/Pixel bestimmt. Ein 20cm Teleskop kann ca. 0.6“ trennen!

Dies sind für die 3 ZWO ASI ‘s folgende theoretischen Werte (SC 203mm/1260mm):
Kamera Version Pixel/Auflösung FOV Binning(HW/SW) Meist verw. Binning
ZWO ASI174 5.86 / 0.96“ 19’x31‘ 1x1,2x2 2x2
ZWO ASI183 2.4 / 0.39“ 24’x36‘ 1x1,2x2,3x3,4x4 4x4
ZWO ASI1600 3.8 / 0.62“ 36’x48‘ 1x1,2x2,3x3,4x4 3x3

Hier sind für die 3 ZWO ASI ‘s in der Testkonfiguration meist verwendeten Parameter:
Kamera Version Pixel/“ mit BIN FOV Binning(HW/SW) Meist verw. Binning
ZWO ASI174 5.86 / 1.92“ 19’x31‘ 1x1,2x2 2x2 (11.7u)
ZWO ASI183 2.4 / 1.57“ 24’x36‘ 1x1,2x2,3x3,4x4 4x4 ( 9.6u)
ZWO ASI1600 3.8 / 1.86“ 36’x48‘ 1x1,2x2,3x3,4x4 3x3 (11.4u)

Wie man aus der Tabelle (oben) erkennen kann kommen die Kameras 174 und 1600 durch das Binning recht nahe an die 2“/Pixel Forderung.
Für die 183 wäre eine weitere Verkürzung der Brennweite nötig, ist aber noch tolerierbar (in meiner Region ist das Seeing manchmal nahe 1"). Für den Test sollte die Brennweite aber Einheitlich bleiben.
Eine Seeing-Vorhersage findet man unter der Webseite von „Meteoblue“.
Das Binnig bei CMOS verhält sich etwas anders als bei CCD, jedoch habe ich es für den Test ignoriert und es der Software überlassen ob Hardware oder Software-Binning zum Einsatz kommt oder nicht.
Dies kann nicht extra eingestellt werden.
Ein wichtiges Kriterium war für mich auch, dass der Sensor der Kamera bei Brennweiten von 1000-1300mm wenigstens in einer Richtung die Feldgröße von ~30‘ erreicht. Dies ist in allen 3 Fällen erreicht.
Interessant ist auch noch die Größe der Diagonale des FOV. Hier die berechneten Größen in Bogenminuten!
Kamera Version FOV Diagonale Bemerkungen
ZWO ASI174 19’x31‘ 36.4‘ FOV ist bereits akzeptabel
ZWO ASI183 24’x36‘ 43.3‘ FOV ist brauchbar
ZWO ASI1600 36’x48“ 60.0‘ FOV schließt die Mondgröße ein; 1° Diagonale

Die 1600 ist bei dem FOV der klare Gewinner. Die Brennweiten kann man versuchen noch ein wenig anzupassen, sofern dies ohne extreme Bildverschlechterung dahergeht und noch per Flat korrigierbar ist.
Für die 174 wären dies ~600mm Brennweite bei 1x1 BIN; für die 183 sind es 250mm, hier wird man wahrscheinlich eine starke Vignettierung bekommen (z.B. Doppelstack aus zwei FR?). Einsatz in einer FastStar/HyperStar Variante des SC oder kurzbrennweitigem Apochromat?
Bei der 1600 wäre man bei ca. 400mm Brennweite für ein Binnig mit 1x1. Für die genannten Brennweiten erhält man dann ~2“/Pixel.
Außer bei der 174 wird man wohl kaum um ein Binning herumkommen, wenn man beim vorhandenen Instrument bleiben will. Mit den CCD-Kalkulatoren kann man ein wenig mit der Brennweite spielen um z.B. die Brennweite zu finden, die bei den Kameras 174 und 183 den kleinsten Wert des FOV auf ~30‘ bringt. Felder mit ~30’x30‘ sind bei der Asteroiden/Kometensuche beliebt, allerdings quadratische Sensoren sind selten.
Bei der 174 erreicht man das bei ~800mm (1.5“/Pixel/31’x49‘), bei der 183 sind das 1000mm (0.49“/Pixel/30’x45‘ => Binning von 4 erforderlich!) und bei der 1600 könnte man die Brennweite auf 1500mm (0.52“/Pixel/30’x40‘ => Binning von 3 oder 4) vergrößern wenn man ~30‘ möchte, statt der 36‘ wie sie bei 1260mm gegeben sind.
Ein vergrößern der Brennweite kann durchaus sinnvoll sein, wenn sich z.B. die Vignettierung durch Flat nicht ausgleichen lässt!
Auch wenn sich das Binning bei CMOS möglicherweise nicht in der markanten Weise auswirkt wie bei CCD, so wird man doch nicht ganz um den Einsatz drum herum kommen. Leider findet man oft nicht die kompletten Spezifikationen der Sensoren, um eine Aussage machen zu können ob das verwendete Binning per Hardware oder Software erzeugt wird.
Beim in der z.B. ASI120 Mini Mono eingesetzten Sensor (AR0130CS) findet man eine Developer-Spezifikation, in der steht, dass dieser Sensor Hardware Binning von 2x2 kann. Und soll laut Datenblatt auch zu einer Verbesserung des SNR (Signal Noise Rate) führen.
Ich will mich da nicht weiter vertiefen, wer sicher Hardware-Binning will, muss sich eine teurere CCD-Kamera kaufen (inzwischen gibt es HW-Binning aber auch bei einigen CMOS-Kameras).
Die Test ’s wurden also bei fix ~1260mm durchgeführt, das Binning wurde variiert, um später nur noch das am besten passende Binning für ~2“/Pixel einzusetzen.
Optimale Darks wurden nicht erzeugt, es ging darum, um mit geringstem Aufwand und vorhandenem Equipment möglichst in kurzer Zeit schwache Sterne (Asteroiden/Kometen) zu erreichen.
Als Einstellung wurde meist die Einstellung „LRN“ (LOW READ NOISE) verwendet. Diese Einstellung wird meist bei kürzeren Belichtungszeiten verwendet. Dabei ist die „Full Well Kapazität“ eher niedrig eingestellt.
An dieser Stelle ist mein Test natürlich unvollständig und der mögliche Vorteil der 174, die ja den besten Wert für FullWell von den 3 Kameras hat, wurde nicht genutzt.
An dieser Stelle sei gesagt, obwohl ein Testzeitraum von 4-5 Wochen lang erscheint, ist dies bei 3 Kameras dann doch eine kurze Zeit, aber für meinen Anwendungszweck natürlich völlig ausreichend.
Zum Kennenlernen der Kameras sollte man erst einmal die Einstellungen „HDR“, „UG“ und „LRN“ (ZWO) ausprobieren.

