Astrofotografie: Bildbearbeitung: Stacking – Calibration

dkracht

Gehört zu: Astrofotografie
Siehe auch: Bildbearbeitung , Belichtungszeit, DSS, Probleme Lösen mit Stacking, Mein Aufnahmeverfahren, Astro Pixel Processor
Benutzt: Fotos aus Google Archiv

Stand: 10.05.2023

Warum Stacking?

Als Einsteiger in die Astrofotografie möchte ich mit einfachem Equipment Astrofotos machen, auf denen auch lichtschwache Objekte zu sehen sind, um eigene “Pretty Pictures” von eindrucksvollen Objekten zu erzielen, die man mit bloßem Auge gar nicht sehen kann.

Anstelle von langen Belichtungszeiten mit dem Problem der Nachführung, macht man in der modernen Astrofotografie einfach mehrere Fotos vom gleichen Objekt mit kürzerer Belichtungszeit und “addiert” diese. Man nennt das “Stacking”. Wobei es bei der Belichtungszeit immer auf die Gesamtzeit (auch Integrationszeit genannt) ankommt. Wenn man z.B. die einzele Aufnahme nur kurz belichtet – sagen wir 30 sec – dann muss man eben 240 solcher Aufnahmen machen, um auf eine Gesamtbelichtungszeit von 2 Stunden zu kommen. Der generelle Tipp ist inder Tat mindestens 2 Stunden zubelichten.

Die Vorteile des Stackings sind:

  • Vermeidung von Nachführungsfehlern (Sterne werden Striche)
  • Unerwünschte Lichtspuren können aussortiert werden (z.B. Flugzeug, Satellit,…)
  • Begrenzung des Effekts der Lichtverschmutzung
  • sonst noch was?  — Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) —

Die beliebteste Software zum Stacken ist der Deep Sky Stacker “DSS” und der Astro Pixel Processor “APP”.

Mehr zu den Problemen, die ich mit Stacking lösen kann, in diesem separaten Blog-Artikel.

Beim Stacking sieht man das Ergebnisbild normalerweise erst am nächsten Tag, weil man ja sorgfältig bearbeiten will.

Die Technik des sog. “Live Stacking” liefert die Stacking-Ergebnisse quasi sofort. Das kann sinnvoll sein, wenn man “Besucher” hat, die schnell etwas sehen wollen…

Z.B. die Software SharpCap beherrscht ein solches Live Stacking.

Links

http://lightwatching.de/astrofotografie-mit-der-dslr-teil-2-richtig-stacken/

Welche Software kann Stacking?

Umgangssprachlich spricht man gerne vom “Stacking”;  eigentlich meint man drei Schritten: Kalibrieren, Registrieren und schließlich Stacken. Eine Software wie z.B. DSS mach die drei Schritte meist auch in einem Rutsch.

Zum Stacking (in diesem Sinne) kann man verschiedene Software verwenden:

  • Deep Sky Stacker
  • Sequator   (Windows only)
  • Fitswork   (eingestellt – Windows only)
  • PixInsight
  • MaxIm DL
  • Regim (Dank Java auch für Linux)
  • Siril   (Linux, Windows, MacOS)
  • Theli (Linux, Windows per Virtual Box) (Open Source, https://www.astro.uni-bonn.de/theli/ )
  • u.a.

Welche Kalibrierungs-Frames brauche ich?

Das Wichtigste sind die Flat Frames.

Wenn ich eine Kamera mit Amp Glow habe, sind Dark Frames erforderlich.

Welche Aufnahmen (“Frames”) muss ich machen?

Light Frames

So heissen die “normalen” eigentlichen Aufnahmen (Aufnahmeserie) des Beobachtungsobjekts.

Durch Addition (sog. Stacken) dieser Light Frames möchte man das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) verbessern. Es kommt auf die Gesamt-Belichtungszeit an, je länger diese ist, desto geringer wird das Rauschen im Bild. Da das Bildrauschen stochastisch ist, geht es mit der Quadratwurzel aus der Belichtungszeit zurück.

Dark Frames

Unmittelbar nach der eigentlichen Aufnahmeserie soll man mehrere “Darks” machen.
Man schließt das Objektiv per Deckel oder mit einem dicken schwarzen Tuch und macht bei der gleichen Temperatur wie bei den “Lights” und mit den gleichen Einstellungen für Belichtungszeit und ISO eine Reihe von Dunkelbildern. Dadurch werden Hot Pixel und den Dunkelstrom des Sensors bei der Temperatur aufgenommen. Diese werden später von den Nutzbildern (Lights) subtrahiert.

Mit einer DSLR ist es immer ein Problem, die genau richtige Temperetur der Darks hinzubekommen; mit einer geregelt gekühlten Astro-Kamera, wie z.B. meiner ASI294MC Pro ist das aber kein Problem, denn man kann die Temperatur ja einstellen.

So ein Dunkelbild “Dark Frame” enthält ein Signal (den Dunkelstrom) welches seinerseits wiederum verrauscht ist.
Das Dunkel-Signal könnten wir gleich von unseren Light Frames abziehen, das Dunkelrauschen aber nicht.

Das Rauschen in den Dark Frames minimieren wir, indem wir mehrere (viele) einzele Darks aufnehmen und aus diesen dann ein “Master Dark” mitteln. Das Rauschen im Dunkelbild ist stochastisch und geht mit Quadratwurzel aus der Gesamtbelichtungszeit des Master-Darks zurück.

Darkframes – Dunkelbildabzug

Beim Stacken von Astrofotos soll man ja viele Einzelbilder (Subs, Frames,..) machen und die dann per Software übereinander legen “stacken”. Ich habe als Beispiel mit meiner Canon EOS 600D einmal 9 Einzelbilder von M31 gemacht, wobei jedes Einzelbild 300 Sekunden belichtet wurde. Das macht eine Gesamtbelichtungszeit “Integrationszeit” von 45  Minuten. Diese Einzelbilder nennt man im Jargon auch “Lightframes”.

Zusätzlich soll man nun noch sog. “Darkframes” machen. Dabei soll die Objektivkappe geschlossen sein aber die Belichtungszeit und die Sensortemperatur identisch wie bei den Lightframes sein. Darkframes enthalten so nur noch evtl. vorhandene “Hotpixel” und das Dunkelstrom-Signal (mit dem Dunkelstrom-Rauschenund ggf. Ampglow) des Bildsensors bei der betreffenden Temperatur. Wenn man nun viele (z.B. 20) Darkframs macht und die von seiner Software zu einem Master-Dark verarbeiten lässt, so ist das Dunkelstrom-Rauschen im Masterdank quasi verschwunden. Dieses Masterdark subtrahieren wir (oder die Software) von den LIghts. Damit verschwinden die Hotpixel, der Dunkelstrom und ggf. das Ampglow; was in den Lights bleibt ist das Dunkelstrom-Rauschen, was man nicht subtrahieren kann, da es ja stochastisch ist.

Das zusätzliche Anfertigen solcher Darkframes wird gerne unterlassen, weil es ja beträchtliche Zeit kostet, wenn man eigentlich schon “fertig” ist. Ob so ein Dunkelbildabzug eine wirkliche Verbesserung ist, wollte ich mal genau herausfinden mit diesem Experiment:

Abbildung 1 und 2: DSS Dunkelbildabzug (Google Drive: Autosave_lights-only_2.jpg, Autosave_lights-darks_2.jpg)


Calibration: Lights without Darks
Calibration: Lights with Darks

Das Experiment zeigt deutlich zwei Verbesserungen durch Dunkelbildabzug:

  • Die Hotpixel werden eliminiert
  • Das Dunkelstrom-Signal wird eliminiert (abgezogen)
  • Falls der Sensor ein sog. “Ampglow” zeigt, wird auch dieses eliminiert (abgezogen)

Auf dem Bild sehen wir noch gut Sterne bei 16,4 mag (z.B. Stern 3UC265-006326).

Die Bilder wurden am 14.10.2018 in Handeloh gemacht. Das linke Bild heisst: Autosave_lights_only-2.jpg, das rechte Bild heisst: Autosave_lights-darks_2.jpg

Flat Frames

Was ist ein “Flat Frame”?

