Kosmetische Korrekturen für Astronomische Bilder

Der Weg zum Pretty Picture

Das Ziel ist hierbei ein möglichst schönes und stimmiges Bild zu erreichen. Etwas was man gerne mal anderen zeigt, also das was die meisten Hobbyastronomen tun. Ein paar Punkte gibt es dabei zu beachten, auf einige möchte ich hier etwas eingehen.
Der Hintergrund
Mit Hilfe der Gradiationskurven und Tonwertkorrektur stellt man den Hintergrund auf „fast schwarz“ (optisch gesehen) ein und die Details so das sie erkennbarer werden ein.

Der Hintergrund mag eine mehr oder weniger gleichmässig aussehende Farbe haben, Sie ist aber nicht gleichmässig. So gut wie alle Optiken leuchten das Bildfeld nicht gleichmässig aus, und das wird bei der Tonwertkorrektur sehr deutlich sichtbar. Also muss man diesen Effekt (Randabdunkelung) entfernen. Dies geschieht entweder Automatisch, oder manuell mit einem Flatfield. Ein Flatfield ist ein Bild aufgenommen mit der gleichen Optik und gleicher Fokuseinstellung gegen einen gleichmässig ausgeleuchteten Hintergrund. Dabei wird eine kurze Belichtungszeit verwendet. Auf diesem Bild ist augenscheinlich erst einmal nichts zu sehen, aber es ist ein Helligkeitsverlauf vorhanden der von jedem Bild abgezogen wird und nur noch das übrig lässt was eigentlich auf den chip ankommen sollte. Das entfernen geschiet manuell meist mit einem Layer das dieses Flatfield enthält, die Farbwerte werden einfach abgezogen.
Der zweite Effekt der nun noch bleibt ist der Hintergrundgradient. Er wird ausgelöst durch externe Lichtquellen wie Strassenlaternen, aber auch den Mond oder enfernte Städte. Hier kann man schlecht eine flatfieldaufnahme machen daher erstellt man ein künstliches Flatfield. Dazu wird das Bild unscharf  gezeichnet und alle noch vorhandenen Details retuschiert (evtl. erneut unscharf gezeichnet) bis ein reiner Farbverlauf entsteht. Diesen subtrahiert man nun erneut vom Bild. Natürlich ist diese Variante alles andere als wissenschaftlich geeignet, aber es kommt ein ansehnliches Bild zustande.
Diese vorgehensweise ist teilweise zu wiederholen um das Bild fehlerlos zu bekommen.

Die Sterne
Sterne sollen rund sein. Ich glaube mit der Einstellung kann man ohne bedenken an ein Bild herangehen. Nur sind sie es nicht immer. Am Bildrand gibt es oft Verzerrungen es entstehen ganz gerne „Eiersterne“. Softwaretechnisch kann man hier noch nachkorrigieren aber viel ist nicht machbar. Verzeichnet die Optik helfen Ausschnitte mit korrekter Sternabbildung, auch wenn es nur eine Notlösung ist.

Bei weiteren Bearbeitungsschritten übertreibt man gerne das sie Sterne wie ausgestanzt wirken( überschärft). Teilweise sogar mit einem Ring um den Stern der dunkler als der Hintergrund ist. Hierbei ist zu beachten das dieser Effekt bei Helleren Sternen eher einsetzt als bei schwächeren, also hier je nach Sternzahl durch einkopieren der Originalsterne nach der Bearbeitung wieder aufgehoben werden kann. Natürlich sollte man es nicht übertreiben und jeden Stern nach dem Bearbeitungsende wieder einzuflicken, weniger ist manchmal mehr, besonders beim schärfen.

Das Objekt
Um das Zielobjekt schön darzustellen kann man leider keine allgemeingültigen Regeln zum abhaken ansagen. Je nach Objekt und vor allem Belichtungszeit und Filterwahl ist hier das Quellmaterial entscheidend. Das einzige das in vielen Fällen sinnvoll ist, ist die Farbkanäle getrennt zu bearbeiten, da man so einen besseren Blick hat für das was man gerade bearbeitet.
Generell muss man darauf achten das man die Bearbeitung in keinem Kanal so übertreibt das Artefakte sichtbar werden oder scharfe Kanten die eigentlich da nicht hingehören.

