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Hallo Gerd,
deine Kamera ist eine Planeten Kamera, sie ist für Sonne , Mond und Planeten geeignet aber für Deepspace solltest eine DSLR erst mal nehmen. Wenn du Planeten machst brauchste keine Darks Flats und Bias. Das brauchste bei Deepspaceaufnahmen mit der DSLR.
Sie verschönern so zu sagen dein Bild!
Hier mal was zu Darks und Co:
Dunkelbilder (Darks)
Das Wärmerauschen und das Ausleserauschen der Kamera sind leider nicht immer rein zufällig. Oftmals sind bestimmte Pixel immer zu Hell, andere immer zu Dunkel. Diese so genannten "Hotpixel" oder "Coldpixel" und auch das Wärmerauschen und das Ausleserauschen der Kamera treten auch auf, wenn man kein Objekt aufnimmt, sondern mit Deckel auf der Kamera fotografiert. (Die so entstehenden Bilder nennt man "Dunkelbilder" oder "Darks", die darin enthaltene Bildinformation nennt man auch "Dunkelstrom", das enthaltene zufällige Rauschen ist dann das "Dunkelstromrauschen".) Diesen Effekt kann man sich zu nutze machen, indem man solche Dunkelbilder von den eigentlichen Aufnahmen (auch "Lights" genannt) abzieht. Durch das Abziehen werden solche nicht-zufälligen Störungen (auch "Fixed Pattern Noise" genannt) aus dem Bild entfernt.
Da aber in den Dunkelbildern auch ein zufälliges, stochastisches Rauschen enthalten ist, wäre es schlecht, wenn man nur ein einziges Dunkelbild verwenden würde. Der darin enthaltene zufällige Rauschanteil würde nun bei jedem "Light" (also bei jedem Bild, das das Zielobjekt zeigt) beim Abziehen mit abgezogen und somit in das dadurch entstehende Bild mit eingebracht werden. Um das zu verhindern, addiert man viele solcher Dunkelbilder und teilt das dabei entstehende Summenbild anschließend Pixel für Pixel durch die Gesamtanzahl der Dunkelbilder. Das dabei entstehende Bild nennt man "Masterdark". Es enthält immer noch den "Fixed Pattern Noise", aber deutlich weniger stochastisches Rauschen, als ein einzelnes Dunkelbild.
Damit die im Dark enthaltenen Störsignale die gleichen Ausmaße haben wie diejenigen im Light, muss das Dark mit gleichen Parametern wie das Light aufgenommen werden:
Gleicher ISO-Wert/Gain der Kamera.
Gleiche Belichtungszeit.
Gleiche Sensortemperatur.
Darks sind nicht für jede Kamera "Pflicht". Es gibt durchaus DSLR Kameras neueren Datums, bei denen das Wärmerauschen bzw. das Verstärkerglühen so gering sind, dass man diese Störungen vernachlässigen kann. Gleiches gilt für viele gekühlte CCD Kameras. Hotpixel können auch Stacking-Programme herausrechnen. Andere Störungen, die durch ein Dark abgezogen werden können, lassen sich auch anderweitig durch sogenanntes "Dithern" der Lights reduzieren.
Zumindest Canon DSLRs haben auch noch einen Mechanismus eingebaut, der einem die manuelle Dark-Abzieherei abnimmt: Den Kamerainternen Darkabzug. Hierbei macht die Kamera direkt hinter der Light-Aufnahme eine zweite Aufnahme mit identischen Einstellungen aber geschlossenem Verschluß. Dadurch entsteht ebenfalls ein Dark, das dann sofort von der Kamera vom Light abgezogen wird. Da hierbei die Temperatur des Darks sehr genau mit der Temperatur des Lights übereinstimmt, sind die erzielten Ergebnisse sehr gut. Ein Nachteil dieser Methode ist aber der hohe Zeitaufwand: Darks müssen genau so lange belichtet werden wie Lights, dadurch halbiert sich die Zeit, die für die Aufnahme von Bildern zur Verfügung steht, praktisch um die Hälfte (die andere Hälfte ist die Kamera mit Dark-Belichtung beschäftigt). Ob dies akzeptabel ist, muss jeder für sich selbst entscheiden.
