HW:Astrokameras
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Für astronomische Beobachtungen kommen spezielle Kameras zum Einsatz. Je nach beobachtendem Objekt sind spezielle Kameraspezifikationen relevant. Für die Planetenfotografie werden zum Beispiel andere Kameras eingesetzt, als für Deep-Sky-Aufnahmen, welche eine lange Belichtungszeit erfordern. Die wichtigsten Eigenschaften einer Astrokamera sind geringes Chiprauschen, eine hohe Empfindlichkeit und eine möglichst große Farb-/Bittiefe. Prinzipiell lassen sich auch hochwertige Bilder mit klassischen Spiegelreflex- oder Systemkameras fotografieren. Meist sind dort jedoch IR-Filter eingebaut und das Rauschen ist häufig größer, als bei spezialisierten Kameras.
Kameraparameter
Bittiefe
Die Bittiefe einer Kamera gibt an, wie fein Helligkeitsunterschiede des Bildes gespeichert werden. Eine 8-Bit Kamera speichert Helligkeiten in insgesamt 28 = 256 Schritten. Eine 16-Bit Kamera speichert die Helligkeiten in 216 = 65536 Schritten. Der maximale Wert entspricht dabei der maximalen Helligkeit. 0 entspricht hingegen reinem Schwarz. Je größer die Bittiefe, desto größer wird auch die Bilddatei. Bei dunklen Objekten ist eine feine Differenzierung der Helligkeiten essentiell, da sich die Objekte meist nur wenig vom Bildrauschen abheben.
Schwarz/Weiß- oder Farbkamera
Schwarz/Weiß-Kamera ordnet jedem Pixel in einer Matrix einen Helligkeitswert zu. Die Empfindlichkeit ist wellenlängenabhängig und wird mit der sogenannten Quanteneffizienz beschrieben. Möchte mit einer Farbkamera Farbbilder aufzunehmen werden Farbfilter oder spezielle Schmalbandfilter vor die Kamera eingebaut. In der Nachbearbeitung können die einzelnen Bilder eingefärbt und überlagert werden, woraus ein Farbbild entsteht.
Eine Farbkamera hingegen benötigt für einen Farbpixel insgesamt vier Pixel, die mit RGB-Filtern zu versehen sind. Aus den unterschiedlichen Intensitäten der einzelnen Pixel wird im Anschluss eine Farbe berechnet. Der Vorteil ist hierbei, dass keine Farbfilter benötigt werden. Die Empfindlichkeit ist aber bauartbedingt deutlich geringer. Licht der mit einer Wellenlänge im blauen Spektralbereich wird im idealisiertem System nur von einem von vier Pixeln detektiert werden. Bei einer Schwarz/Weiß-Kamera würden bei einem Aufbau mit vorgeschaltetem Blaufilter vier von vier Pixeln anschlagen. Die Anordnung und Transmissionskurven der Farbpixel werden bei Farbkameras in einer Bayer-Matrix angegeben.
Kühlung
Bei der Fotografie dunkler Objekte dominiert meist das thermische Chiprauschen. Das Rauschen kann durch eine lange Belichtungszeit oder eine künstliche Verlängerung der Belichtungszeit durch Bildüberlagerungen in der Nachbereitung reduziert werden. Eine weitere Methode ist die Kühlung des Kamerasensors. Je nach Kameramodell und Außentemperatur können Temperaturen von bis zu - 40 °C erreicht werden. Man kann die Astrokameras also in aktiv gekühlt oder ungekühlt einteilen.
Bildformate
Prinzipiell werden Bilder in Raw-Formaten abgespeichert. Das geläufige Datenformat von Astrokameras (auch bei großen Weltraumteleskopen) ist das FITS-Format mit der Dateiendung .fit, .FIT oder .fits. Zur Bearbeitung kann zum Beispiel das Programm Fitswork oder GIMP verwendet werden. Etwas alltäglicher ist das aus dem Fits-Format abgeleitete TIFF-Format. Auch beim PNG-Format werden die Bilder verlustfrei komprimiert. Komprimierte Dateiformate sind zu vermeiden, da hier Bildinformationen ähnlicher Helligkeiten verloren gehen können. Diese Unterschiede machen bei der Astrofotografie jedoch häufig den entscheidenden Unterschied zwischen Rauschen und lichtschwachem Objekt aus. Videos für die Planetenfotografie werden häufig im AVI-Format aufgenommen, oder durch Serienaufnahmen im PNG- oder FITs-Format. Videos aus Raw-Bildern werden oft im .SER-Format gespeichert.
