Als Bildsensoren kommen hier – KOMPROMISSLOS – nur CCD/CMOS Chips in Webcams und die Bildaufnahme in der so genannten „Lucky Imaging Technik“ in Frage. Die Firma Celestron bietet eine Reihe von Webcams der Serie SKYRIS an. Diese Kameras wurden zusammen mit der renomierten Firma „The Imaging Source“ (DMK) entwickelt. Die SKYRIS-Kameras haben vor einigen Jahren einen weltweiten Amateurstandard für die hoch auflösende Fotografie von Sonne, Mond und Planeten gesetzt.
Celestron SKYRIS-Kamera am Teleskop
Bei der Sonnenfotografie kommen vorwiegend monochrome, also schwarz-weiße, Bildsensoren zum Einsatz. Da diese Bildsensoren (wenn einigermaßen preiswert) nur kleine geometrische Abmessungen haben (wenige Millimeter), kommen sie für Übersichtsbilder der ganzen Sonne kaum in Betracht, es sei denn man erstellt Mosaiksegmente und setzt diese anschließend zu einem Gesamtbild zusammen.
Die Lucky Imaging Technik
Die Lucky Imaging Technik wurde in der professionellen Astronomie in den 80ger Jahren – hauptsächlich zur Trennung engster Doppelsterne – entwickelt. Auch bei der Doppelsternbeobachtung gilt es dem Seeing „ein Schnippchen zu schlagen“, denn es verschmiert das Bild enger Doppelsterne zu einem „matschigen“ Fleck, so dass der Begleitstern im helleren Hauptstern „verschwindet“.
Die Abbildung zeigt einen Sonnenfleck (Alte Aufnahme, noch auf Film aufgenommen) mit der umgebenden Granulation. Dort sieht man – netzartig – scharfe Bildbereiche sich mit durch Seeing verursachte unscharfen Bildbereiche abwechseln.
Gleiches gilt natürlich in der Sonnen- Mond und Planetenfotografie, dass Seeing verschmiert feinste Bilddetails zu unscharfen Bildern.
Bei der Lucky Imaging Technik werden eine große Anzahl von Einzelbildern (in einem möglichst kurzen Zeitraum) mit sehr kurzen Belichtungszeiten aufgenommen. Das geschieht in moderner Zeit als ein Film mit aneinander gereihten Einzelbildern, die meist im AVI Format abgespeichert werden. Die einzelnen Bilder sind meist sehr verrauscht (bei der chemischen Fotografie sprach man von grobkörnig) und werden in einer späteren Bildverarbeitung durch die Addierung mehrerer Einzelbilder entrauscht.
Pioneer dieser Aufnahme- und Bildverarbeitungstechnik für die Amateurastronomie in Deutschland war Georg Dittié mit seinem Bildverarbeitungsprogramm GIOTTO. Giotto spielt heute keine große Rolle mehr – ausgenommen bei wenigen Spezialisten. Die Celestron SkyRis Kameras werden mit einer – sehr intuitiv zu bedienender – Steuerungssoftware geliefert, die entsprechende AVI-files aufzeichnet und für die anschließend erfolgende Bildverarbeitung bereit stellt.
iCap Steuersoftware für Celestron SKYRIS-Kameras (1739 downloads )Es gibt aber auch frei verfügbare Software zur Steuerung von Webcams, zum Beispiel FIRECAPTURE von Torsten Edelmann. Die Software kann zur Steuerung von vielen verschiedenster Kameramodelle eingesetzt werden.
Stacking Software
Das Geheimnis der hoch aufgelösten Sonnenfotografie liegt zum einen in gutem Aufnahmeequipment, weit mehr jedoch in der Bildverarbeitung der avi-files. Heute werden weltweit hauptsächlich drei Softwarepakete zur Bildverarbeitung der Luck Imaging Fotografie eingesetzt. Abgesehen von GIOTTO sind dies:
- AviStack von Dr. M. Theusner
- RegiStax von Cor Berrevoets und
- AutoStakkerd von Emil Kraaikamp
Umgangssprachlich werden sie als Stacking Software bezeichnet und alle drei sind frei verfügbar im Internet downloadbar. Welches man wählt, bleibt dem Sonnenfotografen überlassen, der Autor dieses Beitrags arbeitet fast ausschließlich mit AviStack. Die Software RegiStax von Cor Berrevoets wird auf einer CD beim Kauf einer Celestron SkyRis Kamera mitgeliefert.