Stacking für Webcams

Das Stacking bezeichnet einen Prozess bei dem viele( hunderte oder tausende) Bilder zu jeweils einem Bruchteil überlagert werden. Hierbei entsteht pro Pixel ein Durchschnittswert. Es gibt mehrere Methoden dieses sogenannten mittelns.

Durchschnitt : Pro Pixel werden die RGB Werte aufsummiert und durch die Anzahl der Bilder geteilt. Es entsteht ein „sauberer“ Pixel, das rauschen der Kamera ist nicht mehr sichtbar wenn genug Bilder verwendet wurden.

Median : Es wird der  mittlere Wert der vorhandenen Werte genutzt. Das Ergebnis ist ähnlich dem Durchschnitt aber toleranter gegenüber Extremwerten.

Spezielle Programme für Astrofotografie bieten zusätzlich noch funktionen zum Mitteln mit gewichteten Werten. Hierbei werden extreme Ausreißer nach oben oder unten weggelassen (verursacht durch Cosmics, Flugzeuge, Satelitten ) und das Ergebnis ist gleichmässiger. Der Rechenaufwand steigt hierbei natürlich um einiges.

Beim Stacking wird der Bildinhalt meistens auf einen oder mehrere Punkte neu ausgerichtet. Bei Planeten ist es der Planet, hervorstechende Details beim Mond und Sterne beim Deepsky. Die Ausrichtung funktioniert meistens über fft oder Mustererkennung je nach verwendetem Programm.
Ist nun die neuausrichtung und das Mitteln beendet erhält man das sogenannte Summenbild, das (hoffentlich) das Maximum der Informationen enthält die man aus dem Rohmaterial herausholen konnte. Nun gilt es diese auch alle für das menschliche Auge sichtbar zu machen. Hierbei gibt es zwei  grundlegend unterschiedliche Bearbeitungsprozesse. Einmal das „Pretty Picture“, und dann der wissenschaftlichere reine Nachweis eines Nebels, Galaxie oder Sterns.

Videokomprimierung bei Webcams für die Astrofotografie

Vorteile der Videokomprimierung

der eindeutige Vorteil ist selbstverständlich der geringe Speicherplatzverbrauch ! Mein Notebook ist nach rech kurzer Zeit am ende der Kapazität, 30 GB Planetenvideos sind sehr schnell auf der Platte, meistens schneller als einem lieb ist. Warum also nicht komprimieren ? DivX habe ich getestet und muss sagen das man es durchaus verwenden kann. Die Videos werden richtig schön klein und die Nachteile der Komprimierungsverluste wird durch die erhöhte Bilderanzahl wettgemacht

Nachteile der Videokomprimierung

Teilweise können Artefakte im Summenbild entstehen und die Gesamtqualität leidet teilweise sichtbar. Wenig bis garnicht auffallen tut es wenn das Seeing nicht so gut ist. Ist das Seeing allerdings Spitze ist Komprimierung meiner meinung nach das schlimmste was man überhaupt tun kann, hier verschenkt man wahnsinnig details.

Fazit

Eingeschränkt nutzbar. Um ein vielfaches sinnvoller ist es hier, den ungenutzten bereich bei Planetenvideos einfach nicht mitzuspeichern, einige Programme bieten hierfür Funktionen an. Allerdings erfordert das, je nach Brennweite, eine recht exakt laufende Montierung. Programme wie Registax produzieren nur noch mist wenn ein Objekt das Bildfeld verlässt, anschneidet oder zu nahe an den Rand kommt.

Rauschen / Gain / Belichtungszeit, Erklärung und Einstellungen für Astrofotografie

Bei der Aufnahme von Webcambildern an Sonne, Mond und Planeten (Deepsky fällt in diesem Fall hier raus, bzw wird etwas anders behandelt) spielen die drei genannten Punkte eine sehr zentrale Rolle.

