M57 Ringnebel, kurz belichtet

Kurze Belichtungszeiten in der Astrofotografie am Beispiel des Ringnebels M57

Hallo Zusammen,

ich möchte euch hier einmal meine neueste Arbeit vorstellen.
Vor einigen Jahren habe ich meine Deep-Sky-Fotografie mit kurzen Einzelbelichtungszeiten angefangen. Ich wählte 30 s, weil das mit der DSLR und Automatik sehr einfach funktionierte. Auf diese Weise konnte ich aufs Guiding verzichten. Der Verlust in der Tiefe war verkraftbar und die Bilder wurden nicht unschärfer als gewöhnliche geguidete Bilder.
In einer 2. Phase belichtete ich dann mit einer Planetenkamera noch kürzer. In der Regel etwa 6 s. Diese Bilder wurden deutlich schärfer als gewöhnliche geguidete Astrofotos. Einen eindeutigen Grund dafür konnte ich nie festmachen. Allerdings erkannte ich, das Kollegen mit guten Montierungen ´trotz´ langer Einzelbelichtungen gleich scharfe Bilder produzierten. Vermutlich wurden durch die kurzen Einzelbelichtungen mehrere kleinere Fehlerquellen umgangen. Der Verlust in der Tiefe war deutlicher spürbar, allerdings nicht so deutlich, wie man das erwartet hätte. Der Grund lag wohl in der erhöhten Schärfe selber. Wurde ein Sternchen zuvor vielleicht durch 16 Pixel dargestellt, so wurde es jetzt vielleicht nur durch 9 Px dargestellt, was die Anzahl der Photonen pro Pixel fast verdoppelte.
Mit diesem Beitrag möchte ich nun ein (für mich) neues Kapitel aufschlagen, indem ich noch kürzer belichte um noch schärfere Bilder zu produzieren. Bei Belichtungszeiten ab etwa 1 s lassen sich tatsächlich Seeing-Effekte verringern. Meine Erfahrungen zeigen, dass ein bestimmtes bodennahes Seeing kompensiert werden kann. Hierbei „zappelt“ das Sternchen viel herum. Eine andere Art des Seeings bleibt aber nach wie vor erhalten, hierbei ist das Sternchen aufgebläht. Es gibt also, nach wie vor, gute und schlechte Seeingtage.
Auch wenn jetzt ein Sternchen vielleicht nur noch durch 4 Pixel dargestellt wird, und dadurch die Beleuchtungsstärke wieder verdoppelt wird, ist der Verlust in der Tiefe nun sehr deutlich zu spüren. Der Grund hierfür ist wohl das Ausleserauschen des Kamerasensors.
An insgesamt 11 Abenden belichtete ich den Ringnebel M57. Jeweils zwischen 0,5 und 1,3 s Belichtungszeit. Jeweils 1000 Bilder. Es sind 21 gute Filmchen zusammen gekommen. Manchmal habe ich auch abgebrochen, weil das Seeing nichts mehr her gab. Die Farbe habe ich (bei längeren Belichtungszeiten, etwa 2-3 s) an eher schlechten Tagen belichtet. Das Teleskop war ein C11, das mit einem Reducer auf f/5 also etwa 1400 mm Brennweite reduziert wurde. Die Montierung war eine EQ6. Die Kamera eine ASI 120 MM ( mono) und eine Farbkamera ASI 120 MC.
So sieht nun eines der besten Einzelbilder aus. (incl. Darkabzug)

...und so eines, das ich noch verwendet habe, aber geringer gewichtet wurde. Der Unterschied in der Tiefe ist schon sehr deutlich, wie ich finde, dabei waren die Bedingungen eher gleich bzw. ähnlich.

Das ist nun der Rohstack eines der besten Videos, 1000 mal 1,3 s, völlig unbearbeitet (150% Darstellung). Das Bild zeigt im Grunde, was mit einer „perfekten“ Kamera in 1,3 s möglich wäre. Es gibt also noch Luft nach oben

In der Bildbearbeitung bin ich dann einen (für mich) völlig neuen Weg gegangen. Ich habe das Foto nur leicht gestreckt, und das auch nur linear. Das restlich SNR habe ich genutzt um zu schärfen. Mir war klar, dass ich schwächere Detail dabei verlieren würde und dass die Sterne ausbrennen würden. Der Gewinn lag aber in einer gleichmäßigeren Schärfeverteilung und darin, dass der Ringnebel irgendwie „leuchtender“, bzw. „authentischer“ aussah. Geschärft habe ich mit der iterativen PSF Schärfung in Fitswork. Man kann gut sehen, dass die ausgebrannten Sterne deutlich Artefakte aufweisen und der Hintergrund etwas abgeschnitten ist. Die hellsten Sterne wurden später durch weniger stark geschärfte ersetzt.

