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Hier anhand von zwei Beispielen, was der Einsatz von Flat/BIAS bringt.

Es sind alles Screenshots entstanden ganz am Anfang der Bildbearbeitung.
Damit man die Effekte besser sieht, wurde auf die Bilder der Automatischen Kontrast und dem Weißabgleich angewendet.

Das erste Bild ein typische DeepSky Bild mit der E-M10.II und dem mFT45/1.8 entstanden. Ein recht dunkle Nacht machte es bei F/2.5 und ISO1600 möglich, 60 Sekunden zu belichten.

Am Einzelbild "OOC" kann der Geübte eventuell schon er kennen welches Sternbild hier zu sehen ist:
OOC steht für "out of camera" nur mit Standartwerten des Bildbetrachters angesehen ohne Korrekturen außer Größe.

00a_OlyF_UMi_OOC_X1153641.jpg.699aa41d8bf93c0535b2e82c36dbfa92.jpg

Es ist der Kleine Bär/Wagen, UMi (Ursa Minor) links oben Polaris (Polarstern) der helle gelbe unten: Kochab.

Ziemlich genau das, was unser Auge an sehr dunklem Himmel hier sehen kann. So ca. eine Helligkeit von +5,5 mag (Magnituten, 1 mag unterschied = ca. 2,5 Blenden unterschied, Sonne -27, Mond ca. -10, Venus: -4 Sterne so ab 0).

Das ganze einfach mit der Autokorrekturfunktion - Autokontrast/Weißabgleich (ACDSee). Kommt wohl jedem bekannt vor, denn das führt naturgemäß am Sternenhimmel selten zu einem brauchbaren Bildergebnis:
00b_OlyF_UMi_OOCac_X1153641.jpg.c2d00778c6f53642fa290d4b825532dd.jpg

Aber was hier jetzt unübersehbar herauskommt: Der Helligkeitsabfall gegen den Rand, also Vignettierung der Optik und der Helligkeitsgradient am Himmel, hervorgerufen durch unsere leider allgegenwärtige Lichtverschmutzung, selbst so hoch am Himmel.

Ein Screenshot nach dem 1. wichtigstem Prozess: dem Stacken. Wieder mit der Autokontrast/Weißabgleich. Da sind  allerdings spezialisierte Programme ja schon besser an die Situtation angepasst:

01_OlyF_PI-UMiPS_FLATBIASDARKS.jpg.0c78c912a5f44a9b00ed05295e711c69.jpg
Links oben: Der Stack nur mit Darks Korrigiert, also ohne Flat/BIAS.
Links unten: Der kalibrierte Stack. Also eine Korrektur mit Darks/Flat und BIAS files
Rechts oben: Das Master Flat (viele Flats gemittelt) - und in klein eine "Analyse" - wo es noch extremer gestreckt ist Beim Master BIAS würde man auch nicht besonders viel sehen, daher nicht gezeigt.
Rechts unten: Das Master Dark.

Ergebnis: Mein "natürlicher" Helligkeitsgradient der im 2. wichtigen Schritt einer Astrofotobearbeitung durch sogenannte Hintergrundextraktion entfernt wird.
Da sich im Laufe der Zeit das Bildfeld am Himmel dreht, kann ein solcher Gradient leider auch sehr komplex werden, vor allem bei weiten Feldern wo man bald mal nahe stark aufgehellter Bereich kommt.

Was man jetzt auch sehen kann: Nur durch Stacken ist die erreichte Tiefe solcher Bilder schon beachtlich. Um einiges mehr, als man wohl durch ein übliches Fernglas erkennen kann (kleiner mag +10).

Warum ist das hier für dieses Bild so wichtig?
Offensichtlich ist in dieser Himmelsgegend außer ein paar hellen Sterne so gut wie nur die schwarze Leere des Weltraums zu sehen!

