Bildbearbeitung Schritt für Schritt

In der folgenden Bilderserie wird die Bildbearbeitung analog zum Artikel "Astrofotografie im Lichte des Ruhrgebiets" (SuW 01/2011) Schritt für Schritt am Beispiel des Zirrusnebels NGC 6992 dargestellt. 

Download des Artikels bei SuW (PDF, 13 MB)
(Die Bildqualität im PDF ist bescheiden. Unten auf dieser Seite können die Bilder in höherer Auflösung betrachtet werden.)

Die Bildbearbeitung von Astrofotos, die mit einer DSLR-Kamera aufgenommen wurden, folgt einem bestimmten Ablauf. Insbesondere die ersten Schritte sind immer die gleichen, während die Feinarbeit vom Objekt und der Qualität der Rohdaten abhängt.

Voraussetzung ist, dass zunächst einige Rohbilder mit einer digitalen Spiegelreflexkamera aufgenommen wurden und ein paar Dunkelbilder bei gleicher Belichtungszeit und gleicher Umgebungstemperatur wie die Rohbilder.

Die ersten Bearbeitungsschritte werden anhand der kostenlosen, astronomischen Bildbearbeitungs-Software IRIS beschrieben, die weiteren Schritte für Photoshop. Der prinzipielle Ablauf läßt sich sicher auch mit anderen Programmen entsprechend durchführen.

Die ersten Schritte werden an einem winzigen Ausschnitt (c) gezeigt, weil hier die pixelgenaue Betrachtung notwendig ist, während die weitere Darstellung einen etwas größeren Ausschnitt (b) mit Objektstrukturen erfordert. Die Gesamtansicht (a) eignet sich eher für den Vergleich von Rohbild und Endergebnis.

Bild 1 (a): Das farbig Rohbild in der Gesamtansicht, wie es auf dem Kameradisplay angezeigt wird. Den Rohdaten, abgespeichert im RAW-Format, wurden hierbei schon die Farbinformationen zugeordnet. Die eingezeichneten Kästchen zeigen die Ausschnitte der weiteren Bilder.

(a) Gesamtansicht
(b) mittlerer Ausschnitt
(c) kleiner Ausschnitt 

Bild 2 (c): Der kleine Ausschnitt (c) aus dem Rohbild zeigt das Rauschen durch den Dunkelstrom und das Auslesen in Form von zahlreichen farbigen Punkten (grün, rot und blau). Oben rechts sind zwei sogenannte Hotpixel zu sehen, dabei handelt es sich um defekte Pixel, die maximale Helligkeit aufweisen. Vom linken zum unteren Rand verläuft zudem eine Satellitenspur durch das Bild.

Bild 3 (c): Beim Öffnen der RAW-Dateien in IRIS im CFA-Format mit dem Menüpunkt „Decode RAW files“ zeigt sich die wahre Natur der Rohdaten: Jedes Pixel weist einen Grauwert auf, allerdings aufgenommen durch einen winzigen Farbfilter vor jedem Pixel. Die roten, grünen und blauen Farbfilter sind in der sogenannten Bayermatrix angeordnet. Oben rechts sind wieder die beiden Hotpixel zu sehen.

Bild 4 (c): Mehrere Dunkelbilder wurden in IRIS gemittelt mit dem Menüpunkt „Make a dark“. Durch das Mitteln wird spontanes Rauschen in einzelnen Bildern unterdrückt und nur das systematische Rauschen, das in allen Bildern wiederkehrt, erhalten. Das Bild ist hier ebenfalls im CFA-Format dargestellt und zeigt den gleichen Bildausschnitt wie Bild 3 (c). Auch hier sieht man wieder oben rechts die beiden Hotpixel und selbst die anderen hellen Pixel können im Detail mit denen in Bild 3 (c) verglichen werden.

