Beschreibung der Aufnahmetechnik und Bildbearbeitung vom M1:

Seit einiger Zeit kursieren solche Spezial-Videokameras aus der Überwachungstechnik, die eine lange Belichtungszeit erlauben. In der Praxis sieht das dann so aus, dass zwar ständig ein Bild angezeigt ist, aber dieses nur alle paar Sekunden neu aktualisiert wird, also so als ob das Bild stets eingefroren ist. Bei Astroaufnahmen macht das aber ja nichts, denn wir wollen ja nicht einen flüssigen Film sehen, sondern nur ein Standbild - es bewegt sich ja bis auf wenige Ausnahmen nichts. Mir ist es jetzt möglich, mehrerer dieser Kameras zu testen. Vor ein paar Tagen war es kalt und sehr klar, so dass ich alle Aufnahmen in einer Nacht machen konnte. Die Auswertung wird aber etwas dauern.

Diese Videosysteme sind interessant in der Benutzung, da man bei der Aufnahme nicht unbedingt einen Computer und alles schwere Zeug braucht, sondern mit ein paar hundert Gramm auskommt. Außerdem sind die Kameras recht leicht und klein, so dass sie problemlos an jedem Teleskop montiert werden können.

Zum Vergleichstest:

4 unterschiedliche Kameras traten zum Vergleichstest an, wobei alle Kameras nicht von schlechten Eltern sind! Ein zusätzlich kurz angeschlossenes herkömmliches Videomodul zeigte, ebenso wie das ”elektronische Okular” von Meade sowie eine ”normale” Philips ToUCam, nicht einen einzigen Stern. Die Möglichkeit des Integrierens, also mehrere Sekunden addiert, muss gegeben sein, um eine Deep-Sky Tauglichkeit überhaupt möglich zu machen.

Um Probleme mit Seeing, Fokus und Nachführung auszuschalten, habe ich ein kleines Teleskop mit nur 2 Zoll Öffnung gewählt, welches im Öffnungsverhältnis 1:8 arbeitet und ebenfalls von guter Qualität ist. Objekt war stets M1 (Krebsnebel im Stier). Alle SW Kameras wurden zusammen mit einem Astronomik minus-IR Filter und der Klar-Glasscheibe benutzt. Die Farbkameras dieses Mal ohne zusätzliche Filter.

Alle Kameras konnten 5 Minuten zeigen, was sie so drauf haben. Genau 5 Minuten, nicht mehr und nicht weniger. Alle Bilder wurden ausgewählt und zusammenaddiert. Bei den Videoaufnahmen gibt es durch diese Integrationstechnik natürlich viele Dubletten, weshalb ich immer das 5te Bild eines jeweils neuen Satz benutzt habe.

Giotto muss bei solch schwachen Signalen passen, was sehr Schade ist. Was ich auch probierte – immer waren ein paar Ausrutscher dazwischen. Das beste Programm, was mit schwachen Signalen noch gut zurecht kommt, ist das OES LcCCD Programm, welches aber weder avi, noch bmp oder gar Farbaufnahmen lesen kann. Daher konnte es leider auch nicht eingesetzt werden. Das führte letztendlich  dazu, daß recht viel Handarbeit gefragt war. Die Bildbearbeitung erfolgte ausschließlich mit MaximDL. Der Bildimport von DV Band und die Konvertierung nach bmp erfolgte mit Adobe Premiere Version 6. Es wurde nichts scharf gerechnet, lediglich der Offset wurde weggenommen. Manche Kameras hatten einen festen Gamma von 0.45, weshalb ich jetzt alle anderen Bilder ebenfalls mit Gamma 0.45 skaliert habe.

Cookbook:

Was wäre ein Vergleichstest, wenn man nicht irgendein Vergleichsnormal hat: zum Beispiel eine ”richtige” CCD Kamera. Bereits am Anfang angegeben, habe ich 4+1 Kamera getestet, weil ich eine Cookbook245 mit hinzugenommen habe. Die Cookbook deshalb, weil sie eine vergleichbare Chipgröße hat. Die Pixel sind recht groß, Kameratechnik und Chipgröße etwas betagt – aber unsere Videosysteme haben ja eben auch keine größeren.  