Rauschen

Das Rauschen, auch Bildrauschen genannt ist zum Großteil Lichtunabhängig. Es setzt sich zusammen aus dem Dunkelstrom des einzelnen Pixels und dem elektronischen Rauschen des Ausleseverstärkers.
Einflüsse die das Bildrauschen verstärken :

* Belichtungszeit
* interne Ausleseverstärkung
* Sensortemperatur

Gain

Der Gain (Gewinn) entspricht ungefähr dem ISO Wert bei normalen Digitalkameras und bezeichnet die interne Verstärkung durch den Ausleseverstärker. Das bringt teilweise überhaupt erst ein verwertbares Bild, teilweise erkennt man deswegen aber auch garnichts mehr. Je höher der Gain ist desto mehr Bildrauschen tritt auf.

Belichtungszeit

Die Belichtungszeit ist die Zeit in der Photonen gesammelt werden bis zum nächsten Auslesen. Je länger diese Zeit ist, desto mehr erwärmt sich der Sensor und desto mehr Rauschen tritt auf. Allerdings ist der Signalgewinn höher als der Anstieg an Rauschen. Das gilt nur bis zu einem bestimmten punkt wo das Bildsignal wieder im Rauschen verschwindet

Wie stellt man nun die Webcam am besten ein ?

Bei gutem Seeing  bekommt man recht viele gute Bilder, also kann man es sich auch leisten wenn das Bildrauschen im einzelnen Bild stärker ist, da es beim mitteln bzw durch darkframeabzug weitgehend verschwindet. Ist das seeing nun schlecht muss man auf die wenigen brauchbaren Bilder hoffen und bekommt nicht so viele wirklich gute. Wäre hier nun das Rauschen sehr hoch verschwindet es beim mitteln nicht mehr.
Deswegen sollte man immer versuchen auf folgendes zu achten :

* möglichst scharfe Bilder bekommen (kurze Belichtungszeit)
* möglichst den kompletten Dynamikumfang der Webcam ausnutzen (keine ausbrennenden Bereiche, aber auch kein nur schwach erkennbares motiv. Zu regeln über Belichtungszeit und Gain)
* Das Rauschen in der Liveaufnahme möglichst gering halten

Die Reihenfolge ist beabsichtigt ! Das Rauschen vermindert sich beim stacken, aber die schärfe und der Dynamikumfang des Bildes muss im Rohbild schon vorhanden sein, sonst bringt die ganze Bildverarbeitung danach auch nichts mehr.

Deepsky

Setzt man die Webcam für Deepsky ein ändert sich an dem oben genannten einiges. Die meisten verwenden die Webcams nur für Planeten/Sonne/Mond und dort sind die Belichtungszeiten sehr kurz (unter 1/25s). Bei einer SC modifizierten Webcam muss man unterscheiden zwischen der SC1 und dem rest. Die SC1 ist extrem anfällig für Rauschen da noch der Originalchip verbaut ist, hier muss der Gain niedrig gehalten werden(1/4 bis 1/2 des Reglers haben sich bei mir bewährt).
Von den weitergehenden Umbauten sind die Chips entschieden rauschärmer deswegen kann man, je nach Umgebungstemperatur auch bis 3/4 des Reglers den Gain erhöhen. Ich habe persönlich den Gain immer nur soweit erhöht bis die ersten schwachen Sterne im Rauschen verschwinden und dann wieder ein stück zurückgestellt.
Anders als bei der Planetenfotografie hilft bei der Deepskyfotografie allerdings eine längere Belichtungszeit mehr, als eine Erhöhung des Gains. Sprich : Es kann vorteilhaft sein den Gain zu halbieren und die Belichtungszeit zu verdoppeln ! Hierbei steigt das verhältnis zwischen Signal und Rauschen und die Bildinformation gibt im Endeffekt mehr her. Theoretisch heisst das : Gain auf minimum und dann so lange belichten bis der Himmelshintergrund anfängt sich aufzuhellen ohne das Objekt zu verschlucken. Praktisch macht das kaum jemand weil mit der resultierenden sehr langen Belichtungszeit die anforderungen an Montierung und Co steigt, die Gefahr grösser ist das mal wieder ein Flugzeug oder Satelit zur falschen Zeit am falschen Ort war..
Dies führt zu einem Mittelweg zwischen einem gewissen Rauschen das man akzeptiert zugunsten einer kürzeren Belichtungszeit. Man erhält einfach mehr verwertbare Bilder, was die Bildqualität des Summenbildes im Endeffekt wieder steigert

