Darks, Flats und Bias: Was sie wirklich korrigieren

Jedes Astrofotografie-Tutorial sagt dir, du sollst Darks, Flats und Bias aufnehmen. Fast keines sagt dir, was jedes davon entfernt - und so nehmen die meisten entweder alle drei aus Aberglauben auf oder lassen alle drei aus Verwirrung weg. Beides ist ein Fehler, und die Fehler sind nicht gleich schlimm: Eines der drei ist weit wichtiger als die anderen beiden, und es ist nicht das, mit dem Anfänger meist anfangen.

Hier ist, was jedes Bild tatsächlich tut.

Dein Sensor lügt auf drei Arten

Ein Kamerasensor meldet nicht das Licht, das auf ihn gefallen ist. Er meldet das Licht plus eine Reihe von Fehlern, und jedes Kalibrierbild zielt auf einen bestimmten Fehler.

Er addiert Wärme. Jedes Pixel sammelt auch in völliger Dunkelheit Ladung aus thermischer Energie, und zwar mit einer Rate, die sich etwa alle 6-7 °C verdoppelt. Über eine 300-Sekunden-Belichtung ergibt das ein echtes Signal, das nichts mit dem Himmel zu tun hat. Schlimmer: Die Rate variiert von Pixel zu Pixel - manche sind viel heißer als ihre Nachbarn, und daher kommen die farbigen Sprenkel.

Er vignettiert und sammelt Staub. Deine Optik liefert mehr Licht in die Bildmitte als in die Ecken, meist 20-40 % mehr. Staub auf dem Sensorfenster oder Filter wirft weiche graue Ringe. Beides ist nicht am Himmel, aber beides ist in jedem Bild.

Er hat einen Offset. Die Kamera addiert zu jedem Messwert einen festen Sockel, damit das Rauschen nie bei null abschneidet. Auch dieser Sockel ist nicht perfekt gleichmäßig - er enthält schwache Muster.

Darks korrigieren das Erste. Flats das Zweite. Bias das Dritte.

Flats sind die, die zählen

Wenn du nur eine Art Kalibrierbild aufnimmst, dann Flats. Das ist das Gegenteil von dem, was die meisten tun, und es ist der größte einzelne Qualitätsgewinn, der einem Anfänger zur Verfügung steht.

Der Grund: Vignettierung und Staubschatten sind multiplikativ und groß. Ein Abfall von 30 % in den Ecken verdunkelt nicht nur die Ecken - er überlebt das Strecken, und Strecken verstärkt ihn. Wenn du schwache Nebel aus dem Hintergrund holst, holst du auch die Vignette heraus, und am Ende hast du einen hellen Fleck in der Bildmitte, den keine Gradientenentfernung ganz behebt. Staubringe machen dasselbe: Sie erscheinen als weiche dunkle Ringe genau dort, wo du schwaches Signal sehen willst.

Darks dagegen behandeln etwas, das Stacking schon teilweise erledigt. Mittle genug Bilder, und zufälliges thermisches Rauschen fällt mit der Quadratwurzel der Anzahl. Heiße Pixel mitteln sich nicht weg - aber sie lassen sich statistisch behandeln, worauf ich zurückkomme.

Flats sind auch am einfachsten aufzunehmen und beanspruchen am wenigsten deine Zeit unter klarem Himmel. Du brauchst keine Dunkelheit. Richte das Teleskop auf eine gleichmäßig beleuchtete Fläche - Dämmerungshimmel, ein weißes T-Shirt über der Öffnung mit einer Lampe dahinter, ein Tablet mit weißem Bildschirm - und belichte so, dass das Histogramm bei etwa einem Drittel bis zur Hälfte liegt. Zwanzig bis dreißig Bilder reichen völlig.

Die entscheidende Regel: Flats müssen bei demselben Fokus, derselben Drehung und derselben optischen Konfiguration wie die Lights aufgenommen werden. Wenn du neu fokussierst oder die Kamera drehst, bewegt sich der Staub relativ zum Bild, und deine Flats sind schlimmer als nutzlos - sie stempeln Ringe an die falschen Stellen. Nimm sie am Ende der Sitzung auf, bevor du irgendetwas anfasst.

Darks: nützlich, aber bei kurzen Belichtungen überschätzt

Ein Dark ist eine Belichtung mit geschlossenem Verschluss, bei derselben Dauer, Temperatur und Verstärkung wie deine Lights. Zieh es ab, und du entfernst sowohl das mittlere thermische Signal als auch das feste Muster, welche Pixel heißer sind als andere.

Zwei Bedingungen machen Darks wirklich wertvoll:

• Lange Belichtungen. Bei 300 Sekunden ist der thermische Anteil erheblich. Bei 10 Sekunden - was ein Seestar oder Dwarf aufnimmt - liegt er oft unter dem Ausleserauschen, und ihn abzuziehen bringt sehr wenig.
• Eine gekühlte Kamera. Darks funktionieren nur, wenn die Temperatur passt. Eine dedizierte Astrokamera bei −10 °C liefert reproduzierbare Darks, die du monatelang wiederverwenden kannst. Eine DSLR, die die Nacht bei 18 °C begann und bei 4 °C beendete, nicht - das Dark vom Ende beschreibt nicht das Bild vom Anfang.