Ein Flat Frame ist eine kurzbelichtete Aufnahme einer völlig gleichmäßig hellen Fläche.

Wofür benötigt man Flat Frames?

Mit Flat Frames werden Vignettierung und Verunreinigungen bzw. Schatten im Strahlengang korrigiert.

Wie fertigt man ein Flat Frame an?

Flat Frames werden von einer gleichmäßig hellen Fläche gemacht. Das Flat Frame sollte dann gleichmäßig weiß sein. Ggf. vorhandene Sensorflecken und ggf. eine Vignettierung (Randabdunkung) machen sich durch dunklere Stellen im Flat bemerkbar. Dieses eigentliche Flat-Signal ist leider wieder mit einem Rauschen behaftet. Um dieses Flat-Rauschen zu minimieren macht man wiederum viele Flat-Frames, die dann zu einem Master-Flat gemittelt werden.

Die Flats enthalten leider wieder ein Bias/Offset-Signal (s.u.). Also muss man vom Master-Flat wiederum ein Master-Bias abziehen.

Jedes Nutzbild (Light Frame) wird dann durch das so erhaltene Flat dividiert; dabei bleibt das Bild unverändert da wo das Flat wirklich weiß ist (Division durch 1) und wird etwas aufgehellt da wo das Flat nicht ganz weiß ist (z.B. Division durch 0,9).

Die Flat Frames soll man natürlich mit der gleichen Kamera und dem gleichen Objektiv machen, mit denen man vorher die Nutzbilder (Light Frames) gemacht hat. Es sollen ja unverändert Sensor-Verschmutzung bzw. Randverdunkelung aufgenommen werden (also auch gleiche Adapterringe, gleiche Taukappe etc.). Auch soll die Kamera nicht zwischendurch geöffnet werden damit die Schmutzteilchen auf dem Sensor sich nicht verschieben.

Die Belichtungszeit für Flats ist zu niedrig, wenn sich Stuktur auf der eigentlich weißen Fläche zeigt. Die Belichtungszeit für Flats ist zu hoch, wenn die vorhandenen Abdunklungen überstrahlt werden und nicht mehr richtig sichtbar sind.

Wie macht man Flat Frames mit APT?

Bias Frames (auch Offset Frames genannt)

Was ist ein “Bias Frame”?
Ein Bias/Offset ist ein Darkframe mit Belichtungszeit Null, wobei bei vielen Kameras die minimalst mögliche Belichtungszeit verwendet werden muß. Registriert wird dann nur das Bias/Offset-Signal von Chip und Kameraelektronik. Dieses Bias/Offset-Signal ist seinerseits wiederum verrauscht.

Wofür benötigen wir Bias Frames?

Es wird häufig gesagt, mit den Bias Frames würde man das Ausleserauschen abziehen. Das ist aber Unsinn, denn ein Rauschen kann man nicht “abziehen”, weil es stochastisch ist. Das Ausleserauschen bekommt man z.B. dadurch in den Griff, dass man es klein (ein Drittel oder weniger) im Verhältnis zum Hintergrundrauschen hält. D.H. man muss “hintergrundbegrenzt” belichten.

Etwas genauer gesagt, haben wir auch hier ein Bias-Signal und eine Rauschen dieses Bias-Signals. Mit einem solchen “Bias Frame” wird der “Offset” korrigiert.

Wenn wir Darks gemacht haben, ist das Bias-Signal auch schon dort mitenthalten. Wir brauchen also kein extra Bias Frame. Wenn wir keine Darks gemacht haben sollten, müssen wir wohl aber ein separates Bias Frame machen.

Wie fertigt man Bias Frames an?
Sie wählen an Ihrer Kamera die kürzest mögliche Belichtungszeit (ob z.B. 1/4000s oder 1/8000s hängt natürlich von Ihrer Kamera ab) und nehmen eine Reihe Aufnahmen mit verschlossenem Objektiv (wie bei den Darkframes) in der Dunkelheit auf.
Wichtig bei den Bias/Offsetframes ist, dass Sie bei gleicher ISO Einstellung wie die Lightframes aufgenommen werden. Die Aussentemperatur ist dabei nicht wichtig.

Der Rat von Frank zum Thema Stacking:

Wichtig! Das Masterdark wird nicht vom Bias befreit!! Das Bias ist im Dark enthalten und wird durch den Dark-Abzug gleich mit abgezogen.
Das Bias vorher abzuziehen macht nur Sinn wenn man das Dark skalieren will.
Auch musst du nicht noch ein Bias vom Light abziehen, alles viel zu umständlich und unnütz.
Einfach das Dark vom Light abziehen und fertig. Das Bias ist nur fürs Flat wichtig!

So sieht Franks Zusammenfassung aus:

Wie werden die Aufnahmen (Frames) richtig “gestackt”?

Wie das mit der Software Deep Sky Stacker (DSS) geht, beschreibe ich im separaten Artikel über DSS.

 

Astrofotografie: Der Meteorstrom der Perseiden

dkracht

Gehört zu: Das Sonnensystem
Siehe auch: Welche Objekte?
Benutzt: Fotos aus Google Drive

Stand: 15. Sep 2021

Perseiden: Beobachtung des Meteorstroms

Die Perseiden sind je ein sehr bekannter Sternschnupperstrom, den man Mitte August beobachten kann.

Generelle Vorbereitungen für das Fotografieren der Perseiden

Wann ist der günstigste Zeitpunkt; d.h. wann genau ist eigentlich in diesem Jahr das Maximum?

  • 2015: 12. Aug 2015
  • 2016: 12. Aug 2016
  • 2020: 12. Aug 2020

Wo ist ein günstiger Standort für die Beobachtung? z.B.

Welche Ausrüstung soll eingesetzt werden?

  • Kamera: Lichtstarker Sensor mit geringem Rauschen – Wechselobjektive
  • Objektiv: Weitwinkel z.B. Zenitar f=16mm, offene Blende 2,8
  • Stativ
  • Fernauslöser:     Infrarot  oder  WLAN mit iPad ?

Mit welchen Einstellungen sollen die Fotos geschossen werden?

Im Internet (http://praxistipps.chip.de/sternschnuppen-fotografieren-die-5-besten-tipps_39869)  liest man, die Sternschnuppen seine ja meistens “heller als die Sterne”. Das ist bei Belichtungszeiten größer 1/10 Sekunde Unsinn. Sternschnuppen bewegen sich und verteilen ihr Licht auf die ganze Spur, wohingegen Sterne ihr Licht auf den gleichen Punkt sammeln  für 30 Sekunden oder so…

  • Blende:  2,8 ganz auf!
  • Belichtungszeit: = 30 Sekunden    ==>  dann wird keine Nachführung benötigt:    Faustformel max. Belichtung = 500/Brennweite = 500/16 = 31,25 Sekunden
  • ISO 3200       Probefoto machen – ggf. eine Blende zu, dafür ISO hoch lassen

Alternativer Aufbau: Webcam

Ich habe ja eine Altair GPCAM mit einem sehr kurzbrennweitigen Objektiv, vom Hersteller genannt “Meteor Objektiv”…

12.8.2015 Perseiden

Im Jahre 2015 habe ich das erste mal versucht, dieses Ereignis fotografisch festzuhalten.

