DSLR Astrofotografie mit der Canon 10 D
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Digitale Astrofotografie in Namibia

von Michael Hoppe

(veröffentlicht in Sterne und Weltraum, SuW 7/2005, S. 76 ff.)

Der technologische Fortschritt hat auch bei der Kameratechnik nicht Halt gemacht und  daher können Hobbyfotografen heute auf ein vielfältiges Angebot an digitalen  Kameras zurückgreifen. Dieser Beitrag stellt eine für die Astrofotografie gut  geeignete digitale Spiegelreflexkamera, die EOS 10 D von Canon, vor.

 

Derzeit sind Digitalkameras mit bis zu 17 Millionen Pixel verfügbar. Die meisten dieser Digitalkameras sind jedoch “Sucherkameras” mit einem fest eingebauten Objektiv. Oft fehlt auch die Möglichkeit der Langzeitbelichtung, daher ist eine Eignung als Kamera für die Astrofotografie nur sehr bedingt  gegeben. Verschiedene bekannte Kamerahersteller (Canon, Minolta, Nikon, Pentax etc.) haben neben den Sucherkameras auch digitale Spiegelreflexkameras (Digital single-lens reflex, DSLR) auf den Markt  gebracht. Die Möglichkeit des Objektivwechsels und der Langzeitbelichtung haben unter Sternfreunden zu einer rasanten Verbreitung von DSLRs geführt. Seit 2003 bin ich nun auch stolzer Besitzer der Canon 10 D, einer digitalen  Spiegelreflexkamera mit einem 6,3 Megapixel CMOS-Chip (3.072 x 2.048 Pixel).

Während eines Astrourlaub auf der Farm Tivoli in Namibia konnte ich  meine Canon 10 D unter dem dunklen Himmel des südlichen Afrikas ausgiebig  testen. Ein paar meiner Erfahrungen und Ergebnisse möchte ich im Folgenden kurz vorstellen.

Aufmerksam wurde ich auf die Möglichkeiten mit einer digitalen Spiegelreflexkamera durch Aufnahmen von Johannes Schedler in Sky & Telescope (1) und seinem Artikel in Interstellarum (2). Die wirklich hervorragenden  Aufnahmen mit einer handelsüblichen DSLR zeigten bis dahin ungeahnte Möglichkeiten auf. Davon war ich sehr angetan, zumal das “Handling” mit einer DSLR dem einer analogen Spiegelreflexkamera sehr ähnelt. Als Nachteil der Astrofotografie mit digitalen Sucherkameras habe ich immer die afokale Fotografie empfunden, da hierbei die Zwischenoptik für eine Bildverschlechterung  sorgt. Mit einer DSLR ist eine direkte Adaption der Kamera an ein Teleskop möglich. Ferner entfällt, im Gegensatz zur Fotografie mit gekühlten CCD-Kameras,  die unbedingte Erforderlichkeit eines Notebooks oder PCs.

 

Canon 10 D

Der  Siegeszug der digitalen Fotografie begann zunächst mit Sucherkameras und erst nach und nach erschienen erste Spiegelreflexkameras auf dem Markt. Als erste für die Astrofotografie interessante Kameras erschienen u.a. zwei Modelle von Canon, die D 30 bzw. D 60. Die D 60 testete damals Johannes Schedler auf die Tauglichkeit für die Astrofotografie (2). Schon diese Kamera zeigte ein erstaunlich geringes Rauschen und eine gute Eignung für Deep-Sky Astrofotografie. Mit dem Nachfolgemodell, der Canon 10 D, gelang Canon  schließlich der große Wurf.

