Lucky Imaging – Videoastronomie

Kann man dem astronomischen „Seeing“ ein Schnippchen schlagen? Wie das funktioniert, haben wir im Frühling 2024 beim Projekt „Lucky Imaging“ erlebt. Die Grundidee bei diesem Verfahren ist, die Bewegung der Luftunruhe durch sehr kurze Belichtungszeiten (höchstens 1/100 Sekunde!) quasi einzufrieren, so dass keine Bewegungsunschärfen fotographiert werden. Zudem sammelt man idealerweise mit einer Videokamera in kurzer Zeit möglichst viele solcher kurzbelichteter Bilder – typischerweise mehrere Tausend innert Minuten. Aus all diesen Bildern werden dann per Software automatisch die besten Bilder ausgesucht und zu einem Summenbild aufaddiert. Dieses Summenbild enthält nun potentiell sehr viele kleine Einzelheiten, welche durch geeignete Schärfealgorithmen hervorgezaubert werden können – immer wieder faszinierend!

Wir haben mit der monochromen Kamera ASI432MM von ZWO gearbeitet, bei einer Auflösung von 1608 x 1104 Pixel und einer Pixelgrösse von 9 Mikrometern.

Mit der Video Aufnahme-Software SharpCap und per USB3 Verbindung können damit bis über 100 Bilder pro Sekunde (fps) im unkomprimierten AVI Format z.B. auf einem Laptop mit SSD (Solid State Drive) abgespeichert werden. Innert einer Minute werden so bis zu 20 Gigabyte Daten abgespeichert.

Das abgespeicherte File ist also ein Zeitlupenvideo. Entscheidend ist, bei der Speicherung keine Komprimierung zu verwenden, sonst gehen nämlich die versteckten Detailinformationen verloren.

20240502-IMG_4849 Einsatz von ZWO ASI432MM am MFT Nasmyth Fokus
Mond im MFT Teleskop: „Lucky imaging“ Video mit total 2’000 frames, aufgenommen mit jeweils 8 ms Belichtungszeit bei 120 fps (4 Sekunden langer Clip mit 30 fps). Bei der effektiven Bennweite von 5550 mm im Nasmythfokus beträgt der Abbildungsmasstab 26.9 Mikrometer/Bogensekunden, resp. 0.33 Bogensekunden/Pixel.

Im Nasmyth Fokus des MFT haben wir damit einen kleinen Ausschnitt der Oberfläche des Mondes gefilmt – mit 120 Bildern pro Sekunde!

Mit der Gratis-Software Autostakkert haben wir danach das Zeitlupenvideo „gestackt“. Dabei werden Tausende von Details in jedem einzelnen Bild separat verfolgt, und die jeweils „schärfsten“ Momente von jedem einzelnen Detail passgenau überlagert. Am Schluss wird alles automatisch zu einem Resultatbild zusammengesetzt.

Emil Kraaikamp erläutert in diesem YouTube Video im Detail die Bedienung und Funktionsweise seiner Software Autostakkert. (in Englisch)

Autostakkert4 Parameter Settings Mond
Parameter Settings in Autostakkert4 für das vorangehende Mondvideo.
Autostakkert4 Grid Settings Mond
Autostakkert4: Feines Netz von verschieden grossen Alignment-Punkten, um die einzelnen Details der Mondoberfläche einzeln zu verfolgen.
20240322-1928_7-Mond Nasmyth MFT Lucky imaging
Resultatbild des Mondes: es sind nun viel mehr Details zu sehen als im Originalvideo.

Als Resultat erhalten wir ein Bild (im TIF Format mit vielen MB Grösse), in welchem feinste Details verborgen sind. Wir benutzen nun die Wavelet Schärfe-Algorithmen der Gratis-Software Registax: mit geeigneten Einstellungen (probieren geht hier über studieren) erscheinen auf wunderbare Weise zahlreiche, kleinste Mondkrater. Wir erhalten also ein Bild, welches viel schärfer ist! Dem „Seeing“ wurde damit ein Schnippchen geschlagen und wir sehen den Mond (fast) so scharf, wie er im Weltall zu sehen wäre, ohne verschmierende Luftunruhe.

20240322 Lucky imaging Mond direkter Vergleich Input vs Resultat
Der direkte Vergleich: Links ein einzelnes Bild vom Input-Video und rechts das Resultat nach dem „Lucky Imaging Verfahren“ – der Gewinn an Details ist frappant!