In den Grundfunktionen funktionieren alle drei Programme identisch. Folgend nun eine Beschreibung der einzelnen Arbeitsschritte einer Stacking Software mit Bildbeispielen sowie die nachfolgenden Arbeitsschritte einer erfolgreichen Bildbearbeitung. Die Beschreibung klingt erst einmal ziemlich kompliziert, die komplette Verarbeitung eines Avifiles läuft aber letztlich völlig automatisch ab. Bitte auf die einzelnen Punkte klicken um die Informationen aufzuklappen
1. Registrierung und Ausrichtung
hier wird in einem ersten Schritt über mindestens 2 Referenzpunkte die grobe Bildabweichung vom ersten Bild über alle folgenden bis zum letzten Bild bestimmt. Diese Verschiebung kann z.B. durch eine ungenaue Nachführung entstehen. Alle Bilder werden in diesem Schritt zueinander ausgerichtet. Über die erfolgte Registrierung der einzelnen Bilder werden diese nun gegeneinander so verschoben, dass sie deckungsgleich sind
2. Das Setzen von Schwellenwerten
Bildbereiche ohne Bildinformationen (z.B. Himmelshintergrund am Sonnenrand werden von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen.
Setzen von Referenzpunkten: Die Software setzt nun über das ganze Bild verteilt Referenzpunkte, die in einem späteren Schritt analysiert und weiter verarbeitet werden. Dies können je nach Einstellung in den Grundfunktionen der Software einige Hundert bis mehrere Tausend Punkte sein.
3. Qualitätsanalyse
hier wird jedes Einzelbild in ein identisches Pixelraster unterteilt und für jedes Einzelbild in jedem Pixelraster die Bildqualität analysiert. AviStack bietet die Möglichkeit sich die Einzelbilder nach ihrer Qualität sortiert anzuschauen. Sieht man sich dazu das beste und das schlechteste Einzelbild an, wird sofort verstehen, wie schwierig es ist für ein Einzelbelichtung DEN Augenblick abzupassen und den Auslöser zu drücken, wo das Seeing die Aufnahme Bilder zulässt. Seeingbedingungen ändern sich in Zehntel Sekunden.
4. Ausrichten der Referenzpunkte
Jetzt wird jeder Referenzpunkt in jedem Einzelbild so verschoben, dass letztlich alle Bilddetails deckungsgleich gegeneinander ausgerichtet sind. Dies ist der rechenintensivste Schritt der ganzen Bildverarbeitung.
5. Frames überlagern (stacken)
Dies ist vorerst der letzte Schritt, den die Software automatisch ausführt. Es werden nun in vielen kleinen Bildsegmenten jedes einzelnen Bildes die schärfsten Bereiche zu einem Summenbild aufaddiert, so dass jedes der einzelnen Bildsegmente im Summenbild in gleicher Anzahl aufaddiert wurde. Die Anzahl der aufaddierten Einzelbilder wird vom Nutzer vorgegeben. Durch die Addition der Bildsegmente wird das hohe Rauschen der Einzelbilder minimiert und wird praktisch unsichtbar (natürlich abhängig vom Grundrauschen der Einzelbilder und von der Anzahl der aufaddierten Einzelbilder).
6. Rohsummenbild
Der Autor arbeitet in der Weißlichfotografie generell mit einem Avifile bestehend aus 1.200 Einzelbilder von denen jeweils 144 (12 %) zum Summenbild aufaddiert (gestackt) werden.
Dieses Rohsummenbild steht – meist als 16bit tif- oder fit Datei nun zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung.
7. Qualitätssortierte Einzelbilder
Nachdem die komplette Bildverarbeitung durchlaufen ist, kann man sich – zumindest bei der Software AviStack und Registax die Einzelbilder qualitätssortiert anschauen. Das link hier gezeigte Bild zeigt aus dem Avifile vom 12.7.2012 das schlechteste und das rechte Bild zeigt das beste Einzelbild aus der Aufnahme. Die beiden Bilder zeigen deutlich die Vorteile der Sonnenfotografie der Lucky Imaging Technik.
8. Filter zur Scharfzeichnung
Alle drei Programme bieten noch spezielle Filter zur Scharfzeichnung des Rohsummenbildes an, die weit effektiver arbeiten als die typischen Filter in den herkömmlichen Bildbearbeitungsprogrammen (z.B. Photoshop) an. Der Autor arbeitet gern mit der Waveletfilterung von AviStack (diese Filterung ist aber auch in RegiStax implementiert).
Das linke Bild zeigt das Ergebnis der Waveletfilterung. Rechts sehen Sie eine Animation des Rohsummenbildes und der folgenden Waveletfilterung
Eingefärbtes finales Bild – erstellt mit AviStack
Die Animation am Beispiel einer H-alpha Aufnahme zeigt den Vergleich zwischen einem Einzelbild und einem Summenbild von einer Addition von 144 Einzelbildern. Deutlich sichtbar wird hier die Rauschreduzierung durch die Addition der vielen Einzelbilder.
Das aus den oben genannten 8 Schritten gewonnene Bild kann nun noch in der herkömmlichen Bildbearbeitung (z.B. Photoshop) bearbeitet werden. Also ein wenig Histogrammkorrektur, Gradationskurve, Beschneiden des Bildes und so weiter. Wer sein monochromes Bild gern farbig sehen möchte, kann es letztlich auch einfärben.