Astrofotografie – Autoguiding mit PHD2 Guiding

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Autoguidung ausprobieren

Ich hatte meine Astro-Ausrüstung im Jahre 2016 so ausgesucht, dass auch das sog. Autoguiding möglich ist – obwohl ich nicht so recht wusste, ob ich das eigentlich brauchen würde.
Zum generellen Punkt der Nachführung habe ich einen separaten Artikel geschrieben.

Aber ich möchte ja “alles” mal ausprobieren.

  • Meine Montierung ist eine iOptron SmartEQ Pro und verfügt über einen ST-4 Port, der ASCOM-Treiber unterstützt aber kein “Pulse Guiding“.
  • Jetzt (2017) habe ich eine Montierung Skywatcher HEQ5 Pro, die auch einen ST4-Port hat und der ASCOM-Treiber EQMOD unterstützt “Pulse Guiding”.
  • Die Guiding-Kamera ist eine Altair GPCAM MT9M034M und verfügt ebenfalls über eine ST-4-Schnittstelle zum Autoguiding.
  • Meine Leitrohr ist ein GuideScope50

Zum Autoguiding benötigt man einen Computer mit einer Autoguiding-Software. In aller Munde ist die kostenlose Software “PHD2 Guiding“, die ursprünglich Craig Stark entwickelt hatte.
Es gibt aber auch sog. “Stand Alone Lösungen” (d.h. ohne Computer) zum Autoguiding z.B. Lacerta M-GEN u.a.

Amateurastronomen, die ich kenne, schwören auf Autoguiding, wenn sie ihre Fotos (Sub-Exposures) länger belichten wollen; z.B. länger als 2 Minuten…

Informationsquellen im Internet

Zu PHD2 Guiding gibt es diverse Hilfen im Internet, z.B.

Erste Schritte mit PHD2 Guiding im Überblick

Die Schritte im Überblick:

  1. Installation
  2. Vorbereitung
  3. Verbinden des PCs mit Kamera und Montierung (ggf. Simulationen !!!)
  4. Live-Bild in PHD einstellen – wichtig: fokussieren
  5. Guiding-Stern auswählen
  6. Kalibrierung – welche Parameter sind für die Kalibrierung wichtig?
  7. Guiding und Optimierung des Guiding

Die Ersten Schritte mit PHD2 Guiding im Einzelnen

1. Installation

Ich habe jetzt die Version 2.6.5.
Bei der Erst-Installation auf einem meiner Windows-Compter wurde die Datei MSVP120.dll als vermisst gemeldet.

Durch Installation des “Microsoft Visual C++ 2013 Redistributable (x86) 12.0.21005” konnte ich dieses Problem lösen.

2. Vorbereiten

  • Aufstellen der Montierung
  • Nivellieren der Montierung
  • Aufbau der Optiken (GuideScope50)
  • Verbinden der Kabel
  • Einnorden der Montierung
  • Fokussieren der Guiding-Optik
    • Eine erste grobe Fokussierung mache ich schon am Tage an terrestischen Objekten
    • Die feine Fokussierung der Guiding-Optik mache ich am besten sofort nach dem Einnorden. Da habe ich einen halbwegs hellen Stern, Polaris, bei dem die Fokussierung leichter möglich sein sollte.
      Das Fokussieren mache ich nicht mit der Software PHD2 Guiding, sondern mit der Astrofotografie-Software, die ich auch sonst zum Fotografieren benutze (z.B. SharpCap).
  • Three Star Alignment (Goto Alignment)
  • Goto auf das Beobachtungsobjekt

3. Verbinden der Geräte mit PHD2 Guiding (Kamera und Montierung)

Wenn man PHD startet, muss man zuerst die Geräte (Kamera, Montierung etc.) verbinden. Dazu klickt man auf das erste Symbol von links (Stecker-Symbol) in der unteren Leiste.

phdx-01.jpg

PHD2 Guiding: Verbindungsaufbau

Es öffnet sich dann das Fenster “Ausrüstung verbinden”:

PHD-Verbinden.jpg

PHD2 Guiding Ausrüstung verbinden

Verbindung zur Kamera

Bei der Kamera ist das klar: Gemeint ist die Nachführkamera, also meine Altair-Kamera GPCAM entweder direkt (d.h. per Windows-Treiber) oder über ASCOM (also ASCOM installieren).

