Astrofotografie mit der Digitalkamera

• Die Digitalkamera am Teleskop - wie geht das?

Da keine der derzeit bezahlbaren(!) Digitalkameras über ein Wechselobjektiv verfügt, ist Fotografie im Primärfokus nicht möglich, es ist schließlich immer das Objektiv der Digitalkamera dazwischen.

Die "herkömmliche" Okularprojektion kann auch nicht angewendet werden, da der Abstand zwischen CCD-Sensor und Objektiv (abgesehen vom Zoom und Autofokus) nicht beliebig eingestellt werden kann.

Also bleibt nur noch eine Möglichkeit über, um scharfe Bilder aus dem Universum mit der Digitalen einzufangen:
Man verwendet 2 Objektive zwischen Teleskop und CCD-Sensor. Also wie bei der Okularprojetion, aber zusätzlich das Kameraobjektiv.

Das erscheint zwar auf den ersten Blitz absurd, aber sobald man sich das ganze in zwei Teilsysteme aufgetrennt denkt, wird es klar:
Ein Teleskop und das Okular sind nichts anderes als ein Fernglas (oder ein an anderer Stelle beschriebener Teleconverter!), der aus einem aus dem "unendlichen" kommenden und parallelen aber großen Strahlenbündel vorn wieder ein paralleles, aber kleines Strahlenbündel am hinteren Ende macht.
Das Objektiv der Kamera bündelt nun diesen parallelen Strahl auf den Sensor und schon hat man die gewünschte scharfe Abbildung!
Nachdem die Theorie soweit klar ist, schreiten wir zur Praxis...

Die Bezeichnungen der Kameraeinstellungen im Folgenden beziehen sich auf meine Olympus, bei anderen Kameras können einzelne Funktionen anders heißen.

 

• In der Praxis:

Die Technik:

• Der Vergrörerungsfaktor des Teleskops mit dem Okular berechnet sich aus dem Quotienten der beiden Brennweiten.
  Also ein 900mm Spiegel mit einem 20mm Okular macht 45-fach.
  Anstatt eines Okulars verwende ich ein herkömmliches Kameraobjektiv: 1:2,8/24mm. Bei meinem 900mm Teleskop ergibt sich somit eine Vergrößerung von 37,5x.
• Warum ein Objektiv? Okulare sind für den Pupillendurchmesser des Auges optimiert, haben also einen relativ kleinen Durchmesser. Da aber hier eine Kamera und kein Auge verwendet wird, ist das Objektiv im Vorteil und die Randabschattung ist geringer. Andererseits ist das Objektiv mit 24mm schon ziemlich am unteren Ende des "normalen" Weitwinkelbereichs, bei Okularen wären problemlos viel kleinere Brennweiten und damit mehr Vergrößerung möglich, aber nicht alles was möglich ist, macht auch Sinn...
• Je geringer die Brennweite (also je höher die Vergrößerung) um so schlechter wird die Bildqualität.
  Insofern muß man also einen Kompromiß finden, um einerseits noch eine akzeptable Bildqualität zu erhalten und andererseits muß die Vergrößerung natürlich so hoch sein, daß auf den resultierenden Bildern auch Details zu erkennen sind und nicht nur ein Punkt.
• Damit das Kameraobjektiv nicht hauptsächlich nur die Metallfassung des vorderen Objektivs "sieht", müssen beide so nah wie möglich zusammenmontiert werden, um den Bildwinkel möglichst voll auszunutzen. Ganz perfekt geht es zwar nicht, auch bei 105mm der Kamera ergibt sich noch ein schwarzer Rand, aber damit kann man gerade am Nachthimmel gut leben. Um einen kleinstmöglichen Abstand zu erzielen hab ich dem 24mm den hinten herausstehenden Blendenhebel herausoperiert (nicht absägen, die Späne versauen die Linsen!) und einen Gewindering am Bajonett angeschraubt. An diesem läßt sich die Kamera in wenigen Sekunden anschrauben.
• Zum Fokussieren muß die Kamera samt dem 24mm bewegt werden, das ganze darf also nicht am Teleskoptubus befestigt sein, sondern muß komplett am Okularauszug "schweben", um diesen bequem zum fokussieren verwenden zu können.
  Es empfiehlt sich an der Kamera eine Trageschlaufe und am Teleskop eine Schnur mit Karabinerhaken anzubringen - als Fangleine, falls mal irgendetwas passieren sollte.
• Um das 24mm Objektiv am Okularauszug (OAZ) befestigen zu können, hab ich mir aus Messing einen Adapter drehen lassen, der in den OAZ geschraubt wird (anstatt des Okularklemmrings) und auf den hinten das Objektiv mit dem Filtergewinde (bei mir M58x0,75) aufgeschraubt wird (Fotos siehe Teleskopseite!). Somit sind alle Verbindungen aus Metall und es ist entsprechend stabil. Der OAZ sollte nach Möglichkeit auch aus Metall sein und nicht nur so ein metallifiziertes Plastik, schließlich hängt doch ein ganz ordentliches Gewicht dran.
  Dieser Messing-Adapter hat auch gleich eine passende Bohrung und eine Feststellschraube für die Okulare, dann muß man nicht jedesmal den Adapter runter und den Okularhalter aufschrauben, wenn man mal wieder selbst durchsehen will.