Berechnung der Sternzeit

Berechnung der Sternzeit (einfach) – Näherungsweise Berechnung im Kopf
Man benötigt

  • Das Datum z.B. 18.3
  • Die Uhrzeit (zur Berechnung wird diese in UT umgewandelt) z.B. 23:15 Uhr
  • Die Östliche Länge z.B. 8,5°

Die Stundenkorrektur errechnen:
Stundenkorrektur (monat +3)*2

Die Minutenkorrektur errechnen:
Minutenkorrektur = (tage +(östliche länge -21))*4

Sternzeit :
Sternzeit = Uhrzeit in UT + Stundenkorrektur + Minutenkorrektur

Im Beispiel :
Stundenkorrektur = (3+3)*2 =12
Minutenkorrektur=(18 + (8,5-21)*4 = 59,5
Sternzeit = 22:15UT + 12h + 59,5m =11h14m35s

Per Software
Mehr dazu im entsprechenden Artikel

Und nun ?
Aus der Rektaszension eines Sterns und bekannter Uhrzeit kann man die lokale Sternzeit errechnen, und daraus dann den Längengrad. So wurde in der Seefahrt navigiert. Da ich kein Seefahrer bin interressiert mich das natürlich nur begrenzt.
In der Astronomie kann man mithilfe der Orstssternzeit und Tabellenbüchern direkt Sterne, Nebel und Galaxien über die Teilkreise aufsuchen. Das ist zwar meistens nicht nötig, aber spätestens wenn man versucht (so bin ich überhaupt darauf gekommen) auf meinem Lichtverseuchten Balkon mit der SC3 und UHC filter auf Nebeljagd zu gehen, sie aber im Livebild nicht findet…
Ist schon praktisch das gesuchte Objekt nur über die Teilkreise einzustellen und es zumindest irgendwo im Bildfeld zu finden je nachdem wie genau man gearbeitet hat, als auf gut glück herumzutasten. Dazu muss ich anmerken das ich die Aufnahmen ausschliesslich mit der Kamera auf der Montierung gemacht habe und kein Teleskop montiert war über das man hätte zielen können.

Eigenkonstruktion einer „Lightweight“ Rockerbox

Welche Anforderungen muss sie erfüllen ? Genau damit musste ich mich herumplagen als ich mich entschlossen habe mir eine neue zu bauen. Glücklicherweise habe ich massenhaft Tips von erfahrenen Dobsonbauern wie z.B. Stathis Kafalis bekommen, und überhaupt den meisten aktiven aus dem astrotreff.de Forum.

Die Rockerbox muss :

  • verwindungssteif sein
  • eine ruckelfreie, weiche Gleitlagerung in der horizontalen haben
  • eine ruckelfrei,weiche Gleitlagerung in der vertikalen für die Höhenräder haben
  • möglichst große Höhenräder (Spiegeldurchmesser x2 ist wohl ein guter Richtwert, aber größer schadet nicht)

 

Die Rockerbox kann :

  • mit Erleichterungsausschnitten versehen werden wenn sie die Verwindungssteifheit nicht beeinträchtigen

Wichtig ist bei der Rockerbox das sie sich flüssig und ohne Rucken bewegen lässt. In den meisten Fällen wird dies durch ein Aufgeklebtes Furnier erreicht das auf Teflonblöcken läuft. Es eignen sich die wenigsten Furniere wirklich dafür, ab einem bestimmten Gewicht das auf dieser Lagerung lastet neigen die meisten dazu zu „kleben“. Man braucht zuviel Kraft um die Haftreibung zu überwinden und wenns dann gleitet.. dann sehr gut. In der Praxis heisst das das man über das zeil hinausschiesst und kein Objekt mehr richtig schön zentriert in der Mitte des Sichtfeldes halten kann.

