Bildbearbeitung astronomischer Motive mit dem Astroprogramm Giotto 

letzte Änderung:
04.08.2004

Die Bildbearbeitung gliedert sich in 4 Einzelschritte:
 
- Gewinnung von Rohbildern (mit Webcam, Videokamera oder Digital-Kamera)
- Aufsummieren der Einzelbilder, um das Rauschen des Hintergrundes zu reduzieren und Fehlerpixel zu eliminieren
- Kontrastbearbeitung des Summenbildes
- Einsatz diverser Filter, um schwache Einzelheiten besser darzustellen 



Bildaufnahme mit Giotto











Videotreiber einstellen



Kameraeinstellungen,
(1. Registerkarte)


Bildeinstellungen,
(2. Registerkarte)


(3. Registerkarte)


(4. Registerkarte)





Videoformate im Größenvergleich

































Zeitabstand der Einzelbilder




 
Bilder aufnehmen:


Giotto bietet 2 Optionen, um Bilder aufzunehmen:
Bildaufnahme aus einem Videostream
 (mit Grabberkarte, TV-Karte oder per Webcam)
Timergesteuerte Aufnahme (per Webcam, hier kann man zwischen .avi File und .bmp Dateien wählen, die Beschreibung bezieht sich auf Aufnahmen mit der PCVC 740 Pro)



Vorbereitung am Teleskop:

Nachführung einschalten, Objekt mit kurzbrennweitigem Okular (= hohe Vergrößerung) mittig im Teleskop zentrieren, Okular raus und Webcam mit Okularadapter ins Teleskop schieben.



Videotreiber einstellen:

Giotto starten und im Register "Bildaufnahme" auf  "Videosetup" gehen. Treiber für Karte auswählen. (Microsoft WDM Image Capture (Win 32) bei der Webcam PCVC 740 K von Philips). 2 x Direktzugriff die Knöpfe setzen). Dann auf "Übernehmen" klickern. Streikt Giotto, die Einstellung auf "Einzelbilder" und "nicht extra" setzen und auf "Übernehmen" klickern... Die richtige Einstellung des Treibers ist normalerweise nur einmal notwendig.



Grundeinstellungen der Webcam (Bildquelle):

"Bildaufnahme" anklicken, "Timergesteuerte Bildaufnahme" anklicken, "Bildquelle" anklicken, "Bildregler" anklicken (1. Registerkarte):

Die Bilddarstellung auf 25 oder 30 Bilder pro Sekunde einstellen
Den Helligkeitsregler nach Rechts bis zum Anschlag schieben
Häckchen bei s/w setzen

"Bildaufnahme" anklicken, "Timergesteuerte Bildaufnahme" anklicken, "Bildquelle" anklicken, "Kameraregler" anklicken (2. Registerkarte):

Die Belichtungszeit auf 1/25 Sekunden setzen
Den Schieberegler "Gewinn" in die Mitte schieben

"Bildaufnahme" anklicken, "Timergesteuerte Bildaufnahme" anklicken, "Bildquelle" anklicken, "Audioregler" anklicken (3. Registerkarte)

Nur "Audioregler" anklicken, dann  "Quelle aufzeichnen" (4. Registerkarte) ebenfalls nur anklicken, nichts einstellen. Jetzt nochmals "Bildregler" (1.Registerkarte) anklicken. "Übernehmen" anklicken, "Speichern" anklicken.
 









Videoformat (= Bildgröße) einstellen:
Giotto bietet verschiedene Aufnahmeformate an:

- 640 x 480 Pixel, hier wird der gesamte Chip ausgelesen, ein einzelnes Bild hat dann ca. 900 kB
- 352 x 288 Pixel, hier wird nur der mittlere Teil des Chip ausgelesen, ca. 300 kB pro Bild
- 320 x 240 Pixel, hier werden 4 Pixel (2 wagrecht, 2 senkrecht) zu 1 zusammengerechnet, ca. 230 kB pro Bild
- 240 x 176 Pixel, ca.125 kB pro Bild
- 176 x 144 Pixel, ca.  75 kB pro Bild
- 160 x 120 Pixel, ca.  60 kB pro Bild

Um das Objekt am Bildschirm darzustellen, auf das Format 640 x 480 gehen (damit hat man den maximalen Bildauschnitt, den die Webcam sieht).

