Bearbeitung astronomischer Bilder

Vor rund 15 Jah­ren habe ich mei­ne ers­ten Schrit­te in der Astro­fo­to­gra­fie gemacht. Die Bild­be­ar­bei­tung erfolg­te damals über­wie­gend mit Pho­to­shop und einer Viel­zahl spe­zi­el­ler Astro-Skripte. Seit­dem hat sich enorm viel getan: Heu­te ste­hen leis­tungs­fä­hi­ge, teils KI-gestützte Pro­gram­me zur Ver­fü­gung, die spe­zi­ell für die Bear­bei­tung astro­no­mi­scher Auf­nah­men ent­wi­ckelt wur­den. Mit Siril und GraX­pert exis­tie­ren inzwi­schen sogar sehr mäch­ti­ge Open-Source-Lösungen.

Auch mei­ne eige­nen Kennt­nis­se haben sich in die­ser Zeit natür­lich wei­ter­ent­wi­ckelt. Vor die­sem Hin­ter­grund habe ich mich ent­schlos­sen, eini­ge mei­ner dama­li­gen Roh­da­ten erneut zu bear­bei­ten, um zu sehen, wel­ches Poten­zi­al sich mit moder­ner Tech­nik heu­te dar­aus her­aus­ho­len lässt.

Mein Workflow – vom Teleskop zum fertigen Bild

Foto­gra­fie ist eine Mög­lich­keit, einen beson­de­ren Augen­blick fest­zu­hal­ten. Sol­che ein­ma­li­gen Ereig­nis­se in unse­rem Leben kön­nen aber schnell ver­gan­gen sein—es geht dar­um, im rich­ti­gen Moment den Aus­lö­ser zu drü­cken! Astro­no­mi­sche Ereig­nis­se spie­len sich hin­ge­gen in ganz ande­ren Zeit­räu­men ab. Für unser Auge (und die Kame­ra) erscheint der Him­mel daher oft sta­tisch. Das hat den Vor­teil: In der Astro­fo­to­gra­fie kann man sich viel Zeit lassen—die Ster­ne lau­fen so schnell nicht davon.
Astro­no­mi­sche Bil­der bestehen heut­zu­ta­ge aus vie­len (mehr oder min­der iden­ti­schen) Ein­zel­auf­nah­men, jede kann zwi­schen 10 Sekun­den und meh­re­ren Minu­ten lang sein. In der Sum­me sam­melt man so über die Nacht nicht sel­ten Belich­tungs­zei­ten von meh­re­ren Stun­den. Für beson­ders bril­lan­te Auf­nah­men lohnt es sich manch­mal, das glei­che Objekt über meh­re­re Näch­te hin­weg zu fotografieren.

Stacking und Beschneiden

Am Com­pu­ter wer­den die Ein­zel­auf­nah­men eines Him­mels­ob­jek­tes zu einem Sum­men­bild verrechnet—man spricht vom soge­nann­ten „Stack­ing“. Durch aus­ge­feil­te Algo­rith­men wird das immer vor­han­de­ne Bild­rau­schen redu­ziert und das foto­gra­fier­te Objekt erscheint mit jeder wei­te­ren Auf­nah­me kla­rer und detail­rei­cher. Gleich­zei­tig ver­stärkt sich das Signal der schwa­chen Struk­tu­ren, die in einer ein­zel­nen Auf­nah­me kaum sicht­bar wären.

Durch die Über­la­ge­rung ent­ste­hen jedoch oft an den Bild­rän­dern unschö­ne Arte­fak­te (weil die Bil­der nicht zu 100 % pass­ge­nau sind). Des­halb wird das Bild im nächs­ten Schritt etwas beschnit­ten, sodass nur der sau­be­re, gleich­mä­ßig belich­te­te Bereich übrig bleibt.

Astrometrisches Lösen und spektrale Farbkorrektur

Bevor ich mit der Bild­be­ar­bei­tung fort­fah­re, löse ich das Bild zunächst astrometrisch—das heißt, ich bestim­me die genaue Him­mels­po­si­ti­on und Aus­rich­tung der dar­ge­stell­ten Objek­te. Das ist prak­tisch, wenn ich spä­ter meh­re­re Näch­te, ver­schie­de­ne Kame­ras oder Ergän­zungs­da­ten (z. B. aus ande­ren Auf­nah­men) exakt über­ein­an­der­le­gen will.

