Darks – BIAS – Flats

Es gibt eine Tatsache: Jeder Sensor rauscht, keiner ist perfekt und es gibt auch keine absolut perfekte Optik. Deshalb werden Techniken angewandt, um Bildfehler die vom Sensor oder dem Optischen Aufbau kommen zu korrigieren.

Die kurze praktische Fassung, so wie es sich bei mir derzeit bewährt hat:

Nachdem die Bilder (Lights) eines Objekts oder mehrere bei gleicher Einstellung gemacht sind, mach ich die Flats, BIAS und Darks. Den Kamerainternen Dunkelbildabzug nutze ich nicht, weil er zu viel wertvolle Zeit am Objekt verbraucht.

Flats: Ich verwende eine Flatbox und halte sie möglichst gerade vor die Optik. Bei Optiken, wo man die Blende manuell einstellen muss oder am Teleskop stelle ich die Kamera auf P (Automatikmodus) und die Belichtungskorrektur auf +1,7 Blenden bei ISO200 und mache mit Serienbildfunktion (meist L) 15-30 Bilder.
Bei Fotooptiken, wo die Kamera die Blende im P Modus verstellen wird, muss man natürlich auf A (Blendenvorwahl) die Blende einstellen, die man für die Lights verwendet hat.

BIAS: Optik abdecken und bei geringst möglicher Belichtungszeit (1/8000 oder  1/4000 je nach Kamera) mit der Serienbildfunktion bei ISO200 15-30 Bilder machen.

Darks: Zwischendurch wenn Wolken durchziehen oder wenn ich alles abbaue: Objektivdeckel auf die Kamera und bei den selben Belichtungseinstellungen wie die Lights: Also ISO und Zeit und wenn verwendet Livetimemodus. Einiges an Bilder machen (4 besser aber mehr als 8), Dabei die Kamera draußen lassen damit in etwas die selbe Temperatur wie bei den Lights herrscht.

Das war es auch schon. Anfangs reicht vielleicht der kamerainterne Dunkelbildabzug, aber früher oder später wird man dann die Darks selbst machen wollen.  Mit zunehmenden Kenntnissen bei der Bildbearbeitung und Beurteilung wird man Flats und BIAS Bilder berücksichtigen wollen….

Jetzt die längere Version, aber das Ganze ist, vor allem bei dem Lights in der Tiefe sehr komplex und  verwirrend. Also nur mein Versuch etwas Licht in die Sache zu werfen, für mehr gibt es aber berufenere Webseiten…

Darkframes (Dunkelbilder)

Wer schon mal länger als 1 Sekunde belichtet hat und nichts in seinen Kamerasettings verstellt hat, dem wird aufgefallen sein, die Kamera tut etwas nach dem eigentlichen Bild (=Lightframe). Und zwar genau so lang, wie die Belichtungszeit war. Das ganze nennt sich Dunkelbildabzug / Darkframereduction. In der Kamera nennt sich das Rauschminderung und die steht meist auf EIN oder AUTO.

Worum geht’s: Ein Sensor hat Fehlstellen, heiße (einzelne Farbpixel oder Gruppen die auch ohne Licht zu sehen sind) oder kalte (tote) Pixel. Das ganz wird dann noch verstärkt je länger der Sensor belichtet wird. Dabei häufen sich diese Fehler und werden sichtbarer. Außerdem steigt natürlich auch die Temperatur was noch mehr Fehler und Rauschen bringt. Leiterbahnen, die vielleicht an einer bestimmten Stelle hinter dem Sensor stärker erwärmt werden führen zum „Sensor glühen“. Das Bild wird dann an einer Stelle deutlich mehr Rauschen etc.

Abhilfe: Unmittelbar nach einem Bild wird ein zweites Bild erstellt, aber ohne dass Licht auf den Senor gelassen wird. Dieses Dunkelbild (Darkframe) wird dann einfach vom Motivbild abgezogen, denn es enthält ja die Fehler. Keine Angst, auch wenn da 1000 Pixel rauschen, in der Fülle vom >10 Mio Pixel wird das kaum auffallen.

Das kann also die Kamera machen für uns, ist sogar das beste, denn es wird unmittelbar das Dunkelbild nach dem Bild gemacht, sodass nahezu der selbe Zustand des Bildes vorherrscht wie beim Bild (Lightframe). Denn ein Darkframe bei anderer Temperatur, Belichtungszeit und ISO sieht natürlich anders aus.
Hier ist also wichtig dass das Korrekturbild genau bei den selben Bedingungen gemacht wurde wie das Foto.

In der Praxis kommt man aber schnell auf ein Problem: Man verbraucht doppelt soviel (wertvolle) Zeit um ein Bild zu machen.

Das kann man umgehen in dem man vor, während oder nach dem Bildermachen selbst für die Darkframes sorgt und diese hinterher von seinen Bildern abzieht. Natürlich sollte schon die Bedingungen möglichst gleich sein, also (Sensor) Temperatur, Belichtungszeit und ISO Einstellung.

Es hängt vom Chip ab, wie stabil die Darkframes sind. Man kann sogar daran denken, eine Darkframebibliothek anzulegen, allerdings verändern sich Sensoren und man sollte sie wohl nach einiger Zeit erneuern.

Praxis
Ich für meinen Teil mit den Olympuskameras belichte üblicherweise mit Livetime, was den Sensor bei Belichtung immer wieder mal dazwischen auslesen muss und ihn so zusätzlich fordert. Und meist mache ich dann die Darkframes hinterher, wenn ich mein Teleskop etc abbaue und verstaue. Denkbar ist auch die Zeit von durchziehenden Wolken. Also: Deckel auf die Kamera oder Teleskop und bei der selben ISO, Belichtungszeit und möglichst gleicher Temperatur (also zeitnahe) genauso Belichten….  Wie immer in der Astrofotografie: Man sollte schon einige machen dann kann man auch hier Schwankungen zwischen den Bildern ausgleichen (=Masterdark). Viele Programme brauchen auch ab 4 Darks, besser 8 oder mehr Darks, damit sie nicht meckern 😉

BIAS

Gleich vorweg: BIAS ist in den Darks enthalten aber wenn man mit Flatframes arbeitet, erforderlich.

Worum geht’s.  Als BIAS bezeichnet man die Verstärkung des Signals beim Auslesen des Sensor.
BIAS Frames zu erstellen ist ganz einfach: Ohne Licht die kürzest mögliche Verschlusszeit wählen. Da man das für die Flat Frames braucht, muss man es bei der selben ISO machen wie diese. Am besten bei geringster ISO. Bei Olympus ist das ISO200.

Praxis
Ich mache diese einfach nach den Flatframes: Objektivdeckel oder sonstiges, ISO200 einstellen und je nach Kamera im Mode S (Verschlusszeit) 1/2000 – 1/8000 einstellen und einiges an Bildern machen. Also einfach und schnell 🙂

Flats

Mit den Flatframes kann man die Fehler des Optischen Systems korrigieren. Also Vignetten (dieser Helligkeitsabfall von z.B. Fotolinsen, deren Helligkeit zum Rand hin abfällt), Staub/Flecken am Sensor (kommt bei Olympuskameras aufgrund des sehr effektiven „Staubschüttlers“ kaum vor), und sonstige Fehler im Optischen System.
Was sie natürlich nicht ausgleichen können – den Helligkeitsgradient am Himmel…

Die Theorie ist an sich ja einfach: Möglichst hell (so min 2/3 der Sättigung) und sie müssen im Linearen Bereich des Sensors liegen. Und hier liegt eines der Probleme: Digitalkameras für den Fotoeinsatz bilden selten linear ab, vor allem nicht im hellen Bereich, damit eben sehr helle Stellen nicht sofort ausfressen (gesättigt sein). Linear heißt: Doppeltes Signal bei doppelt so viel Licht.

Dazu kommt noch ein Problem: Kaum ein RAW Konverter öffnet die Bilder wirklich Linear, sondern werden dabei gestreckt. Das in PixInsight verwendete DCRaw kann das aber. Daher sind die in PI im Linearen Bereich geöffneten Bilder so gut wie schwarz. Aber letztlich sind es Zahlenwerte, die ein Bild repräsentieren und ob der Pixelwert tatsächlich bei 0,5 (50% Helligkeit bei PI) liegt und damit im Bild gut sichtbar ist oder nur bei 0,005 liegt (am Bildschirm einfach schwarz, solange man nicht künstlich streckt) ist für die Bearbeitung aber egal….

Es gibt verschiedene Methoden, überhaupt zu Flats zu kommen. Ich benutze da einfach eine Flatfieldbox, im Prinzip eine sehr gleichmäßig beleuchtete Fläche.

Wichtig beim Erstellen der Flats ist, dass sie bei den genau gleichen Optischen Voraussetzungen wie die „Lights“ gemacht werden. Also gleiche Blende (bei Fotooptiken),  Fokus und Stellung der Kamera.
Wer alles fix am Teleskop montiert hat oder bei Fotoobjektive, die man ja normalerweise nicht frei rotieren kann im Verhältnis zum Sensor kann man natürlich die Flats aus einer selbst angefertigen Bibliothek nehmen oder bequem am nächsten Tag machen.
Ansonsten macht man sie halt nach dem Ende der Astrofotosesseion (außer es ist gerade alles angelaufen…), wo alles noch genau gleich eingestellt ist.
Und Flats brauchen nicht bei der selbe ISO gemacht werden, sondern einfach bei der geringsten ISO, also ISO200.

Mathematisch gilt: Korrigiertes Bild = (Light-Dark) / (Flat-Bias)

Warum noch BIAS ? …..die sind doch im Dark enthalten ?! Weil die Flats gerade beim Einsatz der hellen Flatboxen ja sehr kurz belichtet werden, würden die wesentlich länger belichteten Darks (meist auch bei andererer ISO) ziemliche Löcher in die Flats und damit das Bild reissen…

Letztendlich ist doch alles sehr kompliziert, und oben habe ich es auch eher vereinfacht beschrieben, daher gleich zu dem wie es sich bislang bei mir bewährt hat, denn so Mancher hat hier immer wieder Probleme.

Praxis

Nach der Astrofotosession halte ich die Flatfieldbox vor die Optik, und mache mit der Serienbildfunktion, im Blendenvorwahlmodus (A) (bei Fotooptiken, damit sich die Blende nicht verstellt) und automatischer Belichtungssteuerung und  Belichtungskorrektur auf +1,7 Blende (eV) 20-30 Bilder, bei ISO200.
Geht also schnell….