Aufnahmetechnik bei der Mondfotografie

Wenn man mit einer modernen ASI Kamera seine ersten Versuche an kleinen Fernrohren macht, wird man über die Ergebnisse sehr erstaunt sein. Hier sind Bilder möglich wie man sie vor zwanzig Jahren nur von Großsternwarten erwarten konnte.
Diese moderne Art der Astrofotografie hat allerdings nur noch sehr wenig mit der herkömmlichen Kameratechnik mit Teleobjektiv zu tun. Diese modernen Astro Kameras benötigen Optiken mit relativ wenig Brennweite, aber ohne Laptop und einem entsprechenden Aufnahme Programm läuft da gar nichts.

Hier wollen wir erst einmal klären, wie man mit so kleinen Optiken solche Super Aufnahmen machen kann und wie man an Sonne und Mond formatfüllende Aufnahmen macht.
Das wird ermöglicht durch die kleinen Hochleistungschips in den Astrokameras und hierbei kommt der Crop Faktor ins Spiel.

Die Bezeichnung Crop Faktor dürfte jeder Foto-Amateur schon einmal gehört haben. Doch was bedeutet dieser Begriff für die Praxis? Die umgangssprachliche Bezeichnung „Verlängerungsfaktor“ gibt einen ersten Hinweis: Die Brennweite verlängert sich um einen bestimmten Multiplikator. Das ist für die schnelle Berechnung zwar ein „Daumenfaktor“, aber Vorsicht: Es ist physikalisch gesehen nicht die Brennweite, die sich verlängert, sondern der Bildwinkel wird verkleinert wiedergegeben, was zur Folge hat, dass der Bildausschnitt vergrößert dargestellt wird. Tatsächlich beschreibt der Crop Faktor also nur den auf den kleineren Sensor bezogenen Bildausschnitt, der als Vergrößerung wahrgenommen wird. Mit dem Crop Faktor hat man es immer dann zu tun, wenn ein Bildsensor kleiner als das Kleinbildformat 24x36 mm ist und man ein Objektiv verwenden will, welches für dieses Kleinbildformal ausgelegt ist, nun aber an dem kleineren Chip eingesetzt werden soll.






Dann ergibt sich folgendes:

Je kleiner der Chip umso größer ist der Crop Faktor, der dann durch den kleiner dargestellten Blickwinkel eine Auswirkung wie eine Vergrößerung hat.
So hat ein APSC Chip einer Canon DSLR einen Crop Faktor von 1,6. Nimmt man nun eine altes 500er Teleobjektiv das für ein Kleinbildformat von 24x36 mm berechnet wurde, so erreicht man mit diesem Objektiv an dem APSC Chip der Canon 500 mm x 1,6. Das sind satte 800 mm Brennweite.

Je kleiner nun der Chip der Kamera ist, umso größer ist der Crop Faktor.  Das bedeutet, dass wir es bei der Chipgröße einer ASI 178MM Astrokamera mit einem Crop Faktor von 5,4 zu tun haben. Das ergibt nach obigen Kriterien gerechnet eine Brennweite von über 2500 mm, bei einem 500er Tele.

Damit kann man den Vollmond gerade so auf den Bildausschnitt bringen. Wir benötigen also nicht mehr als 500 Millimeter Brennweite. Allerdings ist die Lichtstärke grottenschlecht, was aber nur bei Planeten oder Gasnebeln eine Rolle spielt. Bei Sonne und Mond hat man immer Licht im Überfluss. Wir haben auch noch den Vorteil, dass die Bildqualität sehr gut ist, weil die Rand Unschärfen eines älteren 24x36 mm Objektivs bei dem kleinen Bildwinkel nicht mehr zum Tragen kommen.

Die Hochleistungs-Chips der ASI 178 MM Astrokameras werden von Sony hergestellt und haben eine Größe von 7,4x4,9 Millimeter und extrem kleine Pixel von nur 2,4 tausendstel Millimetern. Das Ausleserauschen ist sehr gering. Mit einer Auflösung von 3096x2080 Pixeln bieten sie satte 6,4 MB bei einem Bild. Bei einer Bit Tiefe von 14 dürften sie damit unter den bezahlbaren Astro Kameras so ziemlich an der Spitze liegen. Ein weiterer großer Vorteil hierbei ist, dass die ASI Kameras mit ihren kleinen Aufnahmechips an jedes normale Teleobjektiv adaptiert werden können.

Laptop und Steuerprogramm:

Der Laptop und das Steuerprogramm für die Kamera sind das A und O bei der Astrofotografie. Die Steuerprogramme werden meistens kostenlos im Internet oder bei den Astro Händlern zur Verfügung gestellt. Das Programm mit dem ich meine Sonnen und Mondbilder aufnehme nennt sich Fire Capture. Es hat eine angenehme Bediener-Oberfläche und ist sehr schnell erlernbar.