Der letzte Punkt ist der, der die Leute stolpern lässt. Der Dunkelstrom einer ungekühlten DSLR ändert sich über die Nacht, während sie abkühlt. Ein unpassendes Dark abzuziehen kann Rauschen hinzufügen statt entfernen, weil du ein rauschiges Bild von einem anderen abziehst und sich das thermische Signal nicht einmal richtig aufhebt.

Wenn du mit einer ungekühlten Kamera und kurzen Belichtungen fotografierst, ist es völlig vernünftig, Darks wegzulassen. Du bist nicht faul; du verzichtest auf eine Korrektur, die auf deine Daten nicht sauber anwendbar ist.

Bias: das, was du meist ignorieren kannst

Ein Bias ist die kürzeste Belichtung, die deine Kamera machen kann, mit geschlossenem Verschluss. Es erfasst den elektronischen Offset und sonst nichts.

Bias-Bilder sind wichtig, wenn du Darks skalierst - also ein Bibliotheks-Dark mit anderer Belichtungszeit mathematisch anpasst. Dafür muss der feste Offset vom zeitabhängigen thermischen Signal getrennt werden, und genau das liefert das Bias.

Wenn du passende Darks in derselben Länge wie deine Lights aufnimmst, steckt das Bias schon im Dark, und das Dark abziehen zieht das Bias mit ab. Bias separat aufzunehmen bringt dann nichts mehr.

Bias-Bilder sind billig - hundert davon dauern unter einer Minute -, also spricht nichts Starkes dagegen, sie zu haben. Aber wenn du in der Kälte stehst und überlegst, ob es sich lohnt: Das ist das, was du weglassen kannst.

Und die heißen Pixel?

Hier versagt der Standardrat still und leise. Darks entfernen die heißen Pixel, die dein Sensor vorhersagbar erzeugt. Sie entfernen keine kosmischen Strahlungstreffer, die zufällig in einem Bild landen, und sie tun gar nichts für die sehr vielen Leute, die nie Darks aufnehmen.

Heiße Pixel sind ernst zu nehmen, weil Stacking sie nicht entfernt. Mittle neunzig Bilder, die alle ein heißes Pixel bei (1204, 883) haben, und du bekommst einen Stack mit einem heißen Pixel bei (1204, 883). Dann dreht die Registrierung das Feld zwischen den Bildern und verschmiert diesen ortsfesten Defekt zu einem kurzen farbigen Strich - genau das Artefakt, das ein sonst gutes Bild amateurhaft aussehen lässt.

Man kann sie stattdessen statistisch finden. Der Trick ist, einen Defekt von einem Stern zu unterscheiden, denn beide sind klein und hell. Das Unterscheidungsmerkmal: Ein Stern ist nicht ein Pixel. Die Optik verteilt eine Punktquelle über mehrere, ein echter Stern hat also helle Nachbarn. Ein heißes Pixel steht allein. Vergleiche jedes Pixel mit dem Median seiner acht Nachbarn, und skaliere die Schwelle danach, wie sehr diese Nachbarn untereinander abweichen - um ein heißes Pixel auf glattem Himmel stimmen sie eng überein, um einen Sternkern sind sie die Schultern des Sterns und variieren stark. Diese Unterscheidung erlaubt es, das eine zu entfernen und das andere zu behalten.

Akastroid macht das automatisch auf jedem Bild, vor der Registrierung, ob du Darks aufgenommen hast oder nicht. Es ist bewusst konservativ - acht Sigma -, weil die Kosten ungleich sind. Ein übersehenes heißes Pixel ist ein Fleck. Ein entfernter Sternkern sind Daten, die nichts zurückholen kann.

Eine praktische Antwort

Wenn du wenig Zeit und kalte Hände hast:

1. Immer Flats aufnehmen. Zwanzig bis dreißig, am Ende der Sitzung, bevor du den Fokus anfasst. Das ist der größte einzelne Gewinn.
2. Darks aufnehmen, wenn deine Kamera gekühlt ist oder deine Belichtungen lang sind. Temperatur, Verstärkung und Dauer anpassen. Zwanzig sind eine vernünftige Zahl.
3. Bias aufnehmen, wenn du eine Dark-Bibliothek aufbaust. Sonst optional.
4. Verliere keine klare Nacht an Kalibrierung. Lights sind der unersetzliche Teil. Flats lassen sich in der Dämmerung aufnehmen, Darks mit Objektivdeckel drinnen.

Und wenn du gar keine Kalibrierbilder hast: Bearbeite trotzdem. Ein Stack unkalibrierter Lights mit entferntem Gradienten und bereinigten heißen Pixeln ist ein echtes Foto. Perfekte Kalibrierung von Daten, die du nie gesammelt hast, ist keines.