AUFNAHMETECHNIK SANDWICHBILDER (STACKING)

Planetenaufnahmen Deep Sky Blooming Seeing Kometen

Die Aufnahmetechnik "Sandwich" oder wie die Amerikaner sagen, das "Stacking" von Bildern bedeutet, das mehrere zeitnah hintereinander aufgenommene Bilder des selben Beobachtungsobjektes zu einem Einzelbild zusammengerechnet werden. Dabei werden die Bilder - möglichst im Subpixelbereich - deckungsgleich geschoben und danach zwei oder mehrere Bilder addiert. Dabei wird für jedes Pixel jedes einzelnen Bildes der entsprechende ADU-Wert mit den ADU-Werten der identischen Pixeln der anderen Bilder adiert. Das Ergebnis ist natürlich eine Vervielfachung des ursprünglichen ADU-Wertes einer einzelnen Aufnahme.

Addiert man viele kurzbelichtete Aufnahmen, steigt der Signalpegel und das Bildrauschen einer kurzen Einzelaufnahme geht zurück. Die Graphik links soll dies auf einfache Art verdeutlichen. Das "Signal to Noise" Verhältnis in der Addition wird gegenüber einem Einzelbild deutlich verbessert.

Auch das Histogramm zeigt die verbesserten Werte einer solchen Bildaddition. Links das Histogramm einer 120 Sekunden Belichtung einer schwachen Galaxie, rechts das Histogram einer Addition von fünf 120 Sekunden Belichtungen des gleichen Objektes. Die ADU-Werte sind höher und die Dynamik der Aufnahme breiter (mehr Graustufen)

Stacking, bzw. die Sandwichtechnik wird hauptsächlich für Planeten- und Deep Sky Aufnahmen eingesetzt. Für Mondaufnahmen mit CCD-Kameras spielt die Technik keine Rolle, oft aber für Aufnahmen mit herkömmlichen Webcams. Planetenaufnahmen:

Hier kommt die Technik zum Einsatz, um viele möglichst kurz belichtete (um das Seeing "einzufrieren") Aufnahmen, die natürlich dementsprechend verrauscht sind, zu einem rauschfreien Bild mit hoher Dynamik zusammenzusetzen.. Dabei müssen die Aufnahmen in möglichst kurzer Zeit belichtet werden, weil es sonst durch die schnelle Rotation der großen Planeten zu Bildunschärfen kommt. Zum Zusammensetzen der Bilder braucht man natürlich eine geeignete Software. Nach dem Übereinanderrechner der vielen Einzelbilder ist das Ergebnis rauschfrei. Allerdings bedarf es auch rafinierter Bildverarbeitung um ein solches Bild wie dieses hier zu erzeugen. Ich denke, dass die Bildverarbeitung von Planetenaufnahmen wesentlich schwieriger ist, als die Bildverarbeitung für den Deep Sky Bereich.

Hier muß viel mit Schärfefiltern gearbeitet werden und da braucht es viel Erfahrung zu entscheiden, sind die Bilddetails noch echt oder bereits über die Software hineingerechnet.

Selbstverständlich lassen sich über die RGB-Technik auch Farbbilder der Planeten aufnehmen. Hier gilt der zeitdruck noch mehr, da noch mehr Einzelbilder produziert werden müssen und der Planet in dieser Zeit nicht stillsteht. Alle drei Saturnbilder:© Plinio Camaiti, Phillips Toucam Pro Webcam mit einem Celestron 11 und Baader Fluorid Flatfield Konverter

Ein weiteres Beispiel für hochauflöste Planetenaufnahmen im RGB- Sandwichmodus zeigt nebenstehendes Marsbild, aufgenommen mit einem 11" Schmidt-Cassegrain und einer SBIG ST-5C von einer Balkonsternwarte. Die Aufnahme stammt © von Antonio Cididao/SBIG, einem portugiesischen Amateur. Zur Zeit ist er wohl einer der weltbesten Planetenfotografen. Literaturhinweise zu seiner Aufnahmetechnik finden Sie auf unserer Webseite Literatur und Links

Ein anderes Beispiel für die Sandwich-Technik zeigt das rechte Bild (zur vergrößerten Ansicht einfach das Bild klicken). Es besteht aus zwei Aufnahmen der gleichen Himmelsgegend mit einem zeitlichen Abstand von 7 Tagen belichtet. Aufnahmeinstrument war ein 150/1200 mm Refraktor mit einer SBIG ST-7E. Belichtungszeit je 10 Minuten. Auf beiden Aufnahmen ist der Planet Pluto mitabgebildet, der sich in den 7 Tagen natürlich ein Stück auf seiner Umlaufbahn weiterbewegt hat. Das Bild ist animiert, sie sehen Pluto zwischen beiden Positionen hin- und herspringen.

