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Bilder entfusseln oder was machen eigentlich Kalibrierbilder

Aktualisiert: 18. Aug. 2023


Ab und an fallen in Astrogruppen Begriffe wie Flat, Dark oder Bias, alternativ wird ganz allgemein von Kalibrierbildern gesprochen. Also was hat es damit auf sich?

Zu Aller erst sei gesagt, dass ich hier nur auf die Wirkung solcher Bilder und deren Einfluss eingehen werden. Ich werde es mathematisch nicht im Detail oder korrekt erklären. Hier geht es um einen erste Einblick in die Thematik und nicht um einen all umfassenden Guide. Am Ende sollen euch die nächsten Zeilen verdeutlichen, warum es absolut sinnvoll ist, sich früh mit solchen Kalibrierbildern zu befassen, welche Tücken es gibt und welche Punkte aus meiner Sicht häufig überbewertet werden.

Also worum geht es ganz grob bevor wir auf die einzelnen Typen von Kalibrierbildern einsteigen? Wenn wir Bilder, insbesondere Langzeitbelichtungen des Nachthimmels vornehmen, dann nehmen wir eben nicht nur Daten des auserwählte Objekts auf. Einerseits haben wir den Sensor, der je nach Bauweise, Alter oder Dauer der Aufnahme unterschiedlich reagiert. Andererseits kann es zwischen Sensor und dem Objekt, also im Teleskop, Komakorrektor, auf der Linse oder der Umgebung Störeinflüsse geben, die das Bild verfälschen. Mit den verschiedenen Typen von Kalibrierbildern versuchen wir eben jene Effekte aufzuzeichnen, um sie am Ende aus den eigentlichen Bilddaten herauszurechnen.



DARK


Diese Form der Kalibrierbilder sollen Effekt des Sensors und der umgebenden Elektronik aufzeichnen. Grundsätzliche erwärmen sich Schaltkreise je länger sie bestromt werden und da bilden Kamerasensoren eben keine Ausnahme. Bei Belichtungen jenseits weniger Sekunden bewegen sich diese Effekte in Größenordnungen, die dem des eigentlichen Signals entsprechen können und damit unser Bild deutlich stören können.

Hierbei sind Effekt des Sensors selbst wie Fehlpixel, Banding oder seine Erwärmung zu nennen, aber eben auch umgebende Elektronik. Verstärker in der Nähe des Sensors können sich durch das so genannte Verstärkerglühen (Amp-Glow) sehr deutlich im Bild bemerkbar machen.



Effekt eines Verstärkers in der Nähe eines Bildsensors


Darks werden grundsätzliche mit denselben Kameraeinstellungen, wie die so genannten Lights aufgenommen, aber bei abgedunkeltem Sensor. Des Weiteren ist auch die Temperatur relevant, da Erwärmungseffekte des Sensors eine Rolle spielen. Das Teleskop oder das Objektiv spielen bei Darks absolut keine Rolle! Also Fokus, Ausrichtung der Kamera etc. sind absolut irrelevant. Darks können also abhängig von der Temperatur sowohl vor als auch nach einer Session aufgenommen werden bzw. als kleine, wieder verwendbare Dark-Bibliothek abgelegt werden

Wie nehmen wir also Darks auf? Ich möchte hier zwischen ungekühlten Kameras, zu denen auch jede DSLR zählt und dedizierten Astrokameras unterscheiden.



Dark mit Hotpixeln (weiße Punkte) und Banding (horizontales Muster)


Grundsätzliche gilt:

1. Gain oder ISO identisch zu Lights

2. Belichtungszeit identisch zu Lights

3. Kamera muss lichtdicht! verschlossen sein

4. Anzahl 20 – 30 Bilder


Gekühlte Astrokameras:

1. Temperatur wie bei Lights


Dieser Typ Kameras kann auf eine exakte Temperatur bis zu 30 Kelvin unter Umgebungstemperatur eingestellt werden. Also in einer Nacht mit -5°C stelle ich einfach -15°C am Sensor ein. So bin ich sicher, dass alle Light mit dieser Temperatur aufgenommen werden und die Darks bei eben dieser Temperatur erstellt werden können.


Ungekühlte Astrokameras und Spiegelreflexkameras wie die Canon 600D:

1. Temperatur wie bei Lights


Tja wo ist jetzt der Unterschied zur gekühlten Kamera? Es ist einfach eine Frage von Nutzen und Aufwand. Wollen wir bei ungekühlten Kameras möglichst exakte Darks aufnehmen, dann müssten wir eigentlich nach jedem Light auch ein Dark aufnehmen, damit die Temperaturen so gut wie möglich übereinstimmen. Damit halbieren wir aber unsere Belichtungszeit pro Nacht, weil wir nach jedem 5 Minuten Bild vom Objekt ein gleich langes Dark erstellen würden. Aus meiner Erfahrung reichen hier Darks, die ca. 5 Kelvin von den Lights abweichen. Sprich die Kamera am Morgen an einem dunklen Ort (Grill, Schrank etc.) draußen zu packen, um die Darks aufzunehmen, reicht vollkommen aus. Hier gilt, bitte nicht päpstlicher sein als der Papst. Saubere Darks mit 5° Unterschied sind nach meiner Erfahrung immer noch besser als keine Darks.