Meine Cookbook erfährt damit auch ihr First-Light, denn am Sternenhimmel habe ich sie eigentlich nie benutzt. Ich habe sie mal gebaut, weil ich Spaß daran hatte, eine Kamera selbst zu bauen. Ich plane, sie später einmal als ”ST4 für den kleinen Geldbeutel” einzusetzen, wenn meine Sternwarte einmal fertig werden sollte.  

Meine Cookbook hat eine Macke: Man kann sie nicht beliebig herunterkühlen, denn irgendwie beschlägt mein Chip immer, wenn ich mehr als 4 Volt Kühlspannung (gemessen am Peltier) einstelle. Habe sie schon mehrfach auseinandergenommen und neu abgedichtet – kriege es aber nicht wirklich hin. So verwende ich meistens nur um die 2 bis 3 Volt Kühlspannung, was für eine Nachführkamera mehr als ausreicht. Bei längerem Betrieb erwärmt sich der Chip irgendwie wieder. Da ist noch der Wurm drin. 

Mit einer solchen Kamera könnte man die 5 Minuten in einem Rutsch aufnehmen, selbst bei dieser recht schwachen Kühlung, denn sie hat eine LDC Erweiterung und es war außerdem extrem kalt, so dass ich schon ohne Kühlung arbeiten konnte. Allerdings würde sich die Kamera recht schnell durch ihren Betrieb erwärmen, so dass die Kühlung doch schon von Beginn an eingeschaltet werden sollte. Eine Testaufnahme mit 1 Minute zeigte aber, dass es ohne korrigierte Nachführung nicht geht. Die Saturn Montierung kann leider nicht auf die erforderlich 62 Grad Polhöhe eingestellt werden und die Missweisung der Polachse führt unweigerlich zu Nachführfehlern. Ich habe deshalb 20 Aufnahmen mit je 15 Sekunden aufgenommen. Dazu 10 Dunkelbilder vorher und 10 nachher. Bei der Bildbearbeitung habe ich rechts und links den Rand etwas abgeschnitten und – im Gegensatz zu den späteren Aufnahmen mit den anderen Kameras – den Hintergrund fast ganz weggenommen.  

Die erstmalig benutzte Windows Software ist von der Bedienung echt Klasse, aber alle Bilder haben so merkwürdige horizontale Störstreifen, die stärker werden, wenn man die Maus benutzt. Ich habe die Steuerzeiten schon recht lang eingestellt. Vielleicht kann mir ja jemand einen Tipp geben, was da falsch sein kann. Auf der Cookbook Homepage bin ich nicht fündig geworden. Bei irgendeiner besseren Gelegenheit hole ich die Cookbook noch mal vor und werde die DOS Software einsetzen um zu sehen, ob die Störungen da auch sichtbar sind.  

Trotz aller Probleme soll die Cookbook also die Referenz darstellen, an der sich die Videosysteme messen müssen.

Mintron 62V1 P EX:

dieses Mal kam die Farbversion der Mintron zum Einsatz. Die Kamera hat intern einen normalen eigentlich monochromen Chip, der also nur schwarz-weiss Bilder liefern kann. Aber vor dem Chip befinden sich eine Farbmaske und mit einem kleinen Abstand davor ein minus-IR Filter. Wenn man mit dem Auge in die Kamera sieht, sieht das ganze etwas grünlich aus, was wohl auf das Filter zurückzuführen ist. Die Farbmaske hat die Anordnung: 

G R G R G R G R G R G R...
B G B G B G B G B G B G...
G R G R G R G R G R G R...
B G B G B G B G B G B G... und so weiter.

G= Grün, R= Rot, B = Blau 

Mit anderen Worten: Jede lichtelektrische Zelle auf dem Chip kann die Helligkeit registrieren, aber nur jede zweite ist grün. Zudem sind in einer Zeile jede zweite rot und in der anderen Zeile keine Roten, dafür ist jede zweite Blau. Grün hat also eine Übermacht, was dem Empfinden des menschlichen Auges entsprechen soll.  

Als Mond- und Sonnenkamera für die Finsternisse wirklich ideal, sollte sie jetzt zeigen, was in ihr als Deep-Sky Kamera steckt. Die Kamera wurde mittels S-Videokabel an eine Sony Digital8 Kamera angeschlossen, welche einen freigeschalteten Analogeingang hat.  

