HW:Astrokameras

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 hochweritge Bilder mit klassischen Spiegelreflex- oder Systemkameras fotografieren. Meist sind dort jedoch IR-Filter eingebaut und das Rauschen ist häufig größer, als bei spezialisierten Kameras.

Einige Astrokameras verschiedener Hersteller.

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 Differenzierunhg 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 Quanteneffiezienz 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 Unterscheid 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.

Kameras

1. Link zu Planeten/ DeepSky Fotografie

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 Foto (Pixel)	3362x2504
Bit-Tiefe	16
maximale Belichtungszeit	unbegrenzt
minimale Belichtungszeit	0,2 s
Stromversorgung	12 V (DC)
Stromverbrauch mit Kühlung	2,5 A
Max. Differenz Kühlung unter Umgebungstemperatur	40 K
Schnittstellen	USB 2.0
Anschluss	T2 (Innengewinde)
Softwareansteuerung	Artemis Capture

Atik 383L+ Mono.

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 Foto (Pixel)	1280x960
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
Anschluss	1,25" Okularauszug
Softwareansteuerung	Artemis Capture

ZWO ASI120MM Mini.

Anwedungen der Kamera sind die Planetenfotografie und als Autoguiding-Kamera. Für Langzeitaufnahmen und Deep-Sky-Fotografie ist diese Kamera nicht geeignet.

ZWO ASI120MC-S

ZWO ASI120MC-S.

ZWO ASI187MC

ZWO ASI187MC.

ZWO ASI183MM Pro

• 

        Vorderseite der ZWO ASI183MM Pro
  

• 

       Rückseite der ZWO ASI183MM Pro mit Anschlüssen für die Stromversorgung und Guiding-Port.
  

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0