Klicken auf Schaltfläche “verbinden”

Verbindung zur Montierung

Bei der Montierung kann man schnell einen Fehler machen. Als neu gelerner ASCOM-Fan dachte ich natürlich daran, jetzt den ASCOM-Treiber meiner Montierung auszuwählen. Das ist aber Quatsch, weil ich die Montierung ja schon per ST-4 mit der Nachführkamera verbunden habe. Ich sollte im PHD bei Montierung also auswählen “on camera“, was für mich nicht wirklich intuitiv war. Dies ist also die Vorgehensweise für ein sog. “ST4-Guiding”, alternativ wäre auch ein “ASCOM Pulse Guiding” (wenn die Montierung das denn unterstützt) möglich.

Klicken auf “verbinden”: Nun verbindet sich PHD2 Guiding über den ST-4-Anschluss der Nachführkamera mit dem ST-4-Anschluss der Montierung.

ASCOM Pulse Guiding: Alternativ kann man auch statt der Verbindung per ST-4, die Montierung direkt mit dem Computer per serieller Schnittstelle und ASCOM/EQMOD verbinden. Das ist technisch etwas aufwendiger (ein Kabel mehr zum Computer, COM-Port richtig einstellen etc.) ermöglicht dem Guiding-Programm aber die Deklination festzustellen, was bei der Kalibrierung wichtig ist. Ansonsten hat eine solche Verbindung den Vorteil, dass dann eine Teleskopsteuerung stattfinden kann z.B. Goto per Cartes du Ciel

Verbindungsprofil

Die ausgewählten Verbindungen (zu Kamera und Montierung) sowie die dazu vorgenommenen PHD2-Einstellungen (s.u.) können in einem sog. Profil gespeichert werden.

Dunkelbilder

Nun sollte man sog. Dunkelbilder in eine Bibliothek ablegen…

Dunkelbilder sind z.B. wichtig, wenn PHD2 seinen Guiding-Stern automatisch aussuchen soll; dann sollte PHD2 kein Hot Pixel als Leitstern aussuchen…

PHD-Dunkelbild.jpg

PHD2 Guiding: Dunkelbilder

4. Live-Bild der Guiding-Kamera einstellen

Auf das Loop-Symbol (Zwei Pfeile im Kreis; in der unteren Leiste das zweite Symbol von links) klicken und es erscheinen Bilder der Nachführkamera auf dem Computer-Bildschirm (das Live-Bild).

PHDNeu-10.jpg

PHD2 Guiding – Loop – Belichtungsschleife

Fokussieren

Am Anfang ist man häufig völlig ausser Fokus; dann sieht man im Live View erst einmal nichts. Man muss mit dem Fokus mal grob hin und her probieren, bis man im PHD-Live-View tatsächlich Sterne sieht, die man dann auch noch mit der Fokusfeineinstellung schön scharf einstellt.
Am besten fokussiert man gleich nach dem Einnorden auf den Polarstern – und zwar mit SharpCap.

Eine grobe Fokussierung auf ein weitentferntes terrestrisches Objekt sollte im Vorwege geschehen…

Belichtungszeit und Gamma

  • Parallel zum Fokussieren muss man eine sinnvolle Belichtungszeit einstellen (so dass man mehrere schöne Sterne auf dem Bildschirm sieht).
  • Als Camera Exposure (unten im Drop-Down rechts neben dem Stop-Symbol) werden 2,0 bis 4,0 sec empfohlen. Längere Belichtungszeiten sind vorteilhaft bei schlechtem Seeing und längeren Brennweiten, da über die Zeit hinweg gemittelt wird. Meine Einstellung: 3.0 sec.
  • Rechts neben dem Drop-down für die Belichtungszeit findet sich ein Schiebereglber, der das Gamma für den Bildschirm einstellt: ggf. nach links schieben, um schächere Sterne zu sehen.
  • Es gibt noch einen sog. “Cam Dialog” das ist das Symbol rechts vom “Gehirn-Symbol”…

5. Guiding-Stern auswählen

  • Nun wählt man einen Stern durch Anklicken mit der Maus als sog. “Leitstern” aus. Der Leitstern wird von PHD2 mit einem grünen Kästchen umrahmt, der sog. Auffindregion (Anzahl Pixel einstellen im Brain Tab “Guiding”).
  • Der Leitstern sollte nicht “ausgebrannt” sein, sondern mittel-hell. ggf. Menü –> View –> Display Star Profile
  • Der Leitstern sollte nicht zu sehr am Rande des Gesichtsfeldes liegen.
  • Damit man im Live-Bild der Guiding-Kamera möglicht viele Sterne sieht, evtl. das “Gamma” etwas aufziehen…
  • Anfangs könnte es hilfreich sein, den Leitstern automatisch von PHD2 wählen zu lassen (Alt-S oder Menü: Erweiterungen (Tools) -> “Autoauswahl Stern” – “Auto-select Star”); dazu wäre eine aktuelle Dunkelbild-Bibliothek sinnvoll.

