Astrofotografie – Siggi's Blog

Verzerrungen / Distortion

Wer in der Astrofotografie mal dahin gekommen ist, seinen Bilder zu Stacken und/oder zu einem Panorama zusammenzufügen wird schnell erkennen dass die Bilder je nach eingesetzter Optik verzerrt sein können.

Je weitwinkeliger und günstiger die Optik, je größer das Problem.

Gerade bei den kleinen, weit winkeligen mFT Optiken gibt es das Problem. Dem tritt man entgegen, indem man das Bild elektronisch korrigiert und das Ergebnis in ein JPG „out of Camera = OOC“ Bild schreibt.
Auch Olympus Workspace kennt natürlich seine Optiken und kann aus einem RAW (ORF) daraus ein korrigiertes JPG Bild erzeugen. Das entschärft die Situation, zumindest für den Alltagsgebrauch.

Wer allerdings so wie ich seine Astrofotos zunächst aus dem RAW ungestreckt (linear) bearbeitet hat, hat keine korrigierten Bilder zur Verfügung,

Spätestens bei der Astrometrierung (Analyse des Bildfeldes und hinterlegen, der Koordinaten) kommt es entweder zu einer Abbruch, oder im Erfolgsfall zu beträchtlichen Abweichungen: Die Sterne gegen den Rand werden falsch eingezeichnet.
Damit fällt natürlich eine Photometrische Farbkalibrierung (anhand wissenschaftlicher Sternkatalogen) seiner Bilder flach. Ein essentieller Schritt um einigermaßen belastbare Farben in seinen Deep Sky Bildern bekommen zu können.

Bei starken Weitwinkel kommt man zum Glück üblicherweise mit einer Belichtungsserie durch. Da man da mit einer Nachführung den Sternen folgt, bleiben, zumindest solange man nichts verstellt, die Sterne am selben Ort am Foto. Ohne Nachführung wird aber durch unterschiedlicher Verzerrung der Optik, je nachdem wo im Bildfeld der Stern steht, ein Stacken hinterher schwierig bis unmöglich.

Bei der Astrometrierung kann man sich eine Bild der Verzerrung seiner Optik ausgeben lassen. Das zeigt den Unterschied zwischen der exakten Postion in Sternkatalogen und seinem eigenem Bild.

Gerade das Olympus mFT12/2 bietet hier einen geradezu psychedelischen Anblick:

Defishing; Wenn das Runde ins Eckige muss

Bekomme ich mittlerweile eine Astrometrische Lösung für das mFT12/2, ist es mir mit dem mFT8/1.8 nicht geglückt. Ist aber auch etwas sinnlos….

Das mFT8/1.8 bietet sich natürlich an, extreme Widefields zu machen. Damit werden natürlich auch die Nachteile bei weiten Feldern potenziert: Riesige Helligkeitsunterschiede und man bekommt sehr schnell störendes ins Bild.

Hier mal ein Bild der Sommer Milchstraße mit dem Olympus mFT8/1.8:

Das gesamte Feld des 8mm (allerdings auf 66% verkleinert) gibt es auf AstroBin

Links die sehr helle Spur war die ISS und Rechts ein Flair eines Satelliten.
Im unteren Drittel links erkennt man die Andromeda Galaxie (M31) links oberhalb der Flugzeugspur – hier einfach herausgeschnitten:

Im Gegensatz zu den mFT7/14 Optiken, wo naturgemäß durch die Korrektur der Rand bei 7mm stark verzerrte wird, bildet das Fischauge mFT8/1.8 auch gegen den Rand hin gut ab.

Wer jetzt an ein defishen denkt:

Bei punktförmigen Lichtquellen wie Sterne es sind, sieht man es halt extrem, wie sie in die Länge gezogen werden.

Beim Herauszuschneiden wird der nutzbare ebene Bereich dann schon recht klein.

Mir ist aber auch klar, dass es hier ein spezifisches Problem.
Nehme ich jetzt mein 7-14 dann ist natürlich der Rand auch mit entsprechend bekanntem Problem behaftet. Selbst beim 12mm sind natürlich die Koma gegen den Rand unschwer zu ignorieren. Aber das ist halt so, geht ja nicht anders.
Dafür sind natürlich die Sternchen gegen den Rand des 8mm Bildfeldes so gut wie sonst nie.

Dass es so sein wird, habe ich aber vor Kauf geahnt 🙂

Bei anderen Bilder kann man natürlich die Korrekturen wesentlich schwächer durchführen lassen, soviel wie man halt braucht.
Solange man keine wirklichen Anhaltspunkte hat und etwas vermessen will, passt es 🙂

4 Jahre Astrofotografie

Am 27.7.2018 war nicht nur eine Mondfinsternis der besonderen (längste des Jahrhunderts, gleichzeitig Mars in Opposition, der dieser Tage auch noch die größte Erdnähe erreichte und mehr) Art:
An diesem Tag vor 4 Jahren war meine Einstieg in die Astrofotografie.

Habe ich es bereut? Klare Antwort: Nein!

Die Basis dazu legte sicher die Auswahl des für mich richtigen Gerätes. Der Support den ich hier vor Ort durch Lacerta / Teleskop Austria und vor allem deren Mitarbeitern wie Tommy Nawratil, macht es leicht, die kleineren und größeren Probleme zu lösen. So würde ich auch heute noch nichts anderes kaufen wollen!

Dass ich Rückblickend so schnell so weit gekommen bin, als ich je zu hoffen wagte, wurde sicher durch den Austausch mit der lokalen Astrokommunity sei es im Astronomieforum.at oder durch den Erfahrungsaustausch bei unsere lokalen „Selbsthilfgruppe“ DSIG.at., das Thomas Henne organisiert.

Mit den technisch so perfekten Gerätschaften war ich dann relativ schnell an dem Punkt, dass ich mich um eine bessere Bildbearbeitung kümmern musste:
So kam es für mich gerade Richtig, daß Tommy konstatierte: „Wir haben jetzt beste Gerätschaften, aber die Bildbearbeitung hat noch großes Potential“. So wurde bei DSIG der Schwerpunkt „PixInsight vs. Photoshop“ gesetzt. Wiederum war es Tommy, der uns dann an zwei Wochenenden bei DSIG.at einen Einstieg in Pix Insight ermöglichte. Gerald Wechselberger führte uns weiter hinein in die Welt von PixMath.
Das alles hob recht schnell die möglichen Ergebnisse auf ein ganz anders Niveau.

Weitere vertiefendere Schulungen folgten. Zuletzt die PixInsight Workshop Module mit Herbert Walter und erneut Tommy bei der NÖ Volkssternwarte „Antares“.

Genug der „Technik“

Schon bald stellte ich auch fest, dass ich mit relativ wenig Aufwand bessere Bilder machen kann, als ich in den Astronomiebüchern meiner Kindheit vorfand.

Unser Sternenhimmel bietet eine Unzahl an Objekten, die es allesamt lohnen abgelichtet zu werden.

Die notwendige Bearbeitung lässt sich hinterher beliebig vertiefen und nebenher lernt man vieles besser verstehen, was fotografische Zusammenhänge betrifft.

Auch wenn die Zahl der nutzbaren Nächte durch das Wetter stark beschnitten ist: Wenn es mal passt, dann holt man sich was vom Himmel!

….es ist einfach eine Erweiterung der Möglichkeit mehr, Bilder zu machen.

Stacken von Mond/Sonne und Planeten

„Ein Bild, ist kein Bild“ lautet einer der Sprüche in der Astrofotografie, denn die erzielbare Bildqualität wird erheblich gemindert durch verstärktes Rauschen und der Luftunruhe. Ersteres durch dem wenigen Licht das uns zur Verfügung steht, sodass wir über längere Zeit belichten müssen und dabei natürlich auch eine höhere ISO verwenden. Die Luftunruhe merkt man, je stärker man vergrößert. Sie schwankt sehr, und es kann durchaus sein, dass ein Bild kurzer Belichtungszeit fast perfekt ist, das nächste aber sehr verschwommen.

Bei der Fotografie des Nachhimmels steht eher das Bildrauschen eine Rolle, es sind ja großflächigere Bereiche und Objekte mit Brennweiten von den üblichen Fotooptiken bis so 1000mm, aber die Belichtungszeiten liegen eben in etwa zwischen 1 und 8 Minuten bei ISO800, je nach verfügbarer Lichtstärke.

Mond, Sonne und Planeten sind dagegen hell bis sehr hell, daher bleiben die Belichtungszeiten oft deutlich unter einer Sekunde, oft unter 1/100-1/4000s. Daher spielt hier das Sensorrauschen weniger eine Rolle, dafür aber die Luftunruhe. Die Planeten sind dazu sehr klein und bedürfen dann einer extrem starken Vergrößerung.

Ein Methode um 1 gutes Bild zu erhalten ist es: Viele Bilder zu machen und dann das Bild heraussuchen, wo die Luft am ruhigsten war. Das nennt sich „Lucky Image„. Wer auf höchste Auflösung steht, wird aber auch da Bildrauschen vorfinden, weil man ja dann oft eine 100% Ansicht herausschneidet um eine vernünftige Größe zu bekommen. Und die Waffe gegen Rauschen ist es halt, möglichst viele Bilder zu mitteln. Wer nämlich ein verrauschtes Bild versucht zu schärfen wird die Artefakte mitverstärken, wer entrauscht, wird feine Details mit entsorgen. Daher wird man möglichst viele Bilder stacken wollen und zwar nur möglichst viele der spärlichen „Lucky Images“.

Anders als bei „Deep Sky“ Bildern, wo es ja jede Menge Sterne gibt, die der Stacking Software als Anhaltspunkt zum Zusammenrechnen dienen, hat man es bei Mond/Sonne und Planeten mit großflächigen Strukturen zu tun. Man braucht also spezielle Software, die solches erkennt.
Auch hat man es bei den „Deep Skybildern“ mit einer vergleichsweisen überschaubaren Anzahl von Einzelbildern zu tun, so um die 30-300 Bilder um eine Zahl zu nennen, bei Planeten bewegt man sich da dann schon eher zwischen 1000 und 10.000 Bilder pro Serie! Das muss man erstmals speichern, beurteilen und dann bearbeiten wollen/können.