21 solcher Bildchen wurden dann in PS per Hand gestackt und dabei (subjektiv) gewichtet.
Dann noch die Farbe dazu und das kam dabei heraus.(150% Darstellung)

(klappt leider nicht, wird automatisch verkleinert, incl. Qualitätsverlust), dann bitte hier:

http://www.astrofototeam-niede…nzel.php?FOTO=99946&KAT=6

kleiner:

Ich hoffe euch gefällt das Ergebnis, ich war auf jeden Fall hin und weg, und auch jetzt noch habe ich das Gefühl, dass das Gas regelrecht aus sich heraus leuchtet. (Je nach Bildschirm sieht das aber auch verschieden aus, und das Bildbetrachtungsprogramm scheint auch eine groß Rolle in den Tiefen zu spielen. (Um das beurteilen zu können habe ich die ersten 5 Graustufen links markiert).
Die Farbe selber ist ein wenig ungewöhnlich. Ein älteres DSLR Bild zeigt den Innenteil deutlich grüner, und das scheint auch so realistischer zu sein. Die ASI 120 MM ist aber im Roten (und IR) sehr empfindlich, was zu Luminanzverschiebungen führt, zudem ist die Bayermaske der ASI 120 MC sicher nicht mit fotometrischen Filtern gleichzusetzen. Es scheint so, als wäre sie gerade im [OIII] besonders unempfindlich.(zumindest ist es laut Lichtkurve bei der ASI_034 so.)

...und die Tiefe?
Es hat mir keine Ruhe gelassen heraus zu finden, wie tief ich denn nun auf diese Weise trotzdem noch gekommen bin. Das Ergebnis einiger weiterer Abende der Bildbearbeitung seht ihr hier. Wieder linear gestreckt, nun aber auf den unteren Bereich des Histogramms konzentriert. Immerhin, die äußere Hülle von M57 wird sichtbar, und das bei durchschnittlich 0,8 s Belichtungszeit pro Bild. Nun gut, das waren auch 4,6 Std. Gesamtbelichtungszeit.

Natürlich versuche ich meine Objekte immer mit Referenzaufnahmen zu vergleichen. Gerne hätte ich euch jetzt gesagt, dass es keine schärfere Amateuraufnahme von M57 gibt, aber das stimmt leider nicht. Zumindest eine Aufnahme aus dem Jahre 2006 des Capella-Teams zeigt noch mehr Details. (andere vielleicht auch). 2006, das ist lange her. So lange, dass man sogar die Ausdehnung des Ringnebels nachweisen kann. In dieser Animation sind beide Bilder „geblinkt“ und besonders links unten gibt es deutliche Verschiebungen....und das zappelnde Sternchen innerhalb des Nebels scheint ein echter Schnellläufer zu sein. Dem PPMXL-Katalog (Eigenbewegung der Sterne) ist dieser nicht bekannt. Vermutlich, weil dieses Sternchen direkt vor (oder hinter) dem Ringnebel steht.

Natürlich werde ich weitere Objekte auf diese Weise belichten. Viele werden es aber vermutlich nicht werden, denn nicht nur die Schärfe, sondern auch der Aufwand ist enorm hoch. Eine Erleichterung wird vermutlich eine zukünftige Kamerageneration bringen, die ein deutlich geringeres Ausleserauschen aufweist. Mit der ASI 224 MC ist der Anfang gemacht. Ich warte sehnsüchtig auf eine Mono-Version
...und dann möchte ich irgendwann einmal so eine Billigkamera hinter einen 8 m Spiegel hängen. Mist, vermutlich gibt es da keinen T2 Anschluss...

