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Bearbeiten von digitalen Bildern bietet nahezu ungeahnte Möglichkeiten. Hier sollen einige Aspekte des großen Themas der Bildbearbeitung besprochen werden und zwar diejenigen, die zu einer Verbesserung von Astro-Aufnahmen führen. Die hier durchgeführten Schritte und Abbildungen wurden mit Adobe Photoshop 7.0 erstellt. Sie sind aber so grundlegend, dass Sie auch mit anderen Programmen durchgeführt werden können. Zuerst werden die Schritte anhand eines S/W-Bildes beschrieben, die Bearbeitung und Feinabstimmung von Farbbildern erfolgt dann im Anschluss.
Das ist diejenige Art der Bildbearbeitung, die den Neuling am meisten fasziniert. Doch zunächst muss gesagt werden: Kein Programm ist in der Lage ein noch so unscharfes Bild in ein deutlich erkennbares umzuwandeln. Erinnern Sie sich noch an die Hubble-Bilder mit der mangelhaften Optik? Damals wurde viel in mathematische Algorithmen investiert um den optischen Mangel des Teleskops im Nachhinein mittels Bildbearbeitung zu korrigieren. Und obwohl der optische Fehler des Systems genau bekannt war, waren die Bilder nach der Reparatur des Teleskops deutlich besser. Bei diesem Projekt wurden die Grenzen der Bildbearbeitung sehr deutlich vor Augen geführt [3]. Zunächst etwas Theorie. Wäre unser optisches Aufnahmesystem ideal (kein Seeing, keine Nachführfehler, perfekte Optik, keine Beugung …), dann würde ein Stern als exakter Punkt wiedergegeben. Wird das Helligkeitsprofil eines realen Sterns untersucht, so entspricht dies in etwa der Abbildung 4a oben. Dieser Helligkeitsverlauf wird auch Gaußverteilung bezeichnet. Abbildung 4a unten zeigt die Wega. Beachten Sie insbesondere das markierte Inset. Der reale Stern zeigt ein helles Zentrum und eine dann abfallende Helligkeit, die nicht schlagartig endet sondern kontinuierlich in den Himmelshintergrund übergeht.
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Um die Detailerkennbarkeit eines Sternes zu erhöhen müssen zwei Ziele erfüllt werden:
In Abbildung. 4b ist dies oben schematisch dargestellt. Die untere geschärfte Aufnahme zeigt auch, dass der Stern tatsächlich etwas kleiner und heller geworden ist und dadurch schärfer wirkt. Die Abbildung 4c zeigt die Grenzen der Schärfung auf. Mathematisch führt eine Übertreibung der Schärfung zu einem Überschwingen. Um die Sterne bilden sich dunkle Ringe besonders wenn diese in Nebel eingebettet sind. Die natürliche Wirkung des Bildes geht verloren.
Alt 10 10 10 30 50 100 150 100 50 30 10 10 10 x 2 Neu 20 20 20 30 100 200 300 200 100 30 20 20 20 Alt 10 10 10 30 50 100 150 100 50 30 10 10 10 x -1 5 -1 Neu - 30 10 90 120 300 550 300 120 90 10 30 - |
Ein kleiner Ausflug in die Mathematik soll jetzt beschreiben, was mathematisch mit den Pixel passiert. Abbildung 4d zeigt oben nochmals den Helligkeitsverlauf eines Sterns. Darunter sind die numerischen Pixelwerte des Sterns gelb unterlegt. Das Rauschen des Hintergrunds hat hier einen Wert von 10 bis 30. Der Stern beginnt bei einem Helligkeitswert von ca. 30. Wenn nun jeder Pixelwert des Sternes mit 2 multipliziert wird, so hat der hellste Pixel im Scheitelpunkt der Kurve nach der Operation einen Wert von 300. Aber auch das Rauschen erhöht sich auf 60. Ist dies überhaupt ein Fortschritt? Vergleichen wir das Verhältnis des hellsten Pixels zur Umgebung: Im Original: (150 - 30) / 30 = 4. Nach der Multiplikation mit 2: (300 - 60) / 60 = 4. Das Verhältnis des Sterns zur Umgebung ist auch ein Maß für den Kontrast. Fazit: Durch die Multiplikation aller Pixelwerte mit 2 hat sich am Kontrastverhältnis nichts geändert. Dies ist auch der Grund, warum in der Astrofotografie mehrere Aufnahmen gemacht werden müssen und diese anschließend addiert werden. Es ist wertlos ein und dieselbe Aufnahme mehrmals zu addieren! Hier ist der Beweis!
