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M81 und M82 – Stacking und Processing

Stacking in AstroPixelProcessor (APP)

APP macht Stacking sehr einfach, wenn man zunächst ohne Filter und mit nur einer Aufnahme-Session beginnt:
– Laden der Lights, Flats, Darks und Bias
– Alle Parameter auf Default lassen
– Start Integrate … nach einiger Zeit ist die lineare FITS-Datei erzeugt.
Ebenfalls erzeugt werden Master-Flat, -Dark und -Bias, die man in späteren Integrationen statt der Einzelframes verwenden kann. Geht schneller, beim Laden und beim Rechnen.

Bei mehreren Sessions ordnet man die Lights und (Master-) Flats, Darks, Bias passend zueinander … und startet die Integration. Dauert ca. 30-60 min bei 100-200 Frames (auf meinem MacBook Pro M3max).
 

Linear Processing in PixInsight

Ich hatte einige Wochen probiert, mit AstroPixelProcessor die lineare Bearbeitung und das Stretching zu machen … aber zum Teil kam ich nicht mit dem User-Interface zurecht, zum Teil sind die Funktionen zu rudimentär.
So probierte ich PixInsight aus (der Defakto-Standard in der Astrofotografie) und kam überraschend schnell und gut zurecht. Nur das Stacking in PixInsight habe ich gar nicht erst probiert, es nutzt nicht die Apple-Silicon-GPUs und ist deshalb 5-10x langsamer als APP.
Die Installation von PixInsight ist aufwändig: Download aller erforderlichen Astro-Datenbanken, Installieren vieler sinnvollen Erweiterungen wie XTerminator-Tools von Russell Croman, die Scripts von Seti Astro, Bill Blansham, Night Photons und diverse Prozesse wie GHS, DBXtract und einige mehr.

Der erste Schritt ist die lineare Bearbeitung, man bereinigt Bildfehler und Rauschen und erzeugt so einen möglichst sauberen File für das Stretching. Die Schritte sind i.W. immer gleich, bei einigen Prozessen muss man die Parameter an die Bildgegebenheiten anpassen: (in blau der PixInsight-Prozess)

  • Gradienten entfernen (Mond, Lichtverschmutzung): MSGC (exakt anhand der Himmelsdatenbank MARS), GradientCorrection (automatisch) oder DBE (manuell, falls die ersten beiden nicht funktionieren)
  • Sternfehler beseitigen: BXT correct only (BlurXTerminator, eines der Tools von Russell Croman)
  • Sternfarben justieren: SPCC (SpectroPhotometricColorCalibration) kalibriert die Sterne exakt anhand der verwendeten Kamera/Filter und der Sternpositionen im Bild.
  • Schärfen: BXT, mit geeigneten Parametern für Sterne, Nebel und Halo-Entfernung.
  • Sterne separieren (–> Dann ist Stretching einfacher und meist auch besser): SXT (StarXTerminator). Hier muss man aufpassen, ob Artefakte entstehen. Falls ja, muss man Sterne und Nebel doch gemeinsam stretchen.
  • Entrauschen: NXT (NoiseXTerminator) – aber Achtung, nicht zu stark entrauschen, es entstehen schnell Artefakte.

Stretching in PixInsight

Stretching – was ist das und warum?

  • Der Nachthimmel ist so dunkel, dass selbst die hellen Sterne nur die untersten 5-20% der Grauwerte einnehmen. Was wir hier in Westeuropa als Helligkeit sehen, ist nicht der Nachthimmel, sondern Lichtverschmutzung – die Sterne werden dadurch noch blasser.
  • Galaxien und Nebel sind im linearen Bild praktisch nicht zu sehen, sie haben höchstens 1-2 Grauwerte auf einer 256er Skala.
  • Man muss die Grauwerte also „Strecken“, um sie im Bild sichtbar zu machen. Die Sterne von Grauwert 10-50 auf 50-200, also um einen Faktor 4-10. Galaxie bzw. Nebel von 1-2 auf 20-100, also viel höherer Faktor 20-50.
  • Der ganze Aufwand vor dem Stretching wird gemacht, um das Rauschen unter die Grauwerte der Galaxie, des Nebels zu drücken – bzw. umgekehrt die Nutzsignale über das Rauschen zu heben. Darum braucht man eine hohe Gesamtbelichtungszeit für möglichst viele Photonen der Nutzsignale, und zur Rauschminimierung  dienen Dithering, Integration, Gradientenkorrektur, Entrauschen beim Stacking und in der linearen Bearbeitung.

Was macht Stretching so komplex? Es sind zum einen die schwachen Grauwerte knapp über dem Rauschen, zum anderen die so unterschiedlichen Stretch-Faktoren von Sternen und Nebel. Und die Farben darf man beim Stretchen natürlich auch nicht verfälschen oder übersättigen.