Standort:  Autobahnparkplatz Steinburg A23   http://www.google.de/maps?q=53.829788,9.632997

Ausrüstung/Daten: Sony-NEX5R Kamera mit einem Zenitar f=16mm Fisheye-Objektiv, Blende 2.8, ISO 3200, Belichtungszeit 30sec

Einige Beweis-Fotos:

Abbildung 1: Perseiden in Andromeda (Google Drive: DK_20150812_05770_4.jpg)


Perseiden 2015 – 00:22 MESZ: Metor saust durch die Andromeda – ISO 1600, 30 sec, Zenitar 16mm f/2.8, APS-C

Abbildung 2: Perseiden unterhalb Cassiopeia (Google Drive: DK_20150812_05724_3.jpg)


Perseiden 2015 – 23:41 MESZ: Kleiner Metor unterhalb von Cassiopeia – ISO 1600, 30 sec, Zenitar 16mm f/2.8, APS-C

Perseiden 2016

Datum: 12. Aug 2016

Standort: Handeloh

Ergebnis: NIX (schlechtes Wetter)

Perseiden 2020

Datum: 12. Aug 2020

Mondaufgang in Handeloh: 00:16 MESZ am 13.8.2020  (Alter 23,6d)

 

Internet: Google Webmaster Tools: Google Analytics – Google AdWords

dkracht

Gehört zu: Internet
Siehe auch: Google

Google Webmaster Tools

Alle gehosteten WebSites sind im Google Webmasters Tool registriert: http://www.google.com/webmasters/tools

und bei Google Analytics unter Google-Konto mit Tacking-IDs angemeldet: http://www.google.com/analytics/

Google Analytics

Anmelden bei Google Analytics:  http://www.google.com/analytics/

Als erstes benötigen wir ein Google-Konto. Das haben wir normalerweise schon…
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Astrofotografie für Einsteiger: WebCam / Video-Kamera

dkracht

Gehört zu: Astrofotografie
Siehe auch: Astro-Kameras
Benutzt: Fotos von Google Drive

Stand: 15. Sep 2021

Die klassische WebCam für Astrofotografie

Video-Kameras sind in der Astrofotografie seit langer Zeit gebräuchlich, um z.B. Planeten zu fotografieren bzw. für “Autoguiding“.
Man nennt diese Video-Kameras auch generell “WebCam“, weil sie ihr Bild per USB-Kabel an einen Computer (Notebook) liefern.
Die Stromversorgung erfolgt über das USB-Kabel; zusätzlich ist für ein mögliches Autoguiding ein sog. ST4-Port an der VideoCam.

Die klassische WebCam ist eine Video-Kamera und wird deswegen vorrangig für Planetenfotografie eingesezt (siehe Lucky Imaging).
Für die Fotografie von Deep-Sky-Objekten (DSOs) benutzt man gerne spezielle Astrokameras, die über eine geregelte Kühlung verfügen.
Ein einfacher Einstieg in die Astrofotografie ist mit “normalen” Digitalkameras (DSLR) möglich.

So ganz klassische Kameras für Astrofotografie sind:

  • DMK 31 (CCD-Sensor, Pixelgröße 4,65 µm / 1024*768) von der Firma “The Imaging Source”
  • DMK 41  (CCD-Sensor, Pixelgröße 4,65 µm / 1280*960 )
  • ZWO ASI 120  (CMOS-Sensor Pixelgröße 3,75 µm / 1280*960 )
  • ZWO ASI 174  (CMOS-Sensor Pixelgröße 5,86 µm / 1936*1216 )

Fernrohrseitiger Anschluss meist ein C Mount – mitgeliefert wird ein Adapter C-Mount auf 1,25 Zoll Okularstutzen.

WebCams für Einsteiger in die Astrofotografie

Neuere Video-Kameras sind noch kleiner gebaut (“Salzstreuer”) und können einfach in einen Standard-Okularstutzen von 1,25 Zoll gesteckt werden.

  • AstroLumina  ALccd-QHY 5L-IIc (CMOS-Sensor, Pixelgröße 3,75 µm / 1280*960 )
  • Altair GPCAM (CMOS-Sensor, Pixelgröße 3,75 µm / 1280*960)

Als Einsteiger habe ich mich mal für die Altair GPCAM entschieden, welche einen CMOS-Sensor hat und bei der ein Objektiv (f=2,1mm) gleich mitgeliefert wird.

Beispiel 1: QHY 5L-IIc Kamera

Abbildung 1: ALccd5L-IIc Copyright Teleskop-Service (Google Drive: TS-Service_Webcam.jpg)


TS-Service Webcam ALccd5L-IIc – Copyright Teleskop Service

Beispiel 2: Altair GPCAM MT9M034M

Abbildung 2: Altair GPCAM Copyright Teleskop-Service (Google Drive: altair-gpcam-mt9m034m-explosion.jpg und altair-gpcam-1000.jpg)


Altair GPCAM Explosion
Altair GPCAM

Verwendung meiner WebCam

So eine Video-Kamera kann dann mit jeder Optik verwendet werden, die einen 1,25 Zoll Anschluss hat, beispielsweise

  • Mit eigenem 12mm Objektiv als elektronischer Sucher
  • Russentonne mit Adapter M42 auf 1,25 Zoll   –> verkauft
  • GuideScope 50   –> für AutoGuiding  =  Zukunftsmusik
  • LidlScope 70/700  –> als Spielerei – da liefert die Sony NEX-5R ein schöneres Bild  –> verkauft

Astrofotografie für Einsteiger: Auffinden von Beobachtungsobjekten – Pointing – Suchen – Goto

dkracht

Gehört zu: Teleskope
Siehe auch: Auffinden / Suchen, Liste meiner Geräte, Fokussieren, Polar Alignment, Mindmap Astrofotografie
Benutzt: Fotos von Google Drive

Stand: 10. Okt 2022

Die Aufgabe: Wie stelle ich das Beobachtungsobjekt in das Gesichtsfeld ein?

Das ist manchmal garnicht so einfach. Als ich das erste Mal die Große Magelansche Wolke fotografieren wollte, hatte ich das Problem, das ich das Biest mit bloßem Auge nur sehr schwach sehen konnte und die Ausrichtung der Kamera (Sony NEX-5R auf Kugelkopf) war mühsam.

Bei der Astrofotografie bedarf es zweier Fähigkeiten für einen Regelkreis zur Positionierung (das Einstellen eines Bildausschnitts wird “Framing” genannt):

  • Erkennen wie mittig das (evtl. kaum sichtbare) Beobachtungsojekt im Gesichtsfeld “sitzt”?   (Feststellen Differenz Soll-Ist)
  • Verstellen der Ausrichtung der Kamera / des Teleskops  (Verändern Ist in Richtung Soll)

Die Ausrichtung auf ein Beobachtungsobjekt wird auch engl. gern “Pointing” genannt. Neben dem manuellen ggf. durch Technik unterstützem Pointing gibt es das vollautomatische computergestützte Pointing, was auch gerne “Goto” genannt wird.

Wo genau steht das Beobachtungsobjekt?

Aus der lokalen Sternzeit kann man leicht die Position eines Objekts am Himmel berechnen als Deklination und Stundenwinkel und dann mit einer richtig aufgestellten (s. Polar Alignment) parallaktischen Montierung auf das Objekt fahren.

Wenn man es ganz genau machen will, muss man allerdings ein paar “Kleinigkeiten” zusätzlich berücksichtigen:

  • Präzession (50″ / Jahr)  –> J2000 vs. JNow
  • Nutation
  • Jährliche Abberation
  • Eigenbewegung des Objekts
  • Geografische Position des Beobachters
  • Atmosphäre

Genauigkeit des Pointing

Die Genauigkeit einer Pointing-Methode wird als “mittlere” Abweichung der Teleskop-Position von der Objekt-Position angegeben, wobei “mittlere” gern als “RMS” (Root Mean Square, Wurzel aus dem Mittelwert der Abweichungsquadrate) bezeichnet wird; d.h. 60% der Messungen leigen unterhalb von RMS.  Im Amateurbereich wird eine RMS von 30″ als hervorragend angesehen.

Erforderliche Genauigkeit – Gesichtsfeld

Praktisch hängt die Genauigkeit mit der auf das Beobachtungsobjekt positioniert werden soll wesentlich von der Größe des Gesichtsfelds des verwendeten Objektivs  ab. Eine Genauigkeit von 20% des Gesichtsfeldes würde ich für gut halten, 10% wären ein sehr guter Wert.