DV Aufnahme: 

bei der Aufnahme auf Digital8 Band (DV) wird eine Kompression, insbesondere des Farbsignals in Kauf genommen. Außerdem sind die Pixel nicht quadratisch, sondern um etwa rechteckig (15:16), wodurch nach allen Berechnungen das Bild schließlich entzerrt werden muss. Da Video „interlaced“ ist, also zunächst jede zweite Zeile und danach ein weiteres sogenanntes Halbbild mit jeweils den anderen Zeilen dazwischen aufgebaut ist, kann bei Aufnahme von bewegten Objekten (Seeing ist auch eine Bewegung) ein sogenannter Lattenzaun Effekt auftreten. Das zweite Halbbild kann dem ersten gegenüber leicht verschoben sein. Glücklicherweise kann Giotto das Vollbild in seine beiden Halbbilder wieder zerlegen und als getrennte Bilder verarbeiten und/oder wieder richtig zusammensetzen. MaximDL kann das nicht. Aber die Brennweite des verwendeten Teleskops war kurz genug, so dass keine negativen Effekte zu sehen waren. Eine andere Möglichkeit wäre, so viele Bilder aufeinander zu addieren, dass es sowieso nicht mehr auffällt. Wie auch immer – der kleine Bildschirm der Sony Digital8 zeigt nur ein Halbbild an, weshalb es passieren kann, dass ein Stern plötzlich nicht mehr zu sehen ist, wenn er in Deklination verschoben wird, um dann später plötzlich wieder sichtbar zu werden. Sehr verwirrend, wenn man das Gesehene mit einer Sternkarte vergleicht und manche Sterne nicht zu sehen sind! Als Analog-Digital Wandler wird der in der Digital8 Kamera eingebaute verwendet, der auch als recht gut gilt. Erfreulicherweise ist der Offset gering, also wird kein Bit verschenkt. 

Zurück zur Farbmintron: 

Bereits nach Anschließen der Kamera fiel positiv der eingebaute Zoom Modus auf, der das Fokussieren deutlich erleichtert, zumal der kleine Bildschirm der Kamera nicht absolut ideal ist – siehe oben. Nach dem Fokussieren muss der Zoommodus wieder ausgeschaltet werden, denn sonst würde man Leistung verschenken, wie zu kleines Gesichtsfeld und Verteilung eines lichtelektrischen Elements auf dem CCD Chip auf insgesamt 4 angezeigte Pixel. Nun wird der Sense Up auf 128 geschaltet., wodurch innerhalb der Kamera 128 Halbbilder addiert werden, die danach als „Standbild“ ausgegeben wird. Dieses Standbild wird alle 2,5 Sekunden aktualisiert. Der Effekt ist enorm, denn es werden jetzt auch schwache Sterne sichtbar. Es dauert eine Weile, bis die 128-fache Addition vorgenommen wird. Nach und nach wird die Integrationszeit länger und länger, bis schließlich die volle Integrationszeit von etwa 2,5 Sekunden erreicht ist.  

Von dem aufgenommenen Videostream wurden exakt 5 Minuten mittels Premiere 6.0 auf den Computer übertragen – voll digital über Firewire. Dazu etwa 2 Minuten bei zugehaltenem Teleskop zwecks Dunkelstrombildes. Hinterher in bmp zerlegt, von Dunkelstrom befreit und von Hand addiert, jeweils das 5-te Vollbild eines jeden neuen „Standbildes“.  

Das Bild zeigt das Ergebnis der Addition. Es wurde nur addiert, der Offset abgeschnitten und oben 90 Prozent geklippt, wodurch die hellsten Sterne nicht linear sind. Es wurde nicht geschärft. Die Kamera hat ein festes Gamma von 0.45. Zum Schluss wurde das Bild noch entzerrt.

Zur Wertung: Je mehr Bilder man aufzeichnet, desto mehr Sterne werden sichtbar – aber nur die Sterne! Die Farben sind nicht besonders ausgeprägt. Der Nebel bleibt stets so schummerig, egal wie viele Bilder ich auch noch addieren will. Die Sterne gehen etwa bis zur 13ten Größe. Gegenüber der Cookbook fällt die Kleinheit der Sterne auf. Auffällig auch der farblich und helligkeitsmäßig  sehr fleckige Hintergrund. Diskussion ist hier angesagt.

