Stacking, Mittelwertbildung, Rauschminderung, Empfindlichkeitssteigerung in GIMP
Fotografien astronomischer Objekte leiden unter dem Phänomen geringer Lichtstärke ihrer Objekte. Die Nachführgenauigkeit der Montierung, die unpräzise Ausrichtung der Rektaszensionsachse sowie Wetterphänomene reduzieren die maximale Belichtungszeit für Fotografen. Im analogen Zeitalter sorgte der Schwarzschild Effekt für eine weitere Begrenzung der Belichtungszeit, im Zeitalter der Digitalfotografie ist es das Sensorrauschen, welches eine längere Belichtungszeit als 5min für ungekühlte Digitalkameras verhindert.
Wer aber professionelle Astrofotografien auf ihre Belichtungszeiten hin überprüft stellt fest, dass Stunden statt Minuten die sinnvolle Maßeinheit für Belichtungszeiten astronomischer Objekte sind.
Wie kann man dennoch als Amateur in diesen Belichtungsbereich kommen, ohne gleich einen zweiten Hubble Satelliten zu kaufen?
Die Lösung heißt Stacking.
Bei diesem Verfahren nimmt die Kamera Bilder in einem von der Ausrüstung vorgegebenen Zeitfenster auf. Bei mir persönlich realisiere ich Belichtungszeiten von 30s bis 2min bei einer Sensorempfindlichkeit von ISO=1600, je nach Qualität der Nachführung und Ausrichtung der Rektaszensionsachse.
Die einzelnen Bilder lassen das Objekt meist nur schemenhaft erkennen. Das aber reicht bereits aus, um am Ende des Bildbearbeitungsprozesses ein beeindruckendes Bild des astronomischen Objektes zu erhalten, gute Wetter- und Sichtverhältnisse vorausgesetzt.
Der eigentliche Verarbeitungsprozess benutzt die einzelnen Bilder und fasst sie zu einem Summenbild zusammen. Das Summenbild kann einfach nur heller sein als das Original (Summenbildung), es kann genau so hell sein wie das Original aber weniger Artefakte (Rauschen, verzogene Sterne) enthalten als die Originale (Mittelwertbildung). Liegen hinreichend viele Originalbilder vor, kann man mit Stacking hellere Bilder als die Originalbilder mit einem verminderten Rauschanteil erzeugen, die zudem auch noch in einem weiteren, vom Stacking unabhängigen Verfahren, in HDR Bilder umgewandelt werden können.
Die Realisierung der Stacking Bildverarbeitung hängt natürlich von der verwendeten Software ab. Bei dem Thema dieses Blogs wird es nicht verwundern, wenn ich über den Einsatz von GIMP für Stacking berichte.
GIMP verwendet Ebenen, die in verschiedenen Verfahren miteinander verknüpft werden können.
Abb. 1 zeigt denEbenendialog von GIMP, wenn 5 verschiedene Bilder desselben Objekts als Ebenen geladen wurden. Die unterste Ebene ist ein schwarzer Bildhintergrund, der nach Einlesen der Bilder in Ebenen hinzugefügt wurde und zu dem die Ebeneninhalte Pixel für Pixel addiert werden.
GIMP führt die Addition von oben nach unten durch, wenn alle Ebenen in den Modus "Addition" gebracht wurden (Auswahl im Modus Feld), außer der Hintergrundebene mit dem Namen "Ebene"). Diese bleibt im Modus "Normal".
Der zweite wichtige Parameter beim Stackingvorgang mit GIMP ist die "Deckkraft". Sie legt den prozentualen Anteil der jeweiligen Ebene am Gesamtergebnis fest. Die in Abb. 1 ausgewählte oberste Ebene trägt bei Sichtbarkeit (Augensymbol) mit 20% ihrer Pixelwerte zum Gesamtergebnis des Bildes bei. Haben auch die anderen Ebenen eine Deckkraft von 20, bleibt das Ergebnisbild genau so hell wie das Einzelbild (5*20%=100%), zeigt aber weniger Rauschen. Je mehr Ebenen addiert werden, desto geringer wird das Bildrauschen. Allerdings geht die Rauschamplitude mit der Wurzelfunktion der Bilderzahl ein. Wer also ein Zehntel Rauschamplitude anstrebt muß 100 Bilder aufsummieren.
Eine Erhöhung der Deckkraft auf 40 etwa würde die Helligkeit des Einzelbildes (5*40%=200%) verdoppeln. Allerdings würde die Rauschminderung nun vermindert wirksam, weil ja auch die Rauschamplitude jedes Bildes mit verstärkt wird.