Obwohl nicht primär für die Astrofotografie gedacht, war das Rauschverhalten der Kamera im Langzeitbereich abermals verbessert worden. Die  Canon 10 D verfügt über einen großen Chip von 22,7 x 15,1mm bei einer Pixelgröße  von 7,4 Mikrometer (0,0074mm). Bei der Verwendung von Objektiven ergibt sich daher eine um den Faktor 1,6fach verlängerte Brennweite gegenüber dem  Kleinbildformat. Die Auflösung liegt bei stattlichen 3.072 x 2.048 Pixel, also  6,3 Millionen Pixeln. Von der Canon 10 D gibt es auch eine abgespeckte und günstigere Version - die Canon 300 D. Diese Kamera bietet den gleichen Chip in einem Kunststoffgehäuse, jedoch mit weniger Individualfunktionen. Im Gegensatz zur 300 D besteht das Gehäuse der 10 D aus Magnesium. Astrofotografisch sehr bedauerlich ist bei der 300 D die fehlende Spiegelvorauslösung. Dafür ist die 300 D um ein paar Hundert Euro günstiger als die 10 D, also eine interessante Alternative. Mittlerweile ist die Canon 10 D ausgelaufen und eine Nachfolgerin, die Canon 20 D mit 8,2 Millionen Pixeln auf dem Markt erschienen. Auch die Canon 300 D hat eine Nachfolgerin bekommen, die Canon 350 D. Bei den kurzen  Innovationszeiten dürfte die Entwicklung weiterhin rasch  fortschreiten.

 

Vor- und Nachteile

Der  unschlagbare Vorteil einer DSLR ist die Möglichkeit, die Bildergebnisse direkt  sehen und beurteilen zu können. Viele während der Belichtung aufgetretene Fehler können auf diese Weise systematisch untersucht werden und nach Möglichkeit  sofort behoben werden. Auch die Ermittlung der “richtigen” Belichtungszeit für  jeden Beobachtungsort gelingt so durch einfache Testreihen. Ein Histogramm jeder Aufnahme ist bei der 10 D über den Button Info an der Kamerarückseite direkt  abrufbar. Standard bei digitalen Kameras ist auch die Möglichkeit die ASA-Zahl zu verändern.

Bei  der 10 D besteht eine Wahlmöglichkeit im Bereich von 50 bis 3.200 ASA (!). Aus  eigener Erfahrung sollte jedoch die 10 D im Deep-Sky Bereich bis 800 ASA eingesetzt werden, in Ausnahmefällen vielleicht auch 1.600 ASA. Darüber hinaus wird das Rauschen für meinen Geschmack einfach zu stark und erinnert sehr an grobkörnige Filme.

Sehr angenehm ist es bei einer DSLR auch, gleich ein Farbbild zu produzieren, der Umweg über Filterräder entfällt. Nachteilig ist, dass die Empfindlichkeit der Kamera leider nicht über alle Wellenlängenbereiche gleich ist. Gerade im roten Bereich des Spektrums - in dem die H-II Regionen (Emissionnebel) sehr intensiv strahlen - hat die Canon 10 D ihre Schwächen. Trotzdem, auch H-II Regionen können damit fotografiert werden, nur bieten hier z.B. gekühlte CCD-Kameras mehr Möglichkeiten. Dies liegt an dem auf dem Chip befindlichen Filter, der neben IR-Licht auch eben viel rotes Licht  herausfiltert. Aus diesem Grund hat sich die amerikanische Firma “Hutech” (3) auf den Ausbau der Filters spezialisiert und bietet auch solche umgebauten DSLR`s der Firma Canon an. In Deutschland hat die Fa. Astrolumina (4) diese modifizierten Kameras in ihr Sortiment aufgenommen.

Zusatz: Es gibt mittlerweile verschiedene Firmen die entsprechende Sperrfilter und einen Umbau von DSLR`s auch in Deutschland anbieten. Siehe z.B. www.baader-planetarium.de .

Für  viele andere Objekte ist der Sperrfilter jedoch kein Manko, wie z.B. für  Galaxien, Kugelsternhaufen, offene Sternhaufen, planetarische Nebel und  Reflexionsnebel. Allerdings erscheinen beispielsweise H II-Regionen in einem  Blauton, daher ist ggf. im Rahmen der Bildbearbeitung eine Korrektur der Farbbalance vorzunehmen. Vor allem die Möglichkeit, schwache Reflexionsnebel fotografieren  zu können, sind eine der großen Stärken der Canon 10 D. Einigen Sternfreunden sind überraschend gute Aufnahmen z.B. der Plejadennebel, selbst in Stadtnähe, gelungen.