Die meisten günstigen Dobsons sparen extrem an der Rockerbox, so auch bei meiner. Das Teleskop an sich ist spitze, und man kann natürlich auch mit dieser Rockerbox beobachten, allerdings ist bei höheren Vergrösserungen ab ca 150x schnell aufgefallen das diese Box nicht das wahre ist. Grösstes Manko war das die Box in sich nicht stabil war, Preßspan eben.

Im Laufe meiner Entwürfe habe ich mit abstimmung durch andere immer wieder Modifiktionen am Design vorgenommen. Es hat recht lange gedauert aber es hat sich gelohnt ! Herausgekommen ist eine Multiplex Rockerbox welche stabil, nicht zu schwer und super zu bedienen ist !

Da draussen oft viel Tau fällt kann man natürlich das Holz nicht ungeschützt lassen. Zu meinem dunkelroten Teleskoptubus fand ich passt ein sehr helles holz nicht gut, deswegen habe ich mich für eine recht dunkle Holzlasur entschieden. Was für Gartenhütten gut ist funktioniert auch an der Box und bisher erfüllt sie ihren Zweck !

Die Horizontale Langerung mit Ebony Star

Man kann das zwar mit Pattex machen, allerdings wird es nicht ganz eben. Das merkt man dann bei höheren Vergrösserung mehr oder weniger stark. Derzeit ist bei mir der Ring mit doppelseitigem Klebeband befestigt. Damit das hält, einfach den boden plan schleifen und notfalls spachteln damit es eine Ebene Fläche gibt. Der Pattex hat sich langsam aber sicher gelöst, das Klebeband hält bisher besser, und ist vor allem schön gleichmässig !

Die Füsse sind von der Originalbox, gibt aber auch ähnliche im Baumarkt. Die sind nicht geschraubt, sondern geklebt und befinden sich genau mit der Mitte des Fusses an der äusseren Kante der Teflongleitblöcke.

Die Höhenräder

Wie man unschwer erkennen kann sind die Laufflächen meiner Höhenräder nicht mit Ebony Star beschichtet. Warum ? Nun ich habe das Holz poliert, und es läuft super auf dem Teflon, ohne Rucken. Viele ziehen auf die Lauffläche Ebony Star, und es wird sicher nicht schaden. Wenn es dann allerdings noch leichter läuft vorsicht, ich muss schon jetzt mit einem schweren Magneten beim Okularwechsel das Gleichgewicht wiederherstellen !

Wie man auf den neuen Bildern nun besser sehen kann sind die Höhenräder von innen noch einmal geführt. Das habe ich nachträglich angebaut da mir die Höhenräder ab und zu aus der Lagerung zu laufen drohten. Die Seite die zum Höhenrad zeigt ist mit einem Teflonpad bestückt.

Links

Das entwickelte Design steht zum Download bereit, passend für einen Galaxy Dobson D8 zum ausschnitt aus 21mm Multiplex.

Plan als PDF mit Bemaßung

rockerboxrockerboxv5.emf

rockerboxrockerboxv5.dxf

 

Da ich nun mehrfach gefragt worden bin was denn welche Teile aus dem Plan für eine Funktion haben, habe ich die Bilder und den Text überarbeitet.
Auf dem Plan sind zwei kleine und zwei große Rohrschellen auf der linken Seite, welche nicht zur Box gehören sondern passend für mein Leitrohr und meinen Sucher sind.

Wenn trotzdem noch Fragen offen sind, helf ich gern weiter ! Schreibt mir einfach ! Wäre nicht das erste mal 🙂