 

Die Vorbereitungen:

• Meine C-2000 hat max. 105mm Brennweite, mit dem 37,5x macht das knapp 4000mm, das ist schon recht ordentlich! :-)
  Ohne motorische Nachführung ist man da ziemlich machtlos. Zwar sind bei Mond, Jupiter und Saturn die Belichtungszeiten noch relativ kurz, so daß zumindest bei ersterem die Drehung während der Aufnahme noch nicht sichtbar wird. Bis etwa 1s Belichtungszeit sind die Objekte noch rund, aber eben halt schon recht unscharf, bei Jupiter&Saturn wird es da schon knapp, v.a. wenn man Monde sehen will ist mehr als 1s nicht schlecht.Aber das ist noch nicht alles....
• Bei 4000mm Brennweite darf wirklich weit und breit nichts mehr schwingen, bei Wind kann man grundsätzlich einpacken.
  Zum Glück haben die Camedias (abgesehen von der C-3000, da ist es optional) den super IR-Auslöser, so daß man nicht vor jeder Aufnahme den Auslöser der Kamera betätigen muß, was natürlich das ganze Teleskop auf dem Stativ in Schwingungen versetzt. Da reicht auch ein 10 Sekündiger Selbstauslöser fast noch nicht, um die Schwingungen ausreichend abklingen zu lassen!
  Und da sind wir wieder bei der Nachführung: Man kann (theoretisch, s.u.) in Ruhe abwarten bis alles ausgeschwungen ist (30-60s ist gut) und dann drückt man auf den IR-Auslöser.
  Hätte man keine Nachführung, wäre bei dieser Brennweite nach der Wartezeit das Objekt der Begierde schon längst wieder aus dem Bildfeld gewandert - taugt also nix, eine Nachführung in RA muß her!
  Außerdem hat man Probleme ein einmal verlorendes Objekt nur mit Hilfe des LCD-Suchers der Kamera wiederzufinden, wenn man ohne Nachführung arbeiten muß!
  Mit der Nachführung ist es kein Problem: Erst visuell mit dem Okular das gesuchte ins Visier bringen, alle Schrauben fest anziehen und dann in Ruhe die Kamera montieren - auch nach Minuten ist noch alles da wo es war, kleine Korrekturen sind ja kein Problem, solange das gesuchte nur im Bildfeld bleibt.
• Die Einnordung der Montierung ist übrigens relativ unkritisch, meine Kamera macht höchstens 16s, da reicht es aus, die Montierung anhand einer Markierung (z.B. die Fugen des Pflasters) nach Norden auszurichtenm, die Scheinermethode brauchts dafür noch nicht.

 

Jetzt wirds ernst..

