Bias, Darks und Flats in der Astrofotografie
Wie funktionieren Bias, Darks und Flats für die Kalibrierung von Astrofotos?
In der Astrofotografie sind Bias, Darks und Flats verschiedene Arten von Bildern, die zur Kalibrierung von astronomischen Aufnahmen verwendet werden. Diese Bilder dienen dazu, Fehler und Artefakte zu korrigieren, die während der Aufnahme oder der Verarbeitung entstehen können.
Bias Frames – Das Grundsignal entfernen
Bias Frames sind ein wichtiger Baustein in der Kalibrierung von Astrofotografien. Sie dienen dazu, das Auslesesignal des Bildsensors zu kompensieren.
Was sind Bias Frames?
Ein Bias Frame ist ein Bild, das mit der kürzest möglichen Belichtungszeit und geschlossenem Objektiv aufgenommen wird. Da die Belichtungszeit so kurz ist, sollte eigentlich kein Licht auf den Sensor fallen. Dennoch erzeugt der Sensor selbst ein kleines, aber messbares Signal. Dieses Signal wird als Auslesesignal bezeichnet und entsteht durch die elektronischen Prozesse beim Auslesen der Bilddaten.
Warum sind Bias Frames wichtig?
Das Auslesesignal ist ein konstantes Signal, das unabhängig von der Belichtungszeit ist. Es überlagert das eigentliche Bildsignal und kann insbesondere in den dunklen Bereichen eines Bildes sichtbar sein. Durch die Subtraktion von Biasframes kann dieses Signal reduziert werden, wodurch die Details in den dunklen Bildbereichen besser sichtbar werden.
Wie werden Bias Frames erstellt?
Um Bias Frames zu erstellen, wird die Kamera mit der kürzest möglichen Belichtungszeit und geschlossenem Objektiv belichtet. Es sollten eine größere Anzahl von Bias Frames aufgenommen werden, um den Mittelwert zu bilden und statistische Schwankungen zu minimieren.
Warum sind Bias Frames wichtig für die Astrofotografie?
In der Astrofotografie sind oft lange Belichtungszeiten notwendig, um schwache Objekte sichtbar zu machen. Das Auslesesignal kann in diesen langen Belichtungen zu einem erheblichen Störfaktor werden. Durch die Subtraktion des Bias Frames kann dieses Signal reduziert werden, wodurch die Qualität der Aufnahmen deutlich verbessert wird.
Das Bild besteht aus 30 Bildern a 0.05 Sek.
Das Bild besteht aus 30 Bildern a 180 Sek. Die Sensortemperatur liegt bei -5 Grad
Dark-Frames enthalten typischerweise auch die Informationen über das Bias der Kamera. Das Bias-Frame muss weggelassen werden, wenn Dark-Frames benutzt werden.
Dark Frames – Die Dunkelheit enthüllen
Darkframes sind in der Astrofotografie unverzichtbar. Sie dienen dazu, das thermische Signal und das Dunkelstromsignal des Bildsensors zu kompensieren.
Was sind Dark Frames?
Ein Darkframe ist ein Bild, das unter denselben Bedingungen wie das eigentliche Aufnahmeobjekt (gleiche Belichtungszeit, ISO-Wert, Temperatur) aufgenommen wird, jedoch mit verschlossener Objektivkappe. Da kein Licht auf den Sensor fällt, sollte das Bild eigentlich komplett schwarz sein. Doch aufgrund der Eigenschaften des Bildsensors entstehen in diesem “schwarzen” Bild dennoch Signale, die durch thermische Einflüsse und den Dunkelstrom verursacht werden.
Warum sind Dark Frames wichtig?
- Thermisches Signal: Jeder Sensor erwärmt sich leicht während der Belichtung. Diese Wärme erzeugt ein Signal, das sich als gleichmäßiges, leicht rötliches Signal im Bild zeigt.
- Dunkelstromsignal: Selbst bei völliger Dunkelheit produzieren Bildsensoren einen kleinen elektrischen Strom, der sich als zusätzliches Signal im Bild bemerkbar macht.
Wie werden Dark Frames erstellt?
Um Dark Frames zu erstellen, wird die Kamera nach der Aufnahme eines Objekts mit der gleichen Belichtungszeit und den gleichen Einstellungen noch einmal belichtet, jedoch mit verschlossener Objektivkappe. Die Anzahl der Dark Frames sollte in etwa 30-40 Bilder sein.
Warum sind Dark Frames wichtig für die Astrofotografie?
In der Astrofotografie sind oft lange Belichtungszeiten notwendig, um schwache Objekte sichtbar zu machen. In dieser Zeit verstärkt sich das thermische Signal und der Dunkelstrom. Durch die Subtraktion der Darkframes von den eigentlichen Aufnahmen kann dieses Signal deutlich reduziert werden, wodurch die Details in den Bildern besser sichtbar werden.