Viele Grüße,
ralf

Hallo Micha, Stefan, Sascha, Markus, Andreas, Tino, Günther, Feri, Georg, Daniel und Jonas
Vielen Dank für eure netten Kommentare. Ich freue mich auch über eure Fragen, und wenn ich es schaffe euch zu besseren Bilder zu verhelfen, dann ist das auch für mich befriedigend.
Ganz grundsätzlich muss ich sagen, dass es sich natürlich einfach anhört nur wenige Sekunden zu belichten, aber ich muss euch sagen, dass ich das schon recht lange mache und viel lernen musste, "mal eben" geht das nicht.
Zu den Fragen im einzelnen: Stefan, ja, die Schale ist bei mehr Belichtungszeit natürlich besser darstellbar. Hier sind aber grenzen gesetzt, was den Sekundenbereich angeht. Mit einem OIII Filter und einer Aufnahme a 10 min. ist die Hülle besser drauf als ich sie hier gezeigt habe.
Andreas, ja, das sind gleich viele Fragen. Bei der DSLR verwackelte mir der Auslösen unterhalb von etwa 7 sec das Bild. Die Videofunktion könnte hier ggf. verwendet werden. Lineare Streckung bedeutet einfach nur, dass die Kurve im Histogramm gerade bleibt. Wo genau sie beginnt und endet hängt vom Bild selber ab und ist jeweils unterschiedlich. Die PSF-Schärfung dauert ewig, da hast du recht. Du kannst zu Testzwecken ein kleines Rechteck aufziehen und schauen. Ich habe dann immer eine Hand voll Bilder über Nacht rechnen lassen. Den oberen Regler stelle ich nie über 1, meist 0,75 den unteren habe ich auf 20 stehen. Das alles hängt aber von dem SNR des Rohbildes ab. Lichtschwache Objekte lassen sich bei moderat-kurzen Belichtungszeiten, so 5-10 sec gut abbilden. Mein Rekord liegt bei 23 mag nach etwa 15 Std. Hier ist der Himmel selber aber wichtig. 1 mag geringere Grenzgröße soll etwa die 10 fache Belichtungszeit ausmachen.
Tino, die ASI hat 3,75µm Pixel. Wenn du dir die beiden Sternchen anschaust, dann ist das eine etwas länglich, -habe ich auf den Begleiter geschoben. Die reale Schärfe im Bild ist immer in den hellen Bereichen besser, als in den schwachen. Fotografisch hängen Schärfe und Kontrast eng miteinander zusammen und in den hellen Bereichen hat man mehr SNR zum Schärfen. Dort bin ich mit einigen Stacks vermutlich tatsächlich im Undersampling gelandet. Das Problem: verlängere ich die Brennweite, so erhöht sich die Belichtungszeit und der Gewinn ist wieder futsch. Aber es bleibt tatsächlich noch Luft nach oben. Stacken tue ich mit AS2, wenn es ganz schwierig ist mit Autostackert jeweils auf "Surface" stellen. Bilddrehungen werden nicht kompensiert, also gut ausrichten. Ich nutze grundsätzlich 99% aller Bilder. Die Qualitätsanalyse funktioniert nicht, bzw. wird zu leicht getäuscht. Kosmics erhöhen die Qualität ungemein sind aber echt spannende Teilchen dabei. Die 1000er Stacks laufen alle durch die Schärfung und dann schaue ich per Auge die Qualität an und gewichte dann nach Gefühl.
Günther, ich habe nicht genau geschaut, glaube aber so knapp die 20 mag erreicht zu haben.
Feri, meine Wunschkamera:-) ja, habe mich tatsächlich mal erkundigt. 98 QE, -150°C, 0,9 Elektonen Ausleserauschen. Die kommt auf meinen Wunschzettel, wenn ich mal Millionär bin. Eine neue ASI Generation ist aber im Anmarsch. 1,5 Elektronen zu jetzt etwa 5 oder 6 das sollte etwas bringen. Aber ehrlich, wenn ich mit ´ner 50.000 € Kamera so was machen würde, dann wärs langweilig.
Georg, ich habe es an anderer Stelle ja schon gesagt. Grundsätzlich bleiben die Stellschrauben ja gleich, egal ob 1 sec oder 300 sec.
Daniel, das sieht doch schon ganz gut aus. Viel zu tun ist immer, das ist ja unser Hobby, angekommen ist noch keiner, oder der hat kein Hobby mehr. Ich verstehe den Prozess als lange Kette von einzelnen Kettengliedern, die am Ende zum Ergebnis führen. Das Bild ist aber immer nur so gut, wie das schwächste Kettenglied, hier sollte man dann anfangen zu verbessern. In deinem Fall sind es die länglichen Sterne, die haben einen Grund. Ich kann nur jedem Empfehlen einmal einen mittelhellen Stern im Livebild bei 300% und 30 MS anzuschauen. Der Erkenntnisgewinn ist enorm. Fokuslage, Justierung, Auskühlung, Schwingungen, Wind, Fußgestampfe des Nachbarn, alles wird sichtbar.
Jonas, ja, wenn ich schon so viel daran gemacht habe, dann soll die Präsentation auch nicht unter gehen. Ich verfolge aber auch noch das Ziel bei Google unter "Kurzzeitbelichtungen" auf die erste Seite zu kommen. Das Forum hier hat eine hohe Prio und ein paar Schlüsselworte etc. habe ich bewusst verwendet. Allerdings brauche ich mind. 20 Antworten um so ein Feuersymbol an meinen Beitrag zu bekommen. Dann könnte man in 2-3 Tagen mal schauen, ob es geklappt hat.
Viele Grüße an euch alle,
ralf

