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VIDEOFOTOGRAFIE
Lucky Imaging - eine kurze Einführung
Monitor + Kalibrierung
Kollimation + Fokussierung
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Variable Parameter von AviStack
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Videofotografie des Mondes - Lucky Imaging, eine kurze Beschreibung

Die Technik der Videofotografie des Mondes, der Sonne und der Planeten ist relativ neu. Ihr Einzug in den Amateurbereich beginnt so ungefähr im Jahr 2005. Die Technik stammt - wie so vieles - aus der professionellen Astronomie. Von dort kommt auch der Name: Lucky Imaging. Sie wurde in der professionellen Astronomie eingesetzt, um enge Doppelsternsysteme mit dem theoretischen Auflösungsvermögen der eingesetzten Optik aufzulösen.

Die Technik und die Idee dahinter sind eigentlich simpel. Es werden hunderte bis tausende, sehr kurz belichtete, Einzelbilder eines Objekts aufgenommen. Durch die kurzen Belichtungszeiten wird die Luftunruhe (das Seeing) bei jedem Einzelbild praktisch "eingefroren", denn die Seeingbedingungen können sich praktisch im Milli Sekundenbereich verändern. Wer mehr über das Seeing erfahren möchte findet hier Links zu zwei Tutorien, in denen das Seeing ausführlich behandelt wird.

Durch die kurzen Belichtungszeiten sind die Einzelbilder jedoch sehr stark verrauscht. Hat man nun eine Software, die aus den vielen Einzelbildern die schärfsten herausfiltert und diese zu einem Summenbild aufaddiert wird das Rauschen stark reduziert und es lässt sich annähernd die theoretische Auflösung der Aufnahmeoptik erreichen. Das Lucky Imaging funktioniert im Amateurrbereich (leider) nur bei hellen Aufnahmeobjekten, es sei denn man setzt sehr teure, tiefgekühlte Spezialkameras ein, deren Anschaffungskosten wohl aber das Budget des normalen Amateurs weit überschreitet.

» Die Bilder rechts zeigen das beste (links) und das schlechteste Einzelbild (rechts) aus einem Avifile von 1.200 Rohbildern. Nicht nur in der Bildschärfe unterscheiden sich die Bilder, das unschärfere zeigt auch deutlich weniger Kontrast. Hier klicken zum Laden einer großen Version.
 
Monitor und Monitorkalibration

Mondbilder in bester Qualität auf einem "fremden" Monitor darzustellen ist eine Gratwanderung wie wir aus leidvoller Erfahrung zur Kenntnis nehmen mussten. Andere Einstellungen von Kontrast und Helligkeit - gegenüber dem Monitor an dem die Bildverbeitung erfolgte - führen zu "harten" Darstellungen, Helligkeitsunterschhiede werden zu stark oder zu schwach wiedergegeben, schwarze Bereiche werden grau und verrauscht dargestellt. Alle hier gezeigten Aufnahmen wurden an zwei relativ hochwertigen EIZO 21 Zoll Monitoren bildbearbeitet und zeigen sich - zumindest bei einigen Freunden - auf deren Monitore in etwa wie auf den unseren.

Wollen Sie die Bilder bestmöglich betrachten, justieren Sie Ihren Monitor so, dass das Bild des Graukeils von Weiß bis tiefschwarz gut abgestuft wiedergegeben wird.

 

 
Kollimation und Fokusierung

Das A und O für die Aufnahme von exzellenten Rohavis ist - neben den aktuellen Seeingbedingungen - eine bestmögliche Kollimation (Justierung) des SC Systems. Eine Dekollimation zeigt sich sofort an einem unsymetrischen Fangspiegelschatten bei einem grob defokussiertem Sternbild. In diesem Justagezustand, wie im Bild rechts gezeigt, ist die Aufnahme von hochaufgelösten Mond- und Planetenbilden von vorn herein ausgeschlossen. Anleitungen zur Justage von SC Systemen sind vielfältig im Internet zu finden.

Eine perfekte Kollimation des SC Systems im Fokus zeigt das Bild rechts außen.
Fokussierung

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Fokussierung. Um Probleme mit dem Spiegelshifting, welches leider auch das C14 vom Onjala Observatory hat, zu vermeiden, war das Teleskop mit einem preiswerten Baader Crayford Auszug bestückt. Die Grobfokussierung erfolgte (immer gegen den Uhrzeigersinn) über die Hauptspiegelfokussierung, die Feinfokussierung dann über den Crayford Auszug.