Dunkelbild-Mathematik, für Interessierte
Kürzlich wurden auf a.de von einem dortigen Forumsmitglied die Ergebnisse einer Testreihe veröffentlicht, bei der ein Bild mit kamerainternem Dunkelbildabzug schlechter abgeschnitten hat als ein Bild ohne jeglichem Darkabzug. Das könnte daher kommen, dass der stochastische Anteil des Störsignals größer ist als der feste Anteil (z.B. fixe Hotpixel) und daher beim Abzug des internen Dunkelbildes zwar ein kleiner fester Störsignalanteil entfernt wird, aber gleichzeitig ein größerer stochastischer Störsignalanteil hinzukommt.
Man sieht also, dass es auch von der Struktur des Störsignals und damit sowohl von der Kamera (Rauschverhalten: Fixed Pattern Noise, Ausleserauschen) als auch möglicherweise von den Rahmenbedingungen (Temperatur, Aufnahmedauer) abhängt, ob sich ein Dunkelbildabzug lohnt und welcher besser geeignet ist - interner oder externer. Da jeder Dunkelbildabzug grundsätzlich auch (stochastisches) Rauschen zur Aufnahme hinzufügt, kann es also auch möglicherweise besser sein, auf den Dunkelbildabzug gänzlich zu verzichten. Zur Untermauerung dieser Aussage hier ein Ausflug in die Theorie.
Verwendet man externe Dunkelbilder, muss es Ziel sein, die Anzahl der Dunkelbilder möglichst hoch zu halten (Anzahl Darks >> Anzahl Lights), um das zusätzlich durch die Darks eingebrachte stochastische Rauschen zu minimieren. Bei internem Dunkelbildabzug ist dieses Verhältnis ja immer 1:1 und kann nicht verändert werden. Das führt dazu dass bei internem Dunkelbildabzug das S/N Verhältnis bezüglich des Dunkelstromrauschens durch das zusätzlich eingebrachte Rauschen der Darks immer etwa 1.41 mal schlechter ist als das S/N bezüglich des Dunkelstromrauschens der Lights selbst, da das stochastische Rauschen bei der Addition von Bildern mit der Wurzel der Anzahl der Bilder steigt.
Hintergrundinformation:
Mittelt man N Lights (also addiert und durch Anzahl der Aufnahmen N geteilt) -> Signal hat Faktor N/N, bleibt als gleich, enthaltenes Dunkelstromrauschen ändert sich um SQRT(N)/N.
Addiert man zwei unterschiedlich stark rauschende Aufnahmen, so ist das Rauschen der Summe gleich SQRT( (Rauschen Aufnahme1)² + (Rauschen Aufnahme2)²Zwinker.
Beispiel mit 10 Bildern:
(1) Dunkelstromrauschen in 10 gemittelten Lights: SQRT(10)/10 -> 0,316 x Dunkelstromrauschen einer Einzelaufnahme
(2) Dunkelstromrauschen in 10 gemittelten Lights kombiniert mit 10 internen Darks: SQRT(10+10)/10 -> 0,447 x Dunkelstromrauschen einer Einzelaufnahme bzw. Faktor 1.41 zu den Lights ohne Dunkelbildabzug
(3) Dunkelstromrauschen in 10 gemittelten Lights kombiniert mit Masterdark aus 10 externen Darks: SQRT(1²+(SQRT(10)/10)²Zwinker*SQRT(10)/10 => SQRT(1,1)*SQRT(10)/10 -> 0,332 x Dunkelstromrauschen einer Einzelaufnahme bzw. Faktor 1.050 zu den Lights ohne Dunkelbildabzug. Hier wird von geditherten Aufnahmen ausgegangen.
Wie verhält es sich bei ungeditherten Aufnahmen? Hier wird das Rauschen der Dunkelbilder ja wieder linear aufaddiert, da das Rauschen des Masterdarks 10 mal an der identischen Stelle identisch eingebracht wird.
(4) Dunkelstromrauschen in 10 gemittelten Lights ungedithert, kombiniert mit Masterdark aus 10 externen Darks: SQRT((SQRT(10)/10)²+(SQRT(10)/10)²Zwinker => SQRT(1,1)*SQRT(10)/10 -> 0,447 x Dunkelstromrauschen einer Einzelaufnahme bzw. Faktor 1.41 zu den Lights ohne Dunkelbildabzug, und identisch zum internen Dunkelbildabzug!
