Astrofotografie mit einer digitalen Spiegelreflexkamera

1. Astrofotografie mit einer digitalen Spiegelreflexkamera Verarbeitung von DSLR-Rohdaten, Addition, Darkframe und Flatfield-Korrektur, Filter und Ästhetik

2. Inhaltsverzeichnis • Einleitung • Rohdaten erstellen • Dunkelbildabzug (Fitswork) • Addition (Fitswork) • Histogramm-Anpassung (Photoshop) • Künstliches Flatfield (Photoshop) • Filteranwendung (Fitswork) • Resultat

3. I. Einleitung Diese Präsentation soll ein Schema darstellen, mit dem schnell und effektiv Rohdaten aus der digitalen Astrofotografie zu ästhetisch ansprechenden, aber unverfälschten Bildern verarbeitet werden können. Dabei kommen Bilder im Canon-RAW-Format und die Bildbearbeitungssoftware Fitsworks (Freeware) sowie der Adobe Photoshop zum Einsatz. Die Angaben können u.U. auch auf andere Software und Dateiformate übertragen werden.

4. I. Einleitung • Zur Verarbeitung anhand dieser Anleitung wird folgende Software verwendet: • Fitswork (Freeware) http://freenet-homepage.de/JDierks/softw.htm Das RAW-Plugin muss ebenfalls installiert werden (laut Anleitung) • Adobe Photoshop CS2 (oder vergleichbares) http://www.adobe.de

5. I. Einleitung – Ziele Die Bearbeitung von Astrofotos hat folgende Ziele: 1. „Glätten“ des Rauschens • Durch Addition mehrerer Einzelbilder Thermisches Rauschen entsteht dadurch, dass einzelne Pixel durch Wärmeeinflüsse anstelle eines eintreffenden Photons „angeregt“ werden. Folgende Einflüsse verschlechtern u.a. die Bildqualität durch Rauschen: Geringes Rauschen Starkes Rauschen Niedrige Umgebungstemperatur Hohe Umgebungstemperatur Niedrige Belichtungszeit Hohe Belichtungszeit Niedrige Signalverstärkung (ISO Empfindlichkeit) Hohe Signalverstärkung (ISO Empfindlichkeit)

6. I. Einleitung – Ziele Die Bearbeitung von Astrofotos hat folgende Ziele: • „Glätten“ des Rauschens & Einsparung von Belichtungszeit • Durch Addition mehrerer Einzelbilder Einzelbild Summenbild aus 6 Bildern

7. I. Einleitung – Ziele Die Bearbeitung von Astrofotos hat folgende Ziele: 2. Entfernung von Hotpixeln & Rauschen durch Bauteilwärme • Durch Subtraktion eines Dunkelbilds Ein Dunkelbild wird erzeugt indem der Objektivdeckel bzw. der Verschluss des Teleskops während einer gesamten Belichtung auf dem Objektiv / Teleskop gelassen wird. Es muss bei gleichen Bedingungen wie die zu verbessernde Aufnahme gemacht werden, also • Gleicher Belichtungszeit • Gleicher Umgebungstemperatur • Gleicher ISO-Empfindlichkeit • Ebenfalls im RAW-Format So entsteht ein schwarzes Bild, bei dem die gleichen Pixeln ohne Anregung ausbelichtet sind, wie in der zu bearbeitenden Aufnahme.

8. I. Einleitung – Ziele Die Bearbeitung von Astrofotos hat folgende Ziele: 2. Entfernung von Hotpixeln & Rauschen durch Bauteilwärme • Beispiel: - =

9. I. Einleitung – Ziele Die Bearbeitung von Astrofotos hat folgende Ziele: 3. „Absetzen“ des Objekts vom Hintergrund • Durch Bearbeitung des Histogramms

10. I. Einleitung – Ziele Die Bearbeitung von Astrofotos hat folgende Ziele: 4. Eleminieren der Vignettierung • Durch Division durch eine Flatfield-Aufnahme Vignettierung ist ein konzentrischer Helligkeitsabfall nach außen hin. Sie entsteht z.B. dadurch, dass der rechteckige Sensor der Kamera durch Abschattung des Okularauszugs nicht gleichmäßig ausgeleuchtet wird. - =

11. I. Einleitung – Ziele Die Bearbeitung von Astrofotos hat folgende Ziele: 5. Künstliche Bearbeitungen • Durch Anwendung von sog. „Filtern“ (math. Algorithmen)