Warum eine Fokussierung gegen den Uhrzeigersinn? Bei einer Fokussierung gegen den Uhrzeigersinn wird der Haupspiegel zwischen Fokussierspindel und dem SkyBaffle auf Druck geklemmt. So kann der Spiegel auch bei einer Lageänderung des Teleskops nicht verkippen. Fokussiert man im Uhrzeigersinn liegt der Hauptspiegel frei und kann verkippen.

Deshalb auch folgender Tipp: Wenn Sie das SC System justieren müssen, tun Sie es ebenfalls mit einer Fokussierung gegen den Uhrzeigersinn. Denn es sollte einleuchten, dass eine Kollimation bei nicht definierter Lage des Hauptspiegels je nach anschließender Teleskoplage wieder eine Dekollimation des Systems nach sich zieht.

 
Bildaufnahme

Alle Rohavis wurden im Fokus des Celestron 14 bei einer Brennweite von 3.900 Millimeter (f/11) und einem SkyRis 445 Mono Videomodul aufgenommen. Zur Seeingberuhigung wurde ein Baader IR Passfilter eingesetzt. Weitere optische Zubehörteile, wie z.B. Zenitprisma oder Zenitspiegel, die die Abbildungsqualität beeinflussen könnten, wurden nicht eingesetzt.

Die Längen der Rohavifiles lagen in Abhängigkeit des lokalen Seeings zwischen 1.200 und 1.500 Einzelbilder. Aufnahmesteuersoftware war die serienmäßig mit dem Videomodul mitgelieferte Software ICap. Eine ausführliche deutsche Bedienungsanleitung zu ICap von uns finden Sie hier.

Die Rohavifes wurden im 8bit Modus (Videocode Y 800) und einer elektronischen Bildverstärkung (Gain) von + 10 dB aufgenommen. Die Belichtungszeiten der Einzelbilder lagen je nach Mondphase am Terminator zwischen 1/80 und
1/500 Sekunde. Aufnahmen im 8bit Modus halten die filegrößen bei der SkyRis 445M bei ungefähr 1 Gby (1.200 bs 1.500 Einzelbilder) und sind so noch gut zu händeln (Rechenzeit bei der Auswertung). Eine Graustufenauflösung des "gestackten" Rohsummenbild von 12bit ergibt sich automatisch durch die Bildaddition der Einzelbilder. So spart man jede Menge Speicherplatz auf dem Datenträger. Aufnhamen im 12bit Modus, das die SkyRis Kamera beherrscht führen zu keiner Verbesserung des Rohsummenbildes und erhöhen die filegröße enorm. Bilddownload war mit 30 Bildern pro Sekunde (1.280 x 960 Pixel) maximal.
 
Alle Rohavifiles wurden mit der Software AVISTACK V 1.8 von Dr. Michael Theusner verarbeitet. Die Software liegt unter AviStack als Freeware - inklusive einer ausführlichen deutschen Anleitung - zum Download bereit. Die Software stammt etwa aus dem Jahr 2008 und wurde annähernd zeitgleich mit einer ähnlichen Software - REGISTAX - veröffentlicht. Die erste Bildverarbeitung aus dem deutschsprachigen Raum zur Verarbeitung von Lucky Imaging Videofiles war GIOTTO (siehe Links unten auf der Seite).

Wir haben vor einigen Jahren viele Rohavis parallel mit AviStack und RegiStax verarbeitet und kamen zu dem Ergebnis, dass die
endgültigen Bildergebnisse bei der Verarbeitung mit AviStack immer ein bischen besser waren, obwohl RegiStax deutlich schneller arbeitet. Da AviStack im Batchmodus über Nacht laufen kann, spielt der Zeitfaktor für uns keine große Rolle. UND - AviStack läuft ausgesprochen stabil. Softwareabstürze sind ausgesprochen selten.

Bildverarbeitung


Wir beschreiben im folgenden kurz die Bildverarbeitung der Rohavifiles mit AviStack am Klassiker des Mondkraters Clavius. Da die Programme in etwa gleich arbeiten, kann die Abfolge auch auf RegiStax übertragen werden. Diese Arbeitsschritte können übrigens auch für Sonnenbilder übernommen werden. Alle folgenden Bilder können durch Anklicken vergrößert werden.
 
