ZUR
FOKUSSIERUNG EINER CCD-KAMERA
|
Die exakte Fokussierung einer CCD-Kamera
gehört sicher zu den schwierigsten Problemen für einen Einsteiger.
Anders als in der herkömmlichen Fotografie mit einer Spiegelreflexkamera
hat man keine direkte Bildkontrolle.
|
 |
Dabei gilt - wie generell für die herkömmliche Fotografie -
dass die Fokustoleranz, bei der ein Bild scharf erscheint, mit steigendem
Öffnungsverhältnis des Aufnahmeteleskops abnimmt, wie die Graphik
links verdeutlicht.
Deshalb sollte man sich für die Fokussierung
so viel Zeit wie erforderlich ist nehmen. Eine unscharfe CCD-Aufnahme wird auch
durch die Bildverarbeitung nicht schärfer gerechnet, eine gut fokussierte
kann durch Bildschärfung aber deutlich verbessert werden.
|
|
Es gibt verschiedene Methoden zur Fokussierung einer
CCD -Kamera. Im Prinzip können alle Methoden - wie sie auch für die
herkömmliche Fotografie von der Messerschneide über Blenden vor dem
Objektiv - eingesetzt werden. Einige davon finden Sie in meinem Buch (siehe Literaturliste) Tipps+Tricks
beschrieben. Dort finden Sie übrigens auch viele andere Deatails zur
Instrumententechnik, z.B. die Formel zur Berechnung der Fokustoleranz.
Die Steuersoftware CCDOPS von SBIG bietet aber noch eine andere Methode,
nämlich den sogenannten Fokusmode (ähnliche Softwarehilfmittel gibt
es sicher auch in anderen Softwarepaketen, wie z.B. Maxim DL oder CCDSOFT von
Software Bisque), den ich bevorzugt einsetze.
|
Dabei kann von der gesamten Chipfläche ein - einstellbarer, fast
beliebig kleiner - Bildausschnitt heruntergeladen und ausgelesen werden, der
gerade so groß ist, das ein - besser ein heller und mehrere schwache -
Sterne sichtbar sind. Zusätzlich zum Bild gibt die Software einen
Pixelwert in ADU. Je kleiner der
Bildausschnitt, desto schneller werden die Bilder hintereinander
dargestellt.
Dabei sind folgende Punkte zu beachten: der "helle" Stern
darf nicht zu hell sein, so dass die Pixel gesättigt werden. Dann ist der
ADU-Wert immer gleich, nämlich je nach Bittiefe der Maximalwert. Zur groben
Vorfokussierung binne ich das Bild (BIldauslesezeiten noch kürzer). Ist
das Bild einigermaßen scharf, wird das Binning disabled und in der
feinsten Auflösung weiter fokussiert.
|
 |
|
Dabei ist der "helle" Stern und die
erforderliche Belichtungszeit so anzupassen, dass das Seeing etwas gemittelt
wird. Ich arbeite meist so von 0.5 bis 2 Sekunden Belichtungszeit.
Zu
Beginn fokussiere ich nur auf den ADU-Wert. Vorsicht, in direkter Nähe zum
besten Fokus können, bei unveränderter Fokusstellung, die ADU-Werte
um bis zu 30% variieren. Das ist abhängig davon, über wieviele Pixel
das Sternscheibchen durch das Seeing verschmiert wird.
Ab diesem Punkt
beobachte ich mehr das Bild des Sterns als den ADU-Wert. Wenn schwache Sterne
mit im Feld stehen, ist dass das beste Fokuskriterium. Sind sie sichtbar, ist
die bestmöglichste Fokusstellung erreicht. Meist sind sie durch
Seeingeffekte unsichtbar.
Es gehört natürlich eine gewisse
Erfahrung dazu abzuschätzen, was unsauberer Fokus und was Seeingeffekte
sind. Übung bringt hier die Erfahrung.
|
Einige weitere Hinweise zur Fokussierung oder Effekte,
die damit zusammenhängen:
Da ist zuerst der Begriff der sogenannten
Fokusdrift zu nennen. Er bezeichnet den Effekt, dass sich während der
Belichtung die Bildebene verschiebt. Hauptsächlich wird er durch
Temperaturveränderung ausgelöst. Ändert sich die Temperatur
stark, ändern sich auch die geometrischen Eigenschaften von Tubus und
Optik (Wärmeausdehnung, bzw. Zusammenziehen durch Kälte).
|
 |
Hier
reagieren Refraktoren deutlich "gemütlicher" als Spiegelteleskope. Ein
Refraktor ist spätestens nach einer Stunde austemperiert, wogegen das bei
Spiegelteleskopen und Schmidt-Cassegrain Teleskopen in Abhängigkeit der
Öffnung durchaus mehrere Stunden dauern kann.