• Für Aufnahmen am Mond ist es kein Problem die Schärfe jedes mal neu einzustellen (in der 2,5m Kamera-Einstellung) und man kann sich dann bei den Aufnahmen auch vom Autofokus helfen lassen. Aber sobald es (z.B.bei Deep-Sky Objekten) im LCD recht düster ist, oder wie im Fall der Sonne (Filter nicht vergessen!) wenig Kontrast vorhanden ist, stochert der AF nur noch im Nebel und alle Aufnahmen werden garantiert unscharf! Da hilft nur eins: Fokus selber einstellen, und zwar "blind":
• Dafür suchen wir ein kontrastreiches und großes Objekt: Den Mond.
  Adapter, Objektiv und Kamera fest(!) anschrauben, so daß nix wackelt und alles reproduzierbar wieder genau so montiert werden kann.
  Die Kamera wird fest auf "unendlich" und in den "S-Modus" (oder bei den Neueren in den voll manuellen Modus) geschaltet. Der Übergang zwischen hell und dunkel des Mondes, also da wo die Krater zu sehen sind, wird in Bildmitte gebracht und nun wird mit dem OAZ fokussiert bis das Bild knackscharf erscheint, ggf. dazu (ausnahmsweise!) den Digitalzoom zu Hilfe nehmen.
  Nun wird mit einem Meßschieber abgemessen, wie weit der Adapter vom OAZ-Rohr entfernt ist oder einfacher: Suche einen Gegenstand der haargenau dazwischenpaßt, bei mir ist das der Stift meines Palm m100 mit ca. 4mm :-)
  Hat man diese Einstellung einmal gefunden und kann sie mit dieser "Hilfe" reproduzierbar wieder einstellen, spart man sich künftig nicht nur viel Arbeit sondern auch viel Ärger.

 

• Tips zu den einzelnen Objekten:

 

Mond:

• Dieses Riesenbaby sollte sich auch mit dem Sucherfernrohr ohne Mühe finden lassen, so daß man von Anfang an gleich die Kamera draufschrauben kann.
• Wie gesagt, kann man die Schärfe hier problemlos jedesmal neu einstellen (Kamera bleibt während der manuellen fokussieren fest auf 2,5m!) und der AF hilft danach bei der Aufnahme die Restunschärfe auszugleichen.
• Die Kamera wird in den "S-" (oder manuellen) Modus geschaltet, damit die Automatik nicht die höhere Empfindlichkeit einstellt!
• Zoom der Kamera entweder maximal oder so, daß der ganze Mond ins Bild passt.
• Blende ganz offen, Belichtungszeit durch Experimentieren: 1/20 - 1/100s
• Nur ISO 100 verwenden!
• SHQ Modus der Kamera verwenden (TIFF ist nur was für ganz geduldige),
• KEIN Digitalzoom, auch wenn es verlockend ist - die Enttäuschung kommt erst am Computer!
• Anordnung ausschwingen lassen und nach ca. 30s mit Fernauslöser loslegen, ruhig gleich eine ganze Salve von 10 oder mehr Bildern machen.
• Wenn man sich mal ein bisschen sicherer ist, daß alles OK ist: Kameramonitor ausschalten, sobald man alle Einstellungen vorgenommen hat, das hält die Kamera kühler und es rauscht weniger.
• ...viel Spaß mit den Fotos!

Sonne:

