Maximale Belichtungszeiten für die Astrofotografie ohne Nachführung

Es handelt sich hierbei um Werte die durch testen entstanden sind, exakt sind sie also nicht. Aber als grober Wert können sie schon dienen :

Brennweite am 1,6x crop max. Belichtungszeit
18 mm
42 s
24 mm
38 s
35 mm
25 s
50 mm
12 s
100 mm
6 s
200 mm
2 s

alles über diesen Werten führt zu mehr oder weniger stark ausgeprägten Strichspuren statt punktförmigen Sternen.

 

Objektive abblenden für Astrofotografie

Erst einmal : Was ist die Blende ?

Die Blende dient dazu das Öffnungsverhältnis zu regulieren. Je kleiner die Zahl desto offener ist die Blende (offenblende = maximale Öffnung des Objektivs), je grösser die Zahl desto kleiner wird die Öffnung.

Grössere Blendenzahl (kleinere Öffnung) bedeutet schärferes Bild, längere Belichtungszeit und stärker werdenden wegfall von Objektivfehlern.

Es gibt so gut wie keine Objektive die bei Offenblende die besten Ergebnisse liefern, meist muss um 1-2 Stufen abgeblendet werden. Zumindest bei der Astrofotografie. weiterlesen

Belichtungszeit in der Astrofotografie – Chemisch

Erst einmal sei gesagt das sich die Astrofotografie sehr von der „normalen“ Fotografie unterscheidet. Was jedem sofort ins Auge springen sollte sind die Belichtungszeiten die teilweise bis zu einer Stunde reichen können. Aber das ist nur einer der Unterschiede !

Welche Kamera eignet sich ? weiterlesen

Auswahl einer Kamera für Astrofotografie

Da ich letzlich mal wieder die Gelegenheit hatte (seit langem) mein Teleskop Sternenluft schnuppern zu lassen ist auch der Gedanke der Kamera für Astrofotografie wieder da !
Bisher habe ich chemisch, mit umgebauten Webcams, und mit einer geliehenen Canon 30D fotografiert und damit schon einige Techniken kennengelernt.

Fehlen tut hier nur noch die klassische „Videoastronomie“ mit Watec/Mintron oder dessen Nachfolgern sowie eine „richtige“ astro-ccd.

Webcam
Mein letzter Stand war hier die Phillips ToUCam Pro mit CCD Sensor.. Da gibt es mittlerweile nachfolgemodelle. ~100€, Notebook muss mit nach draussen.

Chemisch
Jede der guten alten Spiegelreflexkameras funktioniert hier ! Dem Teleskop auf den Rücken geschnallt mit Teleobjektiv, oder direkt am Teleskop. Hier allerdings dann wegen der doch langen Belichtungszeiten mit Leitrohr. Für deutlich unter 100€ mit Objektiv ist so ein Schätzchen zu haben. Hier entstehen durch die benötigten Filme und Entwicklung noch zusätzliche laufende kosten. Die Wahl des Films ist entscheidend für die Ergebnisse, nicht jeder eignet sich. Selbstverständlich richtet sich die Belichtungszeit auch hier nach der Empfindlichkeit. Leider haben die empfindlichen Filme meist ein gröberes Korn, aber auch hier gibt es ausnahmen. Leider haben die verschiedenen Filme zusätzlich auch noch in einigen Spektralbereichen schlechte Empfindlichkeit, hier entscheidet der Film ob die Aufnahme überhaupt gelingen können.
Geeignete Modelle sind z.b.

  • Fuji Superia 200 (schlechte Rotempfindlickeit)
  • Kodak Supra 200
  • Kodak E 200
  • Fuji Provia F

Auch andere Filme sind noch geeignet, müssen aber teilweise hypersensibilisiert werden und das Equipment muss man erst einmal haben. Wer so etwas sein eigen nennt hat auch gleich ein kleines Fotolabor. Genau das umgeht eins der grössten Probleme die die analoge Fotografie seit der massiven Verbreitung der Digitalkameras hat:
Viele Foto Dienstebekommen es einfach nicht hin Astrofotos vernünftig zu digitalisieren oder zu drucken ! Ich habe mir mit einem Scanner mit Durchlichteinheit geholfen, die Ergebnisse waren durchweg besser als was der Fotodienst fabriziert hat. Die sind für so etwas eben einfach nicht ausgelegt, für die sind die Bilder schwarz(bzw dunkelblau).