Nachdem das Rohavifile in AviStack eingelesen wurde, werden manuell zwei Punkte im ersten Einzelbild markiert, anhand derer die Software die gegenseitige Verschiebung zwischen den Einzelbildern bestimmt und anschließend die Bilder deckungsgleich ausrichtet.

Auswahlkriterien der Punkte sollten Strukturen sein, die einen deutlichen Kontrast zeigen (z.B. kleine Kraterränder zwischen Licht und Schatten).
Nach Beendigung des ersten Schritts werden so genannte Schwellwerte gesetzt. Dies erfolgt generell in einem Falschfarbenmodus. Dabei werden alle Bereiche markiert, die keinen relevanten Bildinhalt haben, also z.B. ein schwarzer Himmelshintergrund und auch gesättigte (überbelichtete Krateränder) Bildpartien.

In diesen Bereichen werden später keine Referenzpunkte gesetzt, was die Bearbeitungszeit deutlich reduziert.
Im 3. Schritt setzt AviStack automatisch Referenzpunkte für die folgenden Arbeitsschritte. Wählt man die Standardparameter, die AviStack beim Starten automatisch lädt, können dies bei einem Rohavifile von 1.280 x 960 Pixel bis zu 2.500 Referenzpunkte sein. Die Anzahl ist natürlich abhängig vom Bildinhalt. Ganzflächige Hochlandregionen des Mondes bedeuten eine große Anzahl von Referenzpunkten, Maregebiete erfordern wenig Referenzpunkte.

Sind die Referenzpunkte gesetzt, kann Arbeitsschritt 1 bis 3 als Datenfile abspeichert und später mit vielen anderen Files im Batchmodus abgearbeitet werden.
Im 4. Schritt wird das Bild in Qualitätsgebietsgrößen eingeteilt. Standard ist dabei bei uns eine Größe von 64 x 64 Pixel. AvisStack bestimmt nun in JEDEM Einzelbild und JEDEM der Quadrate die Bildqualität.

Je kleiner man die Qualitätsgebietsgröße wählt, desto länger die Bearbeitungszeit.
Nun folgt der Schritt, der die längste Bearbeitungszeit erfordert. Bei einem Avifile von 1.280 x 960 Pixel und 1.500 Einzelbilder dauert dies in Abhängigkeit von der Rechenleitung Ihres PCs ca. 30 Minuten.

AviStack berechnet nun die Verschiebung aller Referenzpunkte in den jeweiligen Qualitätsgebieten jedes der Einzelbilder und verschibt diese so, dass sie am Ende absolut deckungsgleich sind.
Nun folgt der vorletzte Schritt, die Bildaddition. Über den Schieberegler Qualitätsschwellenwert kann der Nutzer festlegen, wieviel Bilder aufaddiert werden, um das Rauschen der Einzelbilder zu unterdrücken. In unserem Fall addieren wir zwischen 12 und 13 Prozent der besten Einzelbilder.

Während zu Beginn des Lucky Imaging die Softwarepackete lediglich komplette Einzelbilder aufaddiert haben, rechnen die aktuellen Programme nun die besten Bildpartien der Qualitätsgebiete aus ALLEN Rohbildern übereinander und zwar so, dass jedes Segment in gleicher Anzahl im Endbild vorliegt und es somit keine Helligkeits- oder Kontrastunterschiede gibt.

Ist das Stacking beendet kann das fertige Rohsummenbild im 16bit .fit oder 16bit .tif Format abgespeichert werden. Arbeitet man im Batchmodus werden die Bilder im .fit Format automatisch abgespeichert.
Im letzten Bearbeitungsschritt wird das Rohsummenbild geschärft. Dazu bieten sowohl AviStack als auch RegiStax die so genannte Wavelet Filterung an. Es ist eine sehr spezielle Schärfungsfunktion, bei der man sehr geziehlt einstellen kann, welche Strukturen geschärft werden sollen (fein oder grob). Im Prinzip kann man sich vorstellen, dass das Bild in mehrere, sich überlagernde Ebenen, zerlegt wird und man sehr gezielt entscheiden kann, welche der Ebenen geschärft werden soll. Wir schärfen generell in der 1. Ebene bis zum Maximum der Amplitude von 200 bei einem Sigma von 0.2. Bei Aufnahmen, die bei exzellentem Seeing aufgenommen wurden wird auch die 2. Ebene in die Bildschärfung einbezogen.