  • LidlScope 700mm mit APS-C-Sensor: 1,9 x 1,3 Grad   –> sehr gute Ausrichtung: 11′
  • Russentonne 500mm mit APS-C-Sensor:   2,7 x 1,8 Grad  –> sehr gute Ausrichtung: 16′
  • Beroflex 300mm mit APS-C Sensor: 4,5 x 3,0 Grad –> sehr gute Ausrichtung: 27′
  • Takumar 135mm mit APS-C-Sensor:  9,9 x 6,6 Grad –> sehr gute Ausrichtung: 59′
  • Olympus G.ZUIKO 50mm mit APS-C-Sensor: 26,6 x 17,7 Grad  –> Objekt LMC  –> sehr gute Ausrichtung:  2,7°
  • Vivitar 24mm mit APS-C-Sensor:  52,2 x 36,0 Grad   –> Objekte Polarlichter, Milchstraße  –>sehr gute Ausrichtung: 5,2°

Techniken zur Positionierung auf das Beobachtungsobjekt

Technik #1: Positionieren mit Live-View und höherer ISO-Einstellung

Beispiel “Großen Magellanschen Wolke” in Trafalgar

Mit einer höheren ISO-Einstellung wird das etwas schwache Objekt dann im Live View gut sichtbar.

Es bleibt das Problem des feinen Verstellens der Kamera-Richtung. Auf einem gewöhnlichen Kugelkopf ist das fummelig, weil man nicht in einer Richtung hin und her stellen kann – und damit leider nicht Fehler leicht korrigieren kann. Besser wäre ein Kopf mit dem ich in zwei festen Achten fein hin und her stellen kann – so etwas nennt man “Neigekopf“.

Technik #2: Positionieren mit einem konventionellen Sucherfernrohr

Z.B. Kleines Sucherfernrohr TS-Optics 6×30 gradsichtig

https://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p294_TS-Optics-6×30-Sucher-mit-Halter—schwarz–geradsichtig.html

Wichtig ist es, den Sucher parallel zum Hauptfernrohr einzustellen. Wenn man im Hauptteleskop einen Stern mittig im Gesichtsfeld eingestellt hat, kann man das Sucherfernrohr so justieren, dass der gleiche Stern ebenfalls mittig dort im Fadenkreuz steht. Damit man in der dunklen Nacht nicht zuviel herumprobieren muss, empfiehlt es sich diese Justage des Suchers schon am Tage an einem entfernten Objekt “grob” vorzunehmen.

So ein “optischer” Sucher kann z.B. dazu dienen, einen hellen Stern einzustellen, an dem man dann die genaue Fokussierung vornimmt.

Technik #3: Positionieren per Goto-Funktion der Montierung

Eine gut funktionierende motorische Goto-Montierung ersetzt den Sucher. Man benötigt keinen Sucher mehr und kann ihn verkaufen :-). Deshalb habe ich mir die iOptron SmartEQ Pro gekauft. Seit Juli 2017 habe ich auf eine Skywatcher HEQ5 Pro aufgerüstet. Allerdings ist jedesmal ein Goto Alignment erforderlich, wo man auch Sterne in das Zentrum des Gesichtsfelds stellen muss. Dafür benötigt man ggf. doch einen Sucher.

Technik #4: Positionieren mit Platesolving

Da ich meine Astrofotos sowieso mit dem Windows-Computer und entspechender Aufnahme-Software, wie APT, Sequence Generator Pro, AstroTortilla, mache, ist für mich das bequemste das Platesolving. Durch so ein Platesolving wissen wir also genau, wohin unsere Kamera (unser Teleskop) in dem Moment der Aufnahme (“Ist-Position”) zeigt.

Damit das motorische Goto der Montierung funktioniert, ist es zusätzlich erforderlich, dass die Montierung in Information hat, wohin sie zeigen sollte (“Soll-Position”). Erst dann kann man per SYNC beides zur Deckung bringen.

Welche Soll-Position die Montierung als Information hat, kann uns beispielsweise ein Planetariumsprogramm wie Cartes du Ciel zeigen.

Technik #5: Positionieren mit dem Leuchtpunktsucher

Hierzu habe ich einen separaten Artikel geschrieben: Leuchtpunktsucher

Technik #6: Positionieren mit einem Elektronischer Sucher / Digitaler Sucher

Als elektronischen Sucher habe ich mir eine USB-Kamera “Altair GP-CAM” gekauft und dazu ein Objektiv mit f=12mm. Das ergibt ein Sucher-Gesichtsfeld von 23° x 17°. das ich im Live View per Software (z.B. SharpCap) auf meinem Window-Computer betrachten kann. Bei ShapCap kann ich auch ein Fadenkreuz einblenden. Zu perfekten Glück fehlen dann noch:

  • Der Montagekopf (Zwei-Wege-Neiger) muss eine feinfühlige Richtungsverstellung in zwei festen Achsen ermöglichen
  • Die Aufnahmeoptik muss parallel zum elektronischen Sucher ausgerichtet sein

Diese Technik verwende ich nicht, da es mit Technik #4 (Platesolving) super einfach und schnell geht.

Beispiele zur Positionierung auf Beobachtungsobjekte

Olympus G.ZUIKO f=50mm mit Sony NEX-5R z.B. LMC

Am 1.3.2014 konnte ich die Große Magellansche Wolke (Large Magellanic Cloud = LMC) von Trafalgar, Südafrika aus fotografieren.
Damit das Beobachtungsobjekt (die LMC) schön in die Bildmitte kommt, mussten zuerst Anfnahmen mit hoher ISO gemacht werden, damit das Beobachtungsobjekt auf dem Bildschirm sichtbar wird.

Abbildung 1: Große Magellansche Wolke (Google Drive: DK_20140301_lmc2_3_beschriftet.jpg)


Trafalgar: LMC Large Magellanean Cloud

Objekte finden mit Russentonne f=500mm und Sony NEX-5R

Das Gesichtsfeld der Russentonne ist klein (1,8 x 2,7 Grad). Es wird schwierig werden, damit gut auf ein Beobachtungobjekt zu positionieren. Ich habe ja meinen Rotpunkt-Sucher, der auf dem Blitzschuhschlitten der Kamera sitzt. Das passt auch mit der Russentonne.

Mit dem Rotpunktsucher sollte eine grobe Positionierung auf ein Objekt möglich sein. Eine Feinpositionierung müsste mit dem Smart Remote Contol und dem Live View auf dem iPad möglich sein, wenn man vielleicht das ISO für diesen Zweck etwas aufdreht. Bei mit sitzt die Russentonne allerdings auf einem Kugelkopf, der auf der Nachführung SkyTracker sitzt. Mit dem Kugelkopf ist eine solche “Feinpositionierung” nur ganz schwer möglich.

Objekte finden mit Takumar f=135mm und Sony NEX-5R

Wir gehen von folgendem Szenario aus:

  • Aufnahmekamera: Sony NEX-5R mit Objektiv Takumar 135mm  (=> Gesichtsfeld 9,9° x 6,6°) und Smart Remote Control per iPad
  • Sucherkamera: GP-CAM mit Objektiv f=12mm angeschlossen per USB an Notebook (=> Gesichtsfeld 22° x 17°)
  • Montierung: iOptron SmartEQ pro – parallaktisch – mit zwei Servomotoren (Stellmotoren)
  • PC (Notebook) mit Windows 10 & SharpCap

Abbildung 2: Der Aufbau sieht so aus (Google Drive: DK_20160531_0638.jpg)


iOptron SmartEQ, Sony NEX 5R mit 135mm Takumar und GP-CAM als elektronischem Sucher

Schritt 1: Vorbereitung am Tage:

  • Batterie der Kamera: Aufladen und Ersatzbatterie bereitlegen
  • Kamera: Sensor reinigen
  • Batterie des iPads: Aufladen und ggf. Mobil-Akku bereitstellen
  • 12V-Akku für Montierung: Aufladen und Kabel bereitlegen
  • Notebook-Computer: Batterie aufladen

Schritt 2: Justieren so dass Sucher und Aufnahmekamera parallel:

  • Gleich nach dem Einnorden kann der Polarstern benutzt werden, um die Parallelität der beiden Geräte zu justieren
  • Beide Geräte werden fokussiert, sodass die Sterne scharf zu sehen sind
  • Fadenkreuz wird auf beiden Geräten angeschaltet..
    • Sony PlayMemories Mobile: Einstellungen => Gitterlinie => 4×4 Raster + Diagonale
    • SharpCap:  Tool-Leiste: Switch between different styles of reticule overlay

Abbildung 3: SharpCap with reticule overlay (Google Drive: SharpCap_Reticule.jpg)


SharpCap Recticule (Fadenkreuz)

Sony PlayMemories Mobile: Einstellungen Gitter:

Abbildung 4: Sony PlayMemories auf dem iPad (Google Drive: iPad_PlayMemoriesGitter.jpg)


Sony Software auf iPad Gitter mit Fadenkreuz

Im Prinzip funktioniert nun mein elektronischer Sucher: ich kann ein Objekt ins Gesichtsfeld des Suchers einstellen und bei der Kamera sollte es dann auch im Gesichtsfeld sein.

