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Mit der modifizierten Canon 20 D auf Deep-Sky-Safari

 von Michael Hoppe

 (veröffentlicht im VdS Journal Nr. 23, II/2007, S. 60 ff.)

Die beliebten digitalen Spiegelreflexkameras (DSLR) bieten auch für den Sternfreund interessante astrofotografische Möglichkeiten. Für die Deep-Sky-Fotografie haben sich insbesondere die Digitalkameras der Firmen Nikon und Canon als sehr geeignet erwiesen. Nachteilig ist bei digitalen Spiegelreflexkameras jedoch die geringere Empfindlichkeit im roten Spektralbereich. Dies beruht auf einem Sperrfilter vor dem CMOS-Chip, der für die Farbbalance bei Tageslichtaufnahmen sorgt. Um das volle Potenzial der Kameras für die Astrofotografie nutzen zu können, ist somit ein Austausch dieses Filters sehr sinnvoll. Diese Modifikation führt z. B. die Firma Hutech (USA) durch, bei der auch die Kameras direkt als so genannte modifizierte Modelle erworben werden können. Meine persönlichen Erfahrungen mit der modifizierten Canon 20 D stelle ich im Folgenden vor.

Bereits mit der unmodifizierten Canon 10 D, dem Vorgängermodell der Canon 20 D, sind im Deep-Sky-Bereich beeindruckende Ergebnisse möglich. Im Jahre 2004 konnte ich in Namibia die Canon 10 D ausführlich testen und war von der Eignung für die Astrofotografie begeistert [1]. Ihre geringere Rotempfindlichkeit konnte ich jedoch nur durch eine längere Belichtungszeit und durch entsprechende Bildbearbeitung (Farbbalance) annähernd ausgleichen. Eine wirkliche Lösung für dieses Problem ist der Ausbau des werksseitig eingebauten Sperrfilters. Es ist jedoch empfehlenswert, einen Sperrfilter mit höherer Transmission im roten Spektralbereich wieder einzubauen, um die visuelle Fokussierung über den Kamerasucher beibehalten zu können und gleichzeitig den unerwünschten UV- und IR-Spektralbereich abzuschneiden. Es ist leider nicht trivial diesen Sperrfilter auszubauen, zumal der Filter direkt vor dem CMOS-Chip sitzt. Eigenmächtige Ausbauversuche sind daher nicht zu empfehlen, da dies die Gefahr einer unwiederbringlichen Zerstörung dieser teuren digitalen Spiegelreflexkamera birgt. Die Garantieleistung des Herstellers erlischt bereits bei dem Versuch eines solchen Eingriffs und das Risiko geht daher zu Lasten des Selbstbauers.

In den USA hat sich die Firma Hutech auf den Umbau spezialisiert [2]. In Deutschland werden die modifizierten Kameras der Firma Hutech  von der Firma Astrolumina (Inhaber Michael Breite) [4] vertrieben. Von der Firma Hutech werden verschiedene Modelle als modifizierte Versionen mit einem speziellen Filter mit hoher Transmission für die Astrofotografie angeboten. Aufgrund des Wegfalls der Herstellergarantie gewährt Hutech selbst eine 12-monatige Garantie nach dem Umbau. Alternativ ist auch ein Umbau einer eingesandten DSLR möglich, jedoch wird in diesem Fall keine Garantie übernommen.

Ich entschied mich daher, eine modifizierte DSLR direkt bei der Firma Hutech zu erwerben. Aufgrund der rasanten technischen Entwicklung erwarb ich das verbesserte Nachfolgemodell der Canon 10 D, die Canon 20 D. Eine Alternative sei hier nur kurz erwähnt: Neben der Canon 20 D hat Canon auch eine für die Astrofotografie optimierte DSLR, die Canon 20 Da, herausgebracht [3]. Diese Kamera unterscheidet sich von der Standardausführung Canon 20 D durch eine höhere Rotempfindlichkeit, ein geringeres Sensorrauschen und eine Live-Scharfstellung. Die Rotempfindlichkeit ist um den Faktor 2,5 erhöht, kommt jedoch nicht an die Rotempfindlichkeit einer modifizierten Canon 20 D heran [2]. Dies war für mich das ausschlaggebende Argument, eine modifizierte Canon 20 D anstatt einer 20 Da zu erwerben.

Canon 20 D

Die Canon 20 D zeichnet sich durch ein sehr geringes Rauschen aus, geschätzt in etwa ½ soviel wie das Rauschen bei dem Vorgängermodell der Canon 10 D, und ein geringeres Ausleserauschen. Bei einer Chipgröße von 22,7 mm x 15,1 mm sind insgesamt rund 8,2 Megapixel auf der Chipfläche vorhanden. In der höchsten Auflösungsstufe kommen 3.504 x 2.336 Pixel zum Einsatz. Die Pixelgröße beträgt rund 6,5 Mikrometer. Leider gibt es auch bei der Canon 20 D, wie auch bei den Digitalkameras anderer Hersteller, eine gewisse Streuung hinsichtlich der Qualität der verwendeten Bildsensoren. Wer eine digitale Spiegelreflexkamera in Deutschland erwerben möchte, sollte daher beim Händler um die Möglichkeit bitten, ein Testbild, vielleicht sogar mit mehreren Kameras, machen zu dürfen. Dann fällt die Entscheidung für die rauschärmste Kamera am leichtesten. Oftmals willigen die Händler ein, zumal mindestens ein Vorführmodell meistens vorhanden ist.