Klicken Sie hier für einen Bildvergleich in Originalgröße zwischen Rohsummen- und Wavelet geschärften Bild
Die finale Bildverarbeitung erfolgt im Adobe Photoshop. Hier muss jeder Mond Videofotograf aber seinen eigenen Weg finden. Wir korrigieren meist nur etwas den "Tonwert". Um Bilder aufzuhellen wird die Korrekturfunktion "Tiefen und Lichter" eingesetzt.

Sind großflächige Maregebiete abgebildet (die in der Wavelet Schärfung sehr rauschanfällig sind) wird eine Bildglättung mit dem Weichzeichnerfilter "Matter machen" eingesetzt.

Bei sehr kontrastreichen Aufnahmeobjekten wie z.B den Kraterrändern von Kopernikus oder Aristarch arbeiten wir auch mit zwei unterschiedlich belichteten Rohfiles, deren Summenbilder im Photoshop in Ebenen übereinander gelegt und entsprechend bearbeitet werden. Im Endbild erscheinen dann die Kraterränder nicht überbelichtet und die dunkle Umgebung der Krater ist nicht unterbelichtet.


Zum Abschluss wird wie im Fall der Bilder der vulkanischen Strukturen die Bildbeschriftung eingefügt. Abgespeichert werden die endgültigen Bilder im .png Format, welches unkomprmierte bestmögliche Wiedergabequalität garantiert.

Variable Einstellungen bei AviStax
 
Ein wichtiger Betriebsparameter von AviStack ist die Einstellung des Korrelationsflächen Radius, der in den Default Einstellungen auf 24 Pixel gesetzt ist. Werden Rohavis bei nicht optimalen Seeingbedingungen aufgenommen, kann die Summenbildqualität bei einer Reduzierung des Radius, z.B. auf 10 Pixel leicht verbessert werden, dadurch steigt allerdings die Bearbeitungszeit. Die beiden Bilder rechts mögen dies verdeutlichen.

> Vergleich zwischen einer Korrelationsfläche von 10- und 24 Pixel an einem Ausschnitt des Mare Nectaris, nördlich des Kraters Fracastorius.

>> Vergleich zwischen verschiedenen Korrelationsflächeneinstellungen UND der Anzahl der gestackten Bildern.


AviStack heißt hier in der Bildlegende noch Theusner/IDL, die Bilder stammen noch aus der Entwicklungsphase von AviStack.
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klicken zum Laden eines größeren Bildes Je mehr Referenzpunkte, desto schärfere Bilder? Im Prinzip ist das richtig. Da AviStack die Referenzpunkte automatisch setzt, müssen die Einstellungen des Glättungsfaktors und/oder des Minimalabstandes gegenüber den Defaultwerten reduziert werden. Auch dadurch steigt die Verarbeitungszeit der Avifiles deutlich an. Das Bild links zeigt einen Vergleich.

< Kopernikus, aufgenommen mit einem 6" Zeiss APQ mit 2fach Barlowlinse (f 0 2.400mm), links 1.200-, rechts 2.200 Referenzpunkte. Die Bilder sind zum besseren Vergleich gespiegelt.
An dieser Stelle sei unserem Astrofreund Wolfgang Sorgenfrey gedankt. Er ist seit vielen, vielen Jahren einer der ganz "Großen" in der Mond- und Planetenfotografie. Von ihm haben wir in unzähligen Email Kontakten viele wertvolle Tipps und Hinweise bekommen, die es uns ermöglicht haben Mondbilder in hoher Qualität zu präsentieren. Ein Besuch seiner Website sei empfohlen.

 
Aktuelle Software zur Bearbeitung von Videofiles und online Tutorien zur Videografie des Mondes und der Planeten
 
AviStack programmiert von Dr. Michael Theusner - unsere Wahl bei der Mond- und Sonnenfotografie
RegiStax programmiert von Cor Berrevoets - unsere Wahl bei Planetenaufnahmen
Auto Stakkart programmiert von Emil Kraaikamp - von uns nicht getestet
Giotto programmiert von Georg Dittie, der Klassiker mit einer speziellen Schärfefunktion "Mexican hut" die von vielen Mondfotografen eingesetzt wird
 
Tutorial Thierry Legault: Zur Fotografie des Mondes und der Internationalen Raumstation
Tutorial Christopher Go: Moderne Planetenfotografie
 
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