Schritt 3: SharpCap Einstellungen für optimalen Sucher

Ich muss mein SharpCap nur noch so einstellen, dass schön viele Sterne auf dem Notebook-Bildschirm sichtbar werden.
Das Minimum-Ziel ist es, Sterne bis 4. Größenklasse im Sucher (Notebook Bildschirm) gut sichtbar zu machen.

Dazu stelle ich für meine Altair GPCAM in SharpCap folgendes ein:

  • Einzelbild (“still”)
  • Belichtungszeit: 5 sec
  • Gain:  so hoch wie möglich (solange das Bild nicht zu hell wird)
  • XYZ:    ?????

yyyyyy

Astrofotografie für Einsteiger: Vignettierungen entfernen

dkracht

Gehört zu: Astrofotografie
Siehe auch: Bildbearbeitung

Vignettierung entfernen bei meinen Astrofotos

Wenn ich mit meinem schönen klassischen Festbrennweiten-Objektiv Takumar 135mm und der Sony NEX-5R Astrofotos mache, bekomme ich eine starke Vignettierung. Das ist bei der Astrofotogafie unerwünscht.

Lösungsmöglichkeiten

Zum Entfernen einer Vignettierung kenne ich zwei Möglichkeiten: Methode “Flat-Frame” oder Methode “Fitswork Hintergrund ebenen” .

Die Lösung mit Flat-Frames

Dau erst einmal folgender Link:  https://photographingspace.com/how-to-create-dslr-and-ccd-flat-frames-for-astrophotography/

Die Lösung mit Fitswork

Nachdem ich meine Einzelbilder mit Deep Sky Stacker (DSS) gestackt habe, bearbeite ich sie standardmäßig zunächst mit Fitswork weiter.

In Fitswork mache ich einige Grundkorrekturen wie: Histogramm stretchen, groben Farbstich entfernen. Was dann bleibt ist ein Astrofoto mit mehr oder weniger Vignettierung.

Entfernen einer Vignettierung mit Fitswork

In Fitswork gehe ich auf: Menue -> Bearbeiten -> Ebenen -> Hintergrund ebnen Sterne

Damit ist die Vignettierung (für mein Auge) verschwunden.

Astrofotografie für Einsteiger: Nachführung – Tracking – Guiding

dkracht

Gehört zu: Astronomie, Astrofotografie
Siehe auch: Autoguiding, HEQ5 Pro, Belichtungszeiten, Oversampling
Benutzt: Fotos von Google Drive

Stand: 28.12.2023

Wofür brauche ich eine Nachführung und wie genau muss die sein?

Bei der Astrofotografie wird man die Einzelfotos (siehe Stacking) meistens länger belichten wollen z.B. 30 Sekunden oder 5 Minuten (oder…) – dabei werden Sterne nicht mehr punktförmig, sondern werden kleine Striche, was man meistens nicht so will. Diese scheinbare Bewegung der Sterne am Himmel ist ein Spiegelbild der Erdrotation. Am Himmelsäquator bewegen sich die Sterne in 4 Minuten um 1 Grad; in höheren Deklinationen muss man mit dem Cosinus der Deklination multiplizieren z.B. bei 60 Grad Deklination ist es in 4 Minuten nur ein halbes Grad.

Abbildung 1: Konzentrische Strichspuren am Himmelspol (Google Drive: DK_20150604_05307-05396_StarStaX_gap_filling_beschriftet.jpg)


StarTrails Hamburg-Eimsbüttel

Diese scheinbare Bewegung der Sterne am Himmel will man während der Aufnahme durch eine entgegengesetzte Bewegung kompensieren; das nennt man Nachführen – Nachführung – engl. Tracking.

Im Zusammenhang mit dem “Tracking” steht das “Pointing“. Pointing bedeutet das Richten des Teleskops auf eine bestimmtes Objekt am Himmel, was man auch gerne “Suchen” oder “Goto” oder “Slew to target” nennt. Die Genauigkeit von Pointing wird durch die mittlere Abweichung zwischen Soll-Position und Ist-Postion gemessen, wobei die “mittlere” Abweichung gerne als “RMS” = Root Mean Square (Wurzel aus dem Mittelwert der Abweichungsquadrate) angegeben wird. Im Amateurbereich ist eine RMS von 30″ sehr gut.

Nachführung (Tracking)  benötigt man aber nicht nur, um bei Einzelaufnahmen punktförmige Sterne zu erhalten, sondern auch, wenn man eine längere Serie von Einzelaufnahmen per Software automatisch ausführen möchte z.B. 30 Einzelaufnahmen von je 5 Minuten, was insgesamt 150 Minuten dauern würde. In einer solchen Zeit würde das Objekt ohne Nachführung ganz aus dem Gesichtsfeld laufen.

Links zur Nachführung

Tracking oder Guiding?

Achtung: Der oft verwendete Begriff “Guiding” bedeutet ein optimiertes/korrigiertes Tracking. Es gibt also “unguided tracking” und “guided tracking”. Über das “guided tracking” schreibe ich im Artikel “Autoguiding“.

Das Tracking einer motorischen Nachführung kann durch ein sog. Auto-Guiding verbessert werden. Dabei wird das “blinde” Tracking der Montierung (ein Motor dreht in 24 Stunden um 360°)  ergänzt durch eine tatsächliche Beobachtung eines Leitsterns in einem “Guiding-Fernrohr”.  Aus dort sichtbar werdenden Abweichungen kann eine Software (z.B. PHD2 Guiding) Korrekturbefehle für die Computersteuerung des Teleskops ableiten. Dabei müssen Korrekturen sowohl in der Rektaszension als auch in der Deklination möglich gemacht werden; d.h. es sind computergesteuerte motorische Bewegungen in zwei Achsen erforderlich.

Voraussetzung: Polar Alignment

Um eine genaue Nachführung mit einer äquatorialen Montierung zu erreichen ist absolute Grundvoraussetzung eine sehr gute Einnordung (Polar Alignment). Das gilt besonders dann, wenn man Brennweiten von mehr als 50mm und Belichtungszeiten von mehr als 30 Sekunden plant.

Lösungen zur Nachführung (Normalfall)

Um die Nachführung nicht per Hand machen zu müssen, gibt es elektrisch betriebene Einrichtungen wo die Montierung mit Servomotoren (oder Schrittmotoren) die erforderliche Nachführ-Bewegung (das Tracking)  automatisiert erledigt.

Wenn man die Sub-Exposures länger belichten will (z.B. 5 Minuten oder noch länger – welchen Sinn machen längere Belichtungszeiten?), kann das Tracking der üblichen Montierungen doch zu ungenau werden und man muss sich fragen, wie man eine genauere Nachführung erzielen kann. Zwei Wege wären dann zu überlegen:

  1. Tracking der Montierung besser machen (Polar Aligment, Periodic Error Correction,…)
  2. Autoguiding

Zum Autoguiding habe ich separate Artikel geschrieben:

Sonderlösungen zum Nachführen bei bewegten Objekten

Wenn man nicht auf die Sterne, sondern auf ein (relativ zu den Sternen) bewegtes Objekt nachführen will, muss man diese Bewegung zusätzlich berücksichtigen.

