9. Mai 2022  AVA Gossau Bildbearbeitungskurs:

Fabian Neyer hat heute für Interessierte einen Bildbearbeitungskurs für Astrofotografie Im Gymnasium Friedberg in Gossau durchgeführt.
Nebst dem Kennelernen des Bildbearbeitungsprogramms von Pixinsight, ging es vor allem darum, die richtigen Kalibrierbilder zu machen.
Diese werden dann von Pixinsight verarbeitet, vorausgesetzt man verfügt über einen PC mit geeignetem Prozessor und genügend RAM.


Systemanforderungen für PC Benutzer:

Betriebssystem	mindestens	Windows10	besser	Windows11
Prozessor	mindestens	Intel I5	besser	Intel I7	optimal	AMD Ryzen Threadripper o.ä.
RAM	mindestens	8 GB	besser	32-64 GB	optimal	64 GB - 1 TB
Video	mindestens	1920x1080	besser	2560x1440	optimal	3840x2160

Leider erfüllt mein Notebook diese Voraussetzungen nicht, deshalb konnte ich am Kurs noch nicht mit Pixinsight üben.
Mein Tower-PC zuhause hat hingegen einen Intel  i7-6700 CPU @ 3.40GHz und 8 GB RAM.
Damit sollte man schon mal etwas arbeiten können.

Ich werde also dieses Programm Pixinsight mal als 45-Tage Freilizenz laden und mit den  Bildern, die ich am Kurs zur Verfügung
gestellt bekommen habe testen und etwas üben.

Je grösser die Anzahl der Bilder und je grösser der Dateninhalt der einzelnen Bilder ist, die gleichzeitig verarbeitet werden sollen,
umso mehr Rechenleistung und Speicher (RAM) werden benötigt (hallo Gaming PC).

Was ich bisher gelent habe ist, dass es jede Menge korrekt aufgenommene Referenzbilder braucht, um nacher eine gute Bildberarbeitung zu machen.


Bias Frames (Offset-Bilder):

Kurzzeitbelichtungen bei komplett verdunkelter Kamera (Deckel drauf, Schwarzer Sack darüber). Keine Kamerakühlung notwendig.
Belichtungszeit 0.001- 1 Sekunde.
Notwendige Anzahl Bilder für ein Master-Bias 15-30. Das Master-Bias ist ein gemitteltes Bild aller Bias-Frames.
Zeigt auf den Bildern das Grundrauschen der Kamera. Das ist von Kamera zu Kamera verschieden.
Das Grundrauschen wird durch die Ausleseelektronik während des Auslesevorgangs selbst erzeugt.

RGB Bias-Master (gemittelt aus mehreren Bias-Frames):




Dark-Frames (Dunkel-Bilder):

Langzeitbelichtungen bei komplett verdunkelter Kamera (Deckel drauf, Shutter geschlossen). Kamerakühlung notwendig.
Aufnahmen mit der genau gleichen Belichtungszeit bei der geleichen Temperatur wie die eigentlichen Light -Frames (Astrofotos).
Notwendige Anzahl Bilder für ein Master-Dark 15-30. Das Master-Dark ist ein gemitteltes Bild aller Dark-Frames.
Zeigt auf den Bildern das Dunkelrauschen der Kamera bei entsprechender Belichtungszeit. Das ist von Kamera zu Kamera verschieden.
Je höher die Temperatur, umso höher das Dunkelrauschen. Deshalb soll die Kamera gekühlt werden, um immer die gleiche tiefere Temaratur zu nutzen.

RGB Dark-Master (gemittelt aus mehreren Dark-Frames):




RGB Rohdaten (schwarz) kalibriert mit Dark-Master und Bias-Master:




Flat-Frames (Weiss-Bilder):

Kurzzeitbelichtungen bei weiss beleuchteter Kamera (Kamera an Teleskop, Flat-Field Generator an Telekopeintritt montiert).
Der Flat-Field Generator erzeugt ein homogenes weisses Licht auf der ganzen Fläche der Eintrittsöffnung des Teleskops.
Belichtungszeit >3 Sekunden (bei CCD Kameras Shutterschliesszeit berücksichtigen).
Die Flat-Frames dürfen nicht zu hell sein, sollten aber auch nicht zu dunkel sein. Ein etwas helleres Grai ist ok.
Man sollte sich im linearen Bereich der Pixelempfindlich keit bewegen. Ein guter Wert wäre etwas über der Mitte der Helligkeitskurve.
Notwendige Anzahl Bilder für ein Master-Flat 15-30. Das Master-Flat ist ein gemitteltes Bild aller Flat-Frames.
Zeigt auf den Bildern die Empfindlichkeitsunterschiede der einezelnen Kamerapixel. Das ist auch vom Aufbau des Gesamtsystems abhängig.
Je höher die Temperatur, umso höher das addierte Dunkelrauschen. Deshalb soll die Kamera gekühlt werden, um immer die gleiche tiefere Temaratur zu nutzen.

Monochrom Flat-Master (gemittelt aus mehreren Flat-Frames):




Light-Frames (belichtete Bilder, Astofotos):

Langzeitbelichtungen zur eigentlichen Bilderfassung mit der Kamera. Kamerakühlung notwendig.
Sinnvolle Anzahl Bilder 15-30. Je mehr Bilder zur Verfügung stehen, umso grösser sind die Chancen, Fehler zu unterdrücken oder auszugleichen.
Wichtig: Die gleiche Belichtungszeit und die gleiche Kameratemperatur sollen auch für dazu passenden Flat-Frames verwendet werden.


Bildkompensationsformel:



Beim Kompensationsprozess der Bildvorverarbeitung werden von Pixeln der eigentlichen Astrofotos (Light-Frames bzw. light_raw)
die Pixeldaten der gemittelten Dunkelbilder (Dark-Master bzw. dark) und die der gemittelten Offsetbilder (Bias-Master bzw. bias) subtrahiert.
Diese korrigierten Pixelwerte werden anschliessend durch die vorverarbeiteten Weissbilder (Flat-Master bzw. flat minus Bias-Master bzw. bias) dividiert.
Das ergibt dann ein korrigiertes Astrofoto (Light-Frame bzw. light_calib).

Diese komplett kompensierten Astrofotos können anschliessend für weitere Prozesse wie das Alignment (Ausrichten) und das Stacking (Zusammenkopieren)
verwendet werden. Es ist wichtig, alle durch die Aufnahmetechnik der Kamera und des gesamten Systems enstandenen Fehler vorher zu kompensieren.


Monochrome Light-Frame korrigiert mit Dark-Master und Bias-Master (oberer Teil der Formel):




Monichrome Light-Frame zusätzlich korrigiert mit Flat-Master (inklusive unterer Teil der Formel):




Das wird von automatisierten Prozessen wie z.B. beim Programm Pixinsight unterstützt.