Daher ist die Planetenfotografie immer schon ein Domaine der „Webcams“: Man benötigt nur einen kleinen Sensor und produziert ein möglichst unkomprimiertes Video. Je höher die Framerate (USB2 vs. USB3), aus desto mehr Einzelbilder besteht das Video. Da man fast nur das winzige Objekt am Film hat, bleibt die Dateimenge noch im Rahmen. Bei Mond wird bei diesen Vergrößerungen nur mehr ein kleiner Teil abgebildet, das aber perfekt! Ein Mosaik aus 10-50 Bildern ergibt dann ein höchst aufgelöstes Mond Bild. Dagegen kann kein Stack aus der Fotokamera mithalten…..aber wir wollen hier betrachten, was wir mit unseren Fotokameras anstellen können:

Mond und Sonne sind bei unseren FT Sensoren bei ca 1,1m Brennweite formatfüllend. Wer einen 1,4x Telekonverter sein eigen nennt, kommt also bequem mit 800mm Brennweite dahin. Mit „Silent Shutter“ kann man bis zu 60 Bilder / Sekunde hochauflösend erhalten. Also man kann relativ leicht seine vielen hundert Einzelbilder erhalten. Natürlich verwenden wir RAW. Bei einem HD-Video reichen aber 800mm Brennweite, weil selbst ein HD-Video nur ein Bruchteil der maximal möglichen Auflösung eines 16 oder 20 MPixel Sensors besitzt. Bei Jupiter kommt ein Problem dazu: Er dreht sich sehr schnell (nur etwas über 9 Stunden) sodass man ab 1 Minute bereits Verwischung sehen könnte.

Wer die HQ-Auflösung (50-70 MPixel derzeit) für seine Bilder vom Mond/Sonne benützt, erhält zwar wirklich eindrucksvolle Bilder, aber da 8 Bilder in der Kamera versetzt zusammengerechnet werden müssen wird das wohl nur bei absolut perfekten Seeing einen Sinn machen. Und diesen sehr sehr seltenen Moment muss man erst mal erwischen. Zwischendurch probieren kann man es ja mal….

Seit langem gibt es spezialisierte Software für die Planetenfotografie: Giotto oder Registax zum Beispiel. Aber sie werden seit geraumer Zeit nicht mehr weiterentwickelt und sind nur für kleine Dateigrößen ausgelegt. Einzig mit FITSworks konnte ich bis 20 MPixel Bilder des Mondes erfolgreich stacken. Bei HR Dateien, skalierte FITSWork stark herunter. Eine Stack von ausgewählten 100 Bildern dauert so einen halben bis ganzen Tag….

Schon ein „Lucky Image“ aus der Fülle der Bilder herauszufischen ist sehr anstrengend. Zum Glück gibt es da aber jetzt Hilfe: AutoStakkert (AS!). Wer sich dann noch mit Planetenfotografie herum schlägt, wird schnell den Wunsch verspüren, das viele schwarze Rundherum wegzuschneiden. Das erledigt souverän PIPP (Planetary Imaging PreProcessor). Als Startdatei kann man sowohl Video (AVI/MOV etc) wie auch TIFF oder ORF Files verwendet. Das Ergebnis dann als TIFF/FITS oder unkomprimiertes AVI Speichern lassen. Das versteht dann AS!.
Wer sich ffmpeg herunterlädt und das ffmpeg.exe in das Verzeichnis von AS! legt, der kann direkt auch die MOV Datei seiner Kamera als Ausgangsbasis verwenden. Wer allerdings ORF Files in AS! stacken will, muss sie vorher in TIFF Files umwandeln . Also entweder mit OlyViewer, oder PIPP oder was auch immer das ORF File als TIFF exportieren.

Stacken mit Autostakkert:

1.) Zuerst seine Dateien (TIFF) öffnen oder als AVI Video (MOV wenn ffmpeg vorhanden).
2.) Analyse: Es erfolgt eine Analyse der Einzelbilder

Man sieht dann eine Status der Verteilung der Bildqualität der Bilder in der Kombigrafik: Die Schwankung der Bildqualität der Reihenfolge der Einzelbilder, die Grüne Linie zeigt in etwa den Verlauf der Qualität der gesamten Bildserie.

In der Vorschau wählt man die Bereiche, die dann beim Stacken analysiert werden und herangezogen werden. Der Clou dabei: Es werden von den gewählten Ausschnitten nur die Bildinformationen gestackt, die am besten sind, was bei großflächigen Objekten wie Mond / Sonne ja durchaus abweicht, denn mal ist ein einem Bereich ein Teil scharf, der andere aber nicht. Es wird also nicht stur einfach Bild x + y + z gestackt sondern wirklich nur der Bereich aus den Bildern der jeweils am besten ist. Daher sollten diese Bereiche auch überlappen. Aber dazu gibt es auch Anleitungen auf der AS! Seite (wenn auch nur auf Englisch). Da ist viel Platz zum Optimieren seiner Bildserie.

Stack Option:
Man wählt sein Ausgabeformat des Stacks. Dann kann man sich aussuchen. AS! kann verschieden viele „der am besten befundenen“ Bildern stacken und legt dann ein Verzeichnis an wo die fertigen Stacks hineinkommen, mit entsprechender Bezeichnung im Filenamen. (liegt ein Verzeichnis unterhalb des Stammverzeichnis der Input Datei(en). Man kann also gleich mal je 4 verschiedene Stack’s anfertigen lassen: Entweder eine fixe Anzahl der gestackten Bilder oder Prozent Zahl. Wie viele der Bilder gestackt werden sollen, hängt sehr von der Qualität der Rohbilder ab. Sind sehr viele Bilder schlecht, wird man eher mit wenigen Bildern zum stacken sein Auslangen finden müssen.

Das ganze geht überraschend schnell !!

Da ich die gestackten Bilder hinterher erst bearbeite und brauch ich keine der angebotenen Bildverbesserungen die PIPP oder AS! bieten.

Hier ein 1:1 Ausschnitt eines Stacks der 4 besten Bilder aus 347:

Die kleineren klar sichtbaren Krater messen um die 4-5 km Durchmesser.

Hier noch ein erster Versuch am Jupiter:

50 aus 200 Bildern 1:1

Mittlerweile habe ich auch probiert HR Files aus der E-M1.II (70 MPixel !) zu stacken. Ich hatte dazu 28 Bilder zur Verügung die ich als TIFF exportierte. Das als Beste durch AS! gezeigte Bild habe ich dann quasi als OOC (out of cam) bearbeitet. Weiters lies ich dann AS! jeweils folgende Stacks erstellen: 4,5,6,7 beste Frames und 12, 15, 25 und 30%. Mit einem Computer mit einer Ryzen7 1700 CPU und 32GB RAM klappte das innerhalb 10-15 Minuten. Während der Bearbeitung wurden 27 GB RAM genutzt und alle 16 Threads der 8 Kern CPU wurden benutzt.

Fotografie / Astrofotografie – zwei Welten?

Astrofotografie eine andere Art von Fotografie.

Irgendwann packt es den Einen oder Andern, sich abseits der „normalen“ Fotografie zu versuchen. Am besten einfach probieren, dann sieht man früher oder später, wo die Problemzonen liegen. Hier versuche ich mal darauf einzugehen.

Vorweg: Gerade Anfangs versteht man oft nicht immer gleich, worum es da überhaupt geht und so erhält man rasch den Eindruck: Das ist mir zu Hoch, dass schaff man nie!
Auch mir ist es so ergangen beim initialen Einlesen in die Thematik um mir ein Bild zu machen, was bräuchte ich an Ausrüstung und ob ich das jemals selbst hinbekommen würde. Heute nach 3,5 Jahren bereue ich nicht, diesen Schritt gewagt zu haben.

Das was einem wohl als erstes auffällt:

Belichtungszeit

Sehen wir uns mal ein normales Foto an:

Ein typisches Urlaubsbild. F/10, 1/200s, ISO100 (damals mit der E-300 die Nennempfindlichkeit)

Das Histogramm zeigt uns die Anzahl und Helligkeitsverteilung der Pixel der roten, grünen und blauen Pixel an aus denen ja ein Farbbild (RGB Bild) besteht. Links im dunklen Bereich und rechts im hellen Bereich ist nichts wesentliches weggeschnitten. Da braucht es nicht viel Bearbeitung – vielleicht den dunklen Bereich der fast schwarzen Lava etwas anheben um noch Struktur zu generieren und das Bild halt auf das gewünschte beschneiden.
Ein Stativ braucht man hier kaum, die Belichtungszeit ist kurz genug als dass man verwackeln könnte.
Fotografiert man in JPG wird man aber bei diesem Bild wegen des großen Helligkeitsumfanges (weiße Mauer – fast schwarze Lava im Schatten) schon mal merken, dass man beim Spielen mit dem Tonwerten im Himmel sogenannte Tonwertabrisse ( Sichtbare Streifen abgestufter Helligkeit) bekommt. Grund ist der: Beim JPG Bild haben die 3 Farbkanäle eine Bittiefe von 8bit, was 256 (2^8) möglichen Abstufungen entspricht. Mehr als unser Auge sehen kann und zusammen gemixt (256*256*256) die bekannten 16,7 Mio unterschiedliche Farbabstufungen ergibt (siehe: Die richtige Belichtung). Dehnt man dann gezielt einen Bereich im hellen oder dunklen, sieht man dann bald mal die Helligkeitssprünge am Ergebnis. Abhilfe ist dann in RAW zu fotografieren, den sie bieten hier 12bit Auflösung, was schon 4096 Abstufungen pro Farbkanal entspricht, also kann man hinterher mehr „herauskitzeln“.

In der gelebten Praxis: Bei gut ausgeleuchteten Alltagsszenerien reicht oft das JPG, so wie es aus der Kamera kommt. Bei schwierigen Situation ist ein zusätzliches RAW empfohlen, Auch wenn man jetzt vielleicht damit nichts anfangen kann – später vielleicht doch. In der Astrofotografie ist RAW Pflicht.

Solche Verhältnisse findet man auch noch an unseren zwei hellsten Himmelskörpern: Mond und Sonne (natürlich nur durch entsprechende dafür geeignete Spezialfilter). Sie erlaube auch Belichtungszeiten zwischen angenehmen 1/100-1/4000 Sekunden bei normaleren ISO Bereichen. Ein Stativ ist dennoch empfohlen!

Anders am dunklen Sternenhimmel:

Es zeigt den Große Wagen mit einem Normalobjektiv (bei Olympus 25mm). Es wurde typischerweise so belichtet, wie man es für „Deep Sky“ Bilder braucht.
Die Belichtungsdaten waren: F/3,2, 240s, ISO800 mit der E-M1.II (geht auch mit jeder anderen OM-D oder E-PL6-9 Kamera so). Einfach ein Screenshot ohne Bearbeitung wenn ich es in ACDsee ansehe.

Wer jetzt mal nachrechnet kommt drauf, dass man hier typischer weise mit 500.000 bis weit über 1 Million mal weniger Licht hat. Um entsprechendes Signal am Sensor zu bekommen, dass auch über dem Rauschen liegt, muss man entsprechend lange belichten.