Typischerweise werden verschiedene Tracking Rates von den gängigen Systemen (z.B. Skywatcher SynScan) angeboten:

  • Siderial Tracking
  • Lunar Tracking
  • Solar Tracking

Aber wenn das nicht ausreicht, muss man die genaue Bewegung des Beobachtungsobjekts (z.B. Komet, Asteroid,…) anhand von Ephemerieden numerisch berücksichtigen:

Kleine Lösungen zur Nachführung (Tracking)

Dies sind kleinere Geräte/Vorrichtungen, die transportabel sind und so z.B. auf Reisen mitgenommen werden können. Diese Geräte verfügen über eine Drehachse, die parallel zur Rotationsachse der Erde ausgerichtet werden muss (siehe: Einnorden ).

Weitere “kleine” Lösungen zur Nachführung (neueren Datums)

Zeitweise war ich mit der Nachführgenauigkeit meines NanoTrackers unzufrieden und habe mich nach Alternativen umgeschaut:

Tabelle 1: Startracker im Vergleich

Vixen Polarie Star Adventurer Mini Star Adventurer
 Preis 375,– 239,– 280,–
 Gewicht 740g 650g 1200g
 Stromversorgung  2 x AA
Mini-USB		 2 x AA
Micro-USB		  4 x AA
USB
 Traglast  2 kg 3 kg 5 kg
 Polsucher  nein ja ja
 WLAN  nein ja nein
 Shutter Control  nein ja nein
 ST-4 zum AutoGuiding  nein  nein ja
 Zubehör  kaum reichhaltig reichhaltig

Große Lösungen zur Nachführung (Tracking)

Montierungen mit einer computergesteuerten motorischen Nachführfunktion (Tracking).

  • Azimutale Montierungen (Nachführung in zwei Achsen)
  • Parallaktische Montierungen (Nachführung in einer Achse)

Bei einer azimutalen Montierung (gerne AltAz genannt) sind die Drehachsen eben nur Höhenwinkel und horizontale Himmelsrichtung. Da die Himmelsobjekte aber schräg dazu laufen (ausser an den Polen) entsteht bei so einer Nachführung eine Treppenlinie und eine sog. Bildfeldrotation. Man muss sich überlegen, ob das für eine geplante Aufnahme hinnehmbar ist oder nicht.

Bei der parallaktischen Montierung muss die Drehachse (Stundenachse) parallel zur Rotationsachse der Erde ausgerichtet werden (siehe: Einnorden ).

Ich habe eine solche Lösung für mich gewählt mit einer leichten parallaktschen Montierung iOptron SmartEQ Pro neu: Skywatcher HEQ5 Pro

Nachführung und Brennweite – Faustregel

Wie genau eine Nachführung sein muss (in Bogensekunden), damit die Sterne noch Punktförmig abgebildet werde, hängt von dem Abbildungsmaßstab der Optik bezogen auf die Pixelgröße des Sensors ab.

Abbildungsmaßstab

Die Formel lautet:

Pixel Scale (arcsec/Pixel) = 206,265  * Pixelgröße  (µm) / Focal Length (mm)

(wobei 206265 = 360*60*60/2π)

Beispiel: GuideScope50 und GPCAM:

Pixel Scale = 206 *  3,75 / 180 =  4,20 arcsec / Pixel

Beispiel: f=135mm an Canon EOS 600D

Pixel Scale = 206 *4,3 / 135 = 6,56 arcsec / Pixel

Beispiel: f=135mm an Sony NEX-5R

Pixel Scale = 206 * 4,8 / 135  =  7,33 arcsec / Pixel

Beispiel: f=24mm an Sony NEX-5R

Pixel Scale = 206 * 4,8 / 24  =  41,25 arcsec / Pixel

Beispiel: f=510mm (Teleskop ED80/600 mit Flattener) an Canon EOS 600D

Pixel Scale = 206 * 4,3 / 510 = 1,74 arcsec / Pixel

Beispiel: f=510mm (Teleskop ED80/600 mit Flattener) an ASI294MC Pro

Pixel Scale = 206 * 4,6 / 510 = 1,86 arcsec / Pixel

Beispiel: f=943mm (Teleskop ED80/600 mit Flattener und Barlow) an ASI294MC Pro

Pixel Scale = 206 * 4,6 / 943 = 1,00 arcsec / Pixel

Siehe unten: Undersampling, Oversampling

Quellen:

Erdrotation

Die scheinbare Bewegung der Sterne am Himmel durch die Erdrotation beträgt:  360° = 360 * 60 * 60 arcsec = 1296000 arcsec in 24 Stunden (24*60*60 = 86400 Sekunden) am Himmelsäquator (δ=0).

  • Sternbewegung = 129600 * cos(δ) / 86400      [arcsec/s]
  • Sternbewegung =  15 * cos(δ)                          [arcsec/s]

Auflösungsvermögen

Zum Thema “Auflösungsvermögen” habe ich einen gesonderten Artikel geschrieben.
Die Formel für das Auflösungsvermögen (wegen Beugungsscheibchen) lautet:

Auflösung in arcsec = 138 / Objektivöffnung in mm
(wobei 138 = lambda * 206,265, mit lambda = 670 nm)

Beispiel: GuideScope50

Auflösung = 138/ 50 = 2,76 arcsec

Beispiel: Orion ED 80/600

Auflösung = 138 / 80 = 1,73 arcsec

Quellen:

Voraussetzung für Goto: Stellar Alignment

Um eine genaue Einstellung einer äquatorialen Montierung zu erreichen ist das sog. Alignment (auch Stellar Alignment oder Goto-Alignment), also die Ausrichtung an Referenzsternen erforderlich. Erst dann ist die volle Funktionalität einer Montierung  gegeben; d.h. Nachführung, Goto-Funktion etc.

Genauer gesagt muss so eine Ausrichtung nicht notwendig an “Referenzsternen” erfolgen, es reicht wenn man die Ausrichtung auf “Referenzpositionen” vornimmt. Eine solche “Referenzpositionen” erhält man beispielsweise durch Plate Solving.

Oversampling / Undersampling

Man stellt sich vor, dass das Pixel-Raster des Sensors das Bild der Optik “abtastet” (Abtasten = Sampling). Wir haben also eine analog-digital-Wandlung.

Oversampling hat man, wenn der Pixel-Scale feiner ist als die Auflösung. Jedes Pixel bekommt weniger Licht (Photonen) als eigentlich möglich. Das ist meistens nicht so gut.

Undersampling hat man, wenn der Pixel-Scale gröber ist als die Auflösung. Man “verschenkt” also eine eigentlich mögliche höhere Auflösung, was bei größeren Sternfeldern durchaus gewollt sein kann

Beispiel: GuideScope50 und GPCAM:

Das Auflösungsvermögen war 2,73 arcsec, was bei einer Brennweite von 180 mm ein Beugungsscheibchen vom Radius 2,42 µm ergibt
Die Pixelgröße der GPCAM beträgt 3,75 µm
Wir haben hier also ein leichtes Undersampling

Beispiel: Orion ED 80/600 und Canon EOS 600D

Die Auflösung ist 138 / 80 =  1,73 arcsec, das entspricht bei einer Brennweite von 600 mm einem Radius des Beugungsscheibchens von 5,03 µm
Die Pixelgröße der Canon ist 4,3 µm
Wir haben hier also ein leichtes Oversampling

Beispiel: Orion ED 80/600 und ASI294MC Pro

Die Auflösung ist 138 / 80 =  1,73 arcsec, das entspricht bei einer Brennweite von 600 mm einem Radius des Beugungsscheibchens von 5,03 µm
Die Pixelgröße der ASI294MC Pro ist 4,6 µm
Wir haben hier also ein leichtes Oversampling

Die 500er-Regel   (300er-Regel)

Ab welcher Belichtungszeit eine Nachführung erforderlich ist, hängt von der verwendeten Optik – im Wesentlichen von der Brennweite – ab.

Faustregel: 500 dividiert durch die Brennweite in Millimetern ergibt die maximale Belichtungszeit in Sekunden bei der noch keine Nachführung nötig ist

Wobei: Effektive Brennweite = Wahre Brennweite * Crop-Faktor   (der Crop-Faktor soll hier verkehrt sein)

Die Zahl 500 gilt heute als “veraltet”. Man verwendet statt dessen häufig die 300: also 300 / f = Max. Belichtung.

