Sterne verkleinern und Sternhandhabung: Die Entwicklung der Methoden und ein PixelMath-Workflow

Sterne angemessen zu verkleinern kann das eigentliche Motiv deiner Aufnahme deutlicher hervortreten lassen, besonders in sternreichen Regionen wie dem Milchstraßenband: Bleiben sie unbehandelt, stört ein Himmel voller Sterne die Nebel massiv. Dieser Artikel arbeitet die Methoden der Sternreduktion auf, von den Erosionsfiltern der frühen Jahre bis hin zum heute vorherrschenden Ansatz über das sternlose Bild und seiner PixelMath-Umsetzung.

Die frühe Methode: Sternreduktion durch Erosion

Die früheste Form der Sternreduktion stützte sich auf Erosion: In Photoshop nutzt man dafür den „Minimum“-Filter, in PixInsight die Erosion, um die Sterne innerhalb einer Auswahl zu erodieren und sie so zu verkleinern. Wer es genauer nehmen wollte, kombinierte das mit einer Kantenmaske, um nicht bis in die Sternkerne hinein zu erodieren.

Ehrlich gesagt habe ich früher kaum Sterne verkleinert, denn die klassische Erosion beschädigt die Sterne oft (sie macht zum Beispiel aus runden Sternen Rauten oder ruiniert Diamantsterne). Doch bei manchen Zielen — etwa dem Carinanebel mitten im Milchstraßenband — stören am Ende selbst bei bester Sternmaske noch massenhaft Sterne die Nebel, und dann kommt man um die Sternreduktion nicht herum. Genau deshalb ist die größte Achillesferse der Erosions-Reduktion ihre extreme Empfindlichkeit gegenüber der Maskenqualität: Ist die Maske schlecht gemacht, entstehen an den Sternkernen und in ihrer Umgebung leicht Artefakte.

Der Wendepunkt: Sterne mit einem sternlosen Bild verkleinern

Der Fortschritt der Zeit machte aus der Sternreduktion nach und nach etwas, das sich mit einem Schieberegler erledigen lässt, wobei sich frei einstellen lässt, welche Größenklasse von Sternen verkleinert werden soll. Der Knackpunkt war dabei: Man begann, Werkzeuge zur Sternentfernung (wie StarNet++) zum Verkleinern der Sterne einzusetzen, nicht nur zum Entfernen. Bis 2021 wurde es, nachdem alles in Skripte gegossen war, noch bequemer, und der „Minimum“-Filter von Photoshop oder die Erosion in PixInsight waren schon ziemlich aus der Mode gekommen.

In PixInsight erschien ein gebrauchsfertiges Skript zur Sternreduktion. Es nutzt weder den „Minimum“-Filter noch die Erosion, sondern erreicht sein Ziel über die Kombination von StarNet++ mit einer Contour Mask.

Hier räume ich nebenbei einen leicht misszuverstehenden Punkt aus: Die Option „Create star mask“ in StarNet++ erzeugt in Wirklichkeit keine Maske, sondern die entfernten Sterne selbst. Wenn du dieses star_mask mit PixelMath in PixInsight oder mit Ebenen in Photoshop wieder auf das sternlose Bild addierst, erhältst du etwas, das dem ursprünglichen, nicht entsternten Bild praktisch gleicht.

Werden nach der Reduktion alle Sterne gleich groß?

Ein Astrofreund meinte einmal, nach der Sternreduktion würden alle Sterne gleich groß. Stimmt das wirklich? Keineswegs — die Größe eines verkleinerten Sterns hängt hauptsächlich von seiner ursprünglichen Größe und von der Reduktionsmaske ab.

In der Praxis wählst du bei jeder Reduktion den Typ der zu verkleinernden Sterne aus (überwiegend kleine bis mittlere) und erstellst eine passende, auf die Sterngrößen abgestimmte Maske. Nach der Reduktion unterscheiden sich die Sterngrößen weiterhin; man kann lediglich an der Umgebung der Sterne erkennen, dass eine Reduktion vorgenommen wurde. Nimm als Beispiel das vergrößerte Bild von SL 17: Das ist das Ergebnis von insgesamt zwei Reduktionsdurchgängen (mehr als zwei habe ich bislang nie gemacht).