Bild 5 (c): Vom Rohbild 3 (c) wurde das Dunkelbild 4 (c) abgezogen mit dem IRIS-Menüpunkt „Remove dark“. Die vielen helleren Pixel vom Rauschen sind nun verschwunden und die Hotpixel verraten sich nun nur noch durch etwas zu dunkle Punkte, die später nicht stören. Dieser und die weiteren Bearbeitungsschritte mit den Einzelbildern werden nicht für jedes Bild separat, sondern für die ganze Bildsequenz gleichzeitig ausgeführt.
An dieser Stelle kann dann auch noch durch ein Hellfeldbild (flatfield) dividiert werden mit „Divide by a flat-field“ (Erläuterungen siehe Artikel).

Bild 6 (c): Nun konnte das CFA-Format aller Einzelbilder in RGB-Farbbilder umgewandelt werden mit dem Menüpunkt „Sequence cfa conversion“. Bis hierher ist die Bearbeitung für alle Bilder immer gleich, die weiteren Schritte können jedoch, je nach Objekt und Qualität der Rohbilder, etwas variieren.

Bild 7 (c): Würde man nun die Bilder aufaddieren, wären die Sterne alle etwas gegeneinander versetzt. Die Einzelbilder wurden ja absichtlich um einige Pixel versetzt aufgenommen, was man auch als „Dithering“ bezeichnet. Ansonsten würden sich die nicht vollständig entfernten Reste des systematischen Rauschens, z.B. unsere Hotpixel, ebenfalls aufaddieren und wieder verstärken.

Bild 8 (c): Die versetzten Bilder wurden nun an einem Stern ausgerichtet mit dem Menüpunkt „Stellar registration“ und anschließend unter „Add a sequence“ mit dem Sigma-Median-Verfahren gemittelt, wie im Artikel beschrieben. Für den Sigma-Koefizienten hat sich der Wert 2 bewährt, für die Anzahl der Durchläufe ebenfalls 2.Die Reste der Hotpixel sind nun nahezu vollständig verschwunden und auch die Satellitenspur ist nicht mehr zu sehen. Sollte das Ergebnis diesbezüglich noch nicht zufriedenstellend sein, kann man diesen Schritt noch einmal mit einem kleineren Sigma-Koeffizienten, z.B. mit dem Wert 1,5 oder 1 wiederholen.

Nochmal zum Vergleich:
Bild 2: Rohbild 
Bild 6: Einzelbild nach Dunkelbildabzug
Bild 8: nach Mittelung mehrer Bilder

Bild 9 (b): Von dem gleichen Bild wählen wir nun den etwas größeren Ausschnitt (b), der die Objektstrukturen und auch helle Sterne zeigt. Leider sind die Sterne gegenüber dem Einzelbild nun stärker ausgebrannt, d.h. sie zeigen großflächig die maximale Helligkeit.

Bild 10: In IRIS wird nun die Bildinformation gestreckt. Bei den IRIS-Menüpunkten „Color stretching“ und „Dynamic stretching“ zieht man zunächst den Schieberegler „Stretch“ vorsichtig nach rechts und folgt dann mit „Intensity“ etwas weniger nach. Das Ergebnis wird in einer Voransicht gezeigt, für die evtl. nach jedem Schieben die Bildschirmdarstellung im Fenster „Threshold“ angepasst werden muss. 
Die Handhabung des Threshold ist etwas gewöhnungsbedürftig. Ich klicke zunächst auf "Auto" und ziehe dann den oberen Regler etwas nach rechts. Der Threshold beeinflusst nur die Bildschirmdarstellung, nicht das Bild. Der Dynamikumfang des Bildes ist wesentlich größer!

Bild 11 (b): Nach dem Farbstrecken und dem dynamischen Strecken hat der Nebel intensivere Farben und die helleren Stellen haben mehr Struktur, während die schwächeren Partien deutlicher hervortreten. Die Sterne sind nicht mehr so stark ausgebrannt und zeigen an den Rändern ihre Farbe. Leider sind sie im Zentrum aber nun nicht mehr weiß, sondern eher grau. Daher müssen nun die Farben kalibriert werden.