FLAT


Hierbei geht es um Kalibrierbilder, die sich nicht um die Elektronik des Sensors drehen, sondern um alles was zwischen Sensor und dem passiert, was wir aufnehmen wollen. Da reden wir insbesondere von Staub und Dreck im so genannten Imagetrain, also auf dem Sensor oder jedem Stück Glas (Comakorrektor, Linse, Fangspiegel etc.), das solchen Kram anziehen kann.



Flat mit reichlich Staub im Imagetrain

Aber eben auch von Abschattungen, welche durch die Geometrie der Optik entstehen können, die so genannte Vignette.

Da es hier nicht um Effekte des Sensors geht, sondern den Imagetrain, müssen Kameraausrichtung als auch Fokus exakt den Bedingungen der Lights entsprechen. Hier gibt es keinen Spielraum wie bei den Darks.

Um vernünftige Flats zu erzeugen, sollte das Bildfeld gleichmäßig, diffus ausgeleuchtet sein, also ohne erkennbare Struktur oder Lichtquelle. Für den Anfang reicht es häufig, die so genannte T-Shirt Methode anzuwenden. Also am Morgen ein weißes Baumwollshirt faltenfrei über die Teleskopöffnung legen und gegen den hellen Himmel fotografieren. Anstelle des Himmel kann auch ein helles Tablett auf der Öffnung als Lichtquelle dienen, aber häufig sind diese Geräte nicht über den kompletten Bildschirm gleich hell und können so für Fehler in den Flat sorgen. Zu empfehlen ist der Einsatz so genannter Flatfieldfolien bzw. Flatfieldboxen. Diese mit LED beleuchteten Folien, können in ihrer Helligkeit geregelt werden und bieten auch Nachts die Möglichkeit präzise ausgeleuchtete Flats zu erstellen.



Flatfieldbox auf 6 Zoll Newton



Die Belichtungszeit sollte bei gleicher ISO oder Gain so gewählt werden, dass der Berg im Histogramm schön in der Mitte sitzt. Die Werte können dabei von 0.01s bis zu 3 Sekunden reichen, je nach Equip, Filter etc. Einige Kameras scheinen bei zu kurzen Zeiten für Flats ihre Probleme zu haben, daher ist eine Sekunde als grober Richtwert sicherlich nicht verkehrt aber bei nicht regelbarer Lichtquelle wie dem Himmel nicht immer machbar.


Flat mit kreisrunder Abschattung (Vignette)

BIAS, FLATDARKS, DARKFLATS etc.


Viele Begriffe aber letzten Endes ein Ziel. Es geht im Prinzip darum Effekte des Sensor bei kurzen Belichtungen zu erfassen, also quasi sein Grundrauschen, das durch die elektronischen Vorgänge erzeugt wird. Dieser, ich nenne ihn mal elektronische Fingerabdruck, ist außerdem nicht nur in unseren Lights sondern auch in den anderen Kalibrierbildern „eingebrannt“. Und um eben jenen Effekt auch noch herausrechnen zu können, sind diese kurzbelichteten Bilder sinnvoll.


BIAS mit ausgeprägtem vertikalem Banding

Was unterscheidet nun also BIAS und FLATDARK? Ein BIAS wird bei abgedunkelter Kamera, gleicher ISO oder Gain wie die Lights und mit der kürzest möglichen Belichtungszeit aufgenommen. Ein FALTDARK dagegen mit exakt den gleichen Einstellungen wie das FLAT zuvor.

Ja technische unterscheiden sich die beiden Bilder also auf Grund der unterschiedlichen Belichtungszeit und sollten wahrscheinlich nicht in einen Topf geworfen werden. Ich habe Anfangs mit echten BIAS Bildern gearbeitet. Seit dem ich nun eine Flatfieldbox einsetze, nehme ich in einem Rutsch Flats und Flatdarks auf und verzichte auf separate BIAS frames. Bisher sehe ich keinen Unterschied zwischen den beiden Ergebnissen.



Fazit


Werden die Kalibrierbilder beim Stacken der Bilder des Objekts entsprechend mit verrechnet, eine Funktion die alle gängigen Astrosoftware von DeepSkyStacker über Siril bis hin zu PixInsight bieten, dann verbessert sich die Qualität des Summenbildes zum Teil dramatisch und ermöglicht uns eine deutlich tiefere und auch einfachere Bildentwicklung.

Ohne sauber Flat Kalibrierung

Mit passendem Flat

Rauschen durch den Sensor wird deutlich reduziert, Gradienten also Helligkeitsverläufe sind, wenn noch vorhanden, einfacher in den Griff zu bekommen. Zu guter Letzt sind auch Bildfehler, die durch Staub oder Partikel verursacht wurden, vollständig verschwunden, ohne dass wir in der Bearbeitung Klimmzüge machen müssen. Kalibrierbilder sollten also zu jedem Deepsky bzw. Langzeitshooting dazu gehören, ohne macht man sich das Leben nur unnötig schwer.


Clear skies

Andreas

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