(Diese Berechnungen betreffen nur das Dunkelstromrauschen. Für den Dunkelstrom selbst, als festes Muster, gilt lineare Skalierung, wie beim Inhalt der Lights.)
Der Unterschied zwischen (2), (4) und (3) entsteht folgendermaßen: Während bei (2) egal ist, ob man die Aufnahmen dithert oder nicht, ist bei den externen Aufnahmen (3) und (4) ein deutlicher Unterschied zu sehen. Externe ungeditherte Aufnahmen addieren das Masterdark beim Dunkelbildabzug in jedes einzelne Bild. Dadurch, dass die Bilder anschließend beim Stacken lagegleich addiert werden, addiert sich auch das enthaltene Dunkelbildrauschen mit. Da das Dunkelbildrauschen aber in jedem Einzelbild lagegleich vorhanden ist, muss es hier bei dieser Stacking-Addition als festes Muster gewertet werden und wird linear mit der Anzahl der Aufnahme stärker. Sind die Aufnahmen aber gedithert, dann ist dieses Muster des Masterdarks durch das versetzte Addieren beim Stacking immer an einer etwas anderen Stelle. Das führt dazu, dass es bezüglich dieser Stacking-Addition als stochastisches Rauschen betrachtet werden kann und sich nur mit der Wurzel der Anzahl der Einzelbilder addiert, somit also deutlich geringer eingebracht wird. Man entrauscht damit das Masterdark durch Versatz mit sich selbst.
Bei einer genügend hohen Anzahl externer Darks, welche die gleiche Temperatur wie die Lights besitzen, kann dieser Wert bei geditherten Lights auch noch weiter unterschritten werden (bei ungeditherten natürlich nicht so deutlich):
(5) Anzahl Darks = Anzahl Lights (siehe oben (3)) -> SQRT(1²+(SQRT(10)/10)²Zwinker * SQRT(10)/10 = 0,332 bei 10 Lights + Darks
(6) Anzahl Darks = 5 * Anzahl Lights -> SQRT(1²+(SQRT(50)/50)²Zwinker * SQRT(10)/10 = 0,319 bei 10 Lights und 50 Darks. Und damit nur noch Faktor 1,011 zu den Lights ohne Dunkelbildabzug.
Hier zum Vergleich ungedithert:
(7) Anzahl Darks = 5 * Anzahl Lights -> SQRT((SQRT(10)/10)²+(SQRT(50)/50)²Zwinker = 0,346 bei 10 Lights und 50 Darks ungedithert. Und damit Faktor 1,096 zu den Lights ohne Dunkelbildabzug.
Bewertung
Aus dieser Vergleichsrechnung sieht man also, dass Dithern wesentlich mehr bringt ((3): Faktor 1.050 bei #Darks = #Lights) als mehr Darks ((7): Faktor 1,096 bei #Darks = 5 x #Lights).
Das ist natürlich nur eine theoretische Betrachtung. In der Realität werden bei Serien, die mithilfe eines Leitrohres entstehen, durch die im System oft vorhandenen Flexionen ebenfalls von Aufnahme zu Aufnahme leichte Verschiebungen entstehen. Das Ergebnis tendiert dann - je nach Stärke der Verschiebung - in gewissem Maße Richtung geditherter Aufnahme. Da hierbei aber Spuren in den Summenbildern entstehen, ist das Endergebnis schlechter als bei echtem Dithern. Der Faktor Temperatur spielt natürlich auch eine große Rolle und wurde hier als ideal angenommen: Alle Lights und Darks haben die gleiche Temperatur. Weichen die Temperaturen von Lights und Darks voneinander ab, entsteht ein zusätzlicher Fehler, der auch schnell über das Maß des internen Dunkelabzugs hinausgehen kann: Nur 6 Grad Celsius Temperaturdifferenz bewirken bereits Faktor 2 beim Rauschen! Daher kann es durchaus vorteilhaft sein, den internen Dunkelbildabzug zu verwenden, wenn man nicht sicherstellen kann, dass die Temperatur der externen Darks der Temperatur der Lights gleicht.