Quelle: http://www.justinngphoto.com/2014/05/16/how-i-photograph-the-milky-way-from-light-polluted-skies-of-singapore/

Die NPF-Regel

Eine wesentlich genauere Formel, die sog. NPF-Formel, findet man bei der Société Astronomique du Havre:

http://www.sahavre.fr/tutoriels/astrophoto/34-regle-npf-temps-de-pose-pour-eviter-le-file-d-etoiles

Der ClearSky-Blog

In der Rubrik “Mathematik in der Astronomie” findet man:

http://www.clearskyblog.de/2014/10/30/mathematik-in-der-astronomie-teil-6-die-maximale-belichtungszeit-astrofotografie/

Beispiele zur Nachführung

Beispiel 1: Nachführung mit dem NanoTracker

Wir erproben die Genauigkeit der NanoTracker Nachführung mit meiner Kamera Sony NEX-5R und verschiedenen Objektiven.

Für die obige Faustformel haben wir:

  • Die Sony NEX-5R hat einen APS-C-Sensor (mit einem Crop-Faktor von 1,5)
  • Das Objektiv Olympus E-Zuiko hat eine Brennweite von 135mm
  • Die fotografierten Sterne (Cygnus) haben eine Deklination von ca. 42 Grad

Die Faustformel ergibt:  500 / 135  = 3,70 Sekunden maximale Belichtungszeit am Himmelsäquator (Deklination = 0 Grad) und 4,98 Sekunden bei einer Deklination von 42° (cos 42° = 0,7431).

Einzelheiten stehen in meinem separaten Artikel zum NanoTracker.

Beispiel 2: Nachführung mit dem SkyTracker

Wir erproben die Genauigkeit der SkyTracker Nachführung mit meiner Kamera Sony NEX-5R und der Russentonne.

Für die obige Faustformel haben wir:

  • Die Sony NEX-5R hat einen APS-C-Sensor mit einem Crop-Faktor von 1,5
  • Die Russentonne Rubinar Macro 5,6 / 500 hat eine Brennweite von 500mm
  • Die fotografierten Sterne (alpha Geminorum) haben eine Deklination von ca. 32 Grad

Die Faustformel ergibt:  500 / (500 * 1,0) = 1,00 Sekunden maximale Belichtungszeit am Himmelsäquator (Deklination = 0 Grad).

Das fotografiert Objekt war Alpha Geminorum bei einer Deklination von ca. 32 Grad – wobei cos(32°) = 0,8480. Die maximale Belichtungszeit dort wäre nach dieser Faustformel also: 1,00 / 0,8480 = 1,18 Sekunden. Nach der NPF-Regel wären es nur 0,5 Sekunden…

Einzelheiten stehen in meinem separaten Artikel zum SkyTracker.

Astrofotografie für Einsteiger: Wie fokussiere ich mein Bild?

dkracht

Gehört zu: Astrofotografie
Siehe auch: Okularauszug, DSLR-Objektive, Bahtinov-Maske, Motorfokus, Mindmap Astrofotografie
Benutzt: Fotos aus Google Drive

Stand. 05.08.2024

Die Aufgabenstellung: Fokussierung

Als Einsteiger in die Astrofotografie möchte ich meine Optik (Canon Kamera, Sony Kamera, GuideScope50, Orion ED80/600) einfach und sicher fokussieren können (d.h. der Fokus soll genau auf der Sensorebene liegen), damit ich schöne “knack-scharfe” Astro-Fotos bekomme.

Die Apperatur zum Fokussieren ist unterschiedlich bei:

  • Kamera: Fokusring am Objektiv
  • Teleskop: Okularauszug “OAZ“

Die prinzipielle Lösung – der Regelkreis

Die Fokus-Einstellung muss, wie in einem Regelkreis auf den Sollwert (schärfstes Bild) eingestellt werde. Dazu muss man also:

  • einerseits irgendwie erkennen können, wann (bei welcher Einstellung) das Bild wirklich scharf ist (z.B. im Live-View mit Lupenfunktion oder Bahtinov oder…) – Regelkreis: Istwert=Sollwert
  • andererseits die Fokuseinstellung erschütterungsfrei in sanften kleinen Schritten hin und her verändern können (z.B. am Rädchen des Okularauszugs) Regelkreis: Istwert in Richtung Sollwert verändern

Stichworte:

  • OAZ – Okularauszug – engl. Focuser – Zahnstange (“rack and pinion”)
  • OAZ – Crayford-Okularauszug
  • Helical-Auszug: Drehen
  • Bahtinov-Maske bzw. Hartmann-Maske (s.u.)
  • Live View – Lupe – Zoom
  • FWHM = Full Width at Half Maximum
  • Motorfokus

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Meine Seiten zum Thema Fokussieren

Vorbereitung: Grob-Einstellung am Tage

Es ist hilfreich, wenn man die Fokuseinstellung noch bei Tageslicht ausprobiert z.B. an einem sehr weit entfernten Objekt am “Horizont”, wie ein Kirchtum, ein Strommast etc.

Bei der Fokuseinstellung auf ein Himmmelsobjekt muss man dann mit der Fokuseinstellung nur noch ein wenig in das Teleskop hineinfahren.

Die Formel dafür ist:

1/p + 1/q = 1/f
mit Objektentfernung q, Lage des Fokus p und Brennweite f. Für q = unendlich (Sterne) wird die Fokuslage q = f, für nähere Distanzen ist sie größer. Die Differenz fehlt Dir. (Alle Angaben in der gleichen Einheit, z.B. Millimeter)
Quelle: Kalle66 im Astrotreff http://www.astrotreff.de/topic.asp?ARCHIVE=true&TOPIC_ID=194474

Bei einer Brennweite meines Teleskops von f=510 mm ergibt sich daraus:

Tabelle 1: Fokussierung endlich vs. unendlich

Objektentfernung (q) Lage des Fokus (p)
10 m 537 mm
50 m 515 mm
100 m 513 mm
200 m 511 mm
… …
unendlich 510 mm

Wenn ich also auf einen Schornstein in 100m Entfernung am Tage fokussiere habe ich 513mm,  für die Sterne im Unendichen brauche ich aber 510mm. Also muss ich den OAZ dann abends 3mm weiter hineindrehen.

Erschütterungsfreie Fokus-Einstellung

Eine manuelle Einstellung der Schärfe bewirkt auch immer ein Zittern/Wackeln des Bildes, wodurch die Fokusqualität (Schärfe) nicht so gut beurteilt werden kann.

Alternative zum händischen Verstellen des Fokus am Rädchen des OAZ ist ein motorischer Fokus.

Beurteilung der Fokusqualität

Zur Beurteilung der Fokusqualität gibt es verschiedene Möglichkeiten; z.B.

  • Visuell im Live-View der Kamera; ggf. vergrößert
  • Visuell im Live-View einer Software (z.B. SharpCap); ggf. vergrößert
  • Messung FWHM bzw. HFD/HFR durch Software (z.B. SharpCap, APT. N.I.N.A. oder…)
  • Hartmann-Maske vor das Objektiv
  • Bahtinov-Maske vor das Objektiv

Fokusqualität anhand von FWHM

Man kann die Qualität einer eingestellten Fokussierung möglicherweise sofort an einem Live-View beurteilen oder man macht tatsächlich Probeaufnahmen und untersucht dann die entstandenen Fotos (wobei man dann noch wissen muss, welches Foto mit welcher Fokus-Einstellung geschossen wurde!).

FWHM ist die im angelsächsischen Sprachraum gängige Abkürzung für “Full Width at Half Maximum” und bedeutet die sog. Halbwertsbreite eines (vergrößerten) Sternbildes. Man stellt also zuerst das Maximum der Helligkeitskurve fest und schaut dann, wo die Helligkeitskurve den halben Wert, links und rechts vom Maximum, erreicht. Diese Halbwertsbreite charakterisiert so etwas wie die Breite der Kurve.

Software, mit der man FWHM messen kann, ist beispielsweise AstroImageJ, APT, SharpCap u.a.