In der Statusleiste unten links werden nun zwei Zahlen angezeigt: m=… und SNR=…..(magnitude und Signal Noise Ratio ???????) –

Danach kann man jetzt auf das Symbol “Guiding” klicken (rechts vom Symbol “Looping”).

PHD2-Leiste.jpg

PHD2 Guiding: Die Leiste unten

Da tut sich erst einmal garnichts. Ich dachte schon, alles Mist und den Versuch abbrechen.
Aber: Wenn man auf Guiding klickt, startet eben nicht das Guiding, sondern die Calibration. Es startet also die sog. Kalibrierung, was man unten links in der Statuszeile sehen kann, wo die Kalibrierungsschritte angezeigt werden…

6. PHD Calibration

Also wenn man jetzt auf das Symbol “Guiding” (in der unteren Leiste das dritte von links) klickt, beginnt also zunächst eine sog. Calibration.

PHDNeu-11.jpg

PHP2 Guiding Kalibrierung starten

In der Statusleiste unten links werden die Kalibrierungsschritte angezeigt.

Warum Kalibrierung?

PHD2 benötigt die Kalibrierung für zwei Dinge:

  • messen wieviel ein Guiding-Impuls die Montierung bewegt (Bogensekunden bzw. Pixel)
  • messen des Drehwinkels der Guiding-Kamera in Bezug auf die Montierungsachsen

Ablauf der Kalibrierung

Zur Calibration werden Guiding-Impulse in alle vier Richtungen (West, Ost, Süd, Nord) geschickt und dann gemessen, wieviele Pixel bewegt wurden; wobei nur die West- und Nord-Bewegungen tatsächlich für die Kalibrierungs-Rechnung herangezogen werden – Ost und Süd dient nur zum Zurückfahren.

Calibration: Einstellung der Guiding Steps – Nachführungsschritte

Bei der Kalibrierung möchte PHD2 möchte den Leitstern schrittweise um 25 Pixel in jeder Richtung bewegen…
Evtl. hat man zu wenig Guiding-Steps; dann sollte unter Settings im Tab “Guiding” die Guiding-Steps (ms) verändert werden am besten mit Hilfe der Schaltfläche “Calculate…”

Bevor man die Guiding-Steps selber einstellt, sollte man Brennweite und Pixel-Größe der Guiding-Kamera korrekt eingegeben haben:

  • Brennweite: Erweiterte-Einstellungen (Brain Symbol) -> Nachführen (Guiding) -> Brennweite (mm)
  • Pixel-Größe: Erweiterte Einstellungen (Brain Symbol) -> Kamera -> Pixel-Größe

Die zeitliche Länge (Dauer) eines Kalibrierungsschritts (in Millisekunden) kann man selbst per Hand eingeben. Wenn die Kalibrierung zu lange dauert, kann man die Dauer eines Impulses erhöhen, damit die angestrebten 25 Pixel mit weniger Schritten erreicht werden. Hilfreich ist dabei aber die Schaltfläche “Berechnung…” (hinter Erweiterte Einstellungen -> Nachführen -> Kalibrierungsschritte).

PHD2-Nachführen-01.jpg

PHD2 Guiding: Kalibrierungsschritte

Es wird empfohlen, die Nachführgeschwindigkeit auf 0,5 einzustellen.

Für die Anzahl der Kalibrierungsschritte wird so etwa 12 empfohlen. Man muss die Kalbrierung dann mal beobachten, ob die Anzahl der Kalibrierungsschritte mit der Dauer in Millisekunden passt, um eine Bewegung von 25 Pixel zu erreichen…

Calibration: Fertig

Nach erfolgreicher Kalibrierung springt in der Statuszeile unten rechts der Text “No cal” um in “Cal” und das eigentliche Guiding beginnt…

7. PHD Guiding und Optimierung des Guiding

Nachdem die Kalibrierung erfolgreich durchgeführt wurde geht das PHD in den Status “Guiding” (Nachführen) über. In der Statusleiste unten links erscheint dann der Text “Guiding”…

Das Guiding kann durch diverse Einstellungen beeinflusst werden (s.u.). Beispielsweise will man ja nicht dem Seeing hinterherlaufen; also muss dass Guiding die kleinen schnellen Schwankungen der Luftunruhe ignorieren (siehe Minimum Movement und Guiding Assistant).