Was zeigt uns das Histogramm: Zunächst mal die vielen Pixel des Himmelshintergrund. Sie liegen im 1/3 des Histogramms. Da die Darstellung nicht linear ist, heißt das nicht unbedingt dass man auch tatsächlich 1/3 der Gesamtbelichtung des Sensorpixel ausgeschöpft hat. Aber immerhin liegt der Himmelshintergrund deutlich von stark verrauschten linken Rand weg.

Wichtiger ist aber das, was man nicht sieht: Die paar Pixel der hellen Sterne. Das sofort ins Auge fallende Muster der hellen Sterne, die das Muster bilden. Die sind so hell, dass man sie bei uns in der Großstadt sehen kann. Natürlich sind die im Zentrum überbelichtet. An sich sollten sie ja punktförmig sein, aber das Flimmern der Luft weitet das Signal auf eine größere Fläche, was wiederum die Helligkeit durch Verteilung stark absenkt und es so möglich macht dennoch die Farben ins Spiel zu bringen. Überbelichtete haben ja alle Pixel gesättigt, was dann ja ein reines weiß ergibt.
Auch wenn die Sterne sehr hell sind, die geringe Anzahl der hellen Pixelwerte kommt gegen die extrem vielen Pixel im dunkleren Bereich nicht an, wird also am rechten Rand des Histogramms nicht mehr angezeigt.

Man sieht auch dass der Grüne Anteil relativ hell ist, das ist der typische Landhimmel etwas weiter weg einer Großstadt. Der Himmel so „OOC“ (out of Cam) also wie die Kamera den Weißabgleich macht, ist schon recht gut dafür, dass sie nicht für solche extreme Situationen programmiert ist. Einen richtigen Weißabgleich erkennt man daran, dass die 3 Buckel der RGB Kanäle exakt übereinander liegen. Das gilt natürlich nur da, wo man wirklich neutralen Himmel hat.

Und was man schwer sieht, hätte ich es nicht markiert: Da war gerade ein Komet (P41/Tuttle-Giacobini-Kresak) und auf diesem kleinem Bild gar nicht sieht, wenn man nicht weiß wo: Die Feuerrad-Galaxie (M101) eine bekannte Galaxie von der Größe des Vollmondes und M51. Um solches geht es uns bei der Fotografie von Deep Sky Objekten (Objekte außerhalb des Sonnensystems). Misst man deren Helligkeit würde man sehen: Sie liegt an der rechten Flanke des Histogrammbuckels bis leicht davor. Während man hellere Kometen durch das große diffuse leuchten schon mal finden kann, eine Galaxie wie M101 oder M51 kaum mehr am Rohbild.
Auf vielen, sogenannten „tief belichteten“ Bildern wird man jede Menge Staub und Dunkelwolken erkennen. Tatsächlich gibt es keinen Bereich am Himmel, bei dem man mit nicht mit genügend langer Belichtung und vor allem Akribie bei der Ausarbeitung keinen sehen wird. Diese Bereiche liegen vor dem Himmelshintergrundbuckel.
Also hinterher einfach das Bild so zu beschneiden, dass man alles weg wirft, dass vor dem Peak (der ja dem Himmelshintergrund entspricht) liegt führt zwar zu einem schön dunklen Himmel, aber auch zum Vernichten von der schwachen Strukturen.

Die nötigen langen Belichtungszeiten bringen eine Vielzahl an weiteren Problemen mit sich.

Bildrauschen
Gerade in der „normalen“ Fotografie wird das extrem überbewertet. Je wärmer, desto mehr rauscht ein Sensor, das ist einfach so. Das Rauschen setzt sich aus verschiedenen Fehlerquellen zusammen: Jeder Sensor hat Pixel, die nicht so arbeiten wie sie sollen. Belichtet man länger, dann fallen sie einem stärker auf. Durch einen Dunkelbildabzug ist das beherrschbar.
Schon schwieriger ist das Rauschen das nach Dunkelbildabzug im Bild verbleibt. Und da hilf nur eines: Möglichst viele Bilder zusammenrechnen.
Die Spezialkameras für Astrofotografie sind daher auch gekühlt, damit man auch ein möglichst gutes Signal/Rauschverhältnis bekommt.

Hie mal das Bild von vorhin nach zusammenrechnen von 43 Bildern

In groß und noch größer findet man das Bild auf AstroBin

Stativ/Montierung

Auch sehr schnell merkt man, dass man mit einem fixen stabilen Fotostativ jenseits von extrem Weitwinkel schnell an die Grenzen des Lichtsammeln stößt. Man braucht also eine Nachführung. Für den Einsatz mit Fotoobjektive gibt es gut und günstige Tracker. Die Sache wird aber immer schwieriger sobald die Brennweite steigt braucht es mehr Präzision in der Nachführung. Dazu kommt: Je mehr Brennweite, desto geringer die „bezahlbare“ und vom Gewicht her auch handhabbare minimale Blendenzahl. Man muss dann auch noch zusätzlich länger Belichten um die nötige Lichtmenge zu sammeln.
Bei größeren Brennweiten benötigt man dann eine richtige Montierung. Sie muss präzise auf den Himmelspol eingerichtet werden, aber selbst da wird man ab einer gewissen Brennweite nicht mehr ohne Guiding wegkommen.
Ein sehr gute Montierung ist meist der teuerste Teil einer guten Astrofotoausstattung, aber wenn man sie gut dimensioniert auch nur einmal anzuschaffen. Ohne präzise Nachführung werden auch die Einzelbilder aus den besten Teleskopen / Linsen und Fotoapparaten nichts.

Bildbearbeitung

Um aber aus den gestackten Rohbildern wirklich etwas herauszuholen, bedarf es einer tiefergehenden Bildbearbeitung. Man muss sehr vieles sehr selektiv verstärken, ohne Anderes überzugewichten oder gar zu zerstören. Dazu sind Maskentechniken ein muss. Nach der Gewinnung der Rohbilder ist das dann der größte Teil, der im wesentlichen nur mehr von der eigenen Vorstellung und seinem Vermögen das auch umsetzen zu können begrenzt wird. Das ist ein wohl ewiger Prozess. Während man für die Technischen Aspekte nach einigen Tipps aus der Gemeinschaft sehr viel selber herum tüfteln kann, ist man bei der Bildbearbeitung sehr viel mehr auf eine funktionierende Community angewiesen, deren Tipps und Tricks einem wieder weiterbringen.

Hier ein Bild mit dem 75mm Objektiv:

Links unten M101 und Rechts unten: M51 wie man sieht sie sind auch mit normaler Brennweite auffindbar.

Auflösung

Unter normalen Umständen macht sich die Luft bei der normalen Fotografie nicht stark bemerkbar. Anders natürlich bei extremeren Tele auf größere Entfernungen, wo man sich schon mal bei Sonneneinstrahlung Luftschlieren zu sehen sind. Bei der Astrofotografie hat man da schon mit ganz anderen Schichtdicken zu tun: Im Zenit etwas über 10km, blicken wir Richtung Horizont sind es einige hunderte Kilometer dichte Luft. Dazu kommt noch Dunst und der Umstand, dass eine Auftrennung der Farben stattfindet. Ein weißer Stern hat dann auf einer Seite einen roten Rand, auf der anderen Seite einen blauen.
Dazu kommt: Leider gibt es meist in hohen Luftschichten starke Winde (Jetstreams), die die Luftschichten zusätzlich verwirbeln. Das ganze läuft unter Seeing. Das mindert natürlich auch die mögliche Auflösung. Auch da ist ein Mitteln vieler Bilder das Mittel der wahl. Zuvor wird natürlich versucht, aus den vielen Einzelbilder jene mit dem stärksten Unschärfen zu eliminieren.

Scharfstellen

Heutzutage sorgt der Autofokus für scharfe Bilder. Bei der Astrofotografie ist manuelles Scharfstellen gefragt. Bei längeren Brennweiten geht das mit Hilfe einer Bahtinovmaske recht einfach an einem hellen Stern. Je geringer die Brennweite, desto schwieriger wird es, weil der Stern ja immer winziger wird, und man bräuchte eine passende Bahtinovmaske, dafür kommt aber bei recht weitwinkeligen Objektiven dazu, dass sie eine größeren Schärfenbereich aufweisen. Die Situation wird aber durch die notwendige möglichst offene Blende verschärft. Offene Blende braucht man aber, weil man dann einfach mehr Licht einsammeln kann.
Das ganze wäre ja nicht so schlimm, einmal gut Scharfstellen, dann passt es die nächsten 2-3 Stunden Belichtungszeit. Leider ist das nicht so. In der Nacht sinkt normalerweise die Temperatur ab. Das führt zu einem verstellen der Schärfe. Also ist recht oft die Schärfe zu kontrollieren, gerade anfangs. In der Praxis ist es aber meist so, dass man an der Kamera sein Bildfeld schwer erkennen kann, weil man schlicht und ergreifend nichts sieht! Man braucht dann wieder einen Stern der hell genug ist zum Scharfstellen und muss erneut sein Objekt wiederfinden. Man braucht dann länger belichtete Testbilder mit sehr hoher ISO um eine Feineinstellung vorzunehmen. Das betrifft vor allem Fototracker, die man händisch verstellt. Bei guten Astromontierungen hat man es mit GoTo leichter. Wenn sie einmal gut eingestellt sind, findet man hinterher sein Objekt wesentlich leichter. Wenn man dann mal mit Schmalbandfiltern anfängt wird es dann extrem schwierig überhaupt ein geeignetes Objekt zu finden, um scharf zu stellen.
Für Teleskope gibt es Motorfokussysteme, die mithilfe eines Temperatursensors präzise einen vorher ermittelten Wert einstellen.
Das Problem der temperaturabhängigen Fokusänderung betrifft so gut wie alle. Einzig Systeme mit wesentlich temperaturstabileren Kohlefasertuben mit passendem Spiegel (Pyrex oder Quarz) und Stabilem Okularauszug verstellen sich praktisch kaum. Zum Glück trifft das alles auf meinen „Newton ohne Namen“ zu.

Störungen im Optischen System

Sehr gute Linsensysteme sind meist recht gut korrigiert, sodass möglichst alle Farbstrahlen im selben Brennpunkt landen. Die extreme Streckung der schwächsten Bildanteile bringt hier allerdings wieder vieles ans Licht, das man so nicht sieht. Jede Grenzfläche einer Linse, jeder Reflex am Gehäuse wird natürlich auch sichtbar. Und jede Linse kostet Auflösung. Da kommen Spiegelsysteme ins Spiel. Das tolle daran ist: Sie sind Farbrein, jede Lichtwellenlänge landet im selben Brennpunkt. Je größer der Spiegel (die Öffnung) desto mehr Licht wird gesammelt und die Auflösung steigt auch.
Eine „Linsen“ Teleskop mit mit 200mm Öffnung ist kaum bezahlbar, ein Spiegel mit 200mm schon…..