12. II. Rohdaten erstellen Einstellung der Kamera (CANON EOS XXXD): • Zu bearbeitende Fotos sollten ausschließlich im RAW-Format erstellt werden, um die komplette Farbtiefe zur Verarbeitung zur Verfügung zu haben. Im Menu 1 der Kamera kann das Format eingestellt werden: • Außerdem sollte einmalig sichergestellt sein, dass als Farbraum im Menu 2 „sRGB“ gewählt ist:

13. II. Rohdaten erstellen Einstellung der Kamera (CANON EOS XXXD): Erstellung der Objektfotos • Bei den DSLR-Kameras der Canon EOS Serie hat sich das beste Signal-Rauschverhalten bei ca. ISO 800 bewahrheitet. • Je nach Objekt sollten hier mindestens 5 bis beliebig viele Einzelaufnahmen von 300 bis 600 Sekunden Belichtungszeit erstellt werden. • Bei ganz schwachen Objekten kann auch mit ISO 1600 gearbeitet werden. • Dann sollte die Belichtungszeit aber 300 Sekunden nicht überschreiten. • Es ist außerdem sehr wichtig, die kamerainterne automatische Bildrotation auszuschalten

14. II. Rohdaten erstellen Einstellung der Kamera (CANON EOS XXXD): Erstellung der Darkframes • Unter gleichen Voraussetzungen (Temperatur, Empfindlichkeit, Belichtungszeit) werden mindestens 3 Bilder bei aufgesetztem Objektivdeckel bzw. Teleskopdeckel gemacht. Die Außentemperatur sollte notiert werden, damit diese Darkframes auch später noch verwendet werden können. In der Ordnerbenennung sollte alles dieser Informationen enthalten sein. • Flatfield-Aufnahmen müssen keine erstellt werden. Wir werden uns auf die Erstellung eines künstlichen Flatfields beschränken.

15. III. Dunkelbildabzug Dateistruktur: • Die erstellten Objektbilder werden zunächst in einen Ordner auf der Festplatte kopiert. Die Dateistruktur sollte in etwa so aussehen: C:\Bilder\Cirrusnebel • Außerdem befinden sich die Darkframes in einem separaten Ordner, z.B.: C:\Bilder\darks_300d_480s_iso800_19Grad

16. III. Dunkelbildabzug Erstellen eines Masterdarks: Software: Fitswork • Klicken auf Datei -> Masterdark/ -flat erstellen oder Funktionstaste F6 Ordner mit den Darkframes auswählen. 2. Darkframes in das rechte Feld unter dem Reiter „Darks“ ziehen. 3. Zieldatei …\Masterdark.fit wählen 4. Methode auswählen (Standard: „Mitteln“) 5. Auf Erstellen klicken 1 2 3 4 5

17. III. Dunkelbildabzug Erstellung einer Bayer-Matrix: Software: Fitswork • Öffnen sie eine beliebige der RAW-Dateien mit Fitswork • Klicken sie auf Bearbeiten -> CCD -> Farb-CCD zu RGB Bild • In der Dropdownliste „Bayer Pattern, V.N.G…“ oder „Bayer astro“ wählen. • 2. Auf das Symbol für Speichern klicken. • Speichern sie die Bayer-Matrix z.B. im Ordner C:\Bilder als „bayer.fcm“ ab. • 4. Auf „Fenster zu“ klicken (nicht „Generier Bild“) 1 2 4

18. III. Dunkelbildabzug Abzug des Masterdarks: Software: Fitswork • Klicken auf Datei -> Batch Bearbeitung oder drücken von F5 4 8 1 2 5 9 6 3 10 7 • Erste Datei der Objektbilder wählen • Zieldatei z.B. „light“ nennen • Auf „>“ klicken • 4. Als Bearbeitungsschritt „Bild subtrahieren“ wählen • Die vorhin erstellte „Masterdark.fit““ wählen • Haken wie dargestellt • Auf „>“ klicken 8. Als Bearbeitungsschritt „FarbCCD nach RGB“ wählen 9. Die zuvor erstellte Datei „bayer.fcm“ wählen 10. Auf „Start“ klicken