Meiner Meinung nach liegt es an dem eingebauten DSP, der den Hintergrund stark beeinflusst, so dass der Nebel nicht zur Geltung kommen kann. Der DSP ist wohl auch für eine Schärfung verantwortlich, die die Sterne so scharf und klein erscheinen lassen. Bei Kugelsternhaufen wird man wohl mehr Glück haben. Werde es bei einer Gelegenheit mal ausprobieren.

Das Bild zeigt den Dunkelstrom, und zwar den gesamten vorhandenen Helligkeitsbereich.

Mintron 62V1 EX :

das ist die „normale“  Mintron, die monochrome Bilder liefert. Im Gegensatz zur Farbversion gibt es hier keine Farbmaske und keinen minus-IR Filter vor dem Chip. Das Licht kommt also ungehindert direkt auf den Chip. Damit ist die Kamera deutlich lichtempfindlicher, was auf der nachfolgenden Aufnahme auch deutlich sichtbar wird. Alle anderen Informationen können aus dem Text zur Farbversion entnommen werden – es ist genau derselbe Aufnahmevorgang  wieder. Eigentlich kann man hier fast alle Sterne sehen, die auch auf der Cookbook Aufnahme sichtbar sind. Guide geht nicht mehr weit genug und eine Version des A1 sollte mir zwar mal zukommen, aber leider habe ich die 10 CDs nie bekommen. Deshalb kann ich eine Größenbestimmung nicht vornehmen – schade. 

Ebenfalls keinerlei Schärfungen vorgenommen. Ich habe mich bei der Addition der Bilder ein wenig auf die Automatik des MaximDL verlassen. Zum Schluss ebenfalls entzerrt, den Offset weg und oben 90 Prozent abgeschnitten. Die Kamera hat einen festen Gamma von 0.45. Nach dem Einladen des Bildes bitte ein bisschen an den Dynamikreglern spielen, um den Hintergrund sichtbar zu machen. Habe nur mit 95 Prozent komprimiert, so dass Artefakte eigentlich nicht auftreten sollten, soweit es die jpg Kompression betrifft. 

Das Dunkelbild zeigt den gesamten Umfang der vorhanden Helligkeitswerte. Natürlich war nach oben noch Platz. Der höchste Wert war etwa 12 Prozent des gesamten Dynamikraums. Der Darstellung wegen, habe ich aber den oberen nicht genutzten Teil weggenommen. Deutlich zu erkennen ist der stufenartige Dunkelstrom – wirklich eigenartig! Oben links befindet sich der Ausgangsverstärker, deshalb die starke Aufhellung.  

Watec 120N: 

Wie bereits vorher schon einmal erwähnt ist diese relativ neu am Markt befindliche Kamera relativ klein gebaut und mit einem Steuergerät versehen, das wie eine Fernrohrsteuerung mit einem etwa 3 Meter langem Kabel verbunden wird. Die Kamera hat etwa die Größe eines 31,8mm Okulars, während die  Mintron Kameras doch eher der Zwei Zoll Klasse von Größe und Gewicht her ähneln. Angeschlossen wird die Kamera wie die Mintron mittels C-Mount Anschluss. Bei mir lag noch ein passender Okularadapter für 31,8mm Anschluss dabei, welcher mit einem Filtergewinde versehen ist.

Die Kamera hat keine ins Videobild eingeblendetes Menü sondern alle Funktionen sind mittels Tasten auf der Steuerung direkt zugänglich. Es sind auch nicht so viele Funktionen vorhanden – eben nur, was der Amateurastronom braucht. Dazu gehört eine stufenlos regelbare Gainregler welcher einem Verstärker entspricht, der das Bild hochverstärkt, wenn das Signal zu schwach ist. Normalerweise arbeitet der automatisch (AGC = automatic gain control). Hier ist einer der beiden Schwachstellen der Kamera zu finden: Der Gain ist nicht völlig abschaltbar, so dass ein leichtes Grieseln sichtbar bleibt. Die minimale Verstärkung liegt bei 8dB.  