Mein Vixen ED 130
SS ist trotz des schnellen f/6.5 spätestens nach einer Stunde
aufnahmebereit und wird von mir über eine angeschlossene Messuhr und einer
vor einiger Zeit bestimmten Temperaturkurve fokussiert.
Anders sieht die
Lage bei meinem Celestron 11 aus. Hier zieht sich bei starken
Temperaturänderungen die Austemperierung durchaus über Stunden hin.
Dann hilft nur eins: die Bilder so kurz belichten, dass die Fokusdrift noch
nicht sichtbar wird, nachfokussieren und mehrere Belichtungen
"sandwichen". |
|
Dazu kommt bei allen Teleskopsystemen, wo über
die Verschiebung des Hauptspiegel fokussiert wird - also speziell bei
Schmidt-Cassegrain Systemen - folgendes Problem hinzu. Durch das Lagerspiel des
Hauptspiegels verkippt der Spiegel beim Hin-und Herfokussieren. Dieser Effekt
heißt Spiegelshifting, alle Besitzer von SC-Teleskopen kennen ihn. In der
CCD-Technik bedeutet das beim Fokussieren, dass in dem kleinen Fokusfeld,
welches ausgelesen wird, der Stern ziel- und haltlos hin-und herspringt, wenn
er nicht ganz aus dem Auslesefeld verschwindet.
|
 |
So
habe ich für mein C11 eine zusätzliche Schneckenfokussierung vor die
CCD-Kamera geschaltet. Es muß nichts aufwendiges sein, wie das
Bildbeispiel links an einem Celestron 11 zeigt. Eine kleine
Schneckenfokussierung (gekauft auf der ATT in Essen) mit 10- oder 20mm Hub
reicht völlig aus.
Über den Hauptspiegel wird grob
vorfokussiert, die Feinfokussierung erledigt dann die Zusatzfokussierung. Bei
allen Celestron SC-Teleskopen ist darauf zu achten, dass die Grobfokussierung
über die Fokusschraube immer links herum geschieht. Durch Linksdrehung
wird der Hauptspiegel praktisch "fest"geklemmt und kann durch eine langsame
Verlagerung des Teleskops nicht plötzlich verkippen. |
|
Es
gibt auch für Amateure immer mehr Hightech Zubehör. Das Bild rechts
zeigt eine digitale Fokussiereinheit TCF im Crayford-Design von der Firma
Optec, welche über moderne CCD Steuersoftware (z.B. CCDSOFT von Software
Bisque) auch vollautomatisch fokussieren kann.
Diese Fokussiereinheit ist
mikroprozessorgesteuert und kann für zwei verschiedene Instrumente
Eichkurven der Fokusdrift - ausgelöst durch Temperaturdrift - messen,
abspeichern und bei der eigentlichen CCD-Aufnahme diese Fokusdrift automatisch
über einen Thermofühler in Schritten von 1/100 mm nachfokussieren.
Dies kann für größere Schmidt-Cassegrain Teleskope durchaus
sinnvoll sein, wenn längere Zeit belichtet wird und sich die
Umgebungstemperatur sich stark ändert. |
 |
|
Die letzen beiden Bilder dieser Seite zeigen ein
schlecht fokussiertes Bild, welches auch mit Bildverarbeitung nicht zu
verbessern ist und ein Beispiel dafür wie eine gut fokussierte Aufnahme
durch ein gutes Programm zur Bildschärfung das Bild verbessern
kann.
|
 |
Das
linke Bild zeigt eine 300 Sekunden Belichtung des Planetarischen nebels NGC
5189, aufgenommen durch ein Celestron 11 bei f = 1750 mm und einer SBIG ST-9E.
Das Gesamtbild sieht in der Verkleinerung noch recht scharf aus, das Insert
links oben zeigt einen Ausschnitt im Maßstab 1:1. Hier wird deutlich die
Bildunschärfe sichtbar.
Das untere Bild zeigt eine 600 Sekunden
Belichtung von NGC 5139 (Omega Centauri), ebenfalls mit einem C11 bei f = 1750
mm) und einer SBIG ST-8 aufgenommen. Die rechte Bildhälfte zeigt das
Rohbild, die linke eine mit der SBIG Software CCDSHARP (Lucy Richardson
Algorithmus) geschärfte Version. |
|
|
|
|
|
|
BAADER
PLANETARIUM GmbH
SBIG - Generalvertretung für Deutschland, Östereich und
die Schweiz |
 |
| Baader
Planetarium · Zur Sternwarte · D-82291 Mammendorf · Tel.: (+49) 8145 8802 · Fax.: (+49) 8145 8805 |
|
|