Ein wichtiger Hinweis: Auch in der RGB- oder LRGB Aufnahmetechnik wird das Stacking eingesetzt, um die Farbauszüge übereinander zu rechnen. Wird die RGB-Technik eingesetzt, empfiehlt es sich dringend zuerst die Blauauszüge aufzunehmen. Das Seeing, selbst wenn es relativ konstant ist, unterscheidet sich im roten und im blauen Spektralbereich deutlich. Es ist im blauen oft deutlich schlechter. Starten Sie also immer mit Blaubildern, denn wenn Sie hier keine brauchbaren Bilder aufnehmen können, nützen Ihnen die Rot- und die Grünauszüge auch nichts. Und ein weiterer Hinweis: Planetenaufnahmen in der RGB-Technik lassen sich mit Spiegelteleskopen einfacher aufnehmen, da man nicht auch noch mit der Restchromasie von Refraktorobjektiven "kämpfen" muß. Bei einfachen Fraunhofer Objektiven muß zwischen Rot-, Grün- und Blaubildern sicher nachfokussiert werden. Für die SBIG Kameramodelle STV, ST5-C und ST237A gibt es von SBIG eine spezielle Aufnahmesoftware namens Planet Master Software. Hier kann ein Referenzbild abgespeichert werden. Dann kann man im sogenannten AUTO GRAB MODUS der Software automatisch eine bestimmte Anzahl von Einzelbildern aufnehmen lassen, wobei nur Bilder besserer Qualität als das Referenzbild wirklich abgespeichert werden. Dies erspart dann oft dutzende oder hunderte von Einzelbildern einzeln anzuschauen und daraus die besten zum Stacking auszuwählen.

Deep Sky Aufnahmen: Im Deep Sky Bereich wird das Stacking eingesetzt, um Schwächen der Montierung zu kaschieren oder um bei Kameramodellen ohne Anti Blooming Gate bei hellen Aufnahmeobjekten die Blooming Streifen zu mindern oder ganz zu vermeiden. Schwächen der Montierung sind im allgemeinen in schlechter Nachführqualität oder fehlendem Deklinationsmotor zu suchen. Auch eine ungenaue Aufstellung der Montierung begrenzt - speziell beim Einsatz langer Aufnahmebrennweiten - die erforderliche Belichtungszeit. TIPP: Stacking bei Deep Sky CCD-Aufnahmen kann einiges bewirken, soll aber nicht darüber hinwegtäuschen, dass man damit die erreichbare Grnezgröße kaum steigern kann. Lassen Montierung, Seeing und andere Einflüsse Langzeitbelichtungen zu, ist ein 30minütiges Einzelbild immer der Aufnahme von z.B. 30x1 Minute vorzuziehen. Restfehler - wie z.B. das Ausleserauschen - hat man bei der Einzelaufnahme nur einmal, beim Stacking im obigen Beispiel 30mal..

Klicken Sie auf das Bild links wird ein Beispielbild gezeigt, welches die Bildaddition von verschieden vielen Einzelbildern zeigt. Auch hier haben SBIG Kameras über die patentierte Track and Accumulate Software "die Nase vorn". Diese Software setzt Ihnen bis zu 64 Einzelbilder subpixelgenau vollautomatisch zusammen. Das erspart viel Zeit am Rechner, wel nur noch das resultierende Einzelbild verarbeitet werden muß

Blooming: Bestimmte Objekte, wie z.B. helle Sternhaufen lassen sich mit Kameras ohne Anti Blooming Gate nur in der Sandwichtechnik über kurz belichtete Einzelaufnahmen erfassen. Durch Klicken auf das Bild links wird ein Sandwich in voller Auflösung geladen. Es zeigt NGC 884, aufgenommen mit einer SBIG ST10-XME und einem 5" Refraktor bei f = 860 mm Brennweite, bestehend aus 20 Einzelbildern, die je 10 Sekunden belichtet wurden. Die Grenzgröße der Aufnahme liegt bei ca. 17. Größenklasse! Seeing: Der Auto Grab Modus der SBIG - Kameras ermöglicht es viele kurz belichtete Einzelaufnahmen z.B. von einem Doppelstern mit der Sandwichtechnik zusammenzusetzen. Das Seeing wird gemittelt und das Ergebnis ist ein völlig rauschfreies Bild. Kometen: Bei Kometenaufnahmen ist bei einer Bildaddition die Eigenbewegung des Kometen zu berücksichtigen. Hier dürfen die Einzelbilder nicht für die Sterne subpixelgenau übereinandergerechnet werden, sondern die Bilder müssen auf den Kometenkern zentriert werden. Andernfalls werden Strukturen im Kometenkern völlig unscharf oder völlig unsichtbar.

Hat man Objekte die sich sehr schnell bewegen, kommt man um das "stacken" von Einzelbildern nicht umhin. Das Bild rechts zeigt als Beispiel Aufnahmen des Kometen Encke aus dem November 2003. Encke bewegte sich zu dieser Zeit mit ca. 300"/h, also mit ca. 5"/min. Das Bild links ist eine Einzelbelichtung von 600 Sekunden Dauer, das rechte Bild ist eine Addition auf den Kometenkern von 9 Einzelbildern, je 60 Sekunden Belichtungszeit.

Da die Bilder auf den Kern zentriert sind, bilden sich die Sterne als Strichspur ab. Eigentlich wurden 10 Bilder belichtet, bei einem flog leider ein Flugzeug mit Beleuchtung genau durch das Bildfeld und machte das Bild unbrauchbar. Daher auch die Lücke in den Strichspuren. Aus den Einzelbildern kann man mit entsprechenden Programmen (z.B. Paint Shop Pro) dann auch kleine "Filmchen" herstellen. Das Beispiel links zeigt die Bewegung von Encke vor den Sternen und besteht aus 20 Einzelbildern.

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