Der zweite Schwachpunkt ist der fehlende Zoommodus, der das Fokussieren erleichtern würde - insbesondere, wenn man mit einem so kleinen Kontrollmonitor arbeiten will, wie er bei der Digital8 Kamera vorhanden ist. 

Beide Mängel kann man aber als marginal ansehen, denn das leichte Rauschen wird bei der Addition vieler Bilder mehr und mehr in den Hintergrund gedrückt und das Fokussieren gelingt irgendwie auch. Auf der Plusseite ist der direkt zugängliche Belichtungszeitenregler zu erwähnen. Außerdem gibt es bei dieser Kamera endlich auch den Gammaregler, der sich von den Standart 0,45 auch auf 0,35 und 1,0 schalten lässt, wodurch lineares Aufzeichnen der Helligkeitswerte gewährleistet ist. Weiter gibt es einen Schalter, mit dem sich das momentan aktuelle Bild einfrieren lässt. Eine rote LED zeigt überdeutlich an, dass keine weiteren Bilder geliefert werden, solange die LED nicht durch nochmaliges Auslösen der Taste erloschen ist. 

Zur Verwendung: Kamera anschließen und die Belichtungszeit auf „kurz“ einstellen. Gegebenenfalls mit dem Gainregler das Signal soweit anheben, dass man einen Stern zwecks Schärfe beurteilen kann. Danach die Belichtungszeit soweit erhöhen, bis man auch einige schwächere Sterne erkennen kann, die zur Aufsuchung hilfreich sein können. Dazu Gamma auf 0,35 und den Gain voll auf, damit man lieber etwas schnellere Belichtungszeiten einstellen kann. Wenn man das Feld gefunden hat, Gamma wieder runter und vor allem den Gainregler auf minimal – am liebsten aus, was aber ja leider nicht geht. Nun Belichtungszeit auf volle Kanne und warten, bis die ersten zwei Bilder reingekommen sind. Dann Recorder an oder Framegrabber auf Aufnahme schalten.  

Die ersten Bilder zeigten auch gleich, dass die Kamera nahezu kein Rauschen hat. Der Hintergrund ist sehr eben – kein aufhellender Ausleseverstärker, keine seltsamen Aufhellungen des Hintergrundes oder ähnliche Artefakte. Außerdem sind die Sterne extrem scharf! Es ist die schärfste Kamera aus dem gesamten Test. Man bekommt gar nicht den Eindruck, dass man es mit einer Videokamera zu tun hat. Verglichen mit der Cookbook Aufnahme kann man nur sagen: Hut ab! Ich würde mal sagen, dass die Videoastronomie mit einer Watec der normalen CCD Astronomie locker Konkurrenz macht. Die Cookbook wird sternemäßig übertroffen. Der Nebel ist allerdings immer noch außergewöhnlich schwach zu sehen. Da hat die Cookbook die Nase vorn. Aber ich habe die Cookbook auch nicht optimal betreiben können. Da wird ein Nachtest erforderlich werden.  

Das Dunkelbild der Watec ist unscheinbar. Lediglich eine gleichmäßige waagerechte Linienstruktur ist erkennbar. Steckt in der Kamera ein automatischer Dunkelstromabzug? Wird der Ausgangsverstärker bei der Belichtung abgeschaltet? Oder liegt der Ausgangsverstärker ungewöhnlich „weit weg“ vom beleuchtbaren Teil des Chips? Fragen , auf die ich im Moment noch keine Antwort weiß. Das magere Begleitmaterial gibt da auch keine Auskunft. 

In der etwas mageren Beschreibung der Watec wird mitgeteilt, dass es sich bei dem Chip um einen interlace-Chip handelt. Kein EX Chip oder so. Das Dunkelbild ist nahezu eben. Es hat den Anschein, dass bei längeren Belichtungszeiten als 1/50 Sekunden der Chip in progressiv Scan Technik ausgelesen wird. das Bild würde demnach nicht in zwei Halbbilder zerlegt werden, sondern der Chip Zeile für Zeile komplett ausgelesen wird. Ich muss das bei ruhiger Stunde mit einer Testaufnahme mal nachprüfen...