Grundsätzlich ist bei der Astrofotografie mit einer digitalen Spiegelreflexkamera das so genannten „RAW-Format“ als Aufnahmeformat zu wählen. Bei der Canon 20 D wird dies Format auch als CR-2 bezeichnet. Dieses RAW ermöglicht eine Farbtiefe von 12 Bit bei der Aufnahme von Deep-Sky-Objekten und die Ausschaltung der kameraeignen Softwareroutinen (Bildbearbeitungsalgorithmen).

Astrofotografisch besonders interessant ist bei der Canon 20 D die Möglichkeit der internen Rauschunterdrückung (Noise Reduction). Wenn diese Einstellung gewählt wird, macht die Kamera nach der Astroaufnahme grundsätzlich eine Folgeaufnahme mit exakt der gleichen Belichtungszeit, jedoch ohne den Verschluss zu öffnen. Dieses Dunkelbild (Darkframe) gibt sozusagen die Rauschverteilung wieder. Es wird kameraintern von der Astroaufnahme subtrahiert, das Ergebnis ist einfach perfekt. Während bei einer getrennten Aufnahme von Objekt und Dunkelbild diese Subtraktion mittels einer dafür geeigneten Software (z.B. Images Plus, Maxim DSLR oder auch Freeware wie IRIS oder FITSWORK) zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt, geschieht dies bei der internen Rauschunterdrückung vollautomatisch. Gespeichert wird von der Kamera auch nur das Endergebnis nach Subtraktion des Dunkelbildes. Das Rauschen ist danach so gut wie vollständig verschwunden und auch heiße Pixel sind bis auf wenige Ausnahmen nicht mehr vorhanden. Nachteilig ist, dass das Dunkelbild nicht gesondert gespeichert wird. Somit steht es für weitere Aufnahmen nicht zur Verfügung. Daher verdoppelt sich der Zeitaufwand für eine Astroaufnahme, d.h. jeder einzelnen Objektbelichtung folgt zusätzlich dieselbe Belichtungszeit für das Dunkelbild. Eine Belichtungsserie von 6 x 10 Minuten wird dadurch also insgesamt zu einer 2-stündigen Belichtung ausgedehnt. Wer diesen Zeitverlust nicht scheut, erhält für die Weiterbearbeitung mit Bildbearbeitungsprogrammen wirklich sehr gute Rohbilder.

Wie auch beim Vorgängermodell Canon 10 D, so hat auch die Canon 20 D eine Spiegelvorauslösung, die gerade bei längeren Brennweiten wegen möglicher Erschütterungen von Vorteil ist. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, die „Empfindlichkeit“ im Bereich von 100 bis 3.200 ASA frei zu wählen. Bei der Empfindlichkeitseinstellung handelt es sich letztlich um eine elektronische Verstärkung des ausgelesenen Signals. Die Grenze der Verstärkung ist meines Erachtens bei der Einstellung 1.600 ASA erreicht, weil bei der Verstärkung leider auch das Rauschen erhöht wird. Die Maximaleinstellung von 3.200 ASA ist daher nur in Ausnahmefällen sinnvoll einsetzbar.

Für die Stromversorgung der Canon 20 D ist der Kauf von mehreren Akkus zu empfehlen. Alternativ ist, soweit eine Stromversorgung mittels 220 V Netzstrom möglich ist, ein Netzteil sehr zu empfehlen. Ich selbst betreibe die modifizierte Canon 20 D in meiner heimischen Sternwarte auch mit einem solchen Netzteil.

Praktischer Einsatz

Mit der modifizierten Canon 20 D sind die meisten Deep-Sky-Objekte sehr gut zu fotografieren. Bei Emissionsnebeln (H II-Regionen) spielt die modifizierte 20 D jedoch gegenüber unmodifizierten Modellen ihre Stärken aus, denn diese Nebel strahlen insbesondere im roten Spektralbereich sehr intensiv. Warum? Das Licht dieser Nebel beschränkt sich auf die Emission weniger diskreter Wellenlängen. Da das interstellare Gas zu etwa 70 % aus atomarem Wasserstoff (H) besteht, senden H II-Regionen im visuellen Spektralbereich stets die so genannte „Balmerserie“ aus – eine Vielzahl von Spektrallinien, deren intensitätsstärkste Einzellinie die Hα-Linie bei 656,3 nm ist [6]. Daher leuchten diese Nebel auf Aufnahmen rötlich und dafür ist die modifizierte Canon 20 D bestens geeignet.