 

Bild am Monitor darstellen:
"Timergesteuerte Aufnahme" anklicken. War das Objekt hell genug und stand sauber in der Mitte, müßte ein verwaschener Lichtklecks auf dem Monitor sichtbar sein. Mit der Fernbedienung jetzt den Klecks mittig zentrieren. Anschließend langsam an der Schärfe regeln. Wird der Lichtklecks kleiner, ist es die richtige Richtung. Wird der Klecks wieder größer, ohne daß vorher das Objekt scharf mit Details zu sehen war, ist die Belichtungszeit zu lange. Belichtungszeit (Registerkarte 2) um 1 oder mehrere Stufen reduzieren, Bildhelligkeit (Registerkarte 1) ebenfalls reduzieren. Nochmal scharf stellen.

Als Übungsobjekt eignet sich besonders der Mond (er ist hell genug und so groß, daß man ihn leicht findet, durch die Oberflächendetails kann man auch sehr gut scharf stellen), aber auch terrestrische Objekte (Kirchturmspitze, Giebel eines Hauses, Baum am Horizont) sind dafür geeignet - hier muß allerdings die Nachführung des Teleskops ausgeschaltet sein!

Bis jetzt habe ich die Einstellungen 640 x 480 für Sonne und Mond verwendet, die Einstellung 352 x 288 eignet sich für Planetenaufnahmen. Bei allen anderen Einstellungen ist mir persönlich das Bild zu klein...



Weißabgleich:
Ist das Bild richtig scharf, kann man das Häkchen bei s/w (Registerkarte 1) wegmachen und die Farben mit den Schiebereglern für Rot und Blau (Registerkarte 2) regeln - der automatische Weißabgleich funktioniert bei wenig Licht nicht richtig - sowie die Sättigung und Gamma (Registerkarte 1) einstellen ...



Zeitlicher Abstand der einzelnen Bilder einstellen:
Möchten Sie astronomische Aufnahmen machen, empfiehlt es sich, viele Aufnahmen kurz hintereinander zu machen (z. B. alle 0,2 Sekunden) und sie anschließend mit Giotto zu zentrieren und aufzuaddieren.

Bei Zeitrafferfilmen (Wolken über einer Landschaft, Aufblühen einer Blume, Verlauf einer Sonnen- oder Mondfinsternis) sind längere Zeitabstände zwischen den einzelnen Aufnahmen sinnvoll (z. B. alle 2 Minuten ein Bild)

Bei Mond- und Sonnenaufnahmen mindestens 300 Bilder aufnehmen, bei Planeten oder Sternen ca. 1200 Bilder aufnehmen.

Nach der Aufnahme der Rohbilderserie oder des .avi Files sollten die gewonnenen Dateien sofort in ein anderes Verzeichnis gespeichert werden, da sie sonst bei der nächsten Aufnahme-Serie überschrieben werden...


Aufsummieren der Einzelbilder

Bilder aufaddieren:

"Interlacebild"
markieren für die einzelnen Halbbilder einer Videokamera, "Randausschluß" für die "fehlerbehafteten Zeilen" oben/unten.
"Mitteln" bildet Durchschnitt eines jeden einzelnen Pixels, richtige Einstellung für Astrobilder
"Kumulieren" bildet jeweils den hellsten Wert eines jeden einzelnen Pixels,
"Fotomodus" summiert jeden Helligkeitswert pro Pixel auf.

Die hier gezeigte Einstellungen sind für Planetenbilder, bei Sonnenflecken oder Mondkratern sollte man auf Paßmuster klicken und sich einen Krater bzw. einen Sonnenfleck auswählen. Starre Korrelation ist für Aufnahmen geeignet, bei denen kein Seeing die Bildpunkte verzerrt, z.B. bei Aufnahmen mit Weitwinkelobjektiven, Flatfield- und Dunkelstrombilder. Je nach Qualität und Menge der Einzelaufnahmen kann man das Verhältnis "Schärfe/Verzerrungen" optimal einstellen und auch die Anzahl der Bilder festlegen, die nach dem Vergleichen für die Aufsummierung verwendet werden sollen. Hat man viele Bilder (1024 und mehr), kann das Programm mit 1 % tolle Ergebnisse erzielen...