Hallo Tino und Tom,
Danke auch dir Tom.
Tino, 16µm hin oder her, ich würde unsere Kameras gerne tauschen;-)
In Sachen Brennweitenverlängerung habe ich gute Erfahrung mit Telekonvertern gemacht. Besonders der "Kenko c-af 1.4x teleplus mc4" (der macht bei mir etwa die doppelte Brennweite)hat gute Kritiken bekommen.
Deine Rechenbeispiele sind sehr interessant, so klar habe ich das noch nicht gesehen.
Was die Verarbeitung angeht, so halte ich recht viel von den Planetensoftwaren. Hier könnte man sogar alle helleren Sterne und dadurch deren Umgebung einzeln alignen, habe ich früher sogar gemacht, jetzt aber festgestellt, dass das keinen Schärfegewinn ergibt. Ein einzelner recht heller(nicht ausgebrannter) Stern in der Nähe des Objektes reicht mir aus. Das Photonenrauschen ist dann auch wohl nicht so stark. Spekles o.Ä. sieht man bei 1 s Belichtungszeit sowieso noch nicht. Wenn ich vom Seeing rede, dass ich einfrieren konnte, dann von einer Art Seeing, die das ganze Bild um 2-4" versetzt, das kann man prima im Livebild sehen und an den Daten, die die SW auswirft.
Zudem habe ich die Erfahrung gemacht,dass auch schlechtere Bilder zu einer Bildverbesserung beitragen. In der Planetenfotografie z.B. nutze ich immer über 50%. Hier gilt: 5 % diese dann weniger stark geschärft bleiben schlechter als 50% stärker geschärft. (viele Leute sehen das aber anders)
Ich habe übrigens auch gedrizzeld, dies aber nur als Mittel zur Vergrößerung genutzt. Echten Schärfegewinn konnte ich damit nicht generieren.
Vielleicht hätte ich am letzten Abend wirklich mal den Reducer weg lassen sollen. Es war der beste und es wäre möglicherweise noch mehr gegangen.
Viele Grüße,
ralf

Hallo, und danke noch einmal an alle Antworter (das Feuer lodert und mal sehen, was Google daraus macht)

Andreas(1), das sieht doch schon richtig gut aus. Der Hintergrund ist ein wenig abgeschnitten, aber die Schärfe ist super.
Andreas(2), ich denke die Kurzzeitbelichtung, kurze Belichtung, also die kurze Belichtung bei Deep Sky Objekten (Google;-)beginnt sich gerade erst zu etablieren. Langzeitbelichtungen wird sie natürlich nie ersetzen können, aber bei bestimmten Objekten ist sie im Vorteil. Dass das ganze relativ preiswert zu bewerkstelligen ist für unser Hobby nur gut.
Marcus, warum nicht einmal zusammen arbeiten, was hältst du von Bubble-Nebel. Da drin ist eine kleine Wolke, ihr Details abzuringen ist sicher eine Herausforderung, und drum herum die Blase ist dann formatfüllend
Jörg, definitiv! Ich nutze Sharp Cap und AS2! (bei AS2! auf Surface stellen, Details wenn es so weit ist)
Thomas, ich habe schon daran gedacht.
Stefan, gerade gestern noch sagte mir jemand, "die DMK ist aber besser, oder, die kostet doch auch 3 mal so viel". Das ist wie überall im Leben. Eine Handbürste im Baumarkt kostet 99 Cent. 2 Regale weiter, bei den Pferdesachen, liegt die selbe Handbürste (exakt gleich) für 3,50 €
Tino, nun ja, ich hatte damals das Einsteinkreuz und einen Einsteinring auf dem Schirm. Es juckt mich sehr beides nochmal zu machen. Beim Ring hatte ich damals ein mieses Teleskop (nicht alles was billig ist, ist auch gut)
http://www.astrotreff.de/topic…HIVE=true&TOPIC_ID=134515
Deinen theoretischen Ausarbeitungen kann ich folgen und sehe das genau so - gefühlte 500 mal so lange belichten, das passt
Nun schreibst du von einem linearen S/N im unteren Belichtungsbereich. Was bedeutet das, nun?
So lange der Hintergrund nicht mit belichtet wird, erhöht sich das Signal linear. Doppelte Zeit, doppelt so viel ist drauf. Bei längeren Belichtungen ist auch doppelt so viel drauf, aber auch beim Hintergrund war ein Signal, das nun verdoppelt wurde, deshalb nur die Wurzel von "doppelt", sehe ich das richtig? Die Frage ist jetzt, wo beginnt der Hintergrund ein Signal auszusenden? In dieser 1,3 s Einzelaufaufnahme ist von der Hülle nicht mal etwas zu ahnen, dennoch sind offensichtlich Informationen dieser Hülle enthalten. Selbiges würde für den Himmelshintergrund gelten, egal ob 19 mag/arc² oder 21 mag. Wo ist also die Grenze zw. linear und Wurzel?
Eine andere Frage: gelten deine Überlegungen für Punktquellen ebenso wie für flächige Objekte?
Ich würde mich über eine weitere Diskussion sehr freuen.
Viele Grüße,
ralf