Die Qualität des Autoguiding kann man gut im Informationsfenster “Verlauf der Nachführung” (History Graph) s.u. Menü -> Ansicht (View) -> Anzeige Graph (Display Graph) verfolgen.

Falls die Qualität des Autoguiding verbesserungswürdig erscheint, kann man mit diversen Einstellungen (“Settings”) versuchen Einfluss zu nehmen.

Hilfreich kan auch das “Stern-Profil” sein unter: Menü -> Ansicht -> Sternprofil

PHD-Sternprofil.jpg

PHD2 Guiding Sternprofil

Im Sternprofil wird das Helligkeitsprofil des ausgewählten Leitsterns angezeigt.

Wenn die Spitze oben in der Mitte nicht spitz, sondern flach ist, wäre der Leitstern zu hell “gesättigt” bzw. “ausgebrannt”.

Die Zahl, die ganz groß angezeigt wird ist der HFD Half Flux Diameter; also der innere Sterndurchmesser, dessen Kreisscheibe 50% des Lichts enthält. Der HFD-Wert ist besser als der früher übliche FWHM-Wert, da er auch bei nicht gut fokussierten Sternen, einen klar definierten Wert liefert. Der HFD-Wert wird extra groß angezeigt, weil man ihn zum Fokussieren des Leitrohres gut aus der Ferne sehen kann (HFD = Min!).

Ebenfalls hilfreich bei ber Beurteilung der Qualität des Auto Guidings kann die sog. “Trefferverteilung” sein:

PHD-Trefferverteilung.jpg

PHD2 Guiding: Trefferverteilung

PHD2 Guiding Informationsfenster

Welche Fenster aufmachen? Im Menüpunkt “View” können verschiedene Informationsfenster aktiviert werden, z.B.

  • History
  • Target
  • Guide Stats
  • u.a.

Fenster: History Graph

Einstellungen rechts oben:

  • Maßstab der x-Achse: x 200
  • Maßstab der y-Achse: +/- 4″ oder auch 8″
  • Settings: Arc Seconds (nicht Pixel)
  • Correction: anhaken (das genau will man ja)
  • Trend: nicht immer sinnvoll

Unterhalb des Graphen können folgende wichtige Einstellungen vorgenommen werden:

  • RA aggression: 30
  • Dec aggression: 30
  • RA Hysteresis: 15
  • Dec Hysteresis: N/A
  • RA MinMo: 0,30 (mit dem Guiding Assistant)
  • Dec MinMo: 0,30 (mit dem Guiding Assistant)
  • Scope Max RA=2000, Dec=2000
  • Dec = Auto/North/South/Off

 

Guiding Assistant – Nachführassistent

Es wird empfohlen, den sog. Guiding Assistant zu verwenden. Dieser kann aufgerufen werden, nachdem die Verbindungen hergestellt sind, die Guiding-Kamera eingestellt und ein Guiding-Stern ausgewählt wurde und die Kalibrierung erfolgt ist: d.h. das Guiding ist gerade gestartet. Dann kann man den Guiding Assistant aufrufen (Menü -> Tools -> Nachführassistent), der das Guiding erst einmal unterbricht und seine Messungen vornimmt.

PHD-Assistent.jpg

PHD2 Guiding: Guiding Assistent

PHD2 Einstellungen

Mit den folgenden Einstellungen bei PHD2 Guiding Version 2.6.5 hat das Autoguiding bei mir funktioniert:

Allgemeine Einstellungen

Belichtungszeit (Loop-Zeit): 3.0 sec

Geräte-Profil:

  • Kamera: Altair Camera
  • Montierung: On-Camera
  • Aux: nichts

Menü “Ansicht”

  • Werkzeigleiste
  • Anzeige Graph
  • Trefferverteilung
  • Sternprofil
  • kein Overlay

Schaltfläche “Brain”

  • TAB Global

    • Speicherort der Log-Dateien: D:\Data\PHD2
    • Dithering: zufällig
    • Noise Reduction: None (ist soetwas ähnliches wie “Binning”, wird bei guten Kameras nicht gebraucht…) NEU —> Tab Camera
    • Focal Length: 180mm (my GuideScope50) (neu –> Tab Guiding)
    • Target SNR: mindestens 15 (und auto exposure 0,01 bis 1,0 oder so. Bei “auto” versucht PHD den vorgegebenen SNR einzuhalten) NEU –> Tab Camera
    • PHD-Brain-01.jpg

