Häufig sieht man schöne farbige Bilder von planentarischen Nebeln (z.B. M 27, Bild 1). Diese Bilder werden häufig mit Digital-Kameras (CCD) erstellt. Es werden dann mehrere Interferenzfilter benutzt, um die einzelnen Farbkomponenten des Bildes aufzunehmen. Ein solcher RGB-Filtersatz wird von mir ebenfalls angewendet.
Bild 1: M 27
Die drei benutzten Filter (Rot-, Grün- und Blau-Filter) haben relativ steile Kanten. Diese Kanten werden so gelegt, dass im Normalfall ein ordentliches farbiges Bild aus den drei Einzelbildern zusammengesetzt werden kann (siehe Bild 1). Die Durchlasskurven meiner Filter sind in Bild 2 zu sehen. Dort ist ausserdem die Empfindlichkeitskurve meiner CCD-Kamera (Starlight MX 916, CCD-Chip: Sony ICX083AL) eingetragen. Die Daten für die Empfindlichkeitskurve habe ich aus dem Internet auf den Seiten http://www.sony.com gefunden. Dort findet man auch die Daten für alle anderen Sony-CCD-Chips.
Bild 2: Transmissionskurven und Kameraempfindlichkeit
Man sieht, dass die Filter in bestimmten Bereichen eine fast 100%ige Durchlässigkeit haben. Rechts und links von diesem Bereich fallen die Kurven sehr steil ab. Trotzdem überlappen sich die einzelnen Kurven in größeren Bereichen.
Um der ganzen Sache auf den Grund zu gehen, habe ich zunächst einmal ein Spektrum von M 27 besorgt (Bild 3).
Bild 3: Das Spektrum von M27 (Quelle: Fujii Besei Observatory)
In der folgenden Grafik (Bild 4) kann man nun sehen, in welchen Filterbereichen die einzelnen gemessenen Spektrallinien von M 27 liegen.
Bild 4: Spektrallinien M 27
Bild 4 zeigt zunächst die Filterkurven multipliziert mit der Empfindlichkeit meiner CCD-Kamera. Auf der X-Achse ist die Wellenlänge in Nanometer aufgetragen. Ausserdem ist das gemessene Spektrum von M 27 in form von schwarzen senkrechten Linien enthalten. Je länger eine Linie ist, desto intensiver ist diese Spektralfarbe vertreten. Und schliesslich habe ich unter das Diagramm einen kontinuierlichen Farbverlauf kopiert, damit man sehen kann, welche Farbe die einzelnen Spektrallinien haben.
Die roten Linien (insbesondere H alpha bei 656.3 nm) liegen ganz klar im Bereich des roten Filters und haben auch keine Überlappungen mit den anderen Filtern. Viel problematischer sind dagegen die Linien im linken Bereich des Spektrums von 480 bis 510 nm. Hierbei handelt es sich (unter anderem) um die O III-Linien. Diese Linien sind bekanntermaßen grün, wie man auch im Spektrum unterhalb des Diagramms sehen kann. Problematischerweise liegen diese Linien jedoch genau im Überlappungsbereich des blauen und des grünen Filters, und zwar mit einer Tendenz zu mehr blau. Setzt man nun das Farbbild aus den drei Einzelbildern zusammen (unter Berücksichtigung der Kameraempfindlichkeit und der Filterkurven), dann erhält man ein Farbbild, wie in Bild 1 gezeigt.
Eigentlich sollten jedoch die blauen Bereiche in Bild 1 eher grünlich erscheinen (O III-Linie!). Da jedoch die Linien ein bisschen mehr im Bereich des blauen Filters liegen, überwiegt das Blaue im endgültigen Bild.
Die Frage ist nun, kann man aus den drei vorhandenen Farbbildern (Rot, Grün und Blau) trotzdem ein (halbwegs) "farbechtes" Bild von M 27 hinbekommen?
Da ich eine selbst programmierte Bildbearbeitungssoftware benutze (Bild 5), habe ich den großen Vorteil, dass ich bei Bedarf diese Software durch neue Möglichkeiten erweitern kann.
Bild 5: Das Bildverarbeitungsprogramm "FITS"
Die Idee für die Erzeugung "farbechter" Bilder ist nun folgende:
Aus dem Spektrum des fotografierten Objektes kann man für die einzelnen Linien die Wellenlänge und deren Intensität ermitteln. Weiterhin kann ich die einzelnen Linien an Hand der Lage jeweils einem Farbbild (Rot-, Grün- oder Blau-Bild) zuordnen, welches die Linie am intensivsten darstellt. Mit Hilfe einer Umrechnungstabelle, welche eine bestimmte Wellenlänge in einen RGB-Wert für die Grafikkarte umrechnet, kann man nun ein Bild zusammensetzen, welches genau die Farben enthält, welche das Spektrum aufweist. Die Umrechnung der Wellenlängen in die RGB-Werte der Grafikkarte kann natürlich nur näherungsweise erfolgen.
Der Dialog, den ich in mein Bildverarbeitungsprogramm "FITS" eingebaut habe, sieht folgendermassen aus (Bild 6):
Bild 6: Eingabe der Daten für ein "Echtfarbenbild" mit FITS
Mit dem Bild vom Blaufilter (....\M27_BB.fit) decke ich vier Linien des Spektrums ab: Zwei O III-Linien (500.7 und 495.9 nm), die H beta-Linie (486.13 nm) und die He II-Linie (468.57 nm). Mit dem Bild vom Rotfilter (....\M27_RR.fit) wird die H alpha-Linie (656.285 nm) und eine weitere Linie bei 672 nm abgedeckt. Das Grün-Bild verwende ich hier nicht. Die jeweiligen relativen Intensitäten sind in der Spalte ganz rechts im Dialog (Bild 5) eingetragen.
Für die einzelnen Spektrallinien ergeben sich nach Umrechnung folgende RGB-Werte (Tabelle 1) für die Grafikkarte:
| Wellenlänge [nm] | RGB-Wert für Grafikkarte |
| 500.7 | R = 0; G = 253; B = 130 |
| 495.9 | R = 0; G = 255; B = 186 |
| 486.13 | R = 0; G = 202; B = 212 |
| 468.57 | R = 0; G = 161; B = 248 |
| 656.285 | R = 103; G = 0; B = 0 |
| 672.0 | R = 100; G = 0; B = 0 |
Tabelle 1: Die RGB-Werte der Spektrallinien
Die RGB-Werte für die Grafikkarte können zwischen 0 und 255 liegen. Mit den nun vorhandenen Daten errechnet ein etwas komplizierter mathematischer Algorithmus nun das Farbbild. Das Endergebnis kann man in Bild 7 betrachten:
Bild 7: M 27 in "Echtfarben"
Nun ist M 27 tatsächlich grün. Auf der anderen Seite macht jedoch die Abbildung der Sterne etwas Schwierigkeiten. Die Sterne haben ein kontinuierliches Spektrum, d.h. es besteht nicht aus einigen wenigen Emissionslinien. Da unser Bild 6 jetzt jedoch nur aus einigen wenigen Spektralfarben zusammengesetzt wurde, werden die Sternfarben nun nicht korrekt dargestellt.
Hier noch ein weiteres berechnetes "Echtfarbenbild" von M 57 (Bild 8):
Bild 8: M 57 in "Echtfarben"
Alle Bilder wurden mit einem Celestron C8 (2 m Brennweite), einer Starlight MX 916-CCD-Kamera und den Tokai-RGB-Filtern erzeugt.