Digitale Bildbearbeitung für Kometen - cometchaser.de · Bildbearbeitung Keywords:...

Digitale Bildbearbeitung für Kometen

© Stefan Beck http://www.cometchaser.de Seite 1

2. Grundlagen zu CCD/CMOS-Sensoren

2.1 Full-Frame / Interline CCD-Chips

Die kommerziell für Amateure erschwinglichen CCD-Kameras werden mit Full-Frame oder Interline-Chips angeboten. Die beiden Begriffe bezeichnen einerseits ein Verfahren, wie die Ladungsinformationen der einzelnen Pixel durch die Kameraelektronik ausgelesen werden, andererseits auch wieviel Pixel eines Sensors zur Bildaufnahme genutzt werden.

Beim Full-Frame Verfahren wird dabei die gesamte Chipfläche für die Bildgewinnung benutzt und entsprechend auch ausgelesen. Deshalb muss beim Auslesen die Chipfläche vor weiterem Lichteinfall geschützt werden. Dies geschieht bei Kameras mit Full-Frame Chips in der Regel mit Hilfe eines mechanischen Verschlusses ( Shutter ).

Bei Interline-Chips gibt es zu jedem lichtempfindlichen Element ein weiteres elektronisches Element, dass vor Lichteinfall geschützt ist und zur Aufnahme der Ladungsinformationen dient. Nach der Belichtung werden die Ladungsinformationen vom Bildelement zum Speicherelement transportiert. Da beide Elemente direkt benachbart sindgeht dies sehr schnell und es gibt keine nennenswerten Bildstörungen während der Auslesedauer. Daher benötigen diese Chips keinen mechanischen Verschluss. Durch den schnellen Transfer der Ladungsinformationen können sehr kurze Belichtungszeiten erreicht werden. Die Auflösung des Sensors ist dabei geringer, da nur die Hälfte der elektronischen Elemente zur Bildgewinnung genutzt werden kann.

2.2 Mikrolinsen

Bei CCD-Chips mit Mikrolinsentechnologie, wird bei der Herstellung vor jedem einzelnen Pixel noch eine einfache halbkugelförmige Linse angeordnet. Durch die Lichtbrechung dieser Mikrolinse können die Lichtphotonen die am Rand des Pixels bzw. knapp außerhalbankommen noch auf den lichtempfindlichen Pixel gelenkt werden. Dadurch ergibt sich im Prinzip eine größere Lichtsammelfläche und damit eine höhere Empfindlichkeit des CCD-Chips.

2.3 Anzahl der Pixel

Die Anzahl der Pixel ist zu beachten um einerseits die Größe und damit den Ausschnitt des Bildes am Himmel festzustellen, andererseits ergibt sich in Verbindung mit der Pixelgröße ( in Mikrometer ) die Gesamtgröße des Chips, die Auflösung des Bildes und den Vergrößerungsfaktor im Vergleich zum konventionellem Kleinbildfilm-Format.

2.4 Pixelgröße

Die einzelnen Pixel sind in der Regel rechteckig und besitzen eine bestimmte physikalische Größe. Die Größe wird in Mikrometer (μm ) angegeben. Die Größe der einzelnen Pixel ist wichtig für die Empfindlichkeit des Pixels (Full well capacity), d.h. je größer ein Pixel ist ( in Mikrometer ), desto mehr Ladung kann aufgenommen werden. Die physikalische Größe eines Pixel ist dabei in Verbindung mit der Teleskopbrennweite zu betrachten. Kurzbrennweitige Instrumente vertragen kleine Pixel, während langbrennweitige Geräte für größere Pixel geeignet sind. Die Auswahl eines Chips sollte daher in Bezug auf Pixelgröße, Brennweite und Seeing betrachtet werden damit die Bilder nicht over- bzw. undersampled sind.Beim Oversampling wird das Licht eines Sternes über sehr viele Pixel verteilt, die


3.3 Biasbild, Bias oder Biasframe

Ein Biasbild enthält typischerweise die Störungen die ausschließlich durch die Kameraelektronik verursacht werden. Ein Bias wird sehr kurz belichtet ( kürzest mögliche Belichtungszeit) und der Aufnahmesensor ist dabei abgedeckt. Es ist ein schnelles Darkframe.