Flats
Übliche Optiken im amateurastronomischen Bereich erzeugen eine nicht gleichmäßige Ausleuchtung: Die Randbereiche fallen in der Helligkeit ab, manchmal sogar recht deutlich. Diesen Effekt nennt man auch "Vignettierung". Bei Astronomie-Aufnahmen, speziell im Deep-Sky-Bereich, ist dieser Effekt sehr schädlich, da er verstärkt wird, wenn man die Gradationskurve in der Bildbearbeitung anhebt, um die Kontraste zu steigern. Daher versucht man, dieses Problem zu beseitigen. Eine recht gute Möglichkeit hierfür ist die Verwendung von Flats. Dabei handelt es sich um Aufnahmen von einem gleichmäßig hellen Objekt (z.B. der wolkenbedekte Himmel, die Innenseite des weißen Sternwarten-Doms, eine sogenannte "Flatbox" oder ganz einfach ein weißes T-Shirt, das man über die Tubusöffnung spannt; oder künstliche Flats, die z.B. durch extremes Weichzeichnen des Bildinhalts entstehen). Diese Aufnahmen zeigen auch die gleiche Vignettierung wie die Lights. Dividiert man nun ein Light durch ein auf 1 normiertes Flat (wo die hellsten Bereiche 1 sind, alle dunkleren Bereiche zwischen 0 und 1), so hebt man die dunkleren Bildteile in ihrem Helligkeitswert an, der hellste Bildbereich bleibt vom Wert her aber gleich. Dadurch erreicht man eine gleichmäßige Helligkeit im gesamten Bild.
Nebenbei werden durch diese Methode auch noch andere Störungen im Bild beseitigt:
Helligkeitsunterschiede, die durch Schmutz auf dem Sensor verursacht sind und
unterschiedliche Empfindlichkeit der einzelnen Sensorpixel.
Die Belichtungszeiten bei Flats werden so gewählt, dass ungefähr zwei Drittel der maximalen Bildhelligkeit erreicht werden. Bei Canon-DSLRs kann man das anhand des Histogramms in der Kamera recht gut beurteilen: Der "Hügel" im Histogramm sollte etwa beim rechten Drittel des Histogramms liegen. Der ISO-Wert spielt keine Rolle. Aber die Aufnahmeoptik sollte exakt gleich montiert und eingestellt sein wie bei den Lights. Also Kamera nicht am Auszug verdrehen, Fokus nicht verstellen, Blende bei Fotooptiken gleich wählen wie bei den Lights.
Da auch Flats ein stochastisches Rauschen enthalten, sollte man viele davon machen, addieren und durch die Gesamtzahl der Flats dividieren, also Mitteln. Außerdem sollte man von den Flats auch noch Dunkelbilder abziehen, damit das in ihnen enthaltene Dunkelstrom-Rauschen reduziert wird. Da auch die Dunkelbilder für die Flats ("Flat-Darks"Zwinker wieder Rauschen enthalten, muss man mehrere Flat-Darks anfertigen und diese anschließend zu einem Master-Flat-Dark mitteln, bevor man es von den einzelnen Flats abzieht. Die so behandelten Flats werden dann addiert und durch die Gesamtzahl der Flats dividiert. Das hierbei entstandene Bild nennt man Master-Flat. Dieses wird üblicherweise abschließend noch normiert, also alle Pixel mit einem einzigen Faktor multipliziert, so dass deren Wertebereiche den Bereich 0 bis 1 nicht verlassen.