(Abbildung: Lagunennebel - M 8 -, Komposit 4 x 10 Minuten bei 800 ASA)

Die erhöhte Empfindlichkeit der modifizierten Canon 20 D wirkt sich auch sehr positiv auf die korrekte farbliche Wiedergabe der Nebel mit Reflexions- und Emissionsanteilen aus, d.h. der Rotanteil ist auch in entsprechender Intensität auf der späteren Aufnahme vorhanden. Bei unmodifizierten Modellen wird hingegen der Blauanteil überbetont. Lohnenswert erscheint auch der Einsatz von Linienfiltern, z.B. eines Hα-Filters mit 13 nm oder gar 6 nm Halbwertsbreite.

Aber auch bei Galaxien, bei denen es sich ja um Kontinuumsstrahler handelt, ist die erweiterte Rotempfindlichkeit sehr nützlich. Gerade die im langwelligen Kontinuum leuchtenden Bereiche der Galaxien sind mit einer unmodifizierten Kamera nicht entsprechend darstellbar. Darüber hinaus ist es mit der modifizierten Canon 20 D bei Einsatz entsprechender Filtertechnik (z.B. mit einem UHC- oder IDAS-Filter) möglich, rote Emissionsnebel in einer Galaxie kontrastverstärkt zu fotografieren. Bei einigen großen H II-Regionen in benachbarten Galaxien sind auch bereits Strukturen erkennbar. Am Nordhimmel ist dies beispielsweise NGC 604, die größte H II-Region der Galaxie M 33. Mit einem lichtstarken Teleskop ist diese H II-Region bereits auf kurz belichteten Aufnahmen selbst in Stadtnähe zu erfassen.

Einschränkungen bei der Objektauswahl gibt es somit mit der modifizierten Canon 20 D kaum, allerdings sollten je nach gewählter „Empfindlichkeit“ nach meiner Erfahrung mindestens vier bis sechs Aufnahmen des gleichen Objekts mit gleicher Belichtungszeit gemacht werden. Auch trotz der „internen Rauschunterdrückung“ ist immer noch ein „Farbrauschen“ festzustellen, es ist und bleibt eben eine ungekühlte CMOS-Kamera. Mit mehreren Aufnahmen kann jedoch auch dieses Farbrauschen effektiv unterdrückt werden. Dabei gilt: Je mehr Aufnahmen, desto besser wird das Rauschen unterdrückt!

(Abbildung: Helixnebel, 6 x 10 Minuten bei 1.600 ASA)

Für alle zu fotografierenden Objekte gilt: Es ist eine besonders lichtstarke Öffnung des Teleskops bzw. Teleobjektivs zu empfehlen. Bei der modifizierten Canon 20 D sind die Belichtungszeiten aufgrund des stärker werdenden Rauschens zeitlich limitiert. Als geeignete Teleskope zur Deep-Sky-Fotografie sind daher Newton-Teleskope oder lichtstarke apochromatische Refraktoren zu empfehlen. Gleiches gilt auch für andere lichtstarke Optiken. Bei der Verwendung von Schmidt-, Maksutov-Cassegrain oder den neuen Advanced-Ritchey-Chrétien-Teleskopen, die über ein Öffnungsverhältnis von 1:10 verfügen, empfiehlt sich die Verwendung von Shapleylinsen (Fokalreduktoren). Helle Objekte oder Kugelsternhaufen sind jedoch auch ohne Fokalreduktoren gut zu fotografieren.

Bildbearbeitung

Dieses Thema ist sehr komplex und würde den hier gesetzten Rahmen sprengen, daher spreche ich dies hier nur kurz an. Leider ist das gewonnene Rohbild noch kein perfektes Astrofoto und daher ist eine Bildbearbeitung unbedingt erforderlich. Wie bei der chemischen Fotografie führt auch bei der Digitalfotografie kein Weg an der (digitalen) Dunkelkammer mittels PC und Software vorbei.

Hier eine beispielhafte und sehr vereinfachte schematische Darstellung der Bildbearbeitung für Aufnahmen, bei denen ein internes Dunkelbild gemacht wurde: Im ersten Schritt müssen die Rohbilder in ein 16-Bit-TIFF (Tagged Image File Format) oder 16-BIT-FIT umgewandelt werden. Hierfür eignen sich verschiedene Programme. Empfehlenswert ist das Programm „Photoshop CS oder CS II“ von Adobe, welches auch eine Farbstörungsreduktion und Entfernung von übrig gebliebenen heißen Pixeln bietet. Das von Canon für die Konvertierung von Rohbildern (RAW-Format) mitgelieferte Programm bleibt jedoch weit hinter den Möglichkeiten von Photoshop zurück und sollte daher nicht verwendet werden. Im nächsten Schritt erfolgt die elektronische Übereinanderlegung der Aufnahmen, dies wird auch als „Stacken“ bezeichnet. Hierfür ist eine Registrierung der Aufnahmen erforderlich, um eine Ausrichtung der Aufnahmen zu ermöglichen. Ich benutze dafür Images Plus 2.5 von Mike Unsold [7]. Auch die Umwandlung ins 16-Bit-TIFF, der Abzug von Dunkelbildern und die Flatfield-Korrektur ist mit diesem Programm möglich. Im dritten Schritt erfolgt die eigentliche Bildbearbeitung (u. a