Bildstörungen wie Staub am Sensor fallen in normalen Bildern kaum auf, außer man hat eine uniforme Fläche (wie z.b. Himmel) und bei kleinere Blende. Jedes Objektiv hat auch einen mehr oder weniger großen Helligkeitsabfall gegen den Rand. Bei der Astrofotografie braucht man aber ein möglichst „flaches“ Bildfeld. Also müssen diese Bildfehler herausgerechnet werden. Das wird mit sogenannten Flat Bildern bei der Bildkalibrierung erreicht.

Echte Farben?

In der normalen Welt, weiß jeder, was in etwas stimmig an Farben ist, wir sind darauf konditioniert. Alles was abweicht von dieser Erfahrung erzeugt eine Unstimmigkeit. Selbst wenn wir nicht genau wissen was an diesem Bild „falsch“ ist. Selbst unser an Dunkelheit angepasstes Auge sieht bei einem Blick durch ein größeres Teleskop so gut wie keine Farben. Das rote Leuchten des Wasserstoffs liegt schon in einem so dunklem roten Bereich, dass wir kaum mehr wahrnehmen können. Unsere Digitalkameras filtern diesen Bereich sogar schon zu 2/3 heraus. Selbst wenn wir uns im dunklen Weltraum befänden und auf den sehr hellen Orion Nebel zusteuern würden, wir würden das schwache rote Leuchten kaum sehen. Je näher wir kommen, desto mehr wird das Leuchten untergehen. Es sind ja bloß ein paar 100- maximal 10.000 Atome/Moleküle/cm3 an Wasserstoff im ansonsten noch etwas dünnerem Weltall. Normale Astrofotos zeigen dieses Leuchten sehr stark verstärkt in Rot. Dann kommt oft noch Sauerstoff vor, bei 501nm, das unsere Kameras Blau zeigen. Sterne habe ein kontinuierliches Spektrum, das temperaturabhängig ist. Kühle Sterne sind rötlicher, heiße weiß/blau.
Einen automatischen Weißabgleich wird jede Kameraelektronik überfordern, spätestens dann wenn so gut wie kein neutraler Himmelshintergrund im Bild zu finden ist. Den Weißabgleich macht man eben selbst, zuerst den Hintergrund auf neutral, dann macht man sich einen Umstand zu nutze, der weitgehend passt: Im Durchschnitt sind die Sterne weiß. Heute verfügen wir aber über wesentlich genauere Photometrische Prozesse: Zuerst wird das Bildfeld „astrometriert“ also festgestellt, welchen Ausschnitt am Himmel haben wir vorliegen. Anhand von Leitsternen im Bildfeld deren Lichtzusammensetzung bekannt ist, kann dann das Bild korrigiert werden. Ist eine eigene Wissenschaft, aber man ist zumindest schon mal recht in der Nähe der waren Farben.
Der Rest der Möglichkeiten geht aber dann schon sehr in Richtung Falschfarben. Man kann ja jeden der Farbkanäle beliebigen Kanälen zuweisen oder einmischen. Sehr bekannt die „Hubble Palette“ bestehen aus dem Roten Licht der Wasserstoffs, dem noch tief roteren Leuchten von Schwefel und dem blauen Leuchten des Sauerstoffs. Das hat überhaupt nichts mehr mit dem „natürlichen“ Farbspektrum zu tun, aber man erkennt gewisse Strukturen besser an solchen Falschfarbenbildern. Eine durchaus gängige Praxis im Wissenschaftlichen Bereich.

Massenware

Fotoapparate und Optiken sind Massenware. Das ist nichts negatives, sondern bringt eher Vorteile: Günstiger Preis und recht gleichbleibende Qualität. Dagegen sind „Fernrohre“ ja fast schon Einzelanfertigungen. So passt einfach eine beliebige Fotooptik einfach an den gleichen Anschluss an den Fotoapparat, oder wenn sie einen anderen Anschluss haben, mit einem entsprechenden Adapter. Durch den Anschluss wird u.a. der Richtige Abstand der Linse zum Sensor bestimmt.
Bei Fernrohren ist das schon schwieriger. Man muss den richtigen Abstand schon herausfinden. Ist der falsch, kommt man nicht in den Fokus. Schlimmer noch: Ist der am kurzen Ende und man will dann mal ein Filter dazwischen einbauen, kann es sein, dass man dann eben nicht mehr in Fokus kommt. Die übliche Norm wie 2″ (2 Zoll) oder 1,1/4″ sind lediglich eine Angabe über den Durchmesser und sagt nichts über den notwendigen „Backfokus“ des Systems. Es gibt dann auch noch Linsen, die die Vergrößerung erhöhen (nennt sich Barlow Linsen) aber auch Reduktoren, die die Brennweite verkürzen und damit die Lichtstärke erhöhen. Ob die eigene Optik nicht schon aufgrund mangelnder Öffnung vignettiert steht auf einem anderem Blatt. Da wir mit den FT Sensoren aber einen kleineren Sensor einsetzen ist das nicht ein ganz so großes Thema, wie bei großformatigeren Sensoren. Um eine nicht vermeidbare Bildfeldverzerrung auszugleichen (=runde Sterne bis in die Ecken) gibt es Flattener. Auch hier muss man dann noch den korrekten Abstand zum Sensor finden.
Egal welchen Adapter wir einsetzen: Sind sie sehr gut (und nur solche wollen wir verwenden!) sind sie nicht gerade billig und sie habe ihr genau definiertes Einsatzgebiet. Sie sind sehr spezifisch für ein spezielles Fernrohr (System/Brennweite), an Anderen eben nicht geeignet, auch wenn man sie von den Durchmessern her dazwischen setzen könnte.
Wenn man Glück hat, findet man jemanden, der die gleiche Konstellation zum Laufen gebracht hat oder hat ein Fachgeschäft, dass es abschätzen kann ob es gehen könnte oder geht.
Man kann ansonsten sehr schnell sehr viel Geld versenken…….

Universalität

An sich kann man mit jeder Standard Fotoausrüstung so ziemlich alles versuchen, von Nahaufnahme als auch weite Landschaftsübersichten. Es gibt natürlich dann extra darauf spezialisierte Linsen, aber das hat Zeit. Sie verfeinern halt dann das Ergebnis.
Schwieriger ist es da schon in der Astrofotografie. Da heißt es „jedes Gerät hat seinen Himmel“. Die nutzbaren Brennweiten sind halt begrenzt.

Praktischer Weise wird es aber sowieso schnell dadurch begrenzt, dass es sehr schnell sehr sehr teuer wird, aber nicht nur dass: Es wird sehr schnell sehr sehr unhandlich.

Sind wir mit dem FT Sensorformat bei einer Sensorgröße, bestimmt das unseren Abbildungsmaßstab. Wer Kameras unterschiedlicher Sensorgröße einsetzt, ist hier flexibler, denn er bewegt sich ja bei einem „Cropfaktor“ zwischen x1 (KB/Vollformatsensor) und x2 bei FT Sensoren. Nur der Anspruch an die Optik die ja einen großen Sensor qualitativ gut ausleuchten muss sind natürlich um vieles höher. So ist eine „Cropkamera“ oder unser FT Sensor wohl ein guter Kompromiss.

Für den Einstieg bei größeren Brennweiten kommt an sich sowieso nur dann entweder ein Linsenfernrohr (APO) oder Spiegelteleskop (Newton) in Frage. Damit die Belichtungszeiten pro Bild nicht ausufern sollten sie so Lichtstark wie möglich sein. Nicht außer Acht lassen sollte man, dass mehr Brennweite die Probleme potenziert hinsichtlich geforderter Präzision bei der Nachführung.

Wer allerdings vor hat, sich der Planetenfotografie zu widmen kann sich auch bei RC oder SC Teleskopen umsehen, denn er braucht so viel wie möglich Brennweite, Lichtstärke spielt hier eine Untergeordnete Rolle. Und er kann den Fotoapparat eher vergessen: Es braucht andere Kameras und eine Laptop um möglichst viele Bilder der kleinen aber sehr hellen Planeten zu sammeln.
Für die verschiedenen Objekttypen braucht es dann oft auch komplett andere Methodik der Bildgewinnung und deren Aufbereitung zur finalen Ausarbeitung. Das macht man nicht mehr so auf die Schnelle…. Man wird nur richtig Gut wenn man sich längere Zeit intensiv damit beschäftigt. Und wie immer: Auch in Übung bleibt.

Zeitaufwand

Fotografie an sich geht sehr schnell. Will man aber dann noch die Bildidee weiter verbessern, wird man um ein genaueres Planen nicht herumkommen.
Outdoor wir es dann auch in der „normalen“ Fotografie aufwändig: Der Sonnenstand, die Jahreszeit will geplant sein. Das ist aber (leider) meist nicht mehr so üblich, aber wird meist der Unterschied zwischen Knipsbild, guten Bild oder Wahnsinnsbild sein.
Bei der Astrofotografie kommt man aber sehr schnell drauf, in größeren Zeiträumen zu denken. Je weniger mobil man sein kann, desto mehr ist man angewiesen, dass zum Richtigen Zeitpunkt alles passt.
Bei Deep Sky ist ein dunkler Himmel Voraussetzung (zumindest für den Einsteiger). Den gibt es nur außerhalb von Städten und nur während mondloser Nächte. Dazu muss es auch frei von Wolken oder Dunst sein. Das „Seeing“ sollte auch stimmen, vor allem bei Planeten und Mondfotografie. Im Jahreszeitlichen verlauf sehen wir nur bestimmte Teile des Sternhimmels. Der Rest ist da, wo dann die Sonne gerade steht und ist daher in der Dämmerung und am Tag natürlich nicht mehr erreichbar. Ebenso schwankt über das Jahr die Tageslänge.
Im Winter ist es sehr lange dunkel, aber leider meist sehr dunstig und feucht. Liegt Schnee, ist es selbst in Neunmondnächten bedingt durch die Lichtverschmutzung sehr hell. Das Frühjahr ist die beste Zeit, was Seeing betrifft und die Luft recht drocken. Im Sommer wird es gerade mal für 1-3 Stunden dunkel genug, im Norden Europas dann nie.
Weil aber ein Bild aus möglichst vielen Belichtungen zusammengesetzt werden, ist es egal, wann sie gemacht wurden. Man kann also Belichtungen über Tage/Wochen/Monaten/Jahren verwenden. Selbst von verschiedenen Geräten.