      PHD2 Guiding: Erweiterte – Global

  • TAB Camera

    • Noise Reduction: None (ist soetwas ähnliches wie “Binning”, wird bei guten Kameras nicht gebraucht…)
    • Target SNR: mindestens 10 (und auto exposure 0,1 bis 5,0 oder so. Bei “auto” versucht PHD2 den vorgegebenen SNR einzuhalten)
    • Pixel Size: 3,75 μ
    • Kameraverstärkung (Gain): 95
    • Disconnect unresponsive camera: change from 5 to 30 sec
    • PHD-Brain-02.jpg

      PHD2 Guiding: Erweiterte – Kamera

  • TAB Guiding

    • Auffindregion: 15 Pixel ist wohl default – man kann das bei Bedarf auch etwas größer machen. Ich nehme 20 Pixel
    • Minimum Stern HFD (Pixel): HFD= Half Flux Diameter, so groß sollte mindestes ein Leitstern sein. Da könnte man schon mal 2 Pixel eintragen.
    • Brennweite des Guiding-Scopes: 180 mm
    • Sterngrößenerkennung: Aktivieren = NO
    • Calibration Steps: 1300 ms (berechnen mit Schaltfläche!) (neu: jetzt in diesem Tab)
    • Benutze DEC-Kompensation: Sollte angekreuzt sein. Falls die Deklination bekannt ist, wird sie automatisch beim Guiding berücksichtigt.
    • Schnelles Zentrieren… (Fast recenter after calibration or dither): Das sollte man ankreuzen
    • Guiding-Befehle freigeben (enable mount guide output): Ankreuzen, damit Guiding-Impuse tatsächlich an die Montierung gesendet werden.
    • PHD-Brain-03.jpg

      PHD2 Guiding Erweiterte – Guiding

  • Berechnung der Kalibrierungsschritte

    • Calibration Steps: 1950 ms (neu —> Tab Guiding)
    • PHD-Kalibrierungsschritte.jpg

      PHD2 Guiding Kalibrierungsschritte

    • Brennweite: 180 mm (automatisch übernommen)
    • Pixelgröße: 3,75 (automatisch übernommen)
    • (Binning: 1)
    • Guiding-Geschwindigkeit: 0,5 siderial
    • Kalibrierungsschritte: 15 (Anzahl) — mehr Schritte würden länger dauern
    • Deklination: 60 Grad (wichtig für die gute Kalibrierung, wenn die Deklination nicht aus der Monierung ausgelesen werden können)
    • Berechnetes Ergebnis: 1950 msec (für einen Kalibrierungsschritt)

TAB Mount (neu: Algorithmus)

  • Enable Guide Output: YES (Neu: verschoben nach TAB “Guiding”)
  • RA Algorithm
    • Hysteresis Guide Algorithm
    • Hystereris: 15% (eine Art Glättung)
    • Aggression: 50%
    • Minimum Move: 0,2 Pixel – Ist die Abweichung des Leitstern kleiner, erfolgt kein Guiding-Impuls. Sollte mit dem Guiding Assistant eingestellt werden.
    • Max R.A. Dauer: 3000 ms
  • Declination Algorithm:
    • Resist Switch (versucht Deklination nur in einer Richtung zu korrigieren)
    • Aggression: 80%
    • Minimum Move: 0,2 Pixel – Ist die Abweichung des Leitsterns kleiner, erfolgt kein Guiding-Impuls. Sollte mit dem Guiding Assistant eingestellt werden.
    • Backlash Compensation: NO
    • Max DEC Dauer: 2000 ms
  • Calibration Steps: 1950 ms (neu —> Tab Guiding)
  • PHD-Brain-04-jpg

    PHD2 Guiding Erweiterte Algorithmen

PHD2 Logging

Da die Guiding-Nacht meist etwas hektisch wird, ist es sinnvoll, sich die Feinheiten des erfolgten Guidings in aller Ruhe im nachhinein im sog. Logfile-Viewer anzuschauen und zu analysieren.

  • Der Ort der Log-Files wird bestimmt durch: Advanced Settings (Brain Symbol) -> Global -> Log File Location
  • Standard-Ordner: C:\users\<userid>\Documents\PHD2 (geändert auf: d:\data\phd2)
  • Die Log-Files heissen: PHD2_GuideLog……
  • Guter LogViewer: PHD LogView (befindet sich auf der CD des GvA-Video-Workshops)

Beispiele vom 08.04.2018

PHD2-LogViewer-01.jpg

PHD Logviewer: Guidingkurven

PHD2_Logviewer02.jpg

PHD Logviewer: Kalibrierung