Belichtungszeit
Je länger die Belichtungszeit, desto mehr Licht kann auch gesammelt werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Nachführgenauigkeit zu eingestellten Belichtung passt, da sonst Sternspuren entstehen. Außerdem sollte der Maximalwert der Pixel bei keinem Pixel erreicht werden, da dann Bildinformationen verloren gehen und um den gesättigten Pixel Bildfehler entstehen können.
Verstärkung
Bei manchen Programmen und Kameras lässt sich die Verstärkung einstellen. Dadurch kann die Belichtungszeit reduziert werden, aber das Bildrauschen nimmt auch zu.
Binning
Als Binning wird ein Verfahren bezeichnet, bei welchem mehrere Pixel zu einem Pixel zusammengefasst werden. Dies erhöht die scheinbare Empfindlichkeit und verringert die Dateigröße und damit die Übertragungsgeschwindigkeit des Bilds zum Computer. Das Verfahren wird bei der Objektsuche angewendet sowie zum Einstellen des Fokus, um Zeit zu sparen. Die fotografischen Aufnahmen erfolgen im Anschluss ohne Binning.
Kameras
Atik 383L+ Mono
Angaben des Herstellers und allgemeine Informationen
| Hersteller | Atik Cameras |
| Kameratyp | gekühlte CCD-Kamera, schwarz-weiß |
| Chipgröße | 17,6 mm x 13,52 mm |
| Chip-Diagonale | 22,5 mm |
| Pixelgröße | 5,4 µm |
| Auflösung (Pixel) | 3362x2504, 8 Megapixel |
| Bit-Tiefe | 16 |
| maximale Belichtungszeit | unbegrenzt |
| minimale Belichtungszeit | 0,2 s |
| Stromversorgung | 12 V (DC) |
| Stromanschluss | Hohlstecker |
| Stromverbrauch mit Kühlung | 2,5 A |
| Max. Differenz Kühlung unter Umgebungstemperatur | 40 K |
| Schnittstellen | USB 2.0 |
| Anschluss | T2 (Innengewinde) |
| Softwareansteuerung | Artemis Capture |
Die Datenübertragung ist relativ langsam. Besonders geeignet ist die Kamera für lange Deepsky-Aufnahmen. Durch die hohe Empfindlichkeit werden helle Objekte schnell überbelichtet.
ZWO ASI120MM Mini
Angaben des Herstellers und allgemeine Informationen
| Hersteller | ZWO |
| Kameratyp | ungekühlte CMOS-Kamera, schwarz-weiß |
| Chipgröße | 4,83 mm x 3,63 mm |
| Chip-Diagonale | 6 mm |
| Pixelgröße | 3,75 µm |
| Auflösung (Pixel) | 1280x960, 1,2 Megapixel |
| Bit-Tiefe | 12 |
| maximale Belichtungszeit | 16 min |
| minimale Belichtungszeit | 64 µs |
| Bilder pro Sekunde | 35 (bei voller Auflösung |
| Stromversorgung | direkt über USB (5 V) |
| Schnittstellen | USB 2.0, Autoguideranschluss ST4 |
| Anschluss | 1,25" Okularauszug |
| Softwareansteuerung | ASIStudio |
Anwendungen der Kamera sind die Planetenfotografie und die Verwendung als Autoguiding-Kamera. Für Langzeitaufnahmen und Deep-Sky-Fotografie ist diese Kamera nicht geeignet.