  • Separates Stretching von Nebel und Sternen ist deshalb einfacher, weil man nicht so unterschiedliche Stretch-Faktoren gleichzeitig in Einklang bringen muss. Beim gemeinsamen Stretching brennen die Sterne schnell aus, wenn man den Nebel aus den niedrigen Grauwerten herausholt.
  • Die wesentlichen PixInsight-Prozesse sind HT (HistogramTransformation), MAS (MultiscaleAdaptiveStretch), GHS (GeneralisedHyperbolicStretch) und CT (CurveTransformation). Und zusätzlich einige Spezialitäten zur gezielten Kontrasterhöhung wie LHE (LocalHistogramEqualisation), DSE (DarkStructureEnhance) u.v.m.
  • Ein Universum von Möglichkeiten … viele Tutorials … es gibt, anders als für die lineare Bearbeitung, kein Standardrezept … ganz allmählich nur bekomme ich ein Gefühl, was man wann wie einsetzen kann.
 
 

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März 2025 – Upgrade auf kleine Astro-Sternwarte

28.3.2025: Stativ, Montierung, Teleskop, Kamera mit Steuerungsrechner.

Die beiden Hauptpunkte sind Rausch-Minimierung und längere Belichtungszeiten, für mich ist aber auch „Convenience“ wichtig.

  • Super erklärt ist hier, was Rauschen ist und was man dagegen tun kann. In Kurzform: Man braucht eine rauscharme Kamera und Calibration-Frames (Dark, Bias), um möglichst viel Rauschen heraus zu rechnen. Die heutigen Astrokameras haben die gleichen Sensorchips von Fujifilm wie die Systemkameras von Sony, Fuji, Nikon – nur sie sind gekühlt. Alle 6-7 °C halbiert sich nämlich das thermische Rauschen, bei 0 bis -10 °C ist es vernachlässigbar klein.
  • Die Calibration-Frames (Dark, Bias und Flats zum Herausrechnen von Staub/Flecken im optischen Weg) erfordern, dass man sie mit der gleichen Temperatur erstellt wie die Belichtungen der Sterne, die sogenannten Light-Frames. Ohne aktive Kühlung ist es schwierig, die gleichen Temperaturen einzustellen.
    ==> Also eine gekühlte Astro-Kamera 👍
     
  • 10-20 Stunden Gesamtbelichtungszeit mit 10-sec-Light-Frames … man käme auf 5-10.000 Bilder, da würde das Stacking mehrere Tage dauern. Um auf 2-5 min Einzelbelichtungszeit zu kommen (300-500 Frames sind es dann, Stacking ca. 1 Stunde) braucht man einen guten Mount, ein sehr gutes Stativ oder eine feste Säule und eine Guiding-Kamera. Guiding und Mount ermöglichen das sogenannte Dithering,  erforderlich um Walking Noise zu eliminieren. Die feste Säule scheiterte am Einspruch der Familie, die den Garten weiter voll nutzen möchte. 😩
     
  • Und die „Convenience“ – ich möchte es nicht Bequemlichkeit nennen, denn gerade als Brillenträger sind Polarausrichtung, Fokussieren und das Auffinden des Ziels eine Qual. Und automatisierte Aufnahmepläne helfen, bei diesem Nachthobby etwas mehr Schlaf zu bekommen. Das bedeutet: Steuerrechner und elektronischer Autofokus (EAF). 🤔
     
  • Meine Hoffnung war, wenigstens meine guten und lichtstarken Fuji-Objektive weiter verwenden zu können. Aber – an allen Ecken und Kanten lauern Inkompatibilitäten, man müsste weiter manuell scharf stellen, kein Dithering. Also auch noch ein Astro-Teleskop. 😳
    Welche Brennweite? Für den Anfang wird 300-500 mm empfohlen.

Nach intensiven Recherchen (kenne ich ja schon vom Fotohobby ;-) entscheide ich mich für das ZWO-Ecosystem statt eines Windows-Systems: Alles passt gut zusammen, ähnlich wie bei PCs hat man die Wahl zwischen Apple (weniger Freiraum, aber mehr Automatismen) und Windows (alles kann und muss detailliert konfiguriert werden).
Anmerkung: Im Vergleich zur PC-Welt ist Astro aber deutlich unreifer, viel mehr Fehler, viel Frickelei, die Firmen sind klein und die Produkte deutlich weniger professionell. Außer die Teleskope, die sind erste Sahne.

