Zum Thema "Flat-Bilder" bei der Farb-Fotografie

Das bei der diditalen Astro-Fotografie ein Dunkelbild und ein Flat-Bild unbedingt erforderlich sind, hat sich eigentlich mittlerweile herumgesprochen. Die beiden folgenden Bilder zeigen zunächst ein Dunkelbild (dark frame) und dann ein Flat-Bild.

Dunkelbild, 300 sek, 0°C

Flat-Bild

Die Verarbeitung der Roh-Bilder läuft folgendermaßen ab: Zuerst wird das Dunkelbild vom Roh-Bild abgezogen. Dann wird das Ergebnis durch das Flat-Bild geteilt. Die Division durch das Flat-Bild gleicht alle Kamera-Fehler und die "Fehler" in der Optik, z.B. Abschattungen, usw., aus. Die Darstellung des obigen Flat-Bildes ist übrigens sehr kontrastreich, so dass die ganzen Makel der Apperatur exterm stark zu sehen sind.

Erstellung eines Dunkelbildes:
Die Aufnahme eines Dunkelbildes ist relativ einfach. Bei der gewünschten Temperatur wird bei lichtdicht geschlossenem Tubus bzw. CCD-Kamera ein Bild mit entsprechender Belichtungszeit aufgenommen. Dieses Bild enthält dann das Rauschen, dass während der Aufnahme und während des Auslesens des Bildes entsteht. Dieses Rauschen ist stark temperaturabhängig. Hinweis: Für ein Astrobild nehme ich nicht nur ein einziges Dunkelbild auf, sondern mehrere (10-20 Bilder), die dann gemittelt werden.

Erstellung eines Flat-Bildes:
Die Erstellung eines "Master-Flat-Bildes" ist etwas komplizierter. Normalerweise mache ich Flat-Bilder, die etwa 1 bis 5 Sekunden belichtet werden.  Aber welchen Hintergrund benutzt man am Besten? Der Hintergrund muss ja sehr gleichmäßig ausgeleutet werden! Es gibt verschiedene Verfahren. Einige Fotografen spannen ein weißes T-Shirt vor das Teleskop, andere bauen sich eine Box mit vielen Birnen, deren Licht dann noch durch Transparentpapier gestreut wird. Ich benutze ein anderes Verfahren. Und zwar nutze ich den Dämmerungshimmel, um die Flat-Bilder aufzunehmen. Hier scheint mir der entscheidende Vorteil zu sein, dass man ähnliche Verhältnisse hat, wie bei der Astro-Aufnahme selbst: Streulich relativ gering, Himmel relativ weit weg, das Teleskop ist auf unendlich fokusiert. Hat die Helligkeit des Himmels so weit abgenommen, dass die Beleichtungszeit etwa 1 bis 5 Sekunden beträgt, werden die Flat-Bilder aufgenommen. Ich nehme 10 Bilder auf. Danach werden bei gleicher Temperatur und Belichtungszeit 10 Dunkelbilder aufgenommen. Die 10 Dunkelbilder werden mit einer Software gemittelt. Als nächstes wird das Dunkelbild von jeden der 10 aufgenommenen Flat-Bildern abgezogen. Schließlich werden die daraus entstandenen 10 korrigierten Flat-Bilder ebenfalls gemittelt. Das ist das "Master-Flat-Bild".

Entscheidend im Flat-Bild sind die ringförmigen dunklen Stellen. Diese Ringe werden durch Verunreinigungen auf den diversen Glasscheiben, die das Licht durchqueren muss, erzeugt. Es beginnt mit einem Schutzglas vor dem CCD-Chip. Danach folgt evtl. ein Schutzglas, welchen den Innenraum der CCD-Kamera abschließt. Danach kommen dann die Filter-Gläser, dann evtl. der Spiegel einer adaptiven Optik (z.B. SBIG AO-7) und dann noch evtl. ein Reducer oder eine Barlow-Linse.

Grundsätzlich kann man folgendes Verhalten feststellen: Je näher das Schutzteilchen am CCD-Chip ist, desto kleiner ist der erzeugte Ring und desto stärker ist die Lichtabsorption in diesem Bereich. Eine Verunreinigung, die weiter vom CCD_Chip entfernt ist, erzeugt nut eine schwache Verdunkelung und einen sehr großen Ring. Diese Effekte kann man an dem obigen Flat-Bild sehr gut sehen.