Der Himmel ist voll von tollen Objekten, aber die richtig Großen findet man im Süden in Milchstraßennähe. Objekte in Horizontnähe gehen im Dunst unter. Um sie genügend hoch am Himmel zu haben muss man schon sehr weit südlich, besser auf die südliche Halbkugel fahren. Da hin zu fahren, mitsamt seinen 50-70kg Ausrüstung wird schwierig und teuer. Fehlt ein entscheidendes Teil – geht nichts. Daher ist hier der gangbarste Weg: StarAdventurer ins Reisegepäck und mit Fotolinsen Widefieldbilder. Oder auf eine der „Astrofarmen“ nach Namibia oder in die Alpen und die Geräte mieten.
Mittlerweile gibt es aber auch um die Erde verteilt Remote Sternwarten. Je nach Gerätschaften ergibt sich dann ein Preis den eine Stunde Belichtungszeit kostet, so gegen 80-100 US$). Das hat den Vorteil, man greift bequem via Internet zu, erstellt den Job. Während man schläft, werden die Bilder angefertigt und sind dann versandbereit.

Wozu das Ganze?

Ein verbindender Aspekt ist wohl der: „Es geht nichts über ein selbst gemachtes Bild“
Denn perfekte Bilder in hoher Auflösung kann man im Internet mittlerweile überall recht leicht bekommen….

Filterexperimente am M27

M27, Hantelnebel wie in unserem Sprachraum genannt wird, ist eines der großen Objekte am Sommersternhimmel. Daher habe ich ihn für weitergehende Experimente herangezogen:
Zunächst mal möglichst viele Einzelbilder zu sammeln in unterschiedlichen Nächten und mit einer Modifizierten und Unmodifizierten Kamera. Außerdem was herauskommt, wenn ich das Castell UHC Filter verwende und bei hellerem Mondlicht die Bilder mache.

Hier mal das vorläufige Ergebnis:

Unmodifizierte Kamera (E-M10 MarkII)

[FN, E-M10.II ISO800 16x4min] – hohe Auflösung auf AstroBin

Klarglasmodifizierte Kamera (E-PL6 + UVIRCut Filter)

[FN,E-PL6 78x4min ISO800] – hohe Auflösung auf AstroBin

Klarglasmodifizierte Kamera (E-PL6 + Castell UHC + UVIRCut Filter)

[FN, E-PL6mod ISO800 91x4min Castell UHC Filter+UVIR Cut] bei Halbmond+3 Tage – hohe Auflösung auf AstroBin

Beim ersten Bild mit einer „normalen“ unmodifizierten Kamera habe ich leider nur relativ wenige brauchbare Bilder erhalten (16×4 Minuten), aber letztlich war das Ergebnis gar nicht so schlecht. Auch die roten H-alpha Anteile werden durch den in den Olympus Kameras verbauten Filter nicht ganz blockiert und so kann man durch selektive Erhöhung der Farbsättigung doch einiges hervorholen.

Das zweite Bild war mit meiner klarglasmodifizierten Kamera. Hier konnte ich über 3 Nächte 78×4 Minuten Belichtung sammeln. Da jetzt auch alles an H-alpha (rotes Leuchten des Wasserstoffs) durchgelassen wird, ist hier mehr zu sehen.

Beim 3. Bild, dass sogar bei hellerem Mondlicht aber mit UHC-Filter gemacht wurde erreichte ich schon in Summe 5,1 Stunden Gesamtbelichtungszeit (91×4 Minuten). Durch diese langen Belichtungszeit, und das selektive Filtern auf das blaue Sauerstofflicht und rote Wasserstofflicht beginnen sich auch die schwächeren Ausläufer etwas abzuzeichnen. Das Bild ist zu meiner Überraschung auch relativ farbneutral geworden. Aber das schreibe ich meiner zwischenzeitlich schon besseren Kenntnisse der Bildbearbeitung in PixInsight zu.

Da andere Astrofotografen gerade auch erste Schritte in Richtung „Schmalbandfotografie“ machten, dachte ich mir: Es wäre praktisch, ein Filter zu haben, dass gleichzeitig nur H-alpha und O-III (Sauerstoff – blau) vereinigt. Dann könnte man das bei unsere „normalen“ Kameras beides gleichzeitig nutzen. Als ich mir die Filtercharakteristiken genauer ansah, fand ich heraus, dass genau mein Castell UHC Filter eine solche Charakteristik zeigte. Ich kaufte es ganz Anfang meine Astrophotokarriere (wie es viele glauben, dass Filter eine schnelle Lösung bei Lichtverschmutzung bringen). Bei den ersten Versuchen am Lagunennebel und meinen bescheidenen Möglichkeiten in der Bildbearbeitung brachte ich natürlich kein farbneutrales Bild zustande (fehlte doch der grüne Lichtanteil), weshalb ich es fortan nicht mehr verwendete. Auch ist es ein typische Filter für visuelle Anwendung, bei aufgehellten Himmel, wo es an solchen Objekten den Kontrast (daher UHC -ultra hight contrast) erhöht und sie sich besser abheben. Gut: Visuell sieht man da ja meist sowieso enttäuschend wenig….auch das Visuelle beobachten will gelernt sein, schnell mal rein sehen ist da nicht, selbst wenn es eines der hellsten Objekte ist.

Transmissionkurve des Castell – UHC

(1)
Unser sehen (und das der Fotoapparate) spielt sich im Frequenzbereich zwischen 400 – 650nm ab. Darüber hinaus sieht unser Auge schon etwas, aber halt nur wenig, und die Kameras habe einen Filter vor dem Sensor verbaut, der eher nur diesen Bereich durchlässt.

(2) + (5 + 6)
Das Leuchten der Gasnebel, allen voran das rot des angeregten Wasserstoffs (=H-alpha, H-α Linie) ist bei 656nm zu finden. Also schon oberhalb des Bereiches, wo die Filter der Kameras mehr oder weniger stark sperren. Bei den Filter der Olympus Kamera zu 2/3. Daher modifiziert man oft die Kameras, indem man diesen Filter ersetzt und so die Empfindlichkeit im Langwelligem Bereich zu erweitern.
Etwas über dem H-α (5) liegt dann noch S-II (Schwefel) (6).

(4)
Die Bande des angeregten (ionisierten) Sauerstoffs (O-III) liegt bei 501 nm liegt also im blauen sichtbaren Bereich.

(3)
Die (herkömmliche) Lichtverschmutzung liegt zum großen Teil in diesem Bereich: grün/orange der Quecksilber Hochdruck und Natrium Dampflampen. Die jetzt immer mehr einsetzten LED Beleuchtungen haben unterschiedliche Banden und es wird spannend wie es sich weiterentwickelt.

Noch etwas kann man der Durchlässigkeitskurve ansehen:
Für visuell Zwecke ist der Durchlass im IR unerheblich, aber an komplett offenen Kameras (wie meine klarglasmodifizierte Kamera) muss das ausgeblendet werden, weil Digitale Sensoren stark im Infraroten empfindlich sind. Ganz im Gegensatz zum Fotofilm, der besonders im UV Bereich empfindlich waren, deshalb die damals nötigen UV Filter (Skylight Filter), die den Violett stich am Himmel oder Schnee, vor allem in großen Höhen verhindern sollten, bei der jetzigen Digitalfotografie aber gänzlich unnötig sind.

Für die Beobachtung gibt es abgemilderte Formen als CLS, Neodym oder wie immer sie genannt werden. Sie lassen mehr Licht im grünen durch und versuchen speziell bei den Banden der Lichtverschmutzung zu schneiden. Da sie auch IR Durchlassen, gibt es davon auch spezielle mit dem Zusatz „CCD“.
Da sie mehr grünes Licht durchlassen, ist es da leichter einen stimmigen Weißabgleich zustande zu bringen.

Das bestechende am Castell UHC ist aber natürlich der relativ enge Bereich bei den wichtigen Emissionslinien der Gasnebel, sodass sie viel Störlicht, z.b. vom Mond auch elimieren. Dadurch kann man schon mal bei Mondlicht versuchen zu belichten.
Das ist der Vorteil der sogenannten Schmalbandfotografie. Hier macht man die Bilder dann durch entsprechende Filter, die nur mehr das Licht der bestimmten Gase durchlassen. Das sind dann die H-α, O-III, S-II oder exotischere wie H-ß etc.
Damit kann man dann wirklich bei hellem Mondlicht oder stark Lichtverschmutzen Bereichen ( z.b. Herwig – aus der Wiener Innenstadt heraus!) Fotografieren. Man kann mit einzelnen Banden auch seine normalen „RGB“ Bilder anreichern und so die schwachen Nebel besser zur Geltung zu bringen.

Mit Farbkameras hat man allerdings ein Problem: Es ist ja über den Sensoren (die ja an sich nur Helligkeitsempfindlich sind) Farbfilter angebracht. Meist als „Bayer Matrix“ Und zwar jeweils Rot/Grün/Grün/Blau, aus denen dann das eigentliche Farbbild errechnet wird. Das bedeutet erstens einmal, dass ein 16 MPixel Sensor an sich nur wie eine Auflösung eines 4 MPixel Sensors entspricht. Bei der Belichtung mit einer bestimmten Lichtwellenlänge wie z.b bei O-III oder H-α wird dann von 4 Pixel auch nur eines beleuchtet. Bei O-III das blaue, bei H-α das Rote.
Deshalb erreicht man schwarz/weiß Kameras, wo über den Sensoren diese Farbfilterchen fehlen eine wesentlich bessere Auflösung. Hat allerdings dann den Nachteil, dass man dann für „normale“ Farbbilder mindestens 3 verschiedene Belichtungen braucht. Einmal eben für jeder der 3 Farben: Rot/Grün/Blau. Solange man die nicht hat, kann man kein echtes Farbbild zusammensetzen.

Brennweiten und Objektgrößen

Brennweiten vs Bildwinkel

Jeder kennt natürlich die Brennweite aus der Fotografie. Früher hatte man normalerweise eine „Sensorgröße“ nämlich den des Filmes: 35mm KB (Kleinbildformat). Mit Einführung der Digitalen Sensoren, die verschiedene Größen haben konnten war dann plötzlich sehen, dass z.b. ein Normalobjektiv (50mm KB) nicht mehr die selbe Objektivbrennweite bedurfte.
Ein kleinerer Sensor nimmt ja praktisch nur einen Ausschnitt aus dem Bild heraus, daher ist es wie mehr Brennweite.

Die heutigen „Vollformat“ KB Großen Sensoren gibt es natürlich noch, aber werden immer mehr ein Nischendasein fristen ;-). Olympus hat mit seinem Sensorformat FT ( 4/3 oder eben „Four Thirds„) einen offenen Standard geschaffen den auch Panasonic benützt. Dessen Sensor misst gerade mal 1/4 des KB Formates Daraus ergibt sich ein Faktor von 2, um Objektivbrennweiten zu vergleichen.
Ein 50mm (KB -Normalobjektivbrennweite) ist beim Olympus System dann mit einem 25mm erreicht.
Um Objektive besser vergleichen zu können wäre natürlich der Bildwinkel den sie abbilden das bessere Maß.