Die Software im Einsatz

Der erste Test wurde mit ASICAP“ der Software von ZWO durchgeführt. Später wurde ausschließlich AstroArt 6 verwendet. SharpCap kam nicht zum Einsatz. Hierzu gibt es aber genügend Beispiele im Internet um sich umfassend zu informieren.

Die weiteren Ergebnisse
Die ASI 174 Mono Pro ist bei den Grenzgrößen bei gleichen Belichtungszeiten leicht unterlegen. Die ASI 183 Mono Pro erreicht etwas 0.2-0.4m mehr Grenzgröße bei gleicher Belichtungszeit als die 1600.

Ich habe mich für den Kauf der ASI 183 Mono Pro entschieden, auch weil ich noch das EFW-Mini-Filterrad wollte, also auch wegen des Gesamtpreises und der höheren Grenzgrößen der 183. Als LRGB - Filter sind bei die günstigsten 1.25" Filter von Meade zum Einsatz gekommen. Da die Filterhalterungen etwas zu dick sind, musste der Abstand des Filterrades mit etwas Papier geringfügig vergrößert werden.

Alle 3 Kameras sind zu empfehlen, die 183 und 1600 sind aber die klaren Gewinner. Probleme mit unterschiedlichen Einstellungen gibt es mit allen Kameras. Die Beste Einstellung muss man im praktischen Betrieb herausfinden. Der AMP-Glow kann je nach Einstellung nur teilweise durch die DARKS vollständig eliminiert werden. Es kann auch Streifen geben, die aber unter Umständen mit anderen Gain-Einstellungen verringert (ausprobieren) werden können. Ich erreiche nun am C8 bei reduzierter Brennweite auf 1171mm (Alan Gee FR) bei guten Bedingungen (mein Himmelshintergrund im Zenit ist 20.2-20.54m (Bestwert 20.66m)) mit 20-30s Belichtung bereits 17.5-18m Grenzgröße. Für die Vermessung an Asteroiden und Kometen müssen die Aufnahmen nahe der Grenzgröße natürlich zur SNR Verbesserung gestackt werden.
Ich erreiche mit Stacks (Einzelaufnahmen mit 20-25s) und einer Gesamtbelichtungszeit von 500-800s (bei besten Bedingungen an meinen Beobachtungsort!) die Grenzgröße von ~20m mit dem C8. Die SNR ist bei 20m zum Vermessen noch zu gering. Es zeigt aber wie weit man heute mit moderner Technik kommen kann.
Wer die CMOS-Technik erst mal probieren will, kann sich z.B. eine ASI 120 Mini Pro kaufen oder ähnlich, muss dann allerdings die Dunkelbilder zeitnah zu den Aufnahmen machen. Diese Kamera tat für die Ansparzeit zur ASI Mono Pro hervorragend ihren Dienst für die Astrometrie/Astrofotografie mit 2 Focalreducern bei 1:2.7 (534mm Brennweite). Die ASI Mini soll nun dem eigentlichen Zweck zum Autoguiding zugeführt werden.....