Defektbehandlung: Defect Columns, Hot/Cold Pixel, Staub und Hot Pixels
Auf dem Weg der astronomischen Nachbearbeitung gibt es nie perfekte Daten, nur gefundene Lösungen für ihre Probleme. Die Kalibrierungsframes räumen den Großteil der systematischen Defekte aus, aber es schlüpfen immer ein paar durchs Netz: Defect Columns, defekte Pixel, Staubschatten, übrig gebliebene Hot Pixels. Dieser Artikel fasst mehrere Defektarten zusammen, die im Vorverarbeitungsstadium häufig auftreten, samt der jeweils passenden Behandlungsmethode.
Drei häufige Defektarten und ihre Gegenmaßnahmen
Zunächst eine Übersichtstabelle — dies sind die drei am häufigsten anzutreffenden Defektarten in der Vorverarbeitung und das jeweilige Behandlungsprinzip:
- defect column (häufig bei CCDs): mit einer Defect Map beseitigen.
- hot / cold pixel (Hot Pixel / Cold Pixel): mit Darks beseitigen; was die Darks nicht wegbekommen, mit Cosmetic Correction behandeln.
- dust shadow (Staubschatten): mit Flats beseitigen; was die Flats nicht wegbekommen, nach der Integration durch Ersatz aus einem anderen Kanal ausbessern.
Im Folgenden gehe ich auf die zwei kniffligeren Arten näher ein.
Defect Columns: auf die Defect Map setzen, nicht auf Rejection
Defect Columns treten bei CCD-Kameras häufiger auf und bei CMOS-Kameras seltener. Für eine bestimmte CCD brauchte ich allein eine Stunde, um die Defect Map zu erstellen, denn sie hatte etwa 50 Defect Columns (eben jene schwarzen Linien im Bild).
Vielleicht fragt jemand: Warum nicht bei der Integration einfach direkt wegrejecten? Weil sich das nicht wegrejecten lässt — Defect Columns sind zu dunkel; will man sie per Rejection entfernen, muss man etliche andere gute Pixel opfern, und das Ergebnis ist obendrein schlecht. Der richtige Weg ist also, für die Kamera eine Defect Map zu erstellen, sie mit dem DefectMap-Prozess zu laden und auf die Lights mit Defect Columns anzuwenden. So lässt sich der Einfluss der Defect Columns stark verringern, und den verbleibenden Rest überlässt man mühelos dem Rejection-Algorithmus bei der Integration. Diese Vorgehensweise nutze ich selbst durchgehend. Zum Beispiel die 16803-CCD namens „Latte“: Sie hat eine deutliche Defect Column in der Bildmitte, dazu drei unauffällige — genau so wird sie behandelt.
Hot Pixels: unbedingt vor der Registrierung beseitigen
Wenn die Hot Pixels nicht im Stadium von Darks und Cosmetic Correction sauber beseitigt werden, ziehen sie unerwarteten Ärger nach sich. Sieh dir dieses Beispiel an:
Das linke Bild ist vor der Sternregistrierung, das rechte danach — warum sprießen im rechten Bild lauter donutartige Muster? Die Antwort: Jene weißen Punkte sind keine Sterne, sondern Hot Pixels. Diese Hot Pixels hätten eigentlich beim Abziehen der Darks und bei der Cosmetic Correction beseitigt werden sollen, wurden es aber nicht, und so hat sie der Interpolationsalgorithmus bei der Sternregistrierung zu Donut-Formen „umgemodelt“, die im Endbild zurückblieben — und das nicht zu knapp.
Die gute Nachricht: Bei ausreichender Anzahl an Frames und passend eingestellten Parametern des Rejection-Algorithmus wurden am Ende all diese Donuts doch noch restlos beseitigt. Doch genau das verdeutlicht: Hot Pixels sollten möglichst im Stadium von Darks und Cosmetic Correction beseitigt werden, damit sie nicht vom Registrierungsprozess zu etwas umgestaltet werden, das das Bild stört — und man sollte die Verantwortung nicht komplett auf die nachgelagerte Rejection abwälzen.
Nebenbei bemerkt: Wenn dir die Wirkung der in PixInsight eingebauten Cosmetic Correction nicht gut genug erscheint — in der Community gibt es auch einen Sternfreund (Roberto Sartori), der PixelMath-Code zum Behandeln von hot and cold pixel geschrieben hat. Ich habe ihn ausprobiert, und siehe da, er wirkte sogar besser als die eingebaute Cosmetic Correction — ich beneide Sternfreunde, die programmieren können, wirklich.
Ein Extremfall: die kombinierten Defekte eines großen Teleskops
Zum Schluss ein extremes „alle Defekte auf einmal“-Beispiel, von einem großen Teleskop der 1-Meter-Klasse. Mit so einem Teleskop zu fotografieren macht eigentlich überhaupt keinen Spaß — es verwendet eine altazimutale Montierung und einen Field Rotator, und beim Fotografieren von Zielen innerhalb von 20 Grad um den Zenit dreht sich der Field Rotator sehr schnell, um die Position des Ziels zu halten. Dadurch entstehen gespaltene Beugungsspikes, deren Winkel in jedem Bild anders ist — mitunter gibt es sogar innerhalb eines einzigen Bildes zwei Spikes mit unterschiedlichem Winkel.
In diesem Bild gibt es außerdem eine defect column (deren Behandlung ist vergleichsweise einfach) sowie etwas, das von der Seite hereinsickert und nach AMP GLOW aussieht — es erinnert an Schimmel an einer Wand. Für solche kombinierten Defekte gibt es keine fertige Lösung; man kann sie nur Punkt für Punkt zerlegen und angehen — auch das ist der Normalfall in der astronomischen Nachbearbeitung: Perfekte Daten gibt es nicht, und was wir tun können, ist, für jedes einzelne Problem seine Lösung zu finden.