Hier ein paar Brennweiten/Bildwinkel (in Grad) von Objektiven am FT Sensor:

800mm: 1,55° 280mm: 4,42° 200mm: 6,2° 100mm: 12,35°
75mm: 16,4° 60mm: 20,44° 50mm: 24,4° 30mm: 39.65°
14mm: 75.38° 12mm: 84.06° 7mm: 114,18°

Umgekehrt: Um den Bildwinkel meines 800mm Teleskops an einem Kleinbild großen Sensors zu bekommen bräuchte es 1600mm Brennweite. Das ist schon recht unhandlich. Wer sich jetzt noch überlegt, dass es auch noch möglichst Lichtstark sein soll, was einfach Öffnungsweite betrifft nicht nur unhandlich, sondern auch groß und schwer. Wenn es dann auch noch um höchste Qualität geht, um vieles teurer. Wie bei den Fotolinsen: Lichtstärke (große Öffnung) bei extrem guter Abbildung wird extrem teuer.

Abschätzung der Bildwinkel

Zunächst mal wie kann man mit einfachen Mittel die Ausdehnung eines Objektes messen. Da gibt es verschieden Tricks mit der Hand am ausgestreckten Arm:
1° = Dicke des kleine Fingers 2° Daumenbreite 3 Finger: 5° Faust: 10° etc.

Einfach mal hier der Bilderlink auf Googel zum Thema

Wie große erscheinen uns jetzt die Objekte am Himmel ?

Mond und Sonne 0,5 Grad oder 30 Winkelminuten
1 Grad sind ja 60 Winkelminuten und 1 Winkelminute sind 60 Winkelsekunden (arc sec)
Bei ca. 2200mm Brennweite am Kleinbildsensor ist also Mond und Sonne formatfüllend. Bei FT Chipgröße sind das dann eben 1,1m. Bei mir mit dem 800mm Teleskop + einen 1,4x Telekonverter ist das nahezu erreicht. Ein 1,4x Telekonverter kostet eine Blende, also benötigt man doppelt soviel Belichtungszeit also ohne oder doppelte ISO.

Venus (wenn sie uns am nächsten ist) nimmt in etwas 1 Bogenminute ein, das entspricht auch in etwa das Auflösungsvermögen unserer Augen, Jupiter ist mit max. 47 Bogensekunden nicht sehr viel kleiner. Saturn mitsamt dem Ring auch in etwa. Saturn und Mars messen zwischen 25 bezw, 20 Bogensekunden, Neptun nur noch 2,3.

Albiro, der Kopfstern des Sternbild Schwan, ist wohl mit seiner Orangen und Blauen Komponente als einer der schönsten Doppelsternsysteme. Sie sind 0,5 min oder eben 30 Winkelsekunden voneinander entfernt. Also mit einem Teleobjektiv auch schon leicht zu trennen. Ebenso schön, aber nur mehr mit 10 Winkelsekunden Abstand ist Almach (Almaak) im Sternbild Andromeda leicht zu finden.
Neben dem hellen Stern Wega im Sternbild Leier findet man das Epsilon-Lyr system. Wer wirklich scharfe Augen hat, kann e1 und e2 trennen. Aber beide Sterne sind in sich auch noch Doppelsterne, und die sind nur ca. 2,5 Winkelsekunden voneinander getrennt. Nur in größeren Teleskopen kann man das trennen.

Im Winkelsekundenbereich liegt aber auch das, was unser Erdatmosphäre erlaubt. Bei mir laut den Seeingvorhersagen liegt es zwischen 1,5-3 Winkelsekunden. Wer mal den Mond bei großen Vergrößerungen betrachten konnte sieht das Flimmern.
Durch Auswahl der besten Bilder und stacken vieler Bilder kann man aber hier die Auflösung erhöhen.

Bei Teleobjektiven komme ich so auf ca 5-7 Winkel(Bogen) Sekunden beim Teleskop auf 0,6-0,8 Bogensekunden pro Pixel.

Die größten der nahen Sterne, die mit heutiger Technik aufgelöst werden können, Beteigeuze und Antares sind in etwa 0,04 Winkelsekunden groß.

Einige der bekannten Objekte am Himmel sind um vieles größer als uns der Mond am Himmel erscheint. Da ist oft der Einsatz einer guten Fotolinse schon ausreichend.
Bei Planeten benötigt man aber generell sehr hohe Brennweiten. Zum Glück sind sie aber recht hell. Aber Digitalkameras sind bei diesen Objekten sowieso nicht mehr optimal, weil man hier eher sehr viele Bilder, die nachher gemittelt werden benötigt. Das geht mit anderen günstigeren dafür ausgelegten Kameraköpfe besser. Und wir sprechen hier von 50-70 Bilder pro Sekunde und das ganze über eine Minute lang….

Das derzeitige Arbeitstier der ambitionierten Hobby Astrophotografen bildet noch immer der Kodak CAF8300 CCD Chip. Der wurde damals von Olympus in den Konsumer E-300 und E-500 DSLR Kameras verbaut. Er zeigt also das selbe Bildfeld wie unsere FT-Kameras.
Immer mehr kommen jetzt die CMOS Chips von Sony zum Einsatz. Der Panasonic CMOS Chip der in der E-M1 zum Einsatz kommt ist z.b. in den ZWO ASI1600 Kameras verbaut. Gekühlt sind diese Sensoren sehr gut, ungekühlt würde ich weder meine E-300 noch die E-M1 einsetzen wollen. Aber nur weil ich mit meinen anderen Kameras mit dem SONY CMOS bessere Alternativen habe….

Star Adventurer

Wer mit Fotolinsen und fixem Stativ versucht, dem Nachthimmel seine Geheimnisse zu entlocken stellt bald fest: Ohne Nachführung bekommt man, außer in Ausnahmefällen (extremes und lichtstarkes Weitwinkelobjektiv bei hoher ISO) nicht genügend Licht auf den Sensor, ohne dass die Sterne sichtbar am Bild wandert.
Die Sterne wandern, an den Polen am langsamsten am Himmelsäquator am schnellsten. Zu Analogfilmzeiten gab es eine Faustregel: bei Normalobjektiv (Bildwinkel einer 50mm Optik am Kleinbildformat also bei Olympus FT ein 25mm) kann man 20 Sekunden lang belichten, ohne dass Sterne am Film deutlich wanderten. Nun, ein Film ist gegenüber heutigen Auflösungen extrem „grobkörnig“. Bei den winzigen Pixel der FT Sensoren (3,8 – gar nur 3,3 µm) sieht man natürlich bereits kleinste Bewegung.
Nach der alten Regel würde das der Formel max.Bel,Zeit=500/FT Brennweite entsprechen. Vielfach kann man 250/FT Brennweite lesen, was suggeriert, dass man mit dem 7mm Weitwinkel 35 Sekunden belichten könnte. Nunja, selbst bei etwas unkritischen Betrachten der Bilder in hoher Vergrößerung wird man bei 20 Sekunden sehen, dass die Sterne zu Eiern werden. 120/FT Brennweite wird also recht gut hinkommen. Man muss aber auch bedenken: Bei Weitwinkeligeren Objektive kann man selten total exakt scharf stellen (geschweige dass das dann auch bleibt, wenn sich die Temperatur verändert) entsprechend groß werden helle Sterne sein. Und je größer, je weniger schnell sieht man deren Wanderung über den Sensor.

Anders sieht es da beim extrem scharfen mFT75/1.8 aus: Kürzlich hat es Ralph aus Wuppertal probiert mit dem mFT75/1.8 wie lange es wirklich geht: Am Äquator waren es 0,77 Sekunden auf den 16 MPixel Sensoren mit 3,8µm. Klar, bei den heute realisierbaren und noch gangbaren ISO sieht man auch bei 1 Sekunde jede Menge an Sternen, die man so nicht sehen würde. Aber es ist halt hoffnungslos unterbelichtet. Man bräuchte hier nämlich mindestens 1 Minute bis am Bild genügend Licht gesammelt wurde. Dann allerdings kann man sogar die eine oder Andere Galaxie in 500 Mio LJ ausmachen.

Also für uns bedeutet dass: 60/FT Brennweite und man ist auf der Sicheren Seite. Nahe der Himmelspole geht natürlich viel mehr. Wieviel geht, kann man ja leicht ermitteln: Belichtungsreihe mit unterschiedlichen Zeiten und kritisch am großen Schirm die Sterne ansehen…..

Lange Rege kurzer Sinn: Ohne Nachführung kommt man kaum weiter.

Nachdem ich zwei Jahre eine Kamera samt Objektiv huckepack am Teleskop verwendete um so die präzise Nachführung zu haben, habe ich mir ein kleine, aber feine Lösung angeschafft: Den Skywatcher „StarAdventurer“ und zwar das Set.
Ein ausführliche Vorstellung und Diskussion um den Star Adventurer gibt es am AstronomieForum.

Ich war überrascht wie unkompliziert das alles funktinierte. Wenn man die Anleitungen zum Einnorden ließt, denk man allerdings gleich, dass wird aufwändig. Aber zumindest Bei Sicht auf den Polarstern geht es mit der Kochab Methode sehr schnell. In Kürze: Der Stern Kochab ist im kleinen Wagen der zweithellste Stern. Der Polarstern liegt mit ihm auf einer gedachten Linie – und zwar hinter dem Himmelsnordpol, den er ja im Laufe der nacht umkreist. Fernrohre kehren aber das Bild um, sodass man nur im Polsucherfernrohr den Polarstern am Kreis zwischen der gedachten Linie und dem Zentrum bringen muss.
Also einfach aufstellen, Ausrichten der Achse auf den Himmelspol und Belichten. 1-2 Minuten sind auf jeden Fall leicht möglich, man mehr aber natürlich: Je länger die Brennweite, desto präziser muss man einnorden. Mit dem 135mm geht sich da jedenfalls noch 1 Minute aus. Bei viel mehr muss ich noch besser einnorden. Wer schwere Kameras / Optiken hat, sollte auch ein Gegengewicht anschaffen (ist im Set nicht dabei) oder als Gegengewicht eine zweit Kamera verwenden.

Achtung: Wer waagrecht Bilder am tieferen Südlichen Himmel machen will, braucht zusätzlich noch einen Kugelkopf.

Die Polsucherbeleuchtung ist allerdings sehr wackelig gelöst mit diesem Plastikteil, dass man in die Schiene steckt. Sollte man mit einem Klebstreifen sichern. Irgendwie geht es aber 😉 Korrektur: Ich habe mir mittlwerweile einen neuen Polsucher besorgt, der funktioniert jetzt wie er soll.