Die Rechenzeit kann je nach Prozessortaktleistung und Menge der aufgenommenen Bilder bis zu mehreren Stunden dauern. Zum Üben 50 bis 300 Bilder verwenden! Damit wird auch ein langsamer Rechner in wenigen Minuten fertig...

Das Summenbild wirkt "flau" und unscharf, nach der weiteren Bearbeitung können jedoch sehr viele Details sichtbar werden.

Summenbild unbedingt speichern, erst dann den nächsten Bearbeitungsschritt machen.

Kontrast einstellen

Kontrast einstellen:
Für die Kontrasteinstellung gibt es je nach Bildmotiv optimale Einstellungen:

Planeten mit "Gamma" (Jupiter: "1,3", Saturn: "0,9", sonstige Planeten: "1")
Sonnenflecken und Mond mit "Linear"
Protuberanzen mit "Exponentiell"
Kometen mit "Logaritmus"

"Untergrund" auf "Automatik", "Top Level" auf "95%", 
"Equalizing" :für Galaxien: "99%", für Planeten: 99,6%. Beim Equalizing wird das Spektrum zwischen total weiß und total schwarz gedehnt und vorher nicht sichtbare Einzelheiten erscheinen...

Wieder das neue Bild speichern, ehe der letzte Bearbeitungsschritt erfolgt.

Filtern

Beim Filtern verwende ich nur den Bandpaßfilter ganz rechts.

Bei der "Verstärkung" markiere ich "Dreieck", 
bei "Tiefpaßfilter": "Gaus" bei wenig Rauschen und "Rechteck" bei starkem Rauschen,
"Filtergröße": "7"-"11",
"Tiefpaßgröße": "3"
bei "Charackteristik" je nach gewünschtem Filtereffekt:
"kritische Dämpfung" = sanfter Filter, 
"Bessel" = mittlerer Filter,
"Butterworth" = starker Filter
Entstehen schwarze Kringel um Sterne, mit der "Filtergröße" zurückgehen (Standard =9),
bleiben auch bei reduzierter Filtergröße schwarze Reste übrig, den nächst schwächeren Filter ausprobieren...
Bei Filterwirkung 100% bleibt der Dynamikumfang gleich (1:1), bei mehr als 100% wird der Kontrast besser.

Und hier nun die Bearbeitungsergebnisse nach jedem Schritt: 
 
1. Versuch mit Bildern aus einem Videostream:
200/3000 mm Zeiss-AS-Refraktor (durch Wärmeschutzfilter auf 100mm Öffnung abgeblendet wegen gefordertem
D/f=30), digitaler 3-Chip-Camcorder Sony TRV900E direkt im Fokus, 0,5-Angstöm-Daystarfilter. (VdS Sternwarte Kirchheim/Thüringen).
400 Einzelbilder (teilweise wegen durchziehender Wolken unterbelichtet oder komplett dunkel) wurden mit starrer Korrelation aufsummiert, dann der Kontrast erhöht und die feinen Einzelheiten mit Hilfe des Bessel-Filters hervorgehoben.



Einzelbild



Summenbild



Kontrast



Filter


2. Versuch mit Einzelbildern:

Russentonne 100/1000, Glassonnenfilter, ToUcam 740 Pro.
47 Einzelaufnahmen wurden nach der gleichen Methode wie bei Versuch 1 bearbeitet, allerdings habe ich hier mit Paßmuster gearbeitet, da starkes Seeing die Bilder verzerrte und einen Sonnenfleck als Referenz genommen. Kontrast- und Filtereinstellungen waren die gleichen wie beim 1. Versuch...


Einzelbild


Summenbild


Kontrast


Filter

3. Versuch mit Einzelbildern:

16 Einzelbilder bei mäßigem Seeing wurden am 7 Zoll Zeiss-Teleskop mit der ToUcam 740 Pro aufgenommen, aufsummiert, der Kontrast bearbeitet und mit dem Bessel-Filter die Einzelheiten rausgekitzelt.


Einzelbild


Summenbild


Kontrast


Filter

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