Bildbearbeitung: Gradienten entfernen

Warum gibt es Gradienten in bereits geflatfieldeten Bildern?

Flats sind nicht perfekt, und der Prozess ihrer Gewinnung bzw. der nächtlichen Fotografie ist es auch nicht. Es gibt viele Gründe warum ein geflatfieldetes Bild nicht flach erscheint:

  • Streulicht, welches in der Nacht nicht vorhanden ist, beeinflusst das Teleskop während die Flats genommen werden
  • Domeflats: der Projektionsschirm oder die Flatbox ist nicht gleichmässig ausgeleuchtet
  • Skyflats: ein nicht gleichmässig beleuchtetes Stück Himmel wurde fotografiert
  • Nächtliches Streulicht (Mond, Strassenlampe) dringt in das Teleskop ein
  • Der Nachthimmel ist nicht gleichmässig hell (airglow, Lichtverschmutzung, Cirrus, Wolken, Mond)
  • Bei Verwendung eines Klarfilters können die variablen Anteile der nah-infraroten Emission der Atmosphäre von einigen Kamera registriert werden. Diese Emission kann sich innerhalb mehrerer Minuten auf Skalen von einigen Bogenminuten ändern. Siehe die Diskussion über Luminanz- und Klarfilter
  • Galaktischer Cirrus (hierbei handelt es sich um interstellares Gas und Staub, welche in sehr tiefen Aufnahmen sichtbar werden; also kein eigentliches Flatfieldproblem)

Ein Wort der Warnung an diejenigen, die Photometrie betreiben: Einige der oben genannten Effekte sind multiplikativer Natur und müssen herausdividiert werden, andere sind additiver Natur und müssen subtrahiert werden. Wird die falsche Vorgehensweise gewählt, so ist das Bild nachher zwar dennoch flach (und sieht gut aus), aber der relative photometrische Nullpunkt ändert sich über das Bild hinweg. Im folgenden nehme ich an, dass derartige Details den meisten Lesern egal sind, da das Interesse nur in einem pretty picture besteht.

Meine Art Gradienten zu entfernen

In diesem Beispiel entfernen wir hässliche Gradienten, welche sich trotz perfekter Bedingungen in mein Bild von NGC 4038 eingeschlichen haben. Ursache war airglow und andere atmosphärischen Instabilitäten. Der Kontrast in sämtlichen untenstehenden Bildern ist stark erhöht um die Effekte besser zu zeigen.
Der Vorteil dieser Methode ist nicht nur, dass sie Gradienten entfernt, sondern auch einen farbneutralen Hintergrund erzeugt, der jedesmal die selbe Helligkeit hat. Alle so bearbeiteten Bilder sehen daher sehr homogen aus.

Schritt 1

Der Himmelshintergrund an der Position eines Objekts kann nicht gemessen werden, man muss ihn schätzen. Wir tun dies für alle Objekte im Bild gleichzeitig, indem wir mit der Pipette über den Hintergrund fahren (sampling size = 5x5 average). Die Werte finden sich dann im Info-Fenster, und werden abhängig von der Cursorposition variieren. Es kommt hier nur auf einen ungefähren Wert an. Diesen merkt man sich.

Schritt 2

Das Gradientenmodell wird in einem neuen Fenster erzeugt. Hierzu öffnet man ein neues RGB-Bild mit den gleichen Dimensionen des Originalbildes. Der einfachste Weg dies zu tun ist im Originalbild alles auszuwählen und in die Zwischenablage zu kopieren. Öffnet man anschliessend ein neues Bild, so sind alle Dimensionen usw. bereits korrekt eingetragen.

Schritt 3

Die Vordergrundfarbe des Gradientenmodells wird auf den Wert gesetzt, der in Schritt 1 bestimmt wurde. Mit Hilfe des Fülleimers füllt man das Gradientenmodell mit dieser Farbe.

Schritt 4

IIm Originalbild wird der Hintergrund ausgewählt, den man modellieren möchte. Hierzu klickt man mit dem Zauberstab (Toleranz: 2 bis 4) ein oder mehrere Male in das Bild bis alle Hintergrundbereiche ausgewählt wurden.

Anschliessend kopiert man die ausgewählten Pixel und fügt sie in das Gradientenmodell ein. Das sieht dann in etwa so aus:

Hierbei handel es sich um das Originalbild, allerdings wurden alle Objekte entfernt und durch einen mittleren Himmelshintergrund ersetzt (daher Schritt 1). Falls noch schwache Ausläufer von Galaxien usw zu sehen sein sollten, so kann man diese mit dem Lasso ausschneiden und entfernen.

Schritt 5

Man reduziert die beiden Ebenen auf die Hintergrundebene. Anschliessend glättet man über Filter -> Blur -> Gaussian Blur das Bild. Die Breite des Gaussfilters kann hierbei zwischen 10 und 50 Pixel betragen, je nachdem wie klein die Effekte sind, die man beseitigen möchte. Ein Wert von 30 funktioniert im allgemeinen gut. Das Gradientenmodell sieht dann so aus und verdient das erste mal seinen Namen:

Schritt 6

Würde man dieses Bild nun vom Originalbild subtrahieren, so wäre der Hintergrund in jenem im Durchschnitt null. Da viele Pixel dann negative Werte hätten, würde das Histogramm beschnitten sein, da negative Werte in den verwendeten Dateiformaten nicht dargestellt werden können. Deshalb zieht man jetzt von diesem Modell einen konstanten Wert ab. Hierzu reduziert man über Image -> Adjustments -> Brightness / Contrast die Helligkeit um 10 (ausgehend davon, dass das Modell eine Helligkeit von etwa 20 aufweist).

Schritt 7

Jetzt kann das Gradientenmodell kopiert und über das Originalbild gelegt werden. Als Methode wählt man hierbei im Ebenen-Fenster die Differenz.

Schritt 8

Im letzten Schritt reduziert man beide Ebenen des Originalbildes auf die Hintergrundebene und erhöht die Helligkeit (falls gewünscht) um 10. Das Bild erscheint nun sehr flach und mit einem mittleren Hintergrundwert von 20 (die Bilder auf dieser Webseite erscheinen heller aufgrund der besseren Darstellung).

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