Beim Anschluss der Kamera an den Laptop erkennt das Programm sofort den Kameratyp und liefert umgehend ein Bild auf den Monitor, wenn die Kamera am Fernrohr angeschlossen ist. Man muss nur noch scharfstellen, die Helligkeitsparameter einstellen und die Aufnahmemodi festlegen.Durch drücken der Enter Taste wird die eingestellte Bildserie mit einem Piepton gestartet. Ein Piepton beendet die Aufnahme Serie. Es dauert knapp acht Sekunden bis 600 Mondbilder im SER Format im Kasten sind.

Die 600 Bilder einer Serie im SER Format benötigen bei Mondaufnahmen ca.3,9 Gigabite an Speicherplatz auf der Festplatte des Laptops. Für eine Mondsession sind 100 Gigabite freier Speicherplatz aus dem Laptop ausreichend. Die Daten sollten anschließend auf einer separaten Festplatte gespeichert werden. Die Daten direkt auf eine Festplatte zu speichern dauert in den meisten Fällen zu lange und hat des öfteren Aussetzer beim Laden zur Folge.






Die ASI Kamera ist in der Lage mit diesem Programm bis zu 60 Einzelbilder in der Sekunde aufzunehmen oder ein paar Minuten lang mit 0,32 Millisekunden Belichtungszeit pro Bild eine Serie zu machen.Das ist die kürzeste Belichtungszeit die mit der ASI 178 MM möglich ist.

Das kann mit unterschiedlichen Methoden erfolgen:

1.    Bilderserien mit Einzelbildern im .TIF Format
2.    Bilderserien die im SER Format gefilmt werden.

Bilderserien die im Einzelbild Modus im TIF Format gemacht werden, werden beim zusammenrechnen einfach übereinandergelegt und als ein Summenbild herausgegeben.

Dabei werden auch die unscharfen Anteile der Einzelbilder mit einbezogen. Diese unscharfen Anteile der Einzelbilder entstehen durch die Luftunruhe. Man hat zum Beispiel bei einer Mondaufnahme einen Bereich gestochen scharf, die andere Seite ist unscharf, weil gerade eine Thermikwelle beim Belichten darüber gegangen ist.

Bei Bilderserien, die im SER Format gefilmt werden, funktioniert das etwas effektiver. Jedes gefilmte Einzelbild wird in hunderte Einzelschnipsel aufgeteilt die separat berechnet werden. Nur die schärfsten Bilderschnipsel werden herausgenommen und zu einem Summenbild zusammengerechnet.

Diese Methode ist unschlagbar und minimiert praktisch das Seeing auf einen akzeptablen Wert. Das Summenbild wird auch im TIF Format ausgegeben und ist fast schon so scharf wie ein bearbeitetes Bild aus der Einzelbild Methode.






Das erste Bild wurde nach dem Einzelbild Verfahren im TIF Format aufgenommen es besteht aus 200 gestackten Einzelbildern, die zusammengerechnet wurden. Das zweite Bild wurde im SER Format gefilmt und aus 356 Einzelbildern nach der oben beschriebenen "Schnipsel Methode" zusammengerechnet. Aus diesem Bild lassen sich noch wunderbare Ausschnittsvergrößerungen machen, wie die letzten beiden Bilder zeigen.

Am Anfang meiner Sonnen- und Mondfoto Versuche habe ich nach der Einzelbild Methode, mit einer Spiegelreflex Kamera gearbeitet, weil ich als alter Video Filmer wusste, dass ein gefilmtes Einzelbild eine längere Belichtungszeit als ein schnelles Einzelbild hat. Damals wurde mit einem Tempo von 25 Bildern in der Sekunde im PAL Format gefilmt. Das bedeutet, dass ein einzelnes Bild aus dem Film eine Belichtungszeit von 40 Millisekunden hat.

Eine Spiegelreflexkamera macht also beim Filmen eine Bildfolge mit 40 Millisekunden Belichtungszeit pro Bild. Die oben erwähnte ASI Astrokamera macht zwar auch nur 30 Bilder in der Sekunde aber jedes einzelne Bild kann im Gegensatz zur Spiegelreflex mit weniger als 5 Millisekunden belichtet werden. Einzig der zeitliche Abstand von Bild zu Bild ist größer. Das hängt vermutlich mit dem Speichertempo der Chip Elektronik zusammen.

Aber auch die schnelle Bildfolge von 300 Bildern in knapp 6 Sekunden schafft kaum eine Spiegelreflex mit dieser kurzen Belichtungszeit.

Mit der ASI Kamera geht das wesentlich schneller und ich kann das Belichtungstempo bestimmen. Hier geht es um Belichtungszeiten von ein paar Millisekunden pro Bild. Das ist eine ganz andere Hausnummer, weil man mit den schnellen Belichtungszeiten das Seeing regelrcht einfrieren kann.



In der nächsten Sparte BILDBEARBEITUNG wird die anschließende Weiterbearbeitung von Mond- und Sonnenbildern  mit dem Programm Astra Image beschrieben.