Hier zwei Beispiele:

Nord Amerika Nebel im Schwan mit der modifizierten E-PL6 und Samyang 135/2:

170728 NGC7000 N-Amerika Nebel & Pelikan Nebel

Und ein schnell ausgearbeitetes Bild unserer Nachbargalaxie, dass mit der E-M1.II und dem Samyang 135/2 entstanden ist:

170814 M31_44L1mI8_EM12_DC_DBE_ABE_sCC_TGV_SCNR_HTstr_mSTr_mCT_mExT_LHE

Ein schnelles Bild des Kometen Neowise im Sommer 2020 – mFT75mm:

Aber das Hauptproblem ist halt die Bildbearbeitung hinterher.

Darks – BIAS – Flats

Es gibt eine Tatsache: Jeder Sensor rauscht, keiner ist perfekt und es gibt auch keine absolut perfekte Optik. Deshalb werden Techniken angewandt, um Bildfehler die vom Sensor oder dem Optischen Aufbau kommen zu korrigieren.

Die kurze praktische Fassung, so wie es sich bei mir derzeit bewährt hat:

Nachdem die Bilder (Lights) eines Objekts oder mehrere bei gleicher Einstellung gemacht sind, mach ich die Flats, BIAS und Darks. Den Kamerainternen Dunkelbildabzug nutze ich nicht, weil er zu viel wertvolle Zeit am Objekt verbraucht.

Flats: Ich verwende eine Flatbox und halte sie möglichst gerade vor die Optik. Bei Optiken, wo man die Blende manuell einstellen muss oder am Teleskop stelle ich die Kamera auf P (Automatikmodus) und die Belichtungskorrektur auf +1,7 Blenden bei ISO200 und mache mit Serienbildfunktion (meist L) 15-30 Bilder.
Bei Fotooptiken, wo die Kamera die Blende im P Modus verstellen wird, muss man natürlich auf A (Blendenvorwahl) die Blende einstellen, die man für die Lights verwendet hat.

BIAS: Optik abdecken und bei geringst möglicher Belichtungszeit (1/8000 oder 1/4000 je nach Kamera) mit der Serienbildfunktion bei ISO200 15-30 Bilder machen.

Darks: Zwischendurch wenn Wolken durchziehen oder wenn ich alles abbaue: Objektivdeckel auf die Kamera und bei den selben Belichtungseinstellungen wie die Lights: Also ISO und Zeit und wenn verwendet Livetimemodus. Einiges an Bilder machen (4 besser aber mehr als 8), Dabei die Kamera draußen lassen damit in etwas die selbe Temperatur wie bei den Lights herrscht.

Das war es auch schon. Anfangs reicht vielleicht der kamerainterne Dunkelbildabzug, aber früher oder später wird man dann die Darks selbst machen wollen. Mit zunehmenden Kenntnissen bei der Bildbearbeitung und Beurteilung wird man Flats und BIAS Bilder berücksichtigen wollen….

Jetzt die längere Version, aber das Ganze ist, vor allem bei dem Lights in der Tiefe sehr komplex und verwirrend. Also nur mein Versuch etwas Licht in die Sache zu werfen, für mehr gibt es aber berufenere Webseiten… (siehe unten der Link auf Thomas Hennes Vortrag bei DSIG.AT im März 2018…..

Darkframes (Dunkelbilder)

Wer schon mal länger als 1 Sekunde belichtet hat und nichts in seinen Kamerasettings verstellt hat, dem wird aufgefallen sein, die Kamera tut etwas nach dem eigentlichen Bild (=Lightframe). Und zwar genau so lang, wie die Belichtungszeit war. Das ganze nennt sich Dunkelbildabzug / Darkframereduction. In der Kamera nennt sich das Rauschminderung und die steht meist auf EIN oder AUTO.

Worum geht’s: Ein Sensor hat Fehlstellen, heiße (einzelne Farbpixel oder Gruppen die auch ohne Licht zu sehen sind) oder kalte (tote) Pixel. Das ganz wird dann noch verstärkt je länger der Sensor belichtet wird. Dabei häufen sich diese Fehler und werden sichtbarer. Außerdem steigt natürlich auch die Temperatur was noch mehr Fehler und Rauschen bringt. Leiterbahnen, die vielleicht an einer bestimmten Stelle hinter dem Sensor stärker erwärmt werden führen zum „Sensor glühen“. Das Bild wird dann an einer Stelle deutlich mehr Rauschen etc.

Abhilfe: Unmittelbar nach einem Bild wird ein zweites Bild erstellt, aber ohne dass Licht auf den Senor gelassen wird. Dieses Dunkelbild (Darkframe) wird dann einfach vom Motivbild abgezogen, denn es enthält ja die Fehler. Keine Angst, auch wenn da 1000 Pixel rauschen, in der Fülle vom >10 Mio Pixel wird das kaum auffallen.

Das kann also die Kamera machen für uns, ist sogar das beste, denn es wird unmittelbar das Dunkelbild nach dem Bild gemacht, sodass nahezu der selbe Zustand des Bildes vorherrscht wie beim Bild (Lightframe). Denn ein Darkframe bei anderer Temperatur, Belichtungszeit und ISO sieht natürlich anders aus.
Hier ist also wichtig dass das Korrekturbild genau bei den selben Bedingungen gemacht wurde wie das Foto.

In der Praxis kommt man aber schnell auf ein Problem: Man verbraucht doppelt soviel (wertvolle) Zeit um ein Bild zu machen.

Das kann man umgehen in dem man vor, während oder nach dem Bildermachen selbst für die Darkframes sorgt und diese hinterher von seinen Bildern abzieht. Natürlich sollte schon die Bedingungen möglichst gleich sein, also (Sensor) Temperatur, Belichtungszeit und ISO Einstellung.

Es hängt vom Chip ab, wie stabil die Darkframes sind. Man kann sogar daran denken, eine Darkframebibliothek anzulegen, allerdings verändern sich Sensoren und man sollte sie wohl nach einiger Zeit erneuern.

Praxis
Ich für meinen Teil mit den Olympuskameras belichte üblicherweise mit Livetime, was den Sensor bei Belichtung immer wieder mal dazwischen auslesen muss und ihn so zusätzlich fordert. Und meist mache ich dann die Darkframes hinterher, wenn ich mein Teleskop etc abbaue und verstaue. Denkbar ist auch die Zeit von durchziehenden Wolken. Also: Deckel auf die Kamera oder Teleskop und bei der selben ISO, Belichtungszeit und möglichst gleicher Temperatur (also zeitnahe) genauso Belichten…. Wie immer in der Astrofotografie: Man sollte schon einige machen dann kann man auch hier Schwankungen zwischen den Bildern ausgleichen (=Masterdark). Viele Programme brauchen auch ab 4 Darks, besser 8 oder mehr Darks, damit sie nicht meckern 😉

BIAS

Gleich vorweg: BIAS ist in den Darks enthalten aber wenn man mit Flatframes arbeitet, erforderlich.

Worum geht’s. Als BIAS bezeichnet man die Verstärkung des Signals beim Auslesen des Sensor.
BIAS Frames zu erstellen ist ganz einfach: Ohne Licht die kürzest mögliche Verschlusszeit wählen. Da man das für die Flat Frames braucht, muss man es bei der selben ISO machen wie diese. Am besten bei geringster ISO. Bei Olympus ist das ISO200.

Praxis
Ich mache diese einfach nach den Flatframes: Objektivdeckel oder sonstiges, ISO200 einstellen und je nach Kamera im Mode S (Verschlusszeit) 1/2000 – 1/8000 einstellen und einiges an Bildern machen. Also einfach und schnell 🙂

Flats

Mit den Flatframes kann man die Fehler des Optischen Systems korrigieren. Also Vignetten (dieser Helligkeitsabfall von z.B. Fotolinsen, deren Helligkeit zum Rand hin abfällt), Staub/Flecken am Sensor (kommt bei Olympuskameras aufgrund des sehr effektiven „Staubschüttlers“ kaum vor), und sonstige Fehler im Optischen System.
Was sie natürlich nicht ausgleichen können – den Helligkeitsgradient am Himmel…

Die Theorie ist an sich ja einfach: Möglichst hell (so min 2/3 der Sättigung) und sie müssen im Linearen Bereich des Sensors liegen. Und hier liegt eines der Probleme: Digitalkameras für den Fotoeinsatz bilden selten linear ab, vor allem nicht im hellen Bereich, damit eben sehr helle Stellen nicht sofort ausfressen (gesättigt sein). Linear heißt: Doppeltes Signal bei doppelt so viel Licht.

Dazu kommt noch ein Problem: Kaum ein RAW Konverter öffnet die Bilder wirklich Linear, sondern werden dabei gestreckt. Das in PixInsight verwendete DCRaw kann das aber. Daher sind die in PI im Linearen Bereich geöffneten Bilder so gut wie schwarz. Aber letztlich sind es Zahlenwerte, die ein Bild repräsentieren und ob der Pixelwert tatsächlich bei 0,5 (50% Helligkeit bei PI) liegt und damit im Bild gut sichtbar ist oder nur bei 0,005 liegt (am Bildschirm einfach schwarz, solange man nicht künstlich streckt) ist für die Bearbeitung aber egal….

Es gibt verschiedene Methoden, überhaupt zu Flats zu kommen. Ich benutze da einfach eine Flatfieldbox, im Prinzip eine sehr gleichmäßig beleuchtete Fläche.

Wichtig beim Erstellen der Flats ist, dass sie bei den genau gleichen Optischen Voraussetzungen wie die „Lights“ gemacht werden. Also gleiche Blende (bei Fotooptiken), Fokus und Stellung der Kamera.
Wer alles fix am Teleskop montiert hat oder bei Fotoobjektive, die man ja normalerweise nicht frei rotieren kann im Verhältnis zum Sensor kann man natürlich die Flats aus einer selbst angefertigen Bibliothek nehmen oder bequem am nächsten Tag machen.
Ansonsten macht man sie halt nach dem Ende der Astrofotosesseion (außer es ist gerade alles angelaufen…), wo alles noch genau gleich eingestellt ist.
Und Flats brauchen nicht bei der selbe ISO gemacht werden, sondern einfach bei der geringsten ISO, also ISO200.

Mathematisch gilt: Korrigiertes Bild = (Light-Dark) / (normFlat*)

*NormFlat: Normalisiertes Masterflat=(MasterFlat-BIAS/Mittelwert(Masterflat))

Warum noch BIAS ? …..die sind doch im Dark enthalten ?! Weil die Flats gerade beim Einsatz der hellen Flatboxen ja sehr kurz belichtet werden, würden die wesentlich länger belichteten Darks (meist auch bei andererer ISO) ziemliche Löcher in die Flats und damit das Bild reissen…

Letztendlich ist doch alles sehr kompliziert, und oben habe ich es auch eher vereinfacht beschrieben, daher gleich zu dem wie es sich bislang bei mir bewährt hat, denn so Mancher hat hier immer wieder Probleme.