ZWO ASI120MC-S
Angaben des Herstellers und allgemeine Informationen
| Hersteller | ZWO |
| Kameratyp | ungekühlte CMOS-Kamera, Farbkamera |
| Chipgröße | 4,8 mm x 3,6 m |
| Chip-Diagonale | 6,09 mm |
| Pixelgröße | 3,75 µm |
| Auflösung | 1280x960, 1,2 Megapixel |
| Bit-Tiefe | 12 |
| maximale Belichtungszeit | 1000 s |
| minimale Belichtungszeit | 64 µs |
| Bilder pro Sekunde | 60 fps bei 1280x960 |
| Stromversorgung | direkt über USB (5 V) |
| Schnittstellen | USB 3.0, Autoguideranschluss ST4 |
| Anschluss | T2-Innengewinde, 1/4"-Stativgewinde auf der Gehäuserückseite |
| Abstand vom T2-Gewinde zum Kamerasensor (Auflagenmaß) | 12,5 mm |
| Sensorschutz | UV- und IR-Sperrfilter |
| Softwareansteuerung | ASIStudio |
Anwendungen der Kamera sind die Planeten- und Mondfotografie. Zusätzlich ist die Kamera mit einem zusätzlichem Objektiv ausgestattet, wodurch Allsky-Aufnahmen oder die Verwendung der Kamera als eingeständige Kamera möglich sind. Außerdem ist die Kamera durch die hohe Bildfrequenz und dem geringen Gewicht als Autoguiding-Kamera einsetzbar. Für Langzeitaufnahmen und Deep-Sky-Fotografie ist diese Kamera nicht geeignet.
ZWO ASI187MC
Angaben des Herstellers und allgemeine Informationen
| Hersteller | ZWO |
| Kameratyp | ungekühlte CMOS-Kamera, Farbkamera |
| Chipgröße | 7,37 x 4,92 |
| Chip-Diagonale | 8,86 mm |
| Pixelgröße | 2,4 µm |
| Auflösung | 3096 x 2080, 6,4 Megapixel |
| Bit-Tiefe | 14 |
| maximale Belichtungszeit | 16 min |
| minimale Belichtungszeit | 32 µs |
| Bilder pro Sekunde | 60 fps bei 1280x960 |
| Stromversorgung | direkt über USB (5 V) |
| Schnittstellen | USB 3.0, Autoguideranschluss ST4 |
| Anschluss | T2-Innengewinde, 1/4"-Stativgewinde auf der Gehäuserückseite |
| Abstand vom T2-Gewinde zum Kamerasensor (Auflagenmaß) | 12,5 mm |
| Sensorschutz | IR-Sperrfilter |
| Softwareansteuerung | ASIStudio |
Anwendungen der Kamera sind die Planeten- und Mondfotografie. Zusätzlich ist die Kamera mit einem zusätzlichem Objektiv ausgestattet, wodurch Allsky-Aufnahmen oder die Verwendung der Kamera als eingständige Kamera möglich sind. Außerdem ist die Kamera durch die hohe Bildfrequenz und dem geringen Gewicht als Autoguiding-Kamera einsetzbar.
ZWO ASI183MM Pro
Angaben des Herstellers und allgemeine Informationen
| Hersteller | ZWO |
| Kameratyp | gekühlte CMOS-Kamera, schwarz/weiß |
| Chipgröße | 13,2 x 8,8 |
| Chip-Diagonale | 15,9 mm |
| Pixelgröße | 2,4 µm |
| Auflösung (Pixel) | 5496 x 3672, 20,18 Megapixel |
| Bit-Tiefe | 12 |
| maximale Belichtungszeit | 33,3 min |
| minimale Belichtungszeit | 32 µs |
| Bilder pro Sekunde | 19 fps bei voller Auflösung |
| Stromversorgung | direkt über USB (5 V) ohne Kühlung, 12 V (DC) bei aktiver Kühlung |
| Max. Differenz Kühlung unter Umgebungstemperatur | 45 K |
| Stromanschluss | Hohlstecker |
| Schnittstellen | USB 3.0, USB 2.0 |
| Anschluss | T2-Innengewinde |
| Abstand vom T2-Gewinde zum Kamerasensor (Auflagenmaß) | 6,5 mm |
| Softwareansteuerung | ASIStudio |
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Vorderseite der ZWO ASI183MM Pro
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Rückseite der ZWO ASI183MM Pro mit Anschlüssen für die Stromversorgung und Guiding-Port.
Die Kamera ist sowohl für die Planetenfotografie als auch für Langzeitaufnahmen geeignet. Wird keine aktive Kühlung benötigt lässt sich die Kamera wie eine Webcam direkt per USB betreiben. Für eine aktive Kühlung muss die Kamera zusätzlich mit 12 V Gleichspannung versorgt werden. An die Kamera kann zusätzlich eine Guiding-Kamera via USB 2.0 angeschlossen werden. Zum Guiding mit PHD-Guiding wird dann nur eine USB-Kabel an den Computer benötigt.
Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0