• Sonnenfilter vor dem Teleskop montieren und gegen versehentliches lockern sichern!
  Tips zum Bau eines Sonnenfilters gibts in der Bastelecke!
  Wird anstatt des Filters mit der Dichte 5 der mit 3,5 verwendet, so sollte man zwischen den Aufnahmen etwas vors Teleskop halten, damit der CCD in der Kamera nicht geröstet wird!
• Zum Auffinden der Sonne braucht man nichtmal einen Sucher (Vorsicht: auch der braucht einen Filter oder muß vorn abgedeckt werden!), man schwenkt das Rohr so lang bis sich der kleinstmögliche Schatten am Boden ergibt!
• Der AF macht bei der Sonne nur Mist, obwohl es hell genug wäre, aber offenbar kann er nicht genug Kontrast ausmachen, selbst an Sonnenflecken. Man kann auch auf dem Kameramonitor nicht richtig einstellen, daher sollte man die oben beschriebene "blinde" Methode verwenden und die Kamera fest auf unendlich schalten.
• Zoom auf maximale Brennweite, oder auch weniger, ganz wird die Sonne aber nicht ins Bild passen.
• SHQ Modus der Kamera verwenden (TIFF ist nur was für ganz geduldige),
• ISO 100!
• Mit Filter der Dichte 5: Blende offen, bei Filter mit Dichte 3,5: etwas abblenden, aber nicht extrem, wegen der Beugung!
• Für die Belichtungszeit sind natürlich wieder erstmal Tests notwendig, die zu notieren sind (bzw. man siehts auch später noch am EXIF-Header). Mit einem Dichte 5 Filter liegen die Zeiten ähnlich wie bei Bildern vom Mond, also etwa 1/20 - 1/100s.
  

Jupiter, Saturn:

• Den Planeten erst visuell einmitten und dann erst die Kamera montieren.
• Für die Belichtungszeit sind natürlich wieder erstmal Tests notwendig, die man sinnvollerweise notiert und wiederverwendet.
  Zeiten zwischen 1/20 (ohne Monde, Planet korrekt belichtet) und 4s (mit Monden, Planet stark überbelichtet) können als Anhaltspunkt dienen.
• Fokussieren nach der oben beschriebenen Methode, also "blind". Der Kontrast reicht i.d.R. nicht aus, um auf diese schon recht kleinen Objekte am kleinen Kameramonitor noch gut scharfstellen zu können und auch der AF greift sehr oft daneben.
• Erst jetzt Kamera einschalten und nicht zu langsam handeln...
• Zoom auf maximale Brennweite
• Fokus fest auf unendlich, Fernauslöserfunktion ein, Digitalzoom aus, ISO nach Wunsch, höchste JPEG-Qualitätsstufe (SHQ), Einstellungen mit "OK" bestätigen und Monitor ausschalten!
• ca. 10 Sekunden warten und dann mit dem IR-Auslöser loslegen, ein Bild nach dem anderen, so schnell wie möglich.
• Die zweite oder dritte Aufnahme wird die beste sein, weil das Stativ dann schon ausgeschwungen ist und das Rauschen noch nicht so stark ist. Aber so schlimm ist es mit dem Rauschen noch nicht, sofern man kein Montags-CCD erwischt hat. Man kann auch ausprobieren ob es günstiger ist, ISO 100 und lange Belichtungszeiten oder ISO 400 und kürzere Zeiten zu nehmen.

 

Deep Sky:

• Hier wirds richtig interessant und die Kamera kommt an ihre Grenzen...
  Auf dem Kameramonitor wird absolut nichts zu erkennen sein, daher muß das Objekt erst einmal visuell gefunden und exakt eingemittet werden, die Montierung sollte einigermaßen genau ausgerichtet sein, so daß auch längere Zeit nichts nachgestellt werden muß.
• Nun wird die Kamera samt Objektiv montiert und mit der oben beschriebenen Methode "blind" fokussiert.
• Die Geschwindigkeit ist im Folgenden von großer Bedeutung, da das erste Bild spästenstens eine Minute nach dem Einschalten "im Kasten" sein muß. Also wieder die Vorgehensweise:
• Kamera auf "S" (oder manuell) stellen, einschalten, voll reinzoomen (vergißt man in der Eile leicht und merkt man erst am Computer!), Belichtungszeit auf 16s (wie das bei der C-2000 geht steht bei "Tips&Infos"), Fokus fest auf unendlich, Fernauslöserfunktion ein, Digitalzoom aus, ISO 400, SHQ, Einstellungen mit "OK" Bestätigen und Monitor ausschalten. Dabei möglichst wenig herumwackeln, damit es schnell ausschwingt!
• 10 Sekunden warten und dann mit dem Fernauslöser eine Aufnahme machen, dann sofort den Deckel aufs Teleskop und mit den selben Einstellungen noch eine Aufnahme, Deckel vorsichtig wieder runter, kurz abwarten, Aufnahme machen und dann gleich nochmal ein Dunkelbild. Kamera aussschalten.
  Das reicht schon - mehr macht eigentlich keinen Sinn, denn das Rauschen wird in dieser Einstellung schon nach kürzester Zeit so extrem, daß die Bilder kaum noch brauchbar sind.
  Wer die Bilder nun am Kameramonitor anschauen will wird sehr enttäuscht sein - nix zu sehen. Aber nicht gleich löschen, wenn das Teleskop richtig ausgerichtet war, ist da schon was im Bild, nur der Kameramonitor kann das nicht darstellen!
  Nach 10-15 Minuten Wartezeit hat sich die Kamera wieder abgekühlt und man kann das selbe Spielchen wiederholen, wenn die Montierung wirklich gut ausgrichet war, dann geht es evtl. sogar ohne daß man neu visuell einmittet, besser ist es aber schon wenn mans überprüft.
• Nun sind die beiden Bilder aber noch nicht "Gebrauchsfertig", da sie stark verrauscht sind, das zweite natürlich mehr als das erste.
  Stelle die Helligkeit und den Kontrast des Monitors hoch. Lade die erste Aufnahme sowie das erste Dunkelbild in ein Bildbearbeitungsprogramm und subtrahiere die beiden Fotos, dadurch fällt fast alles Rauschen heraus und übrig bleibt das Bild des Deep Sky Objekts. Vermutlich wird auch nun noch nicht viel zu erkennen sein. Wandle es in ein Graustufenbild um und erhöhe dann die Gammaeinstellung und ggf. den Kontrast) so weit, daß der Hintergrund noch erträglich grau ist, aber von dem Sternhaufen oder der Galaxie etwas sichtbar wird.
  Ist nichts zu sehen, dann wurde entweder falsch herum subtrahiert(!) oder das Objekt war nicht eingemittet oder es ist schlichtweg zu lichtschwach um sich mit einer solch kurzen Belichtungszeit einfangen zu lassen. Bis 9mag sollte aber (nach der Bearbeitung) neben dem restlichen Rauschen auf jeden Fall irgendetwas helleres zu erkennen sein, ansonsten stimmt etwas anderes nicht!
• Mit den anderen beiden Aufnahmen macht man nun das selbe, wahrscheinlich wird mehr Rauschen übrig bleiben, ggf. kann man auch die erste Dunkelaufnahme zum subtrahieren verwenden.
  

• Tips zum Experimentieren:
  • Dunkelaufnahmen muß man nicht am Teleskop machen, es muß lediglich die Kameraeinstellung (ISO400/16s) stimmen, den Rest erledigt die Umgebungstemperatur bzw. die Eigenerwärmung der Kamera mit der Zeit.
    Man könnte also eine Reihe solcher Dunkelaufnahmen schon z.B. 1h vorher machen und könnte sich das dann am Teleskop sparen und nur "richtige" Bilder schießen, so daß die Ausbeute nach dem Einschalten größer wird.
    Allerdings wird dann später der Aufwand größer, weil man zu jeder Astro-Aufnahme ein gleich stark verrauschtes Dunkelbild aussuchen muß, um möglichst viel herausrechnen zu können.
  • Mit dem Programm "Giotto" könnte man mehrere Bilder zu einem besseren zusammenrechnen lassen. Ggf. die Montierung absichtlich ganz leicht "falsch" ausrichten, damit sich leicht verschobene Einzelbilder ergeben, so daß sich ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis ergibt und nicht immer wieder die selben Rausch-Pixel aufeinanderaddiert werden!

 

 

Viel Spaß beim Fotografieren&Experimentieren!

 

Wer weitere Tips und Tricks kennt, möge mir diese doch bitte mitteilen, meine Vorgehensweise ist sicher bei weitem noch nicht "ausgereift" und kann jede Verbesserung vertragen :-)

 

Fotos vom Mond, der Sonne sowie einigen Deep Sky Objekten sind in der Bildergalerie zu finden.

 

(c) 02.10.2001, URL: http://www.emling.de
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