PixelMath-Umsetzung der Sternreduktion (nichtlinearer Zustand)

Sterne über ein sternloses Bild zu verkleinern lässt sich in PixInsight mit PixelMath präzise bewerkstelligen. Die Einzelschritte lauten:

1. Halte die Bilddatei A bereit sowie ihr sternloses Bild, Datei B.
2. Senke mit STF zusammen mit HistogramTransformation gleichzeitig die Helligkeit von A und B (verschiebe den midtone nach rechts).
3. Invertiere das in der Helligkeit gesenkte A und B (Tastatur Ctrl+I).
4. Teile das invertierte A durch das invertierte B, um das invertierte Sternbild C zu erhalten (PixelMath).
5. Multipliziere C mit dem invertierten B, um die Invertierung D des verkleinerten Sternbildes zu erhalten (PixelMath).
6. Invertiere D zurück zum normalen, sternverkleinerten Bild (Ctrl+I).

Die Schritte 5 und 6 sind in Wirklichkeit genau die Formel des screen blending mode. Möchtest du eine stärkere Reduktion, kannst du in Schritt 2 die Helligkeit von A und B noch weiter absenken. Eine schematische Formel:

afterimage = ~((~mtf_low(beforeimage) / ~mtf_low(starless)) * ~starless)

Dieselbe Methode lässt sich auch in Photoshop oder Affinity Photo nachbauen; der Unterschied ist, dass man es dort über Ebenen macht und sich die Mischmodi (blending mode) zwischen den Ebenen leicht unterscheiden.

Der Schlüssel: Sterne korrekt per „invertierter Division“ extrahieren

Viele bearbeiten ein Bild über den sternlosen Weg, scheitern am Ende aber daran, die Sterne wieder hinzuzufügen — und der Knackpunkt liegt darin, wie die Sterne extrahiert wurden.

Wenn du das sternlose Bild einfach nur vom Originalbild subtrahierst, um die Sterne zu bekommen, und diese Sterne dann wieder hinzufügst, ist das Ergebnis oft: matte, farblich falsche Sterne, die aussehen, als hättest du die Deckkraft der Ebene gesenkt. Der Grund ist, dass ein Teil des Sterninhalts im sternlosen Bild zurückblieb — die Subtraktion konnte die Sterne nicht vollständig herauslösen.

Der bessere Weg ist, die vollständigen Sterne per invertierter Division zu gewinnen; nachdem du das sternlose Bild fertig bearbeitet hast, setzt du die Sterne per Multiplikation oder invertierter Multiplikation (screen blending mode) wieder ein.

Linear vs. nichtlinear: Die Formeln zum Extrahieren und Wiedereinsetzen unterscheiden sich

Nachdem RC Astro StarXTerminator (SXT) herausgebracht hatte, dehnte sich der Anwendungsbereich der Sternentfernung vom nichtlinearen Zustand bis in den linearen Zustand aus. Allerdings unterscheiden sich die Schritte und Formeln zum Extrahieren und Wiedereinsetzen der Sterne zwischen linearem und nichtlinearem Zustand weiterhin leicht — ein Punkt, der oft übersehen wird.

Nichtlinearer Zustand (das Bild wurde bereits stark gestretcht, sodass die Pixel nicht mehr in ihrer ursprünglichen linearen Beziehung stehen):

• Sterne extrahieren: In SXT „Unscreen Stars“ ankreuzen, oder nach der Sternentfernung mit der Formel der invertierten Division ~(~Original_Nebula / ~Starless_Nebula) die Sterne gewinnen.
• Sterne wiedereinsetzen: In PixelMath die Formel der invertierten Multiplikation ~(~Nebula * ~stars) verwenden — das ist zugleich die mathematische Formel des Screen Blending.

Linearer Zustand (nach der Integration, vor dem starken Stretchen, wenn die Pixel noch in ihrer ursprünglichen linearen Beziehung stehen):

• Sterne extrahieren: In SXT „Unscreen Stars“ nicht ankreuzen.
• Sterne wiedereinsetzen: In PixelMath die Additionsformel Nebula + stars verwenden.

Wenn du dir im Klaren darüber bist, in welchem Zustand dein Bild ist, und die Sterne mit den entsprechenden Formeln extrahierst und wiedereinsetzt, vermeidest du das Problem, dass die Sterne nach dem Wiedereinsetzen dunkler werden, sich farblich verschieben oder ganz misslingen.