Das dachten auch alle bis vor ca. 10 Jahren. Die Radioastronomen wussten es schon länger, die Amateurastrofotografen können es aber seit einigen Jahren auch fotografisch herausarbeiten, selbst mit unseren einfachen Mitteln:  Die "Polarspur". Es sind Staubpartikel die außerhalb unserer Milchstraße das Licht unsere Galaxie zurückwerfen.

Ein zweites Beispiel am Komet "C/2020 F3 Neowise" der uns kurz im Sommer 2020 verzückte.

Leider sehr Horizont nahe, kurz vor und nach Sonnenuntergang. Mein Bild vom 13.7. ist ja breiter bekannt, damals wirklich sehr nahe des Horizonts. 7 Tage später sollte er etwas höher stehen und klarer sein. Leider musste ich in Wien arbeiten habe aber den StarAdventurer mitgenommen und bin auf einen nahen wohl bekannten Aussichtspunkt gefahren, die Sophienalpe. Ja er war höher, aber bedingt durch den Dunst war es auch nicht  besser. Natürlich will man dann die Daten schnell bearbeiten aber ich hatte keine Flat gemacht. (Hatte ich vergessen mitzunehmen und die Umgebenden anderen Astrofotografen hätten mich wohl gekillt 😉 denn Lichtquellen außer dunkles Rot sind ein NoNo! - da liebe ich meinen Garten, da kann ich mache was ich will 🙂 )

Also hier mal wieder ein Einzelbild  - OOC und darunter mit Autokorrektur (ACDSee):
(E-M10.II und mFT75/1.8 F/2.2 ISO800 30s)

02_OOC_X1209319.jpg.d93e18b7ef7066d909dcf091ded8dd8d.jpg

03_OOC_ac_X1209319.jpg.ba76306771f00f39a0a9c0feee96201d.jpg


Nach Stacken ohne Flat/BIAS, aber Hintergrundextraktionsversuchen war klar: Mit meinem Wissen um Bildbearbeitung komme ich hier nur mühsam weiter.  Zu stark die verschiedenen Gradienten. Vor allem mit dem Wissen: Einfach Flat nachmachen und hinterher weniger Ärger mit dem Hintergrund, anstatt stundenlang Zeit vergeuden....

04_C2020_woFB.jpg.70c4803260a67c2f6a72df0940a1b485.jpg

Also habe ich dann bei nächster Gelegenheit bei den selben Einstellungen an Blende und Fokus die Flats und BIAS nachgeholt.

Hier der Vergleich in meiner Bildbearbeitung (PixInsight).
Rechts zum Besseren sichtbar machen, eine schnelle Automatische Hintergrundextraktion (ABE).

05_OlyF_PI_C2020_DwoFB_DFB.jpg.dfe555ba616359f71d2eb3affb73c85b.jpg
Links oben: Der Stack nur mit Darks. Rechts daneben: mit ABE  zeigt den abenteuerlichen Mix an Gradienten.
Links unten: Stack mit Dark/Flat/BIAS korrektur. Rechts unten: Wohl eine um einiges bessere Ausgangsbasis für mehr. Noch dazu ohne viel Aufwand und ohne dass irgendwelche ausgeklügelte Algorithmen Daten vernichteten oder zugefügt haben.

Um die Sache noch etwas zu verkomplizieren will ich beim Kometenstack hier nicht verheimlichen:
Noch vor dem Stacken wurden die kalibrierten Bilder mittels "Hintergrund Normalisierung" (BN) verbessert. Denn so nahe am Horizont und starker Lichtverschmutzung würde ein großer Teil der Bilder, die bei nicht optimalen Stand in der Atmosphäre zu beeinträchtigt sind wohl das Endergebnis stark negativ beeinflussen. Der Komet selbst ist ja so hell, dass er in den ganzen Bildern kaum  kaum Schaden nimmt, aber der Hintergrund, wo sich manche Teile nur schwach abheben, zu hell.

