Ob Venus, Mars oder Saturn – Industriekameras lassen sich nicht nur im Industrieumfeld einsetzen, sondern auch in der Planetenfotografie. Der australische Amateurastronom Anthony Wesley erstellt mit einer Low-Light-Kamera hochauflösende Aufnahmen unserer Nachbarplaneten. Entscheidend für die Bildqualität ist auch die Kamerasoftware sowie die Wahl der Sensoren.

In der Astrofotografie gibt es viele Herausforderungen zu bewältigen – sowohl technischer als auch natürlicher Art. Dies gilt vor allem für Teleskopaufnahmen von Planeten. Die Erdatmosphäre ist ständig in Bewegung und erzeugt dadurch Turbulenzen, die zu Verzerrungen des Lichts führen, das von Sternen oder Planeten kommt. Dieses sogenannte „Seeing“ führt vor allem bei der Beobachtung durch erdgebundene Teleskope zu einem Flimmern oder Verschwimmen der Objekte. Zudem absorbiert und streut die Erdatmosphäre sichtbares beziehungsweise kurzwelliges blaues Licht. Nahinfrarotes Licht hingegen wird weniger gestreut, was zu klareren Bildern führt. Und Infrarotlicht durchdringt dünne Wolken und Staubpartikel besser als sichtbares Licht.

Für die Erfassung von Bildern großer Planeten wie Saturn oder Jupiter gilt: Je leistungsstärker die Kamera im Low-Light-Bereich, umso aussagekräftiger sind die Aufnahmen. Nicht zu vernachlässigen: Infrarotes Licht wird weniger von künstlichen Lichtquellen auf der Erde beeinflusst. Das bedeutet, dass NIR-empfindliche Sensoren auch in Gebieten mit moderater Lichtverschmutzung bessere Bedingungen für die Himmelsbeobachtung bieten.
 

Funktion der USB3-Kamera

Kameras mit hoher NIR-Empfindlichkeit sind daher besonders gefragt. Der australische Hobby-Astronom Anthony Wesley hat in diesem Zusammenhang die Leistungsfähigkeit von IDS-Kameras aus der XCP-Familie mit Sensoren der Starvis-2-Klasse und deren Eignung für die Planetenfotografie untersucht: Das Kameramodell U3-38C0XCP-M-NO, bestückt mit dem monochromen Sensor IMX662, liefert sehr gute Ergebnisse. „Die IDS-Kamera ist das bildgebende Element für ein Teleskop mit einer Öffnung von 415 Millimetern und einer Brennweite von 6.000 Millimetern“, erklärt er die Funktion der Kamera. „Sie zeichnet ein- bis zweiminütige Videosegmente von Planeten wie Jupiter und Saturn mit einer Geschwindigkeit von etwa 60 Bildern pro Sekunde durch austauschbare Filter auf, sowohl im sichtbaren Licht als auch im Infrarotbereich“. Um eine einzige optische Einheit zu bilden, die in den Okularstutzen des Teleskops passt, hat Anthony Wesley die IDS-Kamera samt Filterrad und Barlow-Linse direkt miteinander verschraubt. Die Barlow-Linse zwischen Okular und Teleskop verlängert den Brennweg des Teleskops und erhöht damit die Vergrößerung, ohne dass ein zusätzliches Okular benötigt wird.
 

Details bei schwierigen Lichtverhältnissen

„Lichtempfindlichkeit, die über das menschliche Auge hinausgeht - dafür stehen Sensoren mit Starvis-2-Technologie von Sony“, berichtet Jürgen Hejna, Product Manager Ueye-Kameras bei IDS. Wer beispielsweise zum Modell U3-38C0XCP Rev.1.2 mit dem 2,16 MPixel Rolling-Shutter Sensor IMX662 greift, erreicht mit Hilfe der Pixeltechnologie eine hohe Bildqualität mit großem Dynamikbereich. Die USB3-Kamera liefert 88 Bilder pro Sekunde und zeigt sich besonders stark in Low-Light-Anwendungen, bei denen eine hohe Empfindlichkeit gefragt ist. Der 1/3“-Sensor minimiert darüber hinaus durch sogenanntes Anti Reflection Coating störende Reflektionen innerhalb der Kamera.

Für Anthony Wesley hat die kompakte Kamera weitere Vorteile: „Die leichte Ueye XCP ist preiswert, bietet aber fast alle Funktionen, die sich Amateurastronomen wünschen.“ Auch die einfache Integration der Kameras über das Software Development Kit IDS Peak hat ihn überzeugt. „Ich bin der Entwickler und Betreuer des IDS-Kameramoduls in der von Astronomen genutzten Software Firecapture. Das IDS-Modul ist in C mit Microsoft Visual Studio geschrieben und wird zu einer DLL kompiliert, die ganz einfach in Firecapture geladen wird, um die Nutzung der umfassenden Software-Features zu ermöglichen.“
 

Der Bildverarbeitungsprozess

Die aufgezeichneten Videosegmente werden anschließend mit Autostakkert weiterverarbeitet. Dies ist eine Windows-Software, die die Bilder des Nachthimmels automatisch ausrichtet und zusammenfügt. „Die Software kombiniert und mittelt die Einzelaufnahmen und korrigiert Unschärfen und Verzerrungen durch die Erdatmosphäre“, beschreibt Anthony Wesley. Diese Unschärfen können als Verwischung oder Bildrauschen auftreten und wichtige Details in den Bildern verdecken. In der astronomischen Bildgebung wird daher die Methode der Dekonvolution verwendet, um die Bildqualität von Teleskopaufnahmen zu optimieren. In diesem Fall kommen zur Dekonvolution und Bildschärfung die Softwarepakte Astra Image und Registax zum Einsatz. Im nächsten Schritt muss die beobachtete Rotation des Zielobjekts während der Aufnahmezeit korrigiert werden. „Zum Beispiel dreht sich Jupiter alle 90 Sekunden um ein Grad“, erläutert Anthony. Dafür wird die Software Winjupos genutzt, mit deren Hilfe sich zeitversetzte Bilder und Videos übereinanderlegen, derotieren und anpassen sowie Rot/Grün/Blau-Bilder zu einem Farbbild zusammenfügen lassen. „Die abschließende Bildbereinigung erfolgt mit Gimp. Auf diese Weise kann die Nachbearbeitung des Videos den Unschärfeeffekt der Erdatmosphäre ausgleichen und so reduzieren, dass ein klares Bild des Zielobjektes entsteht“, fasst Anthony den abschließenden Bildverarbeitungsprozess zusammen.
 

Großer Fortschritt

Hierfür ist ein gutes Zusammenspiel von Hard- und Software nötig. Die Integration der IDS-Kameras erfolgt über das Software Development Kit IDS Peak. „IDS Peak ist auf unsere Hardware abgestimmt. Es enthält Programmierschnittstellen und Software-Tools, die für ein intuitives Programmieren und eine schnelle Inbetriebnahme sorgen“, erläutert Damian Wang, Area Sales Manager bei IDS. Dies ermöglicht die Nutzung der Software Firecapture.

Anthony Wesley beobachtet den Kameramarkt seit mehr als zwanzig Jahren genau. „Kamera- und Sensor-Technologie haben einen großen Schritt nach vorne gemacht, sowohl was die NIR-Empfindlichkeit als auch das geringere Rauschverhalten betrifft. Die Kombination aus Ueye-XCP-Kamera und Starvis-2-Sensoren ist die beste Technologie, die derzeit verfügbar ist“, fasst er zusammen.

Autor
Silke von Gemmingen, Referentin für Unternehmenskommunikation bei IDS