3.4 Flatbild, Flat oder Flatframe

Ein Flatbild ist ein „normales“ Bild das sämtliche elektronische und optische Störungen enthält und eine gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche ( im Sinne der Informationsverteilung in einem Histogramm ) abbildet.Das so genannte Flat wird dazu benutzt optische Störungen durch Staubpartikel (sichtbar als Donuts) oder Vignettierung zu eliminieren. Zur Erstellung eines Flatbildes ist eine gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche ohne Helligkeitsunterschiede notwendig.Dies kann der Dämmerungshimmel, gleichmäßiger Nebel, gleichmäßige Bewölkung oder eine helle gleichmäßig beleuchtete Wand sein.Da ein Flatbild ein „normales“ Bild ist, muss ein Flatbild kalibriert werden damit es für die Eliminierung der optischen Störungen benutzt werden kann. Bei der Erstellung eines Flatbildes muss daher immer auch ein Dunkelbild und ein Biasbild (elektronische Störungen) aufgenommen werden.

Bilddaten: Flatfield, 1 x 1 Binning, Platinum XL CCD-Kamera, Kodak 402ME Chip


3. Variante 2 - schneller Komet:

Die Schritte 2.1 – 2.3 werden analog durchgeführt. Lediglich für die „Ausrichtung“ wird die Auswahl „manuell“ benutzt. Damit lässt sich dann anhand der berechneten Geschwindigkeiten des Kometen die Bilder überlagern ( Stacken ) oder über die manuelle Auswahl. Die manuelle Auswahl zeigt eine zusätzliche Auswahlbox wo das Objekt pro Einzelbild manuell markiert werden muss.

Komet C/2006 W3 (Christensen) am 25.10.2008

Damit können nahezu beliebig viele Bilder gestackt werden. In jedem Fall empfiehlt sich die Speicherung der Ergebnisse als Fits- bzw. zur weiteren Bearbeitung als TIFF-Datei ( RAW-Data ) gespeichert damit die Dynamik der aufgenommenen Bilder nicht verloren geht.

Mit Hilfe der rot umrandeten Funktionen, kann das Auswahlrechteck verschoben oder in der Größe geändert werden, der Bildausschnitt gezoomt oder die Helligkeit des Bildes für den Stackvorgang geändert werden. Insbesondere bei Kometen an der


4.4.2 Batchmodus RAW-Entwicklung

Mit dem Batchmodus können wir unter Verwendung von Masterdarks und Masterflats die RAW-Bilder direkt kalibrieren und in Farbbilder umwandeln.

1. Aufruf der Funktion „Stapel Bearbeitung“ wie unter Punkt 4.3.3 beschrieben

2. Abzug des Masterdarks


5.4 Digital Development Processing

Die Bnarbeitung von Kometenbildern führt aufgrund der geringen Belichtungszeiten zu wenig Bilddaten und in Folge der Bearbeitung zu einem erhöhten Rauschanteil im Ergebnisbild. Da es auch bei mittelhellen Kometen nicht unbedingt auf Pretty Pictures ankommt stört das Rauschen im Bild nicht immer. Ein hellgrauer Hintergrund sieht aber nicht so schön aus. Es bedarf einer weiteren Bearbeitungsmethode um solche Bilder in einen gewohnten Anblick zu verwandeln. In einigen Bildbearbeitungsprogrammen nennt sich dies einfach „DDP“ und bietet eine schnelle Methode diesen DDP-Effekt zu erzielen. Der selbe Effekt kann aber auch bei entsprechender Verwendung der Gradationskurve erzielt werden. Durch Verwendung einer S-förmigen Gradationskurve wird dieser DDP-Effekt ebenso erreicht. Nur mit mehr Einflussmöglichkeiten durch einfaches Ändern der Gradationskurve.

Auch hier gilt:Der optimale Einsatz der S-förmigen Gradationskurve muss an jedem Bild durch probierenermittelt werden. Mit entsprechender Übung und zunehmender Erfahrung gelingt dies abersehr schnell.

Nähere Informationen findet man unter http://www.asahi-net.or.jp/~rt6k-okn/its98/ddp1.htm


http://www.asahi-net.or.jp/~rt6k-okn/its98/ddp1.htm

5.6 Astroworks, Farbsäume entfernen

Die Freeware „Astroworks“ ermöglicht die spezielle Bearbeitung von Astrobildern. Dies sind im Einzelnen.

● Staubentfernung

● Farbsäume entfernen

● Bildhintergrund bearbeiten

● Dark- und Hotpixel entfernen

Im folgenden wird gezeigt wie ein Farbsaum entfernt werden kann.

