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Flatfielding von CCD Aufnahmen

von Georg Emrich

In diesem Abschnitt werden wir uns mit dem oft wenig und stiefmütterlich behandelten Thema des Flatfieldings beschäftigen, das die Qualität von CCD Aufnahmen doch um einiges verbessern kann.

Eine CCD Aufnahme setzt sich aus drei wesentlichen Einzelaufnahmen zusammen.

  • Aufnahme
  • Dunkelbild - Darkframe
  • Weißbild - Flatfield ( Flat )

Wieso braucht man eigentlich ein Flatfield?

Bei einer Aufnahme entstehen durch verschiedenste Einflüsse Bildfehler, die eine Verfälschung oder Qualitätsminderung bewirken können.

Diese Artefakte sind

  • Vignettierung – ungleiche Ausleuchtung des Bildes
  • Reflexe durch optische Elemente oder Flächen
  • Staub und Schmutz auf der Oberfläche des CCD‘s

Weiters kann durch das Flatfield die ungleiche Empfindlichkeit der einzelnen Pixel ausgeglichen werden. Dies ist besonders bei der Astrometrie (Helligkeitsmessung) wichtig, um genaue Messergebnisse erzielen zu können.

Wie macht man ein Flatfield ?

Ein Flatfield ist eine Aufnahme einer gleichmäßig erhellten Fläche.

Die Belichtungszeit soll so gewählt werden, daß die Sättigung des CCD Bildes ca. 50% bis 75% ausmacht. Der Sättigunsgrad kann meist mit der Kamera Software gemessen werden (Histogramm). Bei einer Kamera, bei der die Pixel bei 65536 gesättigt sind, ist der Wert für ein gutes Flat zwischen 32768 und 49152.

Wichtig! Wenn einmal ein Weißbild gemacht wurde, ist die Chipposition nicht mehr zu ändern, d.h. die Kamera darf nicht mehr entfernt oder rotiert werden, da sich die entstehenden Abbildungsfehler relativ zur Chipfläche verändern und mit dem Flatfield nicht mehr in Deckung gebracht werden können. Sollte aus irgend welchen Gründen eine Positionsänderung nötig sein, ist eine neuer Weißabgleich nötig.

Die Flatfield Aufnahme muß ebenfals im Fokus sein. Ist dies nicht der Fall, sind die Abbildungsfehler nicht klar begrenzt oder nur diffus (unscharf) abgebildet.

Die Beleuchtung der Fläche kann mit einer herkömmlichen Lichtquelle erfolgen.

Die am häufigsten angewendet Methoden sind

Dom oder Kuppel Flatfield

Dabei wird bei eingeschalteter Sternwartenbeleuchtung gegen die Kuppel die Aufnahme gemacht. Dies wird meist bei Großteleskopen angewendet.

Himmels Flatfield

Dies ist eine Aufnahme bei Dämmerung gegen den Himmel.
Es ist darauf zu achten, daß der Hintergrund noch so hell ist, daß noch keine Sterne abgebildet werden.
 

lightbox.jpg (4959 Byte)Lichtbox Flatfield – Light Box

Erfordert mehr Aufwand, ist aber sehr flexibel einsetzbar. Eine Schachtel mit reflektierendem Material, ein wenig größer als der Objektivdurchmesser, wird mit einem lichtstreuendem Glas oder einer opaken Kunststoffscheibe versehen. In der Box werden Lampen montiert, die indirekt die Box beleuchten.
Diese Schachtel wird vor die Optik gehalten oder aufgesetzt.

indirekt.jpg (5039 Byte)Weiters können Flats gegen eine weiße Fläche mit indirektem Licht gemacht werden (Schnee, Styropor Platte)

Wichtig - die gleichmäßige Ausleuchtung !


Einige Beispiele, die veranschaulichen sollen, wie ein Flatfield aussieht und was es bewirken kann.

Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern.

Bild 1 zeigt ein Flatfield bei dem Artefakte deutlich erkennbar sind.

Zur besseren Darstellung wurde das Flat als Negativ dargestellt. In der linken und rechten unteren Ecke ist Vignettierung erkennbar. Die größeren Ringe sind Reflexionen des Fangspiegels. Die kleinen schwarzen Punkte mit weißem Ring sind Staub auf dem Chip.

Flatfield Image
Bild 1 - invertiert

Bild 2 ist ein Rohbild invertiert ohne Weißbild (Flat).

Das Dunkelbild wurde bereits abgezogen. Deutlich sind die Fehler zu sehen, die bei Bild 1 ebenfalls abgebildet sind.

Fehler aufgrund von Reflexionen treten besonders hervor, wenn die Umgebungshelligkeit sehr groß ist. (Mond, Sommernächte...)

Raw Image
Bild 2 - invertiert

Nach Abzug des Weißbildes sind die Artefakte in Bild 3 verschwunden, die Aufnahme hat einen gleichmäßige Hintergrund erhalten. Schwache Sterne, die gerade noch vom Himmelshintergrund zu unterscheiden sind, treten besser hervor.

Corrected image
Bild 3

Fertige Aufnahme – Bild4 – Eulen Nebel

Darkframe, Flatfield abgezogen

Bildbearbeitung – Lucy Richardson , Hot/Dark Pixel entfernt, Histogramm gestreckt, Helligkeit und Graustufen kalibriert.

final image
Bild 4

Flatfield Aufnahmen können wie auch das Dunkelbild und die eigentliche Aufnahme, durch Mitteln von mehreren Bildern verbessert werden. Dabei wird das Bild deutlich geglättet (Rauschminderung).

single flat
Bild 5 – Einzelbild mit deutliche körniger Struktur (nicht invertiert)

averaged flat
Bild 6 - gemitteltes Flatfield aus 3 Aufnahmen (nicht invertiert)

Mit ein wenig Übung ist der Aufwand dieses zusätzlichen Werkzeugs sehr gering und trägt doch zu einer besseren Bildqualität bei, die sich allemal lohnt.

 


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