Zum Abschluß des Stacking Prozesses mit GIMP muss das Bild nun in einem gängigen Bildformat (PNG, JPG, TIFF) abgespeichert werden. Hierzu klickt man mit der rechten Maustaste in den Ebenendialog und wählt aus dem Kontextmenü den Eintrag "sichtbare Ebenen vereinigen". Anschliessend muss das Bild als PNG, JPG, TIFF oder sonsitges Bildformat exportiert werden.
Wer aber professionelle Astrofotografien auf ihre Belichtungszeiten hin überprüft stellt fest, dass Stunden statt Minuten die sinnvolle Maßeinheit für Belichtungszeiten astronomischer Objekte sind.
Wie kann man dennoch als Amateur in diesen Belichtungsbereich kommen, ohne gleich einen zweiten Hubble Satelliten zu kaufen?
Die Lösung heißt Stacking.
Bei diesem Verfahren nimmt die Kamera Bilder in einem von der Ausrüstung vorgegebenen Zeitfenster auf. Bei mir persönlich realisiere ich Belichtungszeiten von 30s bis 2min bei einer Sensorempfindlichkeit von ISO=1600, je nach Qualität der Nachführung und Ausrichtung der Rektaszensionsachse.
Die einzelnen Bilder lassen das Objekt meist nur schemenhaft erkennen. Das aber reicht bereits aus, um am Ende des Bildbearbeitungsprozesses ein beeindruckendes Bild des astronomischen Objektes zu erhalten, gute Wetter- und Sichtverhältnisse vorausgesetzt.
Der eigentliche Verarbeitungsprozess benutzt die einzelnen Bilder und fasst sie zu einem Summenbild zusammen. Das Summenbild kann einfach nur heller sein als das Original (Summenbildung), es kann genau so hell sein wie das Original aber weniger Artefakte (Rauschen, verzogene Sterne) enthalten als die Originale (Mittelwertbildung). Liegen hinreichend viele Originalbilder vor, kann man mit Stacking hellere Bilder als die Originalbilder mit einem verminderten Rauschanteil erzeugen, die zudem auch noch in einem weiteren, vom Stacking unabhängigen Verfahren, in HDR Bilder umgewandelt werden können.
Die Realisierung der Stacking Bildverarbeitung hängt natürlich von der verwendeten Software ab. Bei dem Thema dieses Blogs wird es nicht verwundern, wenn ich über den Einsatz von GIMP für Stacking berichte.
GIMP verwendet Ebenen, die in verschiedenen Verfahren miteinander verknüpft werden können.
 |
| Abb. 1: Der Ebenendialog von GIMP. |
Abb. 1 zeigt denEbenendialog von GIMP, wenn 5 verschiedene Bilder desselben Objekts als Ebenen geladen wurden. Die unterste Ebene ist ein schwarzer Bildhintergrund, der nach Einlesen der Bilder in Ebenen hinzugefügt wurde und zu dem die Ebeneninhalte Pixel für Pixel addiert werden.
GIMP führt die Addition von oben nach unten durch, wenn alle Ebenen in den Modus "Addition" gebracht wurden (Auswahl im Modus Feld), außer der Hintergrundebene mit dem Namen "Ebene"). Diese bleibt im Modus "Normal".
Der zweite wichtige Parameter beim Stackingvorgang mit GIMP ist die "Deckkraft". Sie legt den prozentualen Anteil der jeweiligen Ebene am Gesamtergebnis fest. Die in Abb. 1 ausgewählte oberste Ebene trägt bei Sichtbarkeit (Augensymbol) mit 20% ihrer Pixelwerte zum Gesamtergebnis des Bildes bei. Haben auch die anderen Ebenen eine Deckkraft von 20, bleibt das Ergebnisbild genau so hell wie das Einzelbild (5*20%=100%), zeigt aber weniger Rauschen. Je mehr Ebenen addiert werden, desto geringer wird das Bildrauschen. Allerdings geht die Rauschamplitude mit der Wurzelfunktion der Bilderzahl ein. Wer also ein Zehntel Rauschamplitude anstrebt muß 100 Bilder aufsummieren.
Eine Erhöhung der Deckkraft auf 40 etwa würde die Helligkeit des Einzelbildes (5*40%=200%) verdoppeln. Allerdings würde die Rauschminderung nun vermindert wirksam, weil ja auch die Rauschamplitude jedes Bildes mit verstärkt wird.
Zum Abschluß des Stacking Prozesses mit GIMP muss das Bild nun in einem gängigen Bildformat (PNG, JPG, TIFF) abgespeichert werden. Hierzu klickt man mit der rechten Maustaste in den Ebenendialog und wählt aus dem Kontextmenü den Eintrag "sichtbare Ebenen vereinigen". Anschliessend muss das Bild als PNG, JPG, TIFF oder sonsitges Bildformat exportiert werden.
Kommentare
Kommentar veröffentlichen