 

Praktischer Einsatz in Namibia

Obwohl ich in meiner heimischen Gartensternwarte schon schöne Erfolge erzielen konnte, so war ich doch sehr gespannt auf den Einsatz der Canon 10 D unter  richtig dunklem Himmel. Im Juli 2004 war es dann soweit. Nach einer Rundreise habe ich mit ein paar Astrofreunden zwei Wochen auf der Farm Tivoli in Namibia verbracht (5,6). Vor Ort nutzte ich die farmeigene Atlux-Montierung sowie eine  neu aufgestellte Losmandy G-11 Montierung mit Gemini-GoTo. Als Astrogepäck hatte ich daher nur meine Teleskope, Objektive und Zubehör dabei. Mein mitgebrachtes Hauptinstrument war das INTES Micro Alter M-703, ein 180/1.800mm Maksutov-Cassegrain Teleskop. Das Maksutov-Cassegrain-Teleskop setzte ich  insbesondere in Kombination mit einem INTES MICRO Focalreducer 0,75fach bei  einer Brennweite von 1.350mm ein. Daneben kam mein Pentax 75 SDHF, ein 75/500mm Apochromat, zum Einsatz. Für Weitwinkelaufnahmen der Milchstraße standen ein  2.8/16mm Zenitar-Objektiv sowie ein 3.5/8mm Peleng Fish-Eye zur Verfügung. Ferner wurde das auf der Farm Tivoli angebotene 200/800mm Newton-Teleskop R 200  SS der Fa. Vixen zur Digitalfotografie eingesetzt.

Gleich in der ersten Nacht wurde mit dem 180mm-Maksutov-Cassegrain fotografiert. Hier zeigten sich direkt die Problemfelder der digitalen Astrofotografie. Aufgrund der kleinen Pixel der 10 D ist eine - gegenüber der  analogen Fotografie - erheblich bessere Nachführgenauigkeit erforderlich. Eine nicht optimale Kollimation der Optik und ein Verkippen von Zubehörteilen machte sich sofort bemerkbar. Ein Justierlaser etc. sollte daher mit zum  Astroreisegepäck gehören. Als Vorteil habe ich die Nachführung mit einem  Leitrohr gegenüber einem Off-Axis-Guider wegen der größeren Auswahl an helleren Leitsternen empfunden.

Wie  schon erwähnt, verfügt die Canon 10 D über sehr kleine Pixel von nur 7,4my  (0,0074mm). Wichtig ist es daher auch, die Auflösung der Kamera zu kennen (7). Das Auflösungsvermögen berechnet sich demnach wie folgt:

Auflösungsvermögen = (3438 x Pixelgröße in mm) / Brennweite x  60

Hier eine kurze Übersicht:

Brennweite

Auflösungsvermögen

(in  Bogensekunden)

   500mm

3,05

1.000mm

1,52

1.500mm

1,01

2.000mm

0,76

Bei  der CCD-Fotografie ist es üblich, bei schlechtem Seeing zur Erhöhung der  Sensivität ein Pixel-Binning durchzuführen, d.h. auf elektronischen Weg die  Ladungsinformation von mehreren Pixeln zusammenzuführen. Dies ist jedoch bei der 10 D nicht möglich, d.h. bei schlechtem Seeing verteilt sich das Sternlicht auf eine größere Anzahl von Pixeln und damit sinkt die erreichbare Grenzgröße. Dies lässt sich nicht ändern, ist jedoch für weitere Überlegungen (Objektwahl und/oder Brennweite) wichtig.

In den klaren und dunklen Nächten in Namibia betrugen die Nachttemperaturen bis zu -3° Celsius, naturgemäß ist bei diesen Temperaturen das Rauschen sehr gering.  Die Belichtungszeiten konnten daher entsprechend ausgedehnt werden. Mit dem R  200 SS-Newton-Teleskop (200/800mm) war eine sehr gute Durchbelichtung bei 8-10 Minuten Belichtungszeit (800 ASA) möglich. Mit dem Pentax 75 SDHF Refraktor  (75/500mm) und insbesondere dem 180mm-Maksutov-Cassegrain-Teleskop bei f/7.5 habe ich ähnliche bzw. nur geringfügig längere Belichtungszeiten gewählt, ein  Kompromiss hinsichtlich des zunehmenden Rauschens. Dies ist aber eine Frage, die jeder Fotograf für sich selbst beantworten muss. Der transparente und dunkle Himmel in Namibia hätte jedenfalls noch längere Belichtungszeiten zugelassen.