Am 22. März 2024 – am Nachmittag vor dem Jugendgruppenabend – war auch auf der Sonne einiges los! Anschliessend ein entprechendes „Lucky Imaging“ Video von diversen Aktivitätsgebieten in der solaren Chromosphäre. Zwei dieser Gebiete sind nur zehn (!) Stunden später in einer seltenen Doppeleruption gleichzeitig explodiert. Siehe dazu unseren News-Bericht Sonnenfleckeneruption im Double.

Sonne im Coronado H-alpha Teleskop: „Lucky imaging“ Video mit 10’000 frames, aufgenommen mit jeweils 10 ms Belichtungszeit bei 100 fps (4 Sekunden langer Ausschnitt mit 30 fps). Bei der effektiven Bennweite von 1600 mm (mit 2x Barlowlinse) beträgt der Abbildungsmasstab 7.8 Mikrometer/Bogensekunden, resp. 1.16 Bogensekunden/Pixel.
Registax6 Example Linked Wavelet Settings Four Sunspots Coronado
Registax6 Linked Wavelets Settings für das Bild der Aktivitätsgebiete auf der Sonne. Im quadratischen Bildauschnitt sind diese Parameter für den Schärfungsalgorithmus bereits angewendet – mit verblüffendem Effekt.
2024-03-22-1555_1 Four Sunspots Coronado Barlow2x_lapl3_ap1716_Resample20 sun2x71 EQH
Und hier das geschärfte Resultat mit vielen Details, welche die Magnetfeldstrukturen in der Chromosphäre im Detail nachzeichnen.
20240322-1555 UT Sonne Sternwarte Luzern ROL
Dasselbe Bild nochmals, diesmal eingefärbt – entsprechend der roten Wellenlänge im H-alpha Teleskop.
20240322 Lucky imaging Sonne direkter Vergleich Input vs Resultat
Der direkte Vergleich: Links ein einzelnes Bild vom Input-Video und rechts das Resultat nach dem „Lucky Imaging Verfahren“ – der Gewinn an Details ist frappant!

Es gibt diverse Amateurastronomen, welche mit genau diesem „Lucky Imaging Verfahren“ Bilder von hellen, astronomischen Objekten aufnehmen, welche faszinierende, kleinste Details zeigen.
Ein super Beispiel ist die Webseite von Damien Peach wohnhaft in Selsey, an der Südküste von England. Ihm gelingen manchmal Bilder vom Jupiter, welche in Sachen Detailreichtum fast mit dem Hubble Space Teleskop mithalten können!

22. März 2024: anwesend waren: Sven Arnold, Cedric Ettlin, Markus Heini, Dorian Horber, Valentin Perrez, Joy Sigrist, Luca Tresch, Elmar Wüest (Leiter Jugendgruppe) und Roland Stalder (Experte)


Am gleichen Abend haben wir durch den TEC APO 180 FL auch Jupiter gefilmt (mit Okularprojektion durch ein 7mm Nagler Okular, resultierend in einer effektiven Brennweite von ca. 5 x 1260 mm = 6.3 Meter (Abbildungsmasstab 30 Mikrometer / Bogensekunde, resp. 0.30 Bogensekunden / Pixel). Obwohl das Seeing schlecht war und Jupiter nur knapp 30 Grad über dem Horizont stand, konnten wir mit Lucky Imaging doch einige Details seiner Wolkenbänder und Zonen sichtbar machen.

Zeitlupen-Video von Jupiter bei schlechtem Seeing: Belichtungszeit jeweils 8 ms bei 124 fps (Ausschnitt von 7 sec mit 30fps aus total 3’000 Einzelbildern).
20240322 1829_9-Jupiter TEC N7_lapl4_ap97_Resample20
Resultatbild mit Lucky Imaging: Jupiter am 22. März 2024 um 18:30 Uhr UT (scheinbarer Durchmesser 35 Bogensekunden, 29 Grad Höhe über dem Horizont).

17. Mai 2024: anwesend waren: Dorian Horber, Livio Nussbaumer, Gilles Koch, Markus Heini, Elmar Wüest (Leiter Jugendgruppe) und Roland Stalder (Experte)

Roland Stalder, 9. – 18. Mai 2024

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