Digi-Spiegelreflex
Die Modelle von Canon und Nikon sind oft im Einsatz, aber es geht mit jeder die, wie eigentlich bei Spiegelreflexkameras üblich, die Belichtungseinstellung B hat und den anschluss für einen Fernauslöser.Natürlich gibt es hier je nach Modell und Sensor unterschiedlich geeignete Geräte. Canon 300D, 30D, 10D etc sind aber auf jeden Fall verwendbar. ~200€ gebraucht(300D), aktuelle Modelle ab 500€.

Modulkamera
Eine der günstigsten Lösungen ist eine Modulkameraplatine, erfordert Bastelarbeit und einen zusätzlichen Framegrabber, also mehr Kabel. Dafür mit die günstigste Möglichkeit. Natürlich mit allen Nachteilen der niedrigen Auflösung und digitalisierung über Zwischengerät. Aber auch hier gibt es bereits sehr gute Bilder.
Bezug z.b. über Lechner inkl. Videograbber ~ 100€

Firewire/USB Industrie-Kamera
(The Imageing Source DMK Serie) z.B. DMK 21AU04 ab ~ 330€

Gibt es in einigen Variationen. Anschluss als Firewire/USB oder Gigabit Ethernet, Sensoren von 640×480 bis 1600×1200 Bildpunkte als s/w oder Farbe.
Derzeit ist das meine favorisierte Lösung. Preislich im mittelfeld, aber schon im Gehäuse mit guten Anschlussmöglichkeiten.

Astro-CCD
hier ist die Auswahl groß, je nach Budget. Preislich ab 500€ angesiedelt und nach oben mehr oder weniger offen. Deswegen fallen die Kameras aus meiner Auswahl komplett heraus.

Bei allen USB/Firewire Geräten muss man einen PC mit rausnehmen, Stromversorgung ist hier also das nächste Thema, bei Analogvideo kann man theoretisch noch über einen Camcorder aufzeichnen.

Entscheiden muss jeder für sein Budget. Wenn man die Kamera auch sonst noch zum fotografieren nutzen möchte, bleibt nur die Spiegelreflex.
Sucht man einen Spezialisten für Planeten, dann ist die Webcam bzw. die Firewire Kamera wegen der hohen Bildraten sehr gut. Mintron/Watec oder Modulkameras funktionieren hier genauso.
Bei Deepsky fällt die Webcam ohne Chipumbau erst einmal heraus. Mintron/Watec & Modulkameras haben den Nachteil des Framegrabbers, dafür eine sehr hohe Empfindlichkeit.
Die DMK Serie ist hier ein Zwischending, der Chip ist derselbe der auch in einer Umgebauten Webcam verwendet wird, zumindest bei der kleinsten Version. Die mit den grösseren Chips und höherer Auflösung haben eine geringere Empfindlichkeit.

Derzeit suche ich Vergleichsbilder möglichst des gleichen Deepsky objektes mit verschiedenen DMK Kameras. Auch die Farbvarianten interessieren mich hierbei.

Albireo

Der doppelstern Albireo. Einer der wirklich wenigen Konstellationen bei denen man die Sternfarben wirklich sieht da die beiden Sterne in ein Gesichtsfeld direkt nebeneinander passen und beide hell sind. Die Farben sind leider etwas verfälscht, der grössere Stern der beiden ist eigentlich deutlich orange neben seinem kleineren kalt-blauen Begleiter.

H & Chi Persei

H & Chi Persei, aufgenommen am 18.09.2005

H & Chi Persei, ToUCam SC3, 200mm Teleobjektiv @ f/4
H & Chi Persei, ToUCam SC3, 50mm Teleobjektiv @ f/1.8

Aufgenommen wurden je rund 200 Bilder a 20 sekunden. Die hellere rechte Seite kommt durch die Lichteinstrahlung einer Strassenlaterne.

Die Andromedagalaxie M31

Die Andromeda-Galaxie ist eine Spiralgalaxie vom Typ Sb. Sie ist im Messier-Katalog als M 31 und im New General Catalogue als NGC 224 verzeichnet. Zu sehen ist sie im Sternbild Andromeda.

Beide Bilder wurden mit demselben Objektiv(200mm [email protected],6) und Kamera aufgenommen. Die Kamera war eine SC3 modifizierte Webcam. Die Belichtungszeiten sind bei beiden Bildern ähnlich, es wurden jeweils Serien aufgenommen mit 30, 60 und 120 Sekunden Belichtungszeit. Der große unterschied war das Seeing sowie der beim zweiten Bild fehlende Dunst. Zudem war es beim zweiten Bild eine grade kälter so das ich weniger Probleme mit dem Bildrauschen hatte.

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.