Wenn man eine Bildserie mit unterschiedlichen Fokuseinstellungen geschossen hat, braucht man nur noch das Foto zu identifizieren, bei dem die Sterne das kleinste FWHM haben; d.h. wo die Sterne “am schäfsten” sind.

Fokusqualität anhand einer Bahtinov-Maske

Sehr bekannt ist auch die Bahtinov-Maske, die in Deutschland gerne verwendet wird. Auch von der GvA-Hamburg gibt es Infos dazu beim Video-Workshop.

Erfunden hat die Bahtinov-Maske Pavel Bahtinov im Jahre 2005: Link

Eine Bahtinov-Maske lässt mehr Licht durch als Hartmann/Scheiner, sagt man. Dadurch kann man mit einer Bahtinov-Maske auch an nicht ganz so hellen Sternen schön fokussieren. Ein gewisser Nachteil einer Bahtinov-Maske ist der deutlich höhere Fertigungs-Aufwand im Vergleich zu Hartmann/Scheiner.

Man kann Bahtinov-Masken aber auch fertig kaufen oder neuerdings auch im 3D-Druckverfahren selber herstellen.

Meine Bahtinov-Maske am Objektiv Beroflex 300mm f/4.0

Abbildung 1: Meine Bahtinov-Maske am Objektiv Beroflex 300mm f/4.0 (Google Drive: DK_20161118_1074.JPG und DK_20161118_1070.JPG)


Bahtinov 20161118
Bahtinov an Sony NEX

Funktionweise einer Bahtinov-Maske:

Man richtet die Optik auf einen helleren Stern und setzt die Bahtinov-Maske vor das Objektiv.

In der Nähe des Fokuspunkts wird im Live-View ein Beugungsbild sichtbar, das aus drei hellen “Balken” besteht. Zwei schräge Balken bilden in etwa ein Warnkreuz, wie wir es von Bahnübergängen kennen (Andreaskreuz). Der dritte waagerechte Balken bewegt sich nach oben oder nach unten, wenn wir etwas an der Fokussierung drehen. Es kommt nun darauf an, so zu fokussieren, das der dritte Balken genau mittig durch den Kreuzungspunkt der beiden schrägen Balken läuft.

Abbildung 2: Beugungsbild mit Bahtinov-Maske (Google Drive: DK_20161111_1033a.jpg)


Bahtinov Beugungsbild im Sony Live-View: Der waagerechte Balken ist noch etwas zu hoch…

Bezugsquellen, beispielsweise:

Links:

Fokusqualität anhand einer Hartmann-Maske / Scheiner-Blende

Den richtigen Schärfepunkt zu finden, ist gerade bei der Astrofotografie enorm wichtig.
Ein gutes Hilfsmittel hierfür ist eine Hartmann-Maske.
Drei gleichseitige Dreiecke werden in den Staubschutzdeckel des Teleskops gefräst.
Zum Fokussieren wird das Teleskop auf einen hellen Stern ausgerichtet.
Nähert man sich dem idealen Fokuspunkt, wandern die drei Sterne aufeinander zu.
Im Brennpunkt liegen alle drei Sterne mit ihren sechs Spikes genau übereinander.
Selbst kleinste Abweichungen werden sichtbar.
Der beste Fokuspunkt lässt sich so leicht finden.

Abbildung 3: Hartmann-Maske (Google Drive: hartmannmaske.jpg)


Fokussieren mit der Hartmannmaske

Abbildung 4: Fokussierung mit der Hartmann Maske (Google Drive: hartmannmaske2.jpg)


Fokussieren mit der Hartmann-Maske (Copyright www.astronomie-selbstbau.de)

Fokussierung in der Praxis

Fokussierung Foto-Objektiv Takumar 135mm an Sony NEX-5R

Mein schönes altes Foto-Objektiv “Takumar 135mm” hat eine manuelle Fokuseinstellung per Drehring bis auf Unendlich oder evtl. mehr als Unendlich. Per M42-Adapter kann ich dies schöne Objektiv an das E-Mount meiner Kamera Sony NEX-5R stecken.

Abbildung 5: Fokussierung am Foto-Objektiv (Google Drive: DK_20160903_Takumar.jpg)


Fokussieren Takumar 135mm

Dies sind meine Arbeitsschritte zum Fokussieren:

  • Kamera Fokussierung auf “MF” (manual focus) – Menü -> Kamera ->AF/MF Auswahl
  • Kamera Belichtungsprogramm auf “M” (manual)
  • Kamera auf ISO 1600
  • Kamera auf Belichtungszeit 30 sec (das Maximum) –> dann sollte der Live View hellere Sterne schön zeigen
  • Objektiv bis Blende 2,8 aufmachen (nicht weiter aufmachen) –> dann sollte der Live View hellere Sterne schön zeigen
  • Objektiv Fokus auf “Unendlich” voreinstellen (sonst kann man im Live View möglichweise gar nichts sehen)
  • Einen helleren Stern anpeilen und genau in die Mitte des Gesichtsfelds stellen
  • Live View auf 10-fache Vergrößerung stellen und den Fokusring des Objektivs vorsichtig hin und her bewegen um die Mitte des genauen Fokus zu finden
  • Nachdem so der richtige Fokus gefunden ist, den Fokusring fixieren (z.B. mit Klebeband, aber ohne den Fokus zu verstellen)
  • Probefoto auf dem Notebook bei Vergrößerung untersuchen ob alles OK

Fokussierung Russentonne an Sony NEX-5R

Die Russentonne wird wie ein Foto-Objektiv vorne am “Tubus” mit einen großen Ring fokussiert.

An einem sternklarer Abend (7.3.2016) und ich konnte meine Russentonne mal an astronomischen Objekten erproben.
Belichtungszeit 30 sec, ISO 1600 – Nachführung offenbar gut, Fokus absichtlich noch zu kurz eingestellt.

Abbildung 6:  Russentonne Fokus noch zu kurz (Google Drive: DSC08086_Fokussieren.jpg)


Fokussieren Russentonne: Alpha Gem (Castor): Fokus noch zu kurz eingestellt.

Nun das Ganze im besten Fokus. Belichtung 30 sec, ISO 1600. Die Nachführung scheint nicht ganz optimal zu sein. Die Fokussierung ist besser.

Abbildung 7: Russentonne besser fokussiert (Google Drive: DSC08087_Fokussieren.jpg)


Fokussieren Russentonne: Alpha Gem (Castor)

Fokussieren mit einem Motorfokussierer

Neuerdings habe ich einen motorisch betriebenen Fokussierer. Nach vielem Probieren habe ich mich im Jahre 2023 für den ZWO EAF entschieden.

Damit kann ich per Software den Fokussier-Motor betätigen – also ohne das Teleskop physisch zu berühren.

Wenn die Software imstande ist, Fotos zu machen und darin die Fokusqualität zu ermitteln kann, landen wird schließlich bei einem Autofokussierer. So eine Möglichkeit bietet z.B.:

Astronomie: Einsteiger-Teleskope für den DSLR-Astronomen

dkracht

Gehört zu: Teleskope
Siehe auch: Meine Astro-Geräteliste, DSLR, Google Fotos
Benutzt: Fotos von Google Drive

Stand: 28. Mai 2021

Einsteiger-Teleskope: Ausgangslage

Wenn die Astrofotografie mit einer digitalen Kamera (“DSLR” auch wenn sie keinen Spiegel hat) und langbrennweitigen Objektiven (f=135mm, f=200mm) gelungen ist, schielt man vielleicht doch auf “richtige” Teleskope.

Um es einfach mal auszuprobieren kämen Einsteiger-Modelle, die erstens nicht so viel kosten und zweitens wohl noch auf die Montierung passen, die Sie für die bequeme DSLR-Fotografie schon spendiert haben.

Welche Teleskope ist für einen solchen Einstieg interessant?

Von alters her kennt man das legendäre “LidlScope“, das eine wunderbare Wahl für einen solchen Einstieg wäre.

Die bekannten Astro-Shops bieten auch aktuelle Einsteiger Teleskope an, z.B. das SkyWatcher StarTravel Contine reading →