Thomas Henne gab uns Anfang März 2018 beim DSIG.AT Treffen einen kurzweiligen extrem informativen Vortrag über die Bildkalibrierung. Es kommt nämlich immer wieder vor, dass Flat/Dark/Bias nicht wirklich greifen, schlimmer noch: Eigenartige Ergebnisse liefern. Er ist dem Auf den Grund gegangen. Hier der Link zum Vortrag + SkyFlats

Praxis

Nach der Astrofotosession halte ich die Flatfieldbox vor die Optik, und mache mit der Serienbildfunktion, im Blendenvorwahlmodus (A) (bei Fotooptiken, damit sich die Blende nicht verstellt) und automatischer Belichtungssteuerung und Belichtungskorrektur auf +1,7 Blende (eV) 20-30 Bilder, bei ISO200.
Geht also schnell….

Die richtige Belichtung

Wie in der Fotografie auch, ist das Ausgangsmaterial entscheidend für ein gutes Bild. Aus einem falsch belichteten Bild kann man zwar noch versuchen durch Bildbearbeitung einiges zu retten oder besser: kaschieren, aber es erfordert sehr hohes Können.

Leider ist der Himmel meist nicht von bester Qualität, aber man kann zumindest bei der Standortwahl schon einiges berücksichtigen. Möglichst nicht über Lampen hinwegfotografieren oder Dächer. Ersteres verursacht unbeherrschbare Helligkeitsgradienten im Bild, letzteres kann durch aufsteigende Wärme zusätzliches „seeing“ (flimmern der Luft und damit stärker herumtanzende Sterne) bewirken.

Wichtig für uns: Um einen möglichst großen Kontrastumfang aufs Bild zu bekommen so zu belichten, dass im Histogramm der Buckel an der dunklen Seite deutlich vom (meist) linken Rand wegkommt. Er repräsentiert die vielen Pixel des Himmelshintergrund. Alles was heller ist, einige Sterne halt meist, sind in ein paar hellen Pixel die dann auch rechts (die helle Seite) oft nicht mal sichtbar sind zu finden.
Ist der Himmel heller, wandert der Histogrammbuckel immer weiter Richtung hell. Wenn das zu weit wird, vergibt man Dynamik. Es steht ja nur noch der restliche Teil für Objektinformationen zur Verfügung.

Natürlich fotografieren wir nicht in JPG sondern in RAW der Kamera. Heutige Digitalkameras haben ca. 12 Bit Farbtiefe.
Ein JPG Bild aber nur 8 Bit Tiefe. Mit 8 Bit hat man gerade mal 256 Abstufungen (2^8) zwischen Dunkel und Hell. Bei Farbbildern hat man ja 3 Farben: Rot/Grün/Blau = RGB das ergibt dann die besagten 16,77 Mio Abstufungen. Klingt viel, ist es auch, denn für unsere Auge reicht das vollkommen aus.
12 Bit bedeuten schon 4096 Abstufungen (8*2*2*2*2). Das bedeutet schon ein gewaltiger Anstieg der Dynamik!
Merke: Jedes Bit mehr bedeutet: Man kann bei einem gerade gesättigten Pixel doppelt so lange belichten, ohne dass es ausbrennt.Das bedeutet aber auch, wenn man hinterher, wenn viele Bilder addiert werden, dass man bald nicht mehr mit einem 16 bit Format auskommt, sondern dann mit 32 Bit Fileformat arbeiten muß. Bei TIFF ist man ja in der Farbtiefe an sich nicht begrenzt, aber nur wenige Programme können mit 32 bit TIFF umgehen. Speziell in der Astrofotobearbeitung hat sich da das FITS Format durchgesetzt. Am Ende der Bearbeitung reduziert man dann das Bild wieder auf das übliche JPG.Vom fixen Fotostativ wird man aber schnell merken: Man kann, abhängig von der Brennweite nur im Sekunden Bereich belichten, ohne dass die Sterne merklich zu Eiern oder Strichen verformt werden. Bedingt durch die Erdrotation. Dabei ist die Geschwindigkeit bei den Himmelspolen am langsamsten, am schnellsten beim Himmelsäquator.Als Anhaltspunkt:
Beim Olympus Extremweitwinkel 7mm (=14mm KB) ist gerade noch eine Belichtungszeit von 15-20 Sekunden möglich, ohne dass Sterne all zu sehr in die Länge gezogen werden! Bei weniger Weitwinkel entsprechen viel kürzer!

Die Bewegung der Sterne am Himmel ist je nach dem auch unterschiedlich schnell. Am Himmelsäquator ist sie am schnellsten, an den Polen am langsamsten. Für 08/15 Bilder der Milchstraße kann man bei Olympus Kameras noch mit der Formel 120/Brennweite rechnen, dennoch wird man bei kleinen Lichtpunkten sehen, dass sie in die Länge gezogen werden. Bei dicken fetten, Sternen oder wenn man nicht genau scharf stellen konnte, wird man die kleine Wanderung nicht so schnell sehen. Wer z.B. das hochauflösende mFT75/1.8 mal in Himmelsäquatornähe einsetzt und ganz kritisch das Ergebnis begutachtet, wird sehen, dass die Faustregel für die längst mögliche Belichtungszeit nur 60/Brennweite betrifft. Das währen also nicht mal 0,8 Sekunden bei den 16 MPixel Sensoren (Pixelgröße 3,8µm). Bei einer E-M1.II / PenF die den 20 MPixelsensor haben ist die Pixelgröße nur noch 3,3 µm, entsprechend müsste man noch kürzer belichten.

Also einfach probieren, wie weit man gehen kann / will. Um also mehr benötigtes Licht in dieser Zeit auf den Sensor zu bringen gibt es nur ein paar Möglichkeiten: Lichtstärkere Optik oder höhere ISO. Für einen Einstieg und Sternenfelder zu fotografieren um in aller Ruhe dann am Bild den Sternenhimmel kennen zu lernen, reicht das. Probatestes Mittel aber ist eine Nachführung, wie z.b. der SkyWatcher „StarAdventurer„. Wenn man mal die Hürden einer genauen Ausrichtung überwunden hat, kommt man da je nach Brennweite auf jeden Fall auf 2 Minuten Belichtungszeit. Bei ISO800 und F4 ist das Zentrum der Andromeda Galaxie gerade noch nicht überbelichtet.Hat man jetzt ein gut belichtetes Bild (Sterne rund, Histogrammbuckel im Dunkeln Bereich bei 20-30% und der hellste Teil gerade noch nicht ausgebrannt) zustande gebracht, macht man davon möglichst viele.Die werden dann hinterher zusammengerechnet (gestackt).

Hier ein Beispiel: Einzelbild vs. Stack und Bearbeiten

Bei mir nicht all zu hoch über den Horizont und darunter in 2km Entfernung Schloß Grafenegg, wo im Wolkenurm immer wieder große Konzertaufführungen stattfinden. SQM geht hier selten über 20.0
Hier ein Einzelbild nur verkleinert wie es aus der Kamera kommt (OOC – out of cam). Aufgrund der Himmelshelligkeit muss ich min. eine Blende schließen und statt normalerweise ISO800 kann ich nur ISO400 verwenden:

170529 RHO-Oph - Out of Cam unbearbeitet Einzelbild

Zwar auch nicht umwerfend, aber immerhin: 71 Bilder des obigen Bildes gestackt und bearbeitet zeigt schon recht gut die Faszination von Rho-Ophiuchi um den hellen Stern Antares im Sternbild Skorpion:

Bildbearbeitung in der Astrofotografie

Irgendwann man kriegt es hin, richtig belichtete Bilder zu bekommen.
Andernfalls hat man ja schon vorher das Handtuch geworfen ;-) .

Nach dem ich die ersten Hürden überwunden habe war mein Workflow:

Stacken in Deep Skystacker.
Wichtig ist dabei jedenfalls, dass man vorher in RAW fotografiert hat, und falls das RAW Format deiner Kamera nicht im DS erkannt wird, es vorher möglichst unbehandelt in ein 48bit TIFF Bild exportiert.

Strecken und Ebnen des Hintergrundes in Fitswork. Ein wichtiger Schritt ist es das Bild zu strecken. Wirklich Tutorials lesen, sonst schneidet man da sehr viel weg! Hier z.B. die Anleitung von Thomas Henne dazu.

Die Unkenntnis über die Tiefen der Bearbeitungsschritte und das Verständnis um die Dinge gehen ja Hand in Hand und bauen einem gerne mal unüberwindliche Hürden auf.

Nach dem Stacken mit DSS und Strecken mit Fitswork hab ich es jedenfalls als 16bit TIFF gespeichert und in meiner normalen Fotosoftware nachbearbeitet. Im Nachhinein gesehen, kommt man da bei manchen Objekten recht weit.

Aber irgendwann braucht man einfach Maskentechniken und sehr viel mehr Wissen was man wann macht. Denn jeder Schritt kann das Endergebnis stark beeinflussen, meist negativ.

Da kommt dann wohl der Punkt, wo man sich entscheiden muss: Photoshop oder PixInsight.

Es gibt natürlich einen Zwischenschritt, der im wissenschaftlichen Bereich stark eingesetzt wird: ImageJ – oder gleich das volle Paket mit allen Modulen: Fiji
Auch eine spezielle Version für Astrofotgrafie: Astro ImageJ.

Das ist eine Java Modulsammlung, wo Wissenschaftler für viele nervige Probleme ein Javascriptmodul geschaffen haben. Da muss man aber ganz viel englische und wohl zum Teil unverständliche Dokumentationen dazu lesen, wie es halt bei Freeware so ist.
Es gibt laufend Updates, die auch automatisch eingespielt werden können.
PixInsight ist im Grunde auch „nur“ eine solche offene Modulsammlung.

Durch den PI Intensiv Workshop gab es eine exzellente Einführung (siehe die Videos auf dsig.at) und natürlich die viele Tutorials im Netz.

So bekomme ich jetzt mal relativ schnell Ergebnisse, die weit über dem liegen, was ich davor hoffte erreichen zu können.

Noch schnell ein Beispiel anhand eines recht leichten Objekts, M13, der große Kugelsternhaufen im Sternbild Herkules.

17.8.2014 mein erstes Bild (ISO1000 60sec)

24.4.2015 neuer Versuch – (15 x 4min ISO400)

12.7.2015 erste Versuche mit PI (11 x 4min ISO800)

6.5 2016 Ein beschnittenes Einzelbild, so wie es die Kamera als JPG speichert

6.5.2016 mit PI ausgearbeitet (11 x 4min ISO400)

13.7.-28.7.2017 27x4min ISO400 + 21x4min ISO800