Der wahre Grund, warum OSC-Bilder grünstichig wirken: Quanteneffizienz, nicht das Bayer-Verhältnis

Beim Aufnehmen von Astrobildern stellen wir häufig fest, dass die Raw-Dateien einer OSC (Farbkamera) oder das lineare Bild nach der Integration ein deutliches Grün zeigen. Bei früheren Diskussionen dieses Phänomens war die häufigste Erklärung: „Grüne Pixel machen 50 % des Bayer Array aus, doppelt so viele wie die roten und blauen Pixel, also ist es natürlich grüner.“

Doch laut einer kürzlich von Seti Astro geteilten Auffassung ist diese Erklärung aus der Logik der Signalverarbeitung heraus nicht stichhaltig.

Das Bayer-Verhältnis steigert das SNR, nicht die durchschnittliche Helligkeit

Tatsächlich hat der Grünstich eines Bildes keinen direkten Zusammenhang mit dem Verhältnis der Pixelanzahlen.

Im Algorithmus des „Debayering“ füllt die Software die Farbinformation über den Durchschnittswert der umliegenden Pixel auf, statt die Werte zu summieren. Das bedeutet: Doppelt so viele grüne Pixel steigern das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und die räumliche Auflösung des Grünkanals und machen die Bildqualität feiner; aber sie verdoppeln dadurch nicht die „durchschnittliche Helligkeit“ dieses Kanals.

Mit anderen Worten: Dass es im Bayer Array doppelt so viel Grün gibt, bringt einen Vorteil bei der Qualität—es ist nicht der Grund, der das Bild „grün einfärbt“.

Der wahre Grund: der Unterschied in der Quanteneffizienz des Sensors

Der wahre Kern liegt im Unterschied der „Quanteneffizienz (QE)“ des Sensors.

Aus der spektralen Empfindlichkeitskurve lässt sich ablesen, dass die meisten siliziumbasierten Sensoren im grünen Wellenlängenbereich weitaus empfindlicher sind als für rotes und blaues Licht. Daher ist unter gleichen Belichtungsbedingungen das elektronische Signal (ADU-Wert), das grüne Pixel erzeugen, von Natur aus viel stärker als das der anderen Kanäle.

Hinzu kommt, dass astronomische Rohdateien, um ihre Wissenschaftlichkeit zu wahren, gewöhnlich keine Weißabgleich-Korrekturgewichte im Voraus anwenden—anders als gewöhnliche Tageslichtkameras, die den Abgleich zuerst kameraintern vornehmen—, sodass dieser physikalische Empfindlichkeits-Bias unverändert erhalten bleibt und so das visuell grünstichige Phänomen verursacht.

Dies zu verstehen ist für die Nachbearbeitung tatsächlich sehr hilfreich: Der Grünstich bedeutet nicht, dass die Kamera kaputt ist, und ist auch kein „angeborener Defekt“ des Bayer Array, sondern ein normales Phänomen davon, dass die Farbkalibrierungs-Gewichte noch nicht angewendet wurden. Sobald du im linearen Stadium die Farbkalibrierung abgeschlossen hast, wird diese Grünschicht ganz von selbst wieder ausbalanciert.