Ein Staubkorn auf der Schmidt-Platte eines SC-Telekopes wird auf den Flat-Bild nicht zu erkennen sein, das das Teichen sehr weit von der CCD entfernt ist. Ein kritischer Punkt sind jedoch die für die Astroaufnehme eingesetzen Filter. Das Problem hierbei ist, das für eine Farbaufnahme mehrere Filter eingesetzt werden. Für eine LRGB-Aufnahme werden 4 Filter benötigt: Rot-, Grün- und Blau-Filter und für das Schwarz/Weiß-Bild wird meistens zusätzlich ein Infrarot-Sperrfilter benötigt. Die Frage, die sich nun erhebt, ist folgende: Muss man für jeden verwendeten Filter ein eigenes Flat-Bild erstellen, oder sind die Filter so weit vom CCD-Chip entfernt, dass ggf. vorhandene Staubteilchen keine Rolle spielen? Es könnte natürlich auch über den Bereich des gesamten Filterglases zu unterschiedlichen Durchlassintensitäten kommen. In diesem Fall wären mehrere Flat-Bilder auf jeden Fall angebracht, da nur dann eine ordentliche Farbgebung über das gesamte Astrobild gewährleistet wäre.

Die nachfolgenden Bilder zeigen nun Flatbilder, die mit verschiedenen Filtern aufgenommen wurden. Um die verschiedenen Bilder vergleichbar zu machen, wurde der Kontrast der Bilder so eingestellt, dass immer ein Bereich von 7000 Einheiten überdeckt wurde:

Histogrammdarstellung mit CCDSoft 5.0

Die "Kontrastoberkante" ( = weißes Pixel) wurde für jedes Bild gleichermaßen auf das hellste Pixel eingestellt. Darunter wurde dann ein Bereich von 7000 Einheiten eingestellt (siehe Bild).

Hier folgen nun die Bilder:

Bild 1: Ohne Filter
Bild 2: Mit IR-Sperrfilter
Bild 3: Rot-Filter
Bild 4: Grün-Filter
Bild 5: Blau-Filter

Bild 1: Ohne Filter	Bild 2: Mit IR-Sperrfilter
Bild 3: Rot-Filter	Bild 4: Grün-Filter
Bild 5: Blau-Filter

Im ersten Moment sehen die Bild eigentlich alle gleich aus. Aber bei genauerem Hinschauen kann man schon einige Unterschiede erkennen. So befindet sich beim IR-Sperrfilter in der Ecke unten links ein Staubkorn (relativ großer Ring, zu einem Viertel zu sehen) und am oberen Rand Mitte-rechts ein Staubkorn (ganzer Ring zu sehen). Außerdem scheint die Abschattung des Randbereiches durch die Filter unterschiedlich zu sein (Vergleiche: Blau- und Rot-Filter).

Aus läßt sich eigentlich ganz klar ableiten, dass man von jedem verwendeten Filter ein Flat-Bild erstellen sollte. Dies gilt besonders dann, wenn man mit den einzelnen Bildern Messungen durchführen will, z.B.: B-V-Werte bestimmen. Das erhöht aber leider den Aufwand, den man für Farbbilder machen muss, sehr deutlich. Hier erhebt sich dann natürlich die Frage, ob die Unterschiede der Flat-Bilder ein normales Farbbild erkennbar beeinflußen.

Bild A: Nur ein Flat-Bild verwendet	Bild B: Für jedes Farbe ein eigenes Flat-Bild erstellt

Der Effekt ist wesentlich stärker, als zunächst erwartet. Beide Bilder wurde genau identisch verarbeitet, außer das für Bild B für jeden Filter ein eigenes Flat-Bild erstellt wurde. Das Bild, welches über separate Flat-Bilder erstellt wurde, sieht im Rot-Bereich deutlich "saftiger" aus (welch eine Formulierung!). Warum der Effekt so stark ist, ist zunächst einmal unklar. Liegt das an einer unterschiedlichen Abschattung der Filter? Liegt ein Bildbearbeitungsfehler vor? Aus diesen Gründen sollten die nächsten Farbbilder ebenfalls mit separaten Flat-Bildern erstellt und mit herkömmlichen "Einzel-Flats" verglichen werden, damit man dann zu einem endgültigen Ergebnis kommen kann.  

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