Hallo Herr Gerber,
das sind gute Überlegungen, die Sie da anführen.
Im Grunde konterkariert der Einsatz eines Autoguiders oftmals das Bemühen tiefe Aufnahmen zu erhalten. Die Gründe werden von Ihnen bereits umrissen. Es gibt aber auch noch weitere Fehlerquellen.
Theoretisch sollte das Rauschen des Dunkelstrombildes keinerlei Struktur im Bild hinterlassen, sobald es abgezogen ist. Das gleiche gilt eigentlich auch für die Division mit dem Flatfield.
Vielmehr ist es in der Praxis jedoch so, daß sogenannte "Hot Pixel" je nach Detektor die Tendenz haben zeitlich variabel zu sein. Man findet sie mehr oder weniger in den Aufnahmen und ihr Auftreten ist zum Teil gesichert auch auf Temperatureinflüsse zurückzuführen. Nach meinen Erfahrungen treten diese bei echten CCDs sogar noch mehr in Erscheinung, als bei CMOS Sensoren, welche bereits bei Raumtemperaturen lange Belichtungszeit zulassen - im Gegensatz zum CCD. Auch habe ich in Einzelfällen bei aufeinander folgenden Kurzbelichtungen schon bemerkt, daß sich der "Einschlag" eines Cosmic Events - in der Regel sind dies radioaktive Teilchen - oftmals auch lange Spuren auf dem Chip hinterlassen, die nachleuchten und in aufeinanderfolgenden Bildern nachgewiesen werden können. Diese Effekte, die hier im Halbleiter zu solchen Pixeldefekten führen sind meines Wissens jedoch noch nicht ganz aufgeklärt. Als gesichert gilt jedoch auch, daß die Detektoren altern.
In jedem Fall ist es jedoch so, daß diese Pixelstrukturen im Verlaufe der Zeit und innerhalb derselben Nacht eine Variabilität der Korrekturgrößen (Dunkelstrom, Flatfield) bewirken.
Der Begriff des "Dithering" ist in der Computergrafik und Bildverarbeitung technisch bereits anderweitig belegt, daher verstehe ich die im deutschen falsch übersetzte Verwendung in der Astrofotografie nicht wirklich. "Dithering" meint nämlich das Aufrastern und die Simulation von Graustufen mit an sich binären Ausgabemedien (z.B. Druckraster bei Laser und Tintenstrahldruckern, sowie im technischen Druckgewerbe). Genau diese Verschlechterung unserer Bilder wollen wir ja nun gerade nicht bewirken.
Gemeint ist hier jedoch der von Ihnen erwähnte Versatz, mit dem man die Effekte zum Teil korrigieren kann. Ganz jedoch nicht. Ein Hot-Pixel frisst bei den von mir hier gelegentlich eingestellten Beispielen auch noch mit Hunderten von Aufnahmen eine deutliche Spur in die Bilder.
Eine Möglichkeit, diesem zu begegnen ist das Sigma-Clipping, das Sie weiter oben bereits mit der Beschreibung Ihrer Verarbeitung erwähnten. Es radiert quasi solche Defekte aus, indem man die defekten Pixel statistisch bestimmt über die Standardabweichung aller Pixelhelligkeiten, die für das Ergebnispixel hergenommen werden und dann aussortiert und anders gewichtet. Ein übliches Kriterium ist die Standardabweichung multipliziert mit dem den Faktor 3 (99% Wahrscheinlichkeit bei Gaußscher Verteilung). Werte die diese Schwelle über- oder unterschreiten gelten somit statistisch als Ausreißer und damit als unwahrscheinlich gemessene Helligkeit. Die lokale Pixelstatistik leidet photometrisch jedoch darunter und man kommt in der irrigen Annahme etwas verbessert zu haben nun zu falschen Fehlerbestimmungen für abgeleitete Helligkeiten von Sternen oder Flächen. Dies natürlich deswegen, weil das Rauschen durch Entfernen von Messwerten natürlich wieder zunimmt (die Standardabweichung ist abhängig von der Anzahl der Messwerte). Eine falsche Fehlerabschätzung im photometrischen Sinne ergibt sich auch umsomehr, als auch der Versatz eigentlich im Subpixelbereich stattfindet und daher eine gewisse Verschmierung und damit eine Unschärfe der summierten Ergebnisbilder gegenüber der Einzelaufnahme eintritt. Dies wird oft dem Seeing zugerechnet. Die Verschmierung entspricht einer Faltung mit einer 1 Pixel breiten Pyramide über den Pixeln im Subpixelbereich, was optisch sofort ins Auge fällt. Der Vorteil ist jedoch, daß durch diese Verschmierung wiederum eine Verbesserung des Signals eintritt.
Je nachdem, wie man also den Fehlerwert als Standardabweichung aus dem Rauschen bestimmt, wird man also durch diverse Selektionsverfahren auch nicht wirklich zu besseren Bildern kommen. Die Fehlerstatistik läßt sich halt kaum austricksen.
Ein weiterer Effekt ist die Unzulänglichkeit der verwendeten Software selbst die gewonnene Dynamik auch zu nutzen. Es nützt nichts 1000 Bilder mit 16 Bit zu summieren, um das Ergebnis anschließend wieder auf 16 oder gar 8 Bit zu reduzieren und nach Photoshop zu konvertieren. Hier würde man die Belichtungszeit auch wieder verlieren. Das gilt im Prinzip sogar für die nicht-lineare Verarbeitung zum LRGB Bild.
Einige gute Literatur zum Thema habe ich auf meiner Website zusammengestellt und es werden gelegentlich neue Bücher angefügt, die ich zu Themen empfehlen kann, die wir hier gelegentlich diskutieren.
Viele Grüße
Thilo Bauer
