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.

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.