19. III. Dunkelbildabzug Abzug des Masterdarks: Software: Fitswork • Nun haben wir das Dunkelbild abgezogen und die Schwarz-weiß-Rohdaten nach dem Bayer-Schema in ein Farbbild gewandelt. • Die neuen Dateien würden nach unserem Benennungsschema light_000x.fit heißen. Die Ordnerstruktur des Objektbild-Ordners stellt sich nun wie folgt dar:

20. IV. Addition Summenbild erstellen: Software: Fitswork • Die bei der Dunkelbildsubtraktion entstandenen Bilder müssen nun zu einem Summenbild addiert werden. Dazu öffnen wir erneut die Batch Bearbeitung 1 5 2 3 6 4 7 8 Auf das Symbol „Neu“ klicken Als Anfangsdatei die erste der zuvor erstellten Bilder mit abgezogenem Darkframe wählen (z.B. light_0001) Die Zieldatei benennen (z.B. „result“) Auf „>“ klicken Als Bearbeitungsschritt „Zur Zieldatei addieren“ wählen Wegen Bildfeldrotation ist eine Ausrichtung an 2 Sternen nötig Funktion wählen („Add“ = Standard) Auf „Start“ klicken

21. IV. Addition Ausrichten: Software: Fitswork • Nun öffnen sich nach und nach die Einzelbilder, um die Ausrichtung an zwei Sternen vorzunehmen: Wenn nötig stellen Sie die Ansicht auf 25%, damit das ganze Bild zu sehen ist. Ziehen Sie je eine sog. „Search-Box“ um zwei möglichst diagonal liegende Sterne. Diese sollte aber nicht zu hell (Durchmesser groß) sein. Eine Search-Box kann durch halten der linken Maustaste aufgezogen werden. Klicken Sie auf „OK, weiter“ Nun öffnen sich je einzeln die Folgebilder. Sollten sich die gewählten Sterne nicht in der Search-Box befinden, kann diese durch halten der linken Maustaste an den richtigen Ort gezogen werden. Bestätigen sie jeweils mit „OK, weiter“ 1 2 3 2

22. IV. Addition Speichern: Software: Fitswork • Das fertige Bild öffnet sich in Fitswork von selbst. Auf ihm wird aber im Normalfall außer den Sternen nicht sehr viel zu sehen sein, da das Histogramm noch nicht angepasst ist. Genau das wollen wir im nächsten Schritt machen, weshalb die Datei in einem anderen Dateiformat gespeichert werden muss. • Dazu gehen wir auf Datei -> Speichern unter und wählen als Dateityp das TIFF-Format aus

23. V. Histogramm-Anpassung Gradationskurve: Software: Photoshop • Nun wechseln wir also in ein Bildbearbeitungsprogramm wie Adobe Photoshop oder ein Vergleichbares • Dort öffnen wir die zuvor gespeicherte TIFF-Datei • Auf dem Bild ist auch hier nicht viel zu sehen • Über „STRG-M“ öffnen wir die Gradationskurve. Dort können wir gewisse Helligkeitsstufen zu anderen hin verschieben. • Die Anpassungen können für alle drei Farbkanäle gleichzeitig (RGB) oder für jeden Kanal einzeln ausgeführt werden.

24. V. Histogramm-Anpassung Gradationskurve: Software: Photoshop • Wir verändern die Gradationskurve durch ziehen von Kurvenpunkten, so dass sie wie diese aussieht: • Wir bestätigen mit OK • Und führen diese Aktion noch ein zweites Mal auf die gleiche Weiße aus.

25. V. Histogramm-Anpassung Histogramm: Software: Photoshop • Im Histogramm, welches wir über die Tastenkombination „STRG+L“ öffnen, ist die Häufigkeit über jeder Helligkeit abgebildet. Wenn wir dieses nach oben begrenzen, können wir einen hohen Helligkeitsgewinn erzielen. Die Anpassungen können für alle drei Farbkanäle gleichzeitig (RGB) oder für jeden Kanal einzeln ausgeführt werden. • : • So könnte das Histogramm nach der Anpassung der Gradationskurve aussehen • Und so verändern wir den Weiß- und Grauwert • So sieht das Histogramm nach dem Klicken auf OK aus.

26. V. Histogramm-Anpassung Histogramm: Software: Photoshop • Das Bild sieht dann ungefähr so aus: Nun ist die Vignettierung deutlich zu sehen, welche wir im nächsten Schritt ausmerzen wollen.