5.6.1 automatische Korrektur

1. Bild laden

2. Funktion „Farbsäume entfernen“ auswählen

Beispielbild: Ein fertig bearbeitetes Bild aufgenommen mit einer Canon EOS 300D und einem 135mm Zeiss Sonnar Objektiv.


verwendeter Drehwinkel: 10 Grad

1. Ergebnisbild: Bogenförmige Staubstrukturen werden sichtbar

verwendeter Drehwinkel: 15 Grad

2. Ergebnisbild: Bogenförmige Staubstrukturen werden stärker sichtbar


Ablaufplan:

1. Fertig bearbeitetes Bild öffnen2. Bild mit Larson-Sekanina Filter bearbeiten3. 2 Versionen mit unterschiedlichem Drehwinkel erstellen und speichern4. Version mit größerem Drehwinkel im Bildverarbeitungsprogramm ( z.B. Photoline, /

Adobe Photoshop. Etc.) öffnen, dieses Bild bildet den Hintergrund5. Version mit kleinerem Drehwinkel als zusätzliche Ebene in bestehendes Bild

kopieren6. Bild mit dem kleinerem Drehwinkel in der Ebenenbearbeitung markieren7. markiertes Bild mit der Funktion „Abdunkeln“ durchbelichten, dabei die Angabe in

Prozent erhöhen bis die doppelten Stern verschwinden8. übrige Reste an doppelten Sternen müssen manuell z.B. mit dem Kopierstempel

entfernt werden.

Hinweis: Im verwendeten Beispiel wird ein invers dargestelltes Objekt verwendet (schwarze Sterne, weißer Hintergrund). Daher wird unter Punkt 7 die Funktion „Abdunkeln“ verwendet. Wird dagegen ein Positivbild (weiße Sterne, dunkler Hintergrund)verwendet, muss die Funktion „Aufhellen“ verwendet werden.

Beide Bilder sind als einzelne Ebenen in Photoline geöffnet. Die Ebene, die das Bild mit dem kleineren Drehwinkel enthält (im Beispiel mit 10 Grad) ist markiert (grauer Hintergrund).


9. Tabellen zu CCD-Sensoren, CCD-Kameras, Hersteller, Vertrieb, Software

Die aufgeführten technischen Daten wurden aus den verfügbaren Datenblättern der Hersteller und Informationen der Kamerahersteller zusammengetragen. Durch die Vielfalt der verschiedenen Modelle ( Monochrome, Farbsensor, Mikrolinsen, Anit-Blooming-Gate ) können nicht alle verfügbaren Sensortypen aufgeführt werden. Bei Interesse empfehle ich die technischen Daten der Hersteller abzurufen.Sofern keine technischen Daten angegeben sind konnten diese aus den verfügbaren Informationen nicht genau festgestellt werden.

Anhang und Tabellen:

Sensorenübersicht:

CCD-Bezeichnung

Sensortyp Monochrome / Farbsensor

Anzahl PixelHorizontalx Vertikal

Sättigung (Anzahl Elektronen pro Pixel)

Größe des Sensors in Millimetern

PixelgrößeHorizontal x Vertikal

Quanteneffizienz(mit Mikrolinsen)

Quanteneffizienz(ohne Mikrolinsen)

ABG

KAF-0261 Full Frame Monochrome 512 x 512 10,2 mm x 10,2 mm

20 µm x 20 µm Bei Wellenlängen von450, 550, 650 nm: 35%, 55%, 58%

Nein

KAF-402 Full Frame Monochrome 768 x 512 100000 6,9 mm x 4,6 mm

9 µm x 9 µm Maximal: 77%bei 400 nm: 45%

Maximal: 65%400 nm: 30%

Nein

KAF-1001 Full Frame Monochrome 1024 x 1024

24,6 mm x 24,6 mm

24 µm x 24 µm Bei Wellenlängen von450, 550, 650 nm: 40%, 55%, 65%


100000 13,8 mm x 9,2 mm

9 µm x 9 µm Maximal: 77%400 nm: 45%

Maximal: 65%400nm: 30%

Nein


55000 14,85 mm x 10,26 mm

6.8 µm x 6.8 µm Blau=55%, Grün= 70%, Rot=80%

Nein


24 µm x 24 µm Bei Wellenlängen von450, 550, 650 nm:40%, 55%, 65%

Nein


100000 27,65 mm x 18,48 mm

9 µm x 9 µm Bei Wellenlängen von450, 550, 650nm: 40%, 52%, 65%

Nein

Digitale Bildbearbeitung für Kometen - cometchaser.de · Bildbearbeitung Keywords:...

Documents

Transcript of Digitale Bildbearbeitung für Kometen - cometchaser.de · Bildbearbeitung Keywords:...