Bei der spek­tra­len Farb­kor­rek­tur geht es dar­um, die Far­ben des Bil­des mög­lichst natür­lich oder gezielt her­vor­he­bend dar­zu­stel­len. Kame­ras und Fil­ter reagie­ren unter­schied­lich auf Licht­far­ben; außer­dem ver­fäl­schen Atmo­sphä­ren­schich­ten und Licht­ver­schmut­zung die Farb­ba­lan­ce. Mit sanf­ten Kor­rek­tu­ren glei­chen ich die­se Effek­te aus und brin­ge typi­sche Farben—zum Bei­spiel das röt­li­che Leuch­ten von Wasserstoffnebeln—an die rich­ti­ge Stel­le, ohne unna­tür­lich zu wirken.

Entrauschen

Digi­ta­les Bild­rau­schen – ein stän­di­ger Beglei­ter
Tech­ni­scher Limi­ta­tio­nen der Digi­tal­ka­me­ras sind dar­an schuld, dass digi­ta­les Bild­rau­schen zu uner­wünsch­ten Helligkeits- oder Farb­ab­wei­chun­gen führt, die meist als fei­nes Körn­chen­mus­ter oder als bun­te Pixel, beson­ders in dunk­len Bild­be­rei­chen sicht­bar sind. In der Astro­fo­to­gra­fie fällt Bild­rau­schen beson­ders auf, weil sehr licht­schwa­che Objek­te auf­ge­nom­men werden.

Rau­schen ist der stän­di­ge Beglei­ter der Astro­fo­to­gra­fie. Nach dem Stack­ing sind vie­le Rausch­an­tei­le bereits redu­ziert, aber oft braucht das Bild noch zusätz­li­che Ent­rau­schung. Moder­ne Entrauschungs-Tools unter­schei­den zwi­schen fei­nem Detail­rau­schen und ech­ten Struk­tu­ren. Ich arbei­te des­halb schritt­wei­se: erst gro­bes Ent­rau­schen in den sehr dunk­len Berei­chen, dann vor­sich­ti­ge­re Ver­fah­ren auf mitt­le­ren Ton­wer­ten, damit kei­ne fei­nen Nebel­struk­tu­ren ver­lo­ren gehen. Ziel ist ein sau­be­rer Hin­ter­grund bei Erhalt ech­ter Details.

(optional) Sterne entfernen

Manch­mal stö­ren hel­le oder über­gro­ße Ster­ne die Wahr­neh­mung fei­ner Nebel­struk­tu­ren. In sol­chen Fäl­len ent­fer­ne ich die Ster­ne tem­po­rär mit spe­zi­el­len Werkzeugen—das erlaubt, den Nebel zu bear­bei­ten (z. B. loka­le Kon­trast­ver­bes­se­rung oder Struk­tur­ver­stär­kung), ohne dass die Stern­punk­te das Ergeb­nis ver­fäl­schen. Die­ser Schritt ist optio­nal und wird nur ein­ge­setzt, wenn er dem Bild ins­ge­samt nützt.

Strecken der Bilddaten

Die meis­ten Roh­da­ten sind line­ar, das heißt: Hel­lig­kei­ten ver­hal­ten sich pro­por­tio­nal zur emp­fan­ge­nen Licht­men­ge. Unser Auge nimmt Hel­lig­kei­ten jedoch nicht line­ar wahr, und vie­le Details in den dunk­len Berei­chen blei­ben so ver­bor­gen. Beim „Stret­chen“ erhö­he ich gezielt die Hel­lig­keit in den dunk­len Ton­wer­ten (ohne die Lich­ter aus­zu­fres­sen), sodass Kon­tu­ren, Far­ben und Kon­tras­te sicht­bar wer­den. Das ist ein krea­ti­ver wie tech­ni­scher Schritt: Man „kit­zelt“ die vor­han­de­nen Infor­ma­tio­nen her­vor, ohne neu zu erfin­den. Wich­tig ist, die hel­len Berei­che zu schüt­zen, damit Ster­ne und Kern­par­tien nicht ausbrennen.

(optional) Sterne wieder hinzufügen

Wenn ich die fei­nen Nebel­struk­tu­ren bear­bei­tet habe, set­ze ich die Ster­ne wie­der ein—oft aus einer sepa­ra­ten, weni­ger bear­bei­te­ten Kopie des Bil­des oder aus einer gezielt erstell­ten Ster­nen­ebe­ne. Dabei ach­te ich auf natür­li­che Grö­ßen und Hel­lig­kei­ten, damit das Gesamt­bild har­mo­nisch wirkt. So blei­ben sowohl die Details des Nebels als auch die Ästhe­tik des Stern­fel­des erhalten.