Mein Start in das Hobby Astrofotografie:

  • Askar FRA500, mit 0.7x Reducer: Ich kann von 500/5.6 auf 350/3.9 umbauen. Es ist ein Refraktor, weil mir ein Reflektor als Start zu groß und zu komplex war. Viele Ratgeber-Seiten findet man im Internet, gefühlt habe ich alle gelesen, z.B. Galactic Hunter.
    Ich habe gewissermaßen alles vermieden, was die Komplexität noch mehr erhöhen würde: hohe Brennweite (braucht super-präzises Guiding), hohes Gewicht (braucht teuren Mount und macht Guiding noch schwieriger), präzises Justieren eine Reflektors (Collimation, Tilt, Backfocus).
  • ZWO AM5N Mount: „leicht“ (5 kg 😳), Tragkraft 15-20 kg und gutes Guiding. Ich wollte einen guten, leichten (alles ist relativ ;-), möglichst viel Komfort beim Aufbauen und Einrichten, der auch für größere Teleskope noch geeignet ist. Siehe auch den Vergleich hier.
  • ZWO ASI2600MC Air: Kamera, Guiding-Kamera und Steuerrechner kombiniert im Kameragehäuse, in der gleichen Größe wie die Kamera ohne alles. „Alles in einem“ wird von einigen als kritisch angesehen, aber die Kompaktheit und deutlich weniger Kabelverhau haben mich überzeugt. Eine Farbkamera (OSC – One Shot Color) als Start war für mich klar – eine Mono-Kamera hätte die Komplexität für Aufnahme und Bearbeitung noch weiter erhöht.
  • ZWO EAF: Autofokus
  • Berlebach Planet: mit fast 20 kg keine Reisestativ, aber stabil wie ein Felsen
 

Die ersten 7 Stunden Belichtung mit dem neuen Equipment: Bessere Auflösung und weniger Rauschen als mit der Fuji … aber das Processing ist noch sehr verbesserungswürdig.

2.4.2025 - M81,82, Bode & Cigar Galaxy. 7,7h RGB
2.4.2025 – M81,82, Bode & Cigar Galaxy. 7,7h RGB
 
 

 

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Februar 2025: Astro-Einstieg mit Skywalker-Montierung

22.2.2025: Sternnachführung – der erste Schritt

Der Star Adventurer GTI von Skywalker ist eine preiswerte Montierung (oder auch neudeutsch „Mount“: motorische Sternnachführung), die bis zu 5 kg tragen kann, ausreichend für eine Systemkamera und ein Teleobjektiv.

Die Nachführung ist „unguided“.
Learning No. 1: Alle Montierungen im bezahlbaren Bereich (d.h. weniger als 5-stellig 😳) brauchen ein sogenanntes Guiding: eine separate Kamera, die einen bestimmten Stern im Bild (den Guiding Star) verfolgt und alle 0,5-3 sec einen Korrektur an die Montierung sendet.
Ohne Guiding ist bei Brennweiten von 300-600 mm die maximale Belichtungszeit pro Aufnahme nur 10-30 sec. Aber immerhin, ohne Nachführung wären es bei diesen Brennweiten nur ca. 0,5 sec.
Anmerkung: Guiding ginge mit dem Star Adventurer auch, aber dafür braucht man so viel zusätzliches Equipment (Rechner, Guiding-Kamera), dass sich auch eine bessere Montierung lohnt.

Es rauscht gewaltig.
Learning No. 2: Was für Landschaftsaufnahmen (Langzeit, nachts) sehr gut ist, reicht für Astrofotografie bei weitem nicht aus. Das wenige Licht der Sterne oder Nebel, das in 10 sec (oder mit Guiding 120-300 sec) auf dem Kamera-Sensor ankommt, ist so wenig, dass es im Rauschen versinkt. Genau dafür dient das „Stacking“ – durch die Mittelung aus vielen Aufnahmen reduziert sich das Rauschen und die eigentliche Bildsignale kommen mehr und mehr heraus. Man braucht viele Stunden Gesamtbelichtungszeit!
Learning No. 3: Ohne Guidung, Dithering und gekühlte Astro-Kamera gelingt es nicht, dass Rauschen so weit zu reduzieren, dass ich das Bildresultat gut finde.

Stacking dauert … und Bildbearbeitung noch mehr 😳
Bei 10 bzw. 30 sec muss ich für 7 Stunden Belichtungszeit 1400 Bilder sammeln – da braucht selbst mein Highend-MacBook mehrere Stunden.
Und bzgl. Bildbearbeitung nach dem Stacking … ich verstehe jetzt, was im Forum gemeint war mit „forget everything what you learnt for terrestrial photography“.

Trotz allem – ich freue mich über mein erstes Astrobild, von der Bode Galaxy M81 und der  Cigar Galaxy M82 – und was ich alles an Details aus den Ausgangsbildern heraus gekitzelt habe.
 

Gut 7 Stunden belichtet: Das erste Galaxie-Bild.
Auflösung nicht so doll, den Hintergrund musste ich fast schwarz machen wegen Rauschen, den Walking Noise sieht man deutlich und die Star-Spikes sind ein Photoshop-Gimmick.

3.-6.3.2025 - M81 Bode Galaxy, M82 Cigar Galaxy - 7,3h Fuji X-H2S, 280mm und 600mm
3.-6.3.2025 – M81 Bode Galaxy, M82 Cigar Galaxy – 7,3h Fuji X-H2S, 280mm und 600mm