Bias (Offset)
Manchmal besteht allerdings noch ein Problem bei der Verrechnung von Bildern: Ein Bild, egal ob Dark oder Light oder Flat, enthält als untersten, niedrigsten Bildwert eines Pixels (vom überlagerten Rauschen mal abgesehen) nicht den Wert 0, sondern einen höheren Wert. Der Grund dafür ist in der Ausleseelektronik des Sensors zu suchen. Würde diese Elektronik den Pixelspannungswert 0V zum Pixelwert (auch "ADU" genannt, von "Analog/Digital Unit) 0 machen, dann könnte es passieren, dass durch Temperatureinflüsse, durch Ungenauigkeiten bei der Herstellung und durch überlagerte Störungen manchmal auch schon eine Spannung knapp über 0 schon den ADU-Wert 0 bekäme. Echte 0V würden dann eigentlich einen negativen ADU Wert erhalten müssen. Da ADU-Werte aber immer positiv sind, muss dieser negative Wert abgeschnitten werden und im Bild die ADU 0 bekommen. Dadurch geht jedoch Information verloren. Um dies zu verhindern, werden beim Auslesen der Nutzspannung noch einige Millivolt überlagert, was dazu führt, dass der eigentliche 0V-Wert vom Sensor bei der Umwandlung zum Wert 100 wird (nur als Beispiel). Diesen "Spannungsoffset" oder einfach "Offset" nennt man auch "Bias". Verwendet man nun Bilder, die diesen Bias enthalten, für mathematische Berechnungen, dann wirkt sich dieses Offset negativ aus: Bei Multiplikationen wird es vervielfacht, bei Divisionen (z.B. bei Divisionen durch das Flat) verfälscht es ebenfalls das Ergebnis, und zwar unterschiedlich stark, je nach dem, ob das Bias im Nenner oder Zähler enthalten ist.
Um das Bias aus den zu verrechnenden Aufnahmen heraus zu rechnen, muss man ein Bild machen, das nur diesen Bias-Wert enthält. Das erreicht man, in dem man mit der Kamera eine möglichst kurze Aufnahme anfertigt. Also bei der EOS 1000D eine Aufnahme mit einer 1/4000stel Belichtungszeit. Der ISO-Wert wird so eingestellt wie bei der zu korrigierenden Aufnahme (Dark, Light oder Flat). Der Deckel bleibt auch bei den Bias-Aufnahmen auf der Kamera drauf. Auch Bias-Aufnahmen enthalten Rauschen und sollten daher immer in höherer Stückzahl angefertigt und zu einem Master-Bias verarbeitet werden (addieren und durch Gesamtanzahl dividieren). Dieses Master-Bias kann man nun von dem zu korrigierenden Bild abziehen. Es ist bei den Bias-Aufnahmen also nur einmalig nötig, von jeder ISO-Einstellung einer DSLR ein solches Master-Bias anzufertigen. Diese Bias-Aufnahmen kann man später immer wieder verwenden.
Wann braucht man Bias?
Bei vielen mathematischen Operationen mit Bildern spielt das Bias keine Rolle, vor allem beim Dark-Abzug. Dort ergibt sich nämlich der Effekt, dass ja Aufnahmen mit gleichen ISO-Werten voneinander abgezogen werden. Da das Bias in jedem Bild enthalten ist, also auch in dem abzuziehenden, und das Bias bei gleicher ISO-Zahl identisch ist, zieht man praktisch das Bias bereits beim Dark-Abzug mit vom Light ab. Das Resultat ist ein Bias-korrigiertes Bild.
Interessant werden Bias-Aufnahmen vor allem bei Multiplikation, z.B. um ein Dark, das mit leicht zum Light abweichender Temperatur aufgenommen wurde, an die andere Temperatur anzupassen. Da der Dunkelstrom und das thermische Rauschen bei zunehmender Temperatur des Sensors stärker wird, müssen Dark und Light im Idealfall bei gleicher Sensortemperatur angefertigt werden. Da das in der Praxis aber nicht immer möglich ist, entstehen hier oft zu helle oder zu dunkle Darks. Zieht man diese von den Lights ab, werden Bildteile entweder zu hell oder zu dunkel. Daher gibt es Algorithmen, die das Masterdark vorab mit einem Faktor multiplizieren, bevor sie es vom Light abziehen. Das probiert man mit verschiedenen Faktoren durch. Bei dem Faktor, bei dem nach dem Abzug ein Bild mit dem niedrigsten Rauschen heraus kommt, bleibt man und erzeugt das Dark-korrigierte Light. Die Ergebnisse dieser Methode sind deutlich besser, als wenn die Darks ohne diese Kompensation direkt abgezogen werden. Da sich das Bias im Dark bei der Multiplikation mit diesem Faktor ja auch um genau diesen Faktor verändern würde, könnte es das Bias im Light beim Abzug nicht mehr korrekt ausgleichen. Daher muss man in diesem Fall sowohl die Lights als auch die Darks vorher Bias-Korrigieren, also das Bias abziehen, damit das Bias aus der Multiplikation heraus fällt. In der Mathematik würde man sagen: Das Bias wird "ausgeklammert".
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