Flat Frames – Der Ausgleich für Ungleichmäßigkeiten
In der Astrofotografie sind Flatframes unverzichtbar, um die Qualität der aufgenommenen Bilder zu verbessern. Sie dienen dazu, Ungleichmäßigkeiten im Bildsensor und im optischen System auszugleichen.
Was sind Flat Frames?
Ein Flat Frame ist ein Bild, das unter kontrollierten Bedingungen aufgenommen wird, um die Vignettierung, Staubpartikel auf dem Sensor und andere optische Aberrationen zu erfassen. Dazu wird ein gleichmäßiges Licht auf den Sensor geleitet, beispielsweise durch einen weißen Karton, der vor dem Objektiv gehalten wird.
Warum sind Flat Frames wichtig?
- Vignettierung: Flatframes helfen, die Vignettierung zu korrigieren, also die dunkleren Ecken in einem Bild, die durch die Optik verursacht werden.
- Staubpartikel: Staubpartikel auf dem Sensor erscheinen als dunkle Flecken in den Bildern. Flatframes ermöglichen es, diese Flecken zu identifizieren und zu entfernen.
- Optische Aberrationen: Andere optische Unregelmäßigkeiten, wie z.B. leichte Verzerrungen oder Vignettierungen, können mit Hilfe von Flat Frames korrigiert werden.
Wie werden Flat Frames erstellt?
Um Flat Frames zu erstellen, wird die Kamera auf ein gleichmäßiges Licht gerichtet, beispielsweise auf einen weißen Karton, der von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Die Belichtungszeit sollte so gewählt werden, dass der Sensor nicht übersättigt wird.
Warum sind Flat Frames wichtig für die Astrofotografie?
In der Astrofotografie sind selbst kleinste Ungleichmäßigkeiten im Bild störend, da sie die feinen Details von Galaxien, Nebeln und Sternhaufen überdecken können. Durch die Verwendung von Flat Frames können diese Ungleichmäßigkeiten korrigiert werden, sodass die aufgenommenen Bilder detailreicher und kontrastreicher werden.
Unbearbeitetes Astrofoto mit Verstärkerglühen, Vignettierung und Bias-Signal
Dieses Bild zeigt ein unbearbeitetes Astrofoto, das noch nicht mit Bias-, Dark- und Flat-Frames kalibriert wurde. Daher sind verschiedene Artefakte zu erkennen, die die Qualität des Bildes beeinträchtigen:
Verstärkerglühen: In den helleren Bereichen des Bildes, insbesondere im rechten Bereich, ist ein deutliches Verstärkerglühen zu sehen.
Vignettierung: Das Bild zeigt eine deutliche Vignettierung, d.h. die Ecken des Bildes sind dunkler als die Bildmitte. Dies ist ein optischer Effekt, der durch die Bauweise des Teleskope oder der Kamera verursacht werden kann.
Bias-Signal: Im gesamten Bild ist ein leichtes Bias-Signal erkennbar. Dies ist ein konstantes Signal, das von der Elektronik der Kamera stammt.
Kalibriertes Astrofoto – Deutliche Verbesserung gegenüber unbearbeitetem Bild
Dieses Bild zeigt dasselbe Himmelsareal wie das vorherige, jedoch nachdem es mit Bias-, Dark- und Flat-Frames kalibriert wurde. Die störenden Artefakte, die im unbearbeiteten Bild deutlich sichtbar waren, sind nun weitgehend verschwunden.
Warum Dark- und Bias-Frames das Rauschen nicht reduzieren
Viele glauben, dass das Abziehen von Dark- und Bias-Frames das Bildrauschen reduziert. Das ist jedoch ein weit verbreiteter Irrtum.
Der Unterschied zwischen Signal und Rauschen:
- Signal: Ein Signal ist eine messbare Information, die in jedem Bild an derselben Stelle und mit derselben Stärke auftritt. Dark- und Bias-Frames enthalten solche Signale, zum Beispiel von der Wärmeentwicklung des Sensors.
- Rauschen: Rauschen hingegen sind zufällige Schwankungen in den Bildwerten, die von Bild zu Bild unterschiedlich sind.
Warum das Abziehen nicht funktioniert:
Indem wir Dark- und Bias-Frames abziehen, entfernen wir genau diese konstanten Signale. Das Rauschen jedoch, das zufällig ist, kann nicht einfach subtrahiert werden, da es in jedem Bild anders aussieht. Es ist, als wollte man eine zufällige Zahl von einer anderen zufälligen Zahl abziehen – das Ergebnis ist wieder eine zufällige Zahl.
Nicht kalibriert:
Kalibriert:
