Sofort zum dritten Teil (Unscharfe Maske)
Im ersten Teil des Artikels haben wir ein Matrix-Multiplikations-Verfahren dargestellt, mit dem wir Stern-Abbildungen geschärft haben, indem wir das Astro-Bild mit einer Schärfungsmatrix (Schärfungskern) multipliziert haben.
ACHTUNG: Die Schärfung eines realen Astro-Bildes ist wesentlich schwieriger, als die Schärfung einer "idealen" Stern-Abbildung, wie wir sie im ersten Teil des Artikels benutzt haben. Ein reales Astro-Bild besteht nun einmal aus chaotischen Strukturen und nicht sonderlich "idealen" Sternabbildungen.
Nun wollen wir das beschriebene Verfahren an unterschiedlichen realen Astro-Bild testen. Es werden verschiedenartige Bild-Inhalte in den Test aufgenommen:
Galaxien (M51 und M90), planetarischer Nebel (M57), Gasnebel (M1), Mond und Jupiter
Diese Bildtypen sollen das Schärfungsverfahren mit unterschiedlichen Parametern "durchlaufen", um so das bestmögliche Ergebnis zu ermitteln.
Bei der ersten Testbildreihe wird eine Schärfungsmatrix der Größe 3 x 3 verwendet (Gleichung 12). Das mittlere Matrixelement F wurde für die verschiedenen Bilder modifiziert, um die unterschiedliche Wirkung zu ermitteln. F muss in diesem Fall größer als 4.0 sein, sonst funktioniert der Algorithmus nicht (siehe Teil 1).
Die folgenden Bilder sind in der Größe nicht geändert worden. Mit einer Änderung der Größe wird nämlich im Allgemeinen wieder die Schärfe des Bildes geändert!
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| Abb. 1: M1, Original | Abb. 2: M1, F = 10.0 | Abb. 3: M1, F = 6.0 | Abb. 4: M1, F = 5.0 | Abb. 5: M1, F = 4.5 |
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| Abb. 6: M51, Original | Abb. 7: M51, F = 10.0 | Abb. 8: M51, F = 6.0 | Abb. 9: M51, F = 5.0 | Abb. 10: M51, F = 4.5 |
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| Abb. 11: M57, Original | Abb. 12: M57, F = 10.0 | Abb. 13: M57, F = 6.0 | Abb. 14: M57, F = 5.0 | Abb. 15: M57, F = 4.5 |
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| Abb. 16: M90, Original | Abb. 17: M90, F = 10.0 | Abb. 18: M90, F = 6.0 | Abb. 19: M90, F = 5.0 | Abb. 20: M90, F = 4.5 |
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| Abb. 21: Mond, Original | Abb. 22: Mond, F = 10.0 | Abb. 23: Mond, F = 6.0 | Abb. 24: Mond, F = 5.0 | Abb. 25: Mond, F = 4.5 |
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| Abb. 26: Jupiter, Original | Abb. 27: Jupiter, F = 10.0 | Abb. 28: Jupiter, F = 6.0 | Abb. 29: Jupiter, F = 5.0 | Abb. 30: Jupiter, F = 4.5 |
Zunächst einmal muss man feststellen, dass unterschiedliche Astro-Objekte auf die gleichen Schärfungs-Parameter unterschiedlich reagieren. Das bedeutet natürlich, das wir keinen Wert F festlegen können, der optimal für alle Astro-Bilder wäre. Für M1 (Abb. 1 - 5) würde man wohl F = 6.0 wählen. Bei M51 (Abb. 6 - 10) ist F = 10.0 das Äußerste. Ansonsten wird das Bild zu körnig und die Strukturen verschwinden komplett. Für M57 (Abb. 11 - 15) würden wir ein F = 5.0 bis 6.0 verwenden. Die Strukturen im Ringnebel sind deutlicher und der Zentralstern ist gut erkennbar. Bei M90 (Abb. 16 - 20) ist wohl wieder F = 6.0 angesagt. Galaxien, also sehr helle, groß-flächige Objekte, müssen wohl mit einen größeren F (= schwächere Schärfung) bearbeitet werden. Beim Bild vom Mond (Abb. 21 - 25) dagegen, kann man schon fast mit F = 5.0 arbeiten. Die Krater werden deutlich schärfer abgebildet. Beim Planeten Jupiter kann man ein F von 5.0 bis 4.5 verwenden, um die Ringstrukturen scharf abzubilden. In Abb. 30 kann man auf der rechten Seite von Jupiter durch die Schärfung zwei Monde erkennen, die auf dem Original-Bild (Abb. 26) nicht zu erkennen sind.
Abb. 31 verwendet ein F von 4.2 für Jupiter. Nun sind die beiden Monde sehr deutlich zu sehen. Allerdings bildet sich dann auch wieder der berühmte "schwarze Ring" um den Planeten aus.
Abb. 31: Jupiter mit F = 4.2
Man muss also für jedes Astro-Bild den günstigsten Wert durch Probieren herausfinden.
Welchen Einfluss hat eigentlich die Größe der Schärfungsmatrix auf die Schärfung?
Die größeren Matrizen (N ist ungerade, also 3 x 3, 5 x 5, usw.) können nach folgendem Schema aufgebaut werden: 1.: Die gesamte Matrix mit "-1" besetzen. 2.: An die 4 Eckelemente eine "0" setzen. 3.: Das Element in der Mitte bekommt einen Wert, der größer als "N * N - 4" ist, wobei N die Größe der Matrix ist. Die folgenden Bilder zeigen M1, die jeweils mit einer 3 x 3-, einer 5 x 5- und einer 7 x 7-Matrix geschärft worden sind. Ganz links ist das Original zu sehen. Der Faktor F wurde immer so gewählt, dass er genau doppelt so groß wie der minimal mögliche Wert (N * N - 4) war.
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| Abb. 32: M1, Original | Abb. 33: M1, 3x3, F = 8.0 | Abb. 34: M1, 5x5, F = 40.0 | Abb. 35: M1, 7x7, F = 88.0 |
Man kann erkennen, dass bei größerer Matrix der Schärfungseffekt stärker ist. Ansonsten sind die Unterschiede hier eher gering. Es sieht so aus, als ob der Schärfungseffekt mit großen Matrizen "weicher" ist. Aber dies kann auch ein subjektiver Eindruck sein und hängt sicherlich auch wieder vom astronomischen Objekt ab.
Dieser erste Teil des Artikel sollte Sie in das Thema "Schärfung" einführen. Wie Sie sehen, ist das Ganze jedoch nicht so einfach. Das erste vorgestellte Verfahren ist zwar anwendbar, aber auch nicht gerade Gold wert! Aber es gibt noch einige andere Verfahren, die im nächsten Teil des Artikels vorgestellt werden sollen.
Die Bilder auf dieser Seite (Abb. 1 - 35) können als ZIP-Datei ("Original.ZIP" und "Teil1.ZIP") "downgeloadet" (ist das so falsch geschrieben?) werden. In der ZIP-Datei "Original.ZIP" befinden sich die Original-Bilder jeweils als Datei im FIT- (16-bit, ohne Vorzeichen), BMP- und GIF-Format. In der Datei "Teil1.ZIP" befinden sich die geschärften Bilder im FIT- (16-bit, ohne Vorzeichen), BMP- und GIF-Format. Außerdem befinden sich in dieser Datei die vollständigen Testreihen mit 5 x 5- und 7 x 7-Schärfungsmatrizen für den Crab-Nebel M1. Die gleichen Dateien ("Original.ZIP" und "Teil1.ZIP") finden Sie auch auf unserer Download-Seite. Die Dateien sind folgendermaßen benannt: "XXX_nnnn.erw" oder "XXX_nnnn_5x5.erw" oder "XXX_nnnn_7x7.erw". XXX ist der Objektname und "erw" ist die Dateierweiterung. Die Zahl "nnnn" ist eine Fließkommazahl mit zwei Stellen hinter dem Komma und gibt den Wert des zentralen Matrixelementes an. Wenn nicht anders angegeben, ist die Schärfungsmatrix von der Größe 3x3. Beispiel: M1_5000.fit ist eine FIT-Datei von M1 (Crab-Nebel). Das Matrixelement in der Mitte hat den Wert 50.00 und die Matrix hat die Größe 3x3.
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