Stapeln von Bildern (Stacking)

Stacking (Stapelung)

Der Vorgang mehrere Einzelbilder zu einem Gesamtbild zu verrechnen wird auch Stacking oder zu deutsch Stapelung genannt. Es handelt sich um einen rechenintensiven Prozess, der am Computer ausgeführt werden muss. Die auf dieser Webseite gezeigten Beispielbilder wurden entweder mit dem Programm Deep Sky Stacker oder mit dem Programm Fitswork gewonnen. Beide Programme sind Freeware und verfügen über eine umfangreicher Online- und Offlinedokumentationen.

Schematische der Bildbearbeitungskette beim Stapeln von Astrofotos. Bei der Astrofotografie ohne Nachführung werden sehr viele Aufnahmen mit kurzer Belichtungszeit zu einem einzigen Bild verrechnet.

Stackingprogramme benötigen drei verschiedene Bildarten als Eingabe: Lightframes, Darkframes und Flatframes. Lightframes sind die eigentlichen Bilder. Sie enthalten die Motivinformationen, also Sterne, Galaxien oder Nebel. Darkframes sind Bilder, die mit geschlossener Objektivkappe aufgenommen wurden. Sie enthalten keine Bildinformationen, liefern aber Hinweise auf den elektrischen und thermischen Zustand des Bildsensors. Flatframes sollen dabei helfen Fehlinformationen, die durch Vignettierung und Sensorverunreinigungen entstehen zu eliminieren.

Lightframe, Darkframe und Flatframe einer Aufnahme der Andromedagalaxie. Die Bilder wurden mit 2 Sekunden Belichtungszeit aufgenommen. Die Brennweite betrug 200 mm bei f/2.8 und ISO 12800. Das Darkframe wurde zwecks besserer Illustration stark verstärkt.

Lightframes

Die Anzahl der notwendigen Lightframes bei der Astrofotografie ohne Nachführung ist hoch. Man sollte nie weniger als 100 Bilder aufnehmen, da die Gesamtbelichtungszeit sonst zu gering ist und zu wenig Bilder vorhanden sind um das Rauschen wirksam zu unterdrücken. Die Qualität der einzelnen Frames ist infolge der notwendigen hohen ISO Werte gering. Beim fotografieren dunkler Galaxien kann es sein, das die Galaxie im Lightframe kaum zu erkennen ist.

Die maximal mögliche Belichtungszeit der Einzelbilder hängt von der Brennweite des Objektivs und der Position des Zielobjektes am Himmel ab. Bei 200 mm Brennweite sollte man nicht mehr als 3 Sekunden belichten, bei größerer Brennweite nur noch maximal 2 Sekunden. Zu lange Belichtungszeiten können dazu führen, dass es beim Stacken zu Problemen mit der Sternerkennung kommt wodurch die Einzelbilder nicht mehr verwendbar sind.

Wo ist die Whirlpool Galaxie?
(Maus hierher bewegen)
Das Bild zeigt ein Einzelframe der Whirlpool Galaxie und die Qualitätsverbesserung durch Stapeln von Bildern. Aufgenommen mit ISO 12800 bei 2 Sekunden Belichtungszeit und 200 mm Brennweite (Canon EOS 50D).

Darkframes

Darkframes sind Aufnahmen, die mit geschlossener Objektivkappe aufgenommen wurden. Normalerweise müssten diese Bilder komplett schwarz sein. Thermische und elektrische Einflüsse innerhalb der Kamera führen allerdings dazu, dass der Sensor auch bei fehlenden Lichtinformationen schwache Signale aufzeichnet. Diese enthalten keine Lichtinformationen, geben dafür aber Aufschluss über Störeinflüsse, die auf den Kamerasensor wirken. Das sind Effekte wie z.B. Dunkelrauschen, Verstärkerglühen oder Hot Pixel. (Hot Pixel sind Sensorelemente, die immer "an" sind). Die Darkframes werden durch die Stackingsoftware von den Lichtframes abgezogen um diese Effekte zu minimieren. Damit das funktioniert, müssen Darkframes mit den gleichen Kameraeinstellungen (ISO, Belichtungszeit) und bei den gleichen Umweltbedingungen (Temperatur) wie die Lightframes aufgenommen werden.

Um statistische Effekte zu minimieren werden die Darkframes ebenfalls gemittelt. Da man bei der Astrofotografie ohne Nachführung mit hohen ISO Werten arbeitet ist auch der Rauschanteil der Darkframes entsprechend hoch. Die Anzahl der Darkframes sollte daher ebenfalls hoch sein. Für die hier gezeigten Aufnahmen wurden in der Regel circa 40-60 Darkframes erzeugt. Die Darkframes wurden jeweils am Ende einer Fotositzung erstellt.

Viele moderne Kameras sind in der Lage den Dunkelbildabzug automatisch durchzuführen. Wenn dieser Modus aktiv ist, nimmt die Kamera nach dem eigentlichen Bild automatisch ein weiteres Dunkelbild auf und zieht dieses von dem Originalbild ab. Bei manchen Kameras erfolgt der Dunkelbildabzug automatisch bei langen Belichtungszeiten und ist nicht abschaltbar (z.B. Panasonic Lumix FZ-200). Wenn dieser Modus aktiviert ist, entfällt die Notwendigkeit Dunkelbilder manuell aufzunehmen.

Die Verwendung des automatischen Dunkelbildabzuges vereinfacht die Nachbearbeitung, verdoppelt aber die Belichtungszeit. Jedes Lightframe bekommt ein eigenes Darkframe, das zeitnah zum Lightframe aufgenommen wurde. Die Sensortemperatur ist also praktisch gleich. Infolge der verdoppelten Aufnahmezeit kann man insgesamt allerdings weniger Lightframes aufnehmen. Trotzdem ist insbesondere für Einsteiger der automatische Dunkelbildabzug unbedingt zu empfehlen, wenn die Kamera ihn unterstützt.

Flatframes

Die Flatframekorrektur ist insbesondere bei der nachgeführten Astrofotografie von Bedeutung. Für die im Rahmen dieser Webseite gezeigten unnachgeführten Bilder wurde auf eine Flatframekorrektur verzichtet. Der Vollständigkeit halber soll hier dennoch kurz darauf eingegangen werden.

Flatframes werden aufgenommen um Inhomogenitäten in der Bildausleuchtung (Vignettierung) und Verschmutzungen des Sensors auszugleichen. Bei der Aufnahme der Flatframes sollte sich die Kamera in der gleichen Orientierung befinden, wie bei der Aufnahme der Lichtframes. Fokus- und ISO Einstellungen sollten ebenfalls mit den Lichtframe-Einstellungen übereinstimmen. Die Kamera sollte im AV Modus betrieben werden um Über- und Unterbelichtungen zu vermeiden.

Die Einfachste Methode zur Gewinnung von Flatframes ist die sog. T-Shirt Flat Methode. Dabei wird die Objektivöffnung einfach mit einem weißen T-Shirt bedeckt. Anschließend wird das Objektiv auf eine helle Fläche gerichtet und eine Bilderserie gemacht (10-20 Frames). Als helle Fläche kann eine beleuchtete Wand, der Himmel (vor Beginn der Beobachtung) oder ein Computermonitor dienen, der ein rein weißes Bild anzeigt. Im Handel werden auch spezielle Flat Field Boxen angeboten.

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