27. VI. Künstliches Flatfield Flatfield erstellen: Software: Photoshop Zunächst klicken wir auf die Pipette Oben stellen wir ein, dass die Hintergrundfarbe als Durch-schnitt von 5x5 Pixeln gepickt wird. 1 2 4 Dann picken wir zuerst den Hintergrund in einer Ecke, wo innerhalb von 5x5 Pixeln keine Sterne vorhanden sind. Dann vertauschen wir die beiden in der Werkzeugleiste abgebildeten Farben. Und picken nun noch einen Hintergrund nahe des Zentrums der Vignettierung, aber ohne ein Gebiet mit Nebel anzuklicken. 5 3

28. VI. Künstliches Flatfield Flatfield erstellen: Software: Photoshop 3 Dann erstellen wir eine neue Ebene. Wir klicken auf das Symbol für einen Farbverlauf. In der Einstellungsleiste (oben) wählen wir den radialen Verlauf (Rest wie hier gezeigt). Wir vergewissern uns, ob wir in der neuen Ebene arbeiten. Nun klicken wir in die Mitte der Vignettierung, und halten die linke Maustaste gedrückt… …und ziehen den Mauszeiger in die Ecke, wo wir zuvor den dunkleren Farbton mit der Pipette aufgenommen haben, und lassen dort los. 2 5 4 6 1

29. VI. Künstliches Flatfield Flatfield erstellen: Software: Photoshop • Der Farbverlauf sollte in etwa so aussehen • Wir invertieren diesen mit der Tastenkombination STRG+I • Dabei müsste sowas in dieser Art herauskommen.

30. VI. Künstliches Flatfield Flatfield erstellen: Software: Photoshop Im Ebenen-Fenster wählen wir „Farbig nachbelichten“ oder „Color burn“ Dann stellen wir die Deckkraft (Opacity) so ein, dass ein ebenes, aber nicht zu schroffes Bild entsteht. 1 2 Wenn wir mit dem Ergebnis zufrieden sind, klicken wir mit der rechten Maustaste auf die hinzugefügte Ebene (Ebene 1 / Layer 1) und wählen ganz unten „Bild ebenen“ / „Flatten Image“ und die Ebenen werden vereint. Nun können wir erneut am Histogramm schrauben. Zu guter letzt abspeichern und wir sind im Photoshop fertig. 3 Hinweis: Soll Kapitel VII nicht angewandt werden und das Bild endgültig als JPEG gesichert werden, muss Bild->Modus->8Bits/Kanal (bzw. Image->Mode->8Bits/Channel) gewählt sein, bevor man das Bild als JPEG speichern kann. Ansonsten arbeiten wir mit der TIFF-Datei weiter.

31. VII. Filteranwendung Sternradius verkleinern: Software: Fitswork • Wir öffnen die TIFF-Datei in Fitswork. Wir klicken auf Bearbeiten -> Schärfen -> Sternradius verkleinern. Das Bild öffnet sich in einem neuen Fenster Ein Fenster mit den Einstellungen öffnet sich. „Radius“ beschreibt den Faktor, um welchen der Radius eines Sterns verkleinert wird. „untere Schwelle“ beschreibt die Mindestgröße eines Sterns der mit einbezogen werden soll. Wir klicken auf „Prüfen“ 1 3 2 4 5 7 Mit den Werten 2,5 für Radius und 0,2 für untere Schwelle stellt sich dieses Bild ein. Wenn Wenn wir zufrieden sind, dann auf „Okay und speichern nicht vergessen. 6

32. VII. Filteranwendung Hintergrund glätten: Software: Fitswork • Vor allem wenn nur wenige Aufnahmen zum Addieren bereit standen kann der Hintergrund noch ziemlich verrauscht aussehen: 2 Wir klicken auf Bearbeiten -> Glätten -> Gauss glätten. Erneut wird eine Kopie des Bild geöffnet und das Einstellungsfenster kommt zum Vorschein. 3 4 Wenn wir mit den Standardwerten prüfen, stellt sich obiges Resultat ein. Wenn zufrieden, dann auf Okay und Speichern.

33. VIII. Resultat • Das Rohbild, komplett unverarbeitet sah so aus: • Das nach diesem Schema bearbeitete Bild so: Lieder war hier das falsche Darkframe im Einsatz (andere Umgebungs-temperatur), weshalb am rechten Rand das Rauschen zu sehen ist. Viel Spaß beim Ausprobieren!!!