Letzter Schliff

Im letz­ten Schritt geht es um Fein­ar­beit: Kon­trast, Sät­ti­gung, Farb­ton und loka­le Inten­si­tät wer­den ange­passt. Das ist größ­ten­teils Geschmackssache—ich ver­fol­ge dabei zwei Zie­le: ers­tens die wissenschaftlich-plausible Wie­der­ga­be (falls gewünscht), zwei­tens eine ästhe­ti­sche Balan­ce, die das Bild für Betrach­ter anspre­chend macht. Häu­fig neh­me ich klei­ne loka­le Kor­rek­tu­ren vor (z. B. Nach­be­lich­tung in dunk­len Kan­ten, leich­te Klar­heits­er­hö­hung in struk­tur­ar­mer Flä­che), ent­fer­ne ver­blei­ben­de Arte­fak­te und kon­trol­lie­re das Bild in ver­schie­de­nen Ansich­ten (Full­si­ze, Web­grö­ße), bevor ich exportiere.

Zum Schluss spei­che­re ich meh­re­re Ver­sio­nen: eine hoch­auf­ge­lös­te Datei für Druck, eine opti­mier­te Datei fürs Web und oft eine „Dokumentations“-Version mit allen Arbeits­schrit­ten, falls ich spä­ter etwas nach­be­ar­bei­ten möchte.

Andromeda-Galaxie

Die Andromeda-Galaxie ist eines der belieb­tes­ten Moti­ve in der Astro­fo­to­gra­fie. Immer wie­der habe ich mich mit neu­er Hard­ware und Soft­ware an Auf­nah­men ver­sucht. Die neue Auf­nah­me (links) wur­de mit dem smar­ten Tele­skop See­star S30 ange­fer­tigt und direkt im Gerät vor­ver­ar­bei­tet. Die Nach­be­ar­bei­tung lief in der dazu­ge­hö­ri­gen Smartphone-App.

Herznebel, mehrfach neu bearbeitet

Die ursprüng­li­chen Roh­da­ten des Herz­ne­bels wie­sen deut­li­che opti­sche Pro­ble­me auf. Neben aus­ge­präg­ten Gra­di­en­ten war ins­be­son­de­re der Abstand der Kor­rek­tur­lin­se nicht kor­rekt ein­ge­stellt, was zu stark ver­zo­ge­nen Ster­nen im Rand­be­reich führte.

Eine ers­te Ver­bes­se­rung brach­te der Ein­satz soge­nann­ter Flats zur Bild­feld­kor­rek­tur. Die Gra­di­en­ten lie­ßen sich dadurch deut­lich redu­zie­ren, die Stern­ver­zer­run­gen blie­ben jedoch bestehen.

Mit heu­ti­gen Metho­den war es mir nun mög­lich, auch die noch vor­han­de­nen Abbil­dungs­feh­ler, zumin­dest weit­ge­hend, mit­hil­fe aus­ge­feil­ter mathe­ma­ti­scher Algo­rith­men nach­träg­lich in der Soft­ware zu kor­ri­gie­ren. Außer­dem habe ich in der aktu­el­len Bear­bei­tung eine spek­tro­me­tri­sche Farb­ka­li­brie­rung vor­ge­nom­men, um eine mög­lichst rea­li­täts­na­he Farb­wie­der­ga­be zu erreichen.

2026 Neubearbeitung mit Siril

In 2020 habe ich die Ori­gi­nal­da­ten des Herz­ne­bels bereits mit der Soft­ware Astro­Art 7 neu bear­bei­tet. Den­noch woll­te ich aktu­ell ver­su­chen, was sich mit neu­en, KI-gestützten Metho­den der Rausch­un­ter­drü­ckung und Bild­schär­fung noch her­aus­ho­len lässt. Unter ande­rem habe ich die Stern­dar­stel­lung ver­bes­sert und die Stern­grö­ße redu­ziert. Die Far­ben wur­den spek­tro­me­trisch kor­ri­giert und deut­lich weni­ger (künst­li­cher) Kon­trast ange­wen­det, um die zar­ten Details nicht ver­se­hent­lich zu unter­drü­cken. Am Ende bleibt es wohl auch eine Fra­ge des ästhe­ti­schen Geschmacks, wel­ches Bild man als gelun­ge­ner emp­fin­det. Mei­ne Fami­lie fin­det mehr­heit­lich die aktu­el­le Neu­be­ar­bei­tung (rechts) am besten.