Unerlässlich für die spätere elektronische Bildbearbeitung ist die Anfertigung von mehreren Aufnahmen zur Mittelung bzw. Addition. Auch sollten bei der gleichen Temperatur “Dunkelbilder (Darkframes)”, d.h. Aufnahmen mit der gleichen  Belichtungszeit mit abgedecktem Teleskop (Kamera), angefertigt werden. Die Darkframes dienen dazu, später den Anteil des temperaturbedingten Dunkelstroms herausrechnen zu können. Falls die Optik unter Vignettierung leidet oder der Chip verschmutzt sein sollte, so sind ggf. noch “Flats” anzufertigen (7).

 

Datensicherung und elektronische Bildbearbeitung

Der  erste Schritt ist die Gewinnung der Aufnahmen, diese sollten anschließend gesichert werden. Leider gehört zum Lieferumfang keine Compact-Flash-Karte (CF), die daher separat erworben werden muss. Hier bleibt es dem Geldbeutel und den  Interessen des Fotografen vorbehalten, welche Größe die CF-Karte haben sollte. Ich persönlich empfehle eine 256- oder 512-MB-CF-Karte. Praktisch ist es auch, über  mindestens zwei Karten zu verfügen, um eine Wechselmöglichkeit zu besitzen. Die  Sicherung kann dann via Notebook geschehen, z.B. auf der Festplatte oder die Daten werden auf eine CD oder DVD gebrannt. Eine Sicherungskopie (Back up) ist ebenfalls zu empfehlen. Eine weitere Möglichkeit ist ein tragbarer externer CD-Brenner, der kein Notebook benötigt und die Daten direkt von der CF-Karte auf eine CD brennt.

Nachdem die gewonnen “Rohdaten” gesichert worden sind, geht es an die  elektronische Bildbearbeitung. Hier gibt es eine Vielzahl von Programmen. Ich  benutze für das Stacken (übereinanderlegen) der Aufnahmen das Programm “Images Plus” (8) von Mike Unsold. Auch der Abzug von Darkframes und Flats ist mit diesem Programm problemlos möglich. Zur Programmerläuterung können auch Tutorials mitbestellt werden, allerdings nur auf Englisch. Die Abschlussbearbeitung führe ich dann in Photoshop durch, dem bekannten Bildbearbeitungsprogramm.

Fazit

Die  digitalen Spiegelreflexkameras eröffnen neue astrofotografische Möglichkeiten,  sicherlich gibt es (noch) gewisse Nachteile (mangelnde Rotempfindlichkeit), aber gerade die Canon DSLR`s sind ausgereifte Kamerasysteme, welche meines Erachtens  sehr empfehlenswert sind. Eines sollte dabei auch nicht vergessen werden: Der  Spaßfaktor mit einer DSLR!

Noch nie war der Einstieg in die Astrofotografie so einfach und die  unvermeidliche Lernphase so kurz, da die Ergebnisse sofort verfügbar sind.  Darüber hinaus ist eine DSLR auch für die normale Fotografie einsetzbar. Weitere (digitale) Astroaufnahmen und Berichte sind auf meiner Website zu  finden.

Literaturhinweise:

(1) Sky & Telescope, October 2002, Gallery, S. 121 ff.

(2) Johannes Schedler, Digitalkameras für die Deep-Sky Fotografie - Nikon Coolpix 995 und Canon D 60 in der Praxis, Interstellarum 27, 4/2003, S. 62 ff.

(3) Website der Fa. Hutech, siehe www.astrohutech.com

(4) Website der Fa. Astrolumina (Inhaber: Michael Breite), siehe www.astrolumina.de

(5) Website der Farm Tivoli/Namibia, siehe www.ghhsnet.de/tivoli

(6) Michael Hoppe, Mit Premium-Refraktoren von Vixen unter dem Kreuz des Südens, SuW 3/2003, S. 81 ff.

(7) Siegfried Bergthal, CCD-Technik für Sternfreunde, SuW 9/2004,  S. 68 ff.

(8) Software “Images Plus”, siehe www.mlunsold.com

(9) Johannes Schedler, Astro Imaging with Digital SLR Cameras, Sky & Telescope, June 2004, S. 130 ff.

 

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