In der unteren Tabelle in Abb. 4d ist der Helligkeitsverlauf des Sterns nochmals wiederholt und gelb unterlegt. Jetzt findet aber eine Pixelberechnung statt, bei der der Wert des zu berechnenden Pixels in Abhängigkeit seiner Umgebung berechnet wird. Für die Berechnung eines Pixels fließen also seine Nachbarn mit in die Berechnung ein. Wer sich hierfür weiter interessiert sollte sich mit der Matrizenrechnung beschäftigen. Im Beispiel hier handelt es sich um den speziellen Fall einer eindimensionalen Matrix. Man spricht dann von Vektoren. Der neue Maximalwert berechnet sich nun mit dem Vektor wie folgt:
-1 5 -1
Pneu = (-1 x 100) +(5 x 150) + (-1 x 100) = 550
Ein weiteres Beispiel (blaue Zahl):
Pneu = (-1 x 10) +(5 x 30) + (-1 x 50) = 90
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An der Tabelle in Abb. 4d zeigt sich auch, dass das resultierende Bild etwas kleiner ist. Diese Rechenmethode versagt in der ersten und letzten Pixelreihe. In der Praxis spielt dies aber keine Rolle. Im Ergebnis hat das hellste Pixel jetzt den Wert 550 und ist damit größer als bei der vorigen Multiplikation. Allerdings ist auch der Wert des Hintergrunds gestiegen. Und zwar von 60 auf 90 im Vergleich zur Multiplikation. Auf den ersten Blick schein dies ja nicht sonderlich Erfolg versprechend zu sein. Betrachten wir die Verhältnisse: Der Kontrast im Original ist (150 - 30) / 30 = 4. Bei der Multiplikation mit 2 hat sich daran nichts geändert. Und wie sieht es mit der neuen Methode aus? (550 - 90) / 90 = 5,11. Der Kontrast hat sich von 4 auf 5,11 verbessert. Das hört sich wenig an, sind aber immerhin 28%.
Das hier gesagte können Sie in Photoshop nachvollziehen. Wählen Sie hierzu FILTER >SONSTIGE > EIGENE FILTER. Es erscheint die in Abb. 4e dargestellte Matrix. Hier können Sie nun experimentieren. Die Bedingung, dass die Schärfungsmatrix funktioniert, ist, dass die Summe aller Werte größer Null ist. Photoshop verfügt aber über wesentlich mächtigere Werkzeuge zur Schärfung der Bilder als die einfache Matrix.
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Von den Filtern die sofort zu einem Ergebnis führen, ist nur das "Unscharf Maskieren" empfehlenswert. Im Untermenü zur unscharfen Maske haben Sie drei Einstellmöglichkeiten:
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Diese Technik hat den Vorteil, dass sie wesentlich flexibler ist als die Unscharfe Maske. Sie fordert zunächst aber etwas mehr Aufwand, aber der Mehraufwand lohnt sich. Im ersten Schritt duplizieren Sie die Bildebene, so dass zwei exakt identische Ebenen übereinander liegen (vgl. hierzu Abb.4h).
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Im nächsten Schritt wenden Sie auf die neu erstellte Ebene den Hochpassfilter durch FILTER >SONSTIGE FILTER HOCHPASS an. Jetzt liegt ein Bild wie das mittlere in Abb. 4h über dem zu schärfenden Bild. Ändern Sie nun die Füllmethode von NORMAL auf INEINANDERKOPIEREN. Als Ergebnis liegt nun ein geschärftes Bild vor. Mit der Deckkraft können Sie im nächsten Schritt die Wirkung der Schärfung fein justieren. Neben der Füllmethode auf INEINANDERKOPIEREN führen auch die FÜLLMETHODEN HARTES LICHT und WEICHES LICHT zu einer Kontrasterhöhung. HARTES LICHT hat hierbei die stärkste Wirkung. Die Vorteile dieser Methode gegenüber der Unscharfen Maske sind:
Anstatt mit dem vorgefertigten Filter HOCHPASS können Sie die obere Ebene in Abb. 4h auch manuell erstellen. Damit können Sie dann sämtliche Parameter für die Schärfung steuern. Die Vorgehensweise ist in Abb. 4i dargestellt. Im ersten Schritt duplizieren Sie die zu schärfende Ebene. Dann wenden Sie auf diese Ebene den Gaußschen Weichzeichner an FILTER >WEICHZEICHNER GAUßSCHER WEICHZEICHNER. Jetzt ziehen Sie von der weich gezeichneten Ebene die darunter liegende Ebene mit dem Befehl BILD>KANALBERECHUNGEN ab und speichern das Ergebnis in einer neuen Datei. Diese Datei kopieren Sie in das ursprüngliche Bild und stellen die Füllmethode auf INEINANDERKOPIEREN.
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Die hier gezeigte Vorgehensweise zeigt aber auch folgendes: Je weiter Sie sich auf die Grundlagen der Bildbearbeitung zurückziehen, desto mehr Parameter zur Bildbearbeitung haben Sie zur Bildsteuerung. Sie wissen was Sie tun und drücken nicht einfach eine Taste und hoffen, dass das Ergebnis schon gut werden wird. Eine ähnliche Vorgehensweise sollte auch beim gezielten Weichzeichnen eingehalten werden. Um das Rauschen effektiv zu unterdrücken sollten Sie den Filter unter FILTER WEICHZEICHNUNGSFILTER GAUßSCHER WEICHZEICHNER gezielt nur auf die Bildteile anwenden, die stark verrauscht sind. Dies funktioniert am Besten, wenn Sie die Sterne und helle Bereiche maskieren.
Die hier gezeigte Vorgehensweise macht Einsteigern in die Bildbearbeitung mit Photoshop immer besonders viele Probleme. Sie müssen einfach akzeptieren, dass es in der Bildbearbeitung nicht den "einzig richtigen" Weg gibt. Bei der Bildbearbeitung führen viele verschiedene Wege zum gleichen Ziel.
[3] Dr. Tilmann Althaus: No more Trouble with Hubble, SuW 3/94 S. 183
weiter zum Teil 3, Erstellung von Farbbildern
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