Bild 12: Dazu sucht man sich in einem Planetariumsprogramm wie z.B. „Cartes du Ciel“ im Bildfeld einen sonnenähnlichen Stern, in diesem Fall den mit dem Pfeil markierten G5-Stern.

Bild 13: In IRIS wird derselbe Stern mit einem Rechteck markiert und im Kommandofenster der Befehl „white2“ eingetippt.

Sollte nun der Hintergrund des Bildes sehr hell oder gar farbig sein, markiert man noch ein Rechteck im Himmelshintergrund einer dunklen Bildecke und tippt den Befehl „black“ im Kommandofenster ein. Dadurch wird der dunkelste Teil des Bildes schwarz.

Bild 14 (b): Mit dem Weißabgleich ist die Bearbeitung in IRIS abgeschlossen und die Datei wird im Kommandofenster mit dem Befehl „savepsd2 name“ mit 16-bit Farbtiefe für Photoshop gespeichert.

Bild 15: Beim Öffnen der Datei in Photoshop ist das Bild zunächst nur grau (der graue Hintergrund ist das Bild) und das Histogramm zeigt einen schmalen Peak. Durch mehrmaliges Anwenden der „Tonwertkorrektur“ wird das Bild dann wieder normal. Hier sollte man vorsichtig vorgehen, um keine Informationen wegzuschneiden. Im Fenster „Tonwertkorrektur“ befindet sich auch eine Pipette für den Weißpunkt. Mit dieser klickt man in den hellsten Stern, damit dieser wirklich weiß und nicht grau ist.

Bild 16 (b): Mit Hilfe der „Farbbalance“ wurden leichte Farbabweichungen, insbesondere an den „Tiefen“ des Hintergrundes, beseitigen. Das Pipettenwerkzeuges hilft, unabhängig von der Monitordarstellung, zu kontrollieren, ob der Hintergrund farbneutral ist. Dazu wird die Pipette über den Hintergrund bewegt und dabei der Farbregler beobachtet. Die Werte für R, G und B sollten alle etwa gleich niedrig sein.

Bild 17 (b): Mit Hilfe des Hochpassfilters lässt sich eine echte Unschärfemaskierung durchführen. Im Ebenenfenster wurde die Hintergrund-Ebene dupliziert und mit dem Hochpassfilter (zu finden unter „Filter/sonstige Filter“) bearbeitet. Die Vorschau zeigt, welche Strukturen je nach gewähltem Radius hervortreten. In diesem Bild ist das Ergebnis der duplizierten Ebene nach dem Filtern zu sehen.

Bild 18 (b): Schließlich wurde im Ebenenfenster die Füllmethode der gefilterten Ebene von „Normal“ auf „Ineinanderkopieren“ geändert und die Deckkraft deutlich verringert auf etwa 30 bis 50 %, damit die Schärfung nicht zu kräftig ausfällt. Mit dem nun hoffentlich zufriedenstellenden Ergebnis, ist die Bearbeitung vollendet.

Nochmal zum Vergleich:
Bild 9:   nach Mittelung mehrer Bilder
Bild 14: nach Strecken und  Weißabgleich
Bild 18: nach Farbbalance und Unschärfemaskierung

Bild 19 (a): In der Gesamtansicht wird die Verbesserung gegenüber dem Rohbild besonders deutlich. Für eine eventuelle spätere Weiterbearbeitung sollte dieses Bild nun mit 16-bit Farbtiefe im PSD- oder TIFF-Format gesichert werden. Für die Präsentation des Bildes reicht auch eine leicht komprimierte Kopie im JPG-Format mit nur 8-bit Farbtiefe.

Nochmal zum Vergleich:
Bild 1:   Rohbild
Bild 19: Ergebnis