Schlussbetrachtung:

Ein solches Bild bei optimalen Bedingungen, wäre eine leichte Übung für Bildbearbeitungsprofis !
Da wir es meist nicht sind (ich zumindest nicht) müssen wir unsere Bilder so aufbereiten, dass die Ausgangsbasis schon möglichst gut ist. Um ein nahezu perfektes Bild noch perfekter zu machen, bedarf es ja kaum tiefer Kenntnisse der Bildbearbeitung, wie wir aus der Alltagsfotografie wissen.
Klar kommt man nicht an die Qualität von "Profis" unter besten Bedingungen heran. Aber Bilder, nicht ganz so Kundiger, denen ein besserer Standort und ihre möglicherweise viel bessere Ausrüstung vergönnt ist, sehr wohl, wenn wir sie nicht gar überflügeln.
Letztendlich aber zählt ja wohl das eigene Erreichte! Nicht darüber Verzweifeln, was man alles (noch) nicht kann.
In der Rückschau, wird man dann auch sehen, wie sehr man die Grenzen des Möglichen verschieben konnte.

Das Geheimnis einer Astrofoto Bearbeitung liegt nämlich zunächst mal genau in diesen 3 einfachen Schritten zu Beginn:

1.) kalibrierte Einzelbilder
2.) stacken
3.) Hintergrundsextraktion

Siegfried

bearbeitet von iamsiggi
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    • Von iamsiggi
      So wie kein Bildsensor Fehlerfrei ist, ist es auch der gesamte optische Weg nicht.

      Auch hier gibt es Möglichkeiten, sein Bildmaterial zumindest von solchen Einflüssen zu bereinigen.
      Gemeinhin spricht man dann von der „Bildkalibrierung“ und dazu werden neben dem Dunkelbild auch Flat und BIAS Bilder gebraucht.

      Wer wird das brauchen: 

      Alle die Wert auf höchste Details legen und Artefaktfreie Bilder wollen. Daneben aber erleichtern sie die Bildbearbeitung. Also alles was Deep Sky betrifft.
      Landschaftsfotografen, die eine sichtbare Vignette aus dem Bild bekommen wollen sollten auch mal probieren. Solange die wirklich konzentrisch ist, geht das auch Softwaremäßig, aber eben nur Helligkeitsverläufe, keine weiteren sonstigen Fehler.
      Wer wahrscheinlich nicht:

      Kaum wird man das bei Bildern des Mond und Planeten brauchen, solange es bei Großen Bildern um „schöne“ Bilder geht oder bei kleinen hellen Planten. Die nehmen ja am Sensor nur wenige Pixel ein und man wird den Rest stark beschneidet.
      Solange man da nicht irgendwelche Artefakte wie Vignetten (Helligkeitsabfälle) oder Reflexionen etc. bemerkt, die man einfach wegstempeln könnte, weil der Bildhintergrund sowieso schwarz ist.


      Was ist nun ein Flat:

      Einfach ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Bild beim selben Lichtweg wie sein Hellbild (Light). Also selbe Blende, selbe Schärfeneinstellung und wer die Kamera zur „Optik“ rotieren kann (also mehr an Teleskopen) dieselbe Ausrichtung.

      Was korrigiert ein Flat:
      . Vignetten (Helligkeitsabfall der Optik)
      . Staub auf dem Sensor (bei Olympus mit dem effizienten Staubschüttler meist nicht so das Problem)
      . Unterschiedliche Empfindlichkeiten von Pixel
      . Reflexionen im gesamten Strahlengang

      Was macht es mit unserem Bild:
      Vereinfacht gesagt: Da wo ein Pixel zu wenig Signal zeigt wird es auf heller gerechnet, da wo es zu hell ist dunkler.

      Wie macht man es:

      Bei welcher ISO ist nicht so entscheidend weil es ja nur um den Helligkeitsverlauf geht. Gerne bei optimaler ISO, bei uns also ISO 200. Wer allerdings öfter vergisst, nachher bei Darks wieder die ISO auf den Wert seiner Lights anzupassen, kann auch die selbe ISO wie die verwenden.
      Was allerdings wichtig ist: Man belichtet Flats so hell wie möglich, aber im linearen Bereich des Sensors. Das wird ca. bis +1,7ev sein, aber +1 Blende drüber (Automatik) funktioniert da auch. Unterschiedliche Astrokameras können das schon sehr anders reagieren. Manche brauchen dann Flat-Darks etc.

      Unsere Sensoren der derzeit gängigen Olympuskameras (16 / 20 MPixel CMOS) sind bislang sehr gutmütig. Ob ein Flat jetzt mit Automatikbelichtung, einer Blende heller oder 1,7 Blenden heller belichtet ist, spielte bei mir zumindest derzeit keiner Rolle.
      Flats kann man auch später nachmachen: Man muss nur die selben Einstellung (Fokus/Blende und Rotation) nachstellen.

      Ein Problem kann jetzt sein, wie man eine wirkliche gleichmäßige Beleuchtung sorgt. Da habe ich einfach eine Flatbox von Lacerta/Teleskop Austria  für mein 200mm Teleskop besorgt, die  um vieles besser als die EL-Folien sind. Wichtig jedenfalls: Die Verschluss Zeit sollte länger als ein eventuelles Flimmern sein. Bei EL-Folien mehr als 1/50 bei meiner gibt es bis unter 1/500 kein Problem. Eventuell seine Flats hinterher durchsehen, ob sich etwas an der Ausleuchtung änderte. Sei es durch Flimmern oder dass Verschluss Lamellen manchmal Teile des Bildfeldes verdunkeln.

      Bei sehr lichtstarken Geräten und hochempfindlichen Kameras kann die Belichtungszeit ein Problem werden. Bei unseren Fotoapparaten hatte ich da bislang keine Probleme.

      Daneben gibt es verschieden Methoden, wie man für die gleichmäßige Ausleuchtung sorgen kann, die aber alle etwas aufwändig sind. Stichwort: Dome Flats (eine große weiße Fläche in der Sternwarte die man dazu verwendet), Sky Flats, Dämmerungs Flats (man benützt den Himmel).
      Am praktikabelsten vielleicht noch die T-Shirt Methode (ein T-Shirt/Stoff am Tag über die Optik).  Ein gutes gleichmäßig ausgeleuchtetes Leuchtpult, sollte auch funktionieren. Laptopbildschirme sind meist nicht exakt ausgeleuchtet, daher kaum mehr in Gebrauch. Kann man aber probieren. Ist etwas zu hell, kann man mit weißem Papierlagen die Intensität dämpfen. Es versteht sich aber, das Papier oder Stoff zur Lichtreduktion keine  Falten oder andere Strukturen aufweisen darf, denn es würde dann Strukturen ins Bild einbringen.

      Am einfachsten aber wie schon geschrieben: Ein passende Flatfield Box. Bei extremem Weitwinkel wie 8mm wird es aber schwierig, da noch ein Flat „bis zum Rand“ zu erstellen. Bei diesen weiten Winkeln geht es sowieso kaum mehr um letzte Präzision, zumindest am Rand.

      Wie gehe ich vor:
      Am Ende / Anfang der Session halte ich die Flatfield Box vor die Optik.
      Einfach auf automatische Belichtung  (bei Fotoobjektiven mit Automatischer Blende im A Modus, damit man die selbe Blende hat) mit +1ev (Blende) bei ISO200 oder der wie man die Bilder machte und dem Serienbildmodus Bilder sammeln. Meist werden es bei mir um die 30-50.
      Natürlich darf da nicht schon Tau auf den Optiken im Spiel sein !!

      Also alles ganz einfach und schnell.

      Was man allerdings für die Flats auch benötigt sind BIAS:

      BIAS oder Offset Frames

      Wer braucht BIAS:
      Jeder der Flat Files macht.
      Wer keinerlei Dunkelbild macht, kann so zumindest das BIAS herausrechnen.
      Wer nur einen Dunkelbild Abzug machte oder durch die Kamera machen ließ, braucht es nicht, denn das BIAS Signal ist ja enthalten. BIAS von einem Dark abzuziehen wäre eine Überkorrektur.

      Was ist das:
      Das Ausleserauschen und dem „Offset“ – ein Signal womit der Sensor „vorgeladen wurde“ damit er empfindlicher wird.

      Wie macht man es:
      Einfach ohne Licht die kürzest mögliche Belichtungszeit bei der ISO mit der man die Flats machte.
      Also „Dunkelbilder“ im S-Modus mit kürzester Belichtungszeit.
      Auch hier: Viele machen.

      Warum braucht man viele „Korrekturbilder“ wie Darks/Flat/BIAS

      Man kann nur Sachen korrigieren, die immer gleichbleiben, also systemspezifisches. Dazu kommt aber auch immer ein zufälliges Rauschen mit ins Bild. Dieses zufällige Rauschen würde aber wieder Rauschen ins Bild einbringen.

      Daher mittelt man möglichst viele Darks / BIAS / Flats zu sogenannte Master - Flats/BIAS/Darks. Wie beim Stacken auch, reduziert sich das Rauschen bei jeweils 4 Bilder auf die Hälfte. Daher wird es schon viel bringen so 10-15 Bilder zu machen, besser natürlich wenn man 30-50 hat (was bei BIAS/Flats ja leicht und schnell zu machen ist) und kaum mehr was, wenn man 150 oder mehr anfertigt.

      Man sollte nicht verschweigen, dass es auch Kalibrierungsartefakte geben kann. Das beste Mittel dagegen ist Dithering.
      Dazu wird nach jeder Belichtung das Bildfeld versetzt um einige Pixel, so dass nicht immer dasselbe Signal auf den selben fehlerhaften Pixel/Pixelbereich fällt.
      Auch Stackingalgorithmen tun sich leichter Ausreißer zu isolieren und so gar nicht erst zur Erstellung des Endbildes zuzulassen.
      Eines der augenfälligsten Dinge hier ist hier ein Effekt, der Astrofotografen, die Farbkameras verwenden trifft: wandernde Schatten/Rauschen (moving/walking  shades/noise).
      Hauptursache ist meist ein Zeichen einer nicht genauen Nachführung, wo die Objekte gleichmäßig über sehr lange Zeit übers Bildfeld wandern.

      Das ist praktisch an sich so gut wie gar nicht mehr zu korrigieren:


      Warum braucht man das in der „Alltagsfotografie“ nicht ?

      Weil wir hier genügend Licht zur Verfügung haben.
      Am Sternenhimmel wird minutenlang bei hoher ISO Licht gesammelt. Alles sehr weit weg vom vorgesehen „Einsatzzweck“. Dazu kommt, dass sich die Objekte kaum vom Himmelshintergrund abheben. Da wir diesen winzigen Unterschied extrem hervorheben, wird man jeden kleinen Fehler ebenso stark hervorheben.
      Wir müssen lange belichten, damit sich zumindest dieser schwache dunkle Bereich schon in einem Helligkeitsbereich am Sensor befinden, der nicht mehr so unheimlich stark rauscht wie es Sensoren im dunklen Ende eben machen.

      Mit der Bildkalibration kann man relativ einfach einiges an Bildfehlern beheben, die uns das Leben bei der nachfolgenden Bearbeitung sehr erschweren bis unmöglich machen.

      Vertiefende Infos zum Thema Bildkalibration findet man bei Thomas, der bei einem Vortrag der Sache auf den Grund ging: Bildkalibrierung    Frank (Astrophotocologne) in seinem youtubekanal hat auch einiges dazu.
       

      Nachtrag:
      Flat Darks:
      Ob man BIAS oder Flat Darks zur Korrektur der Flats nimmt, hängt von der Kamera ab. Je nach dem was am besten funktioniert.
      Ein Flatdark ist nicht anderes als ein Dunkelbild, das genauso lang wie die Flats belichtet werden. Da ist dann das Rauschen bei den Bedingungen drinnen, wie es im Flat auftritt. Und natürlich auch das unvermeidliche BIAS Signal.
      Man sollte es gehört haben und auch mal überprüfen ob man jetzt BIAS oder Flatdarks nehmen sollte.

      Problemen mit Korrekturfiles ?

      Da hilft Pixelmathematik. FitsWork kann es ganz sicher (vielleicht Siril auch) natürlich PixInsight und Photoshop und sehr gute andere sollten das aber auch können.
      Ein schneller Test, wie sein korrigiertes "Light" aussieht wäre mit dieser Formel:
      (Light-dark)/(flat)*med(flat)

      Flats korrigieren nicht oder bringen unerwünschtes ins Bild:
      Einfach eine Division von 2 Flatbildern (oder eines davon Masterflat) also
      Masterflat/Flat.
      Wenn die nicht gleich gemacht sind (Kameradrehung und/oder Blendenänderung andere Brennweite etc.) wird man in der gleichförmigen hellen Fläche Strukturen sehen.
      Gernerell bei Bildern: Bild1 - Bild2 zeigt das, was unterschiedlich in den 2 Bildern ist.


      Ergänzung off Topic:
      Die Seismologen haben jetzt im Lockdown gerade die wohl einzigartige Gelegenheit herauszufinden, wie hoch der Anteil an künstliche Quellen in ihren gemessenen Erdbewegungen sind. Die Beben sind in manchen Gegenden (am meisten in Deutschland an der Zugspitze)  stark zurückgegangen. Jetzt kann man auch kleinste Beben finden und in Zukunft wohl das starke Rauschen durch Korrekturen glätten.
      Wird z.b. Anwendung finden bei der Bohrung nach Erdwärme im Raum München, die ja überwacht werden müssen. Kleinste Änderungen, die unter normalen Umständen überhaupt im Rauschen untergehen, kann am dann vielleicht doch nachweisen. Auch die Seismologen an Meeresküsten habe ihre Freude: Mit dem Signal aus dem Meeresrauschen können sie jetzt noch besser die ersten 200km der Erdkruste beobachten.

      Siegfried
       
       
       
       
    • Von iamsiggi
      Ich wollte unbedingt mal mit dem Olympus mFT100-400 den Orion Nebel fotografieren, denn der ist ja sehr hell.
      Wie meist im Winter, der Himmel spielt nicht mit.
      Ende letzte Jahres, bei hellem Mond (eine Sicht auf Sterne wie aus der Großstadt) Ende 2020 machte ich ja 1 Minuten Belichtungen bei ISO800 mit der E-M1.III.

      Gestern konnte ich noch 8 Bilder zu 4 Minuten (ISO1250) machen. Da waren die Bedingungen alles andere als Gut, aber es war schon wesentlich dunkler und -6 Grad.
      Die Sterne schienen zu brennen, so schlecht wie meist im Winter wenn man über einer Ortschaft fotografiert.
      Da setzte ich die modifizierte E-PL6 ein, und vorm Objektiv ein Haida UVIR Filter. Da waren die schwachen roten Nebelteile natürlich besser. Sterne wie gesagt unbrauchbar, und das Zentrum schon lange ausgebrannt. Mit StarNet++ hatte ich die Sterne entfernt, zumindest bis sie nicht mehr störten und zum Schluß mischte ich das sternlose 8x 4 Minutenbild  (Außenbereiche Nebel) mit den 49x 1 Minuten Bild - Sterne + Innenteil.

      Hier die Daten der Belichtungen:

      E-M1.III + mFT100-400@400mm F/6.3: 48x ISO800, 60 sec.
        E-PL6m + mFT100-400@400mm F/6.3 + Haida UVIR750 8x ISO1250, 240 sec.

      Ich verwendete mein "großes" Setup:
      AZ-EQ6 GT und MGen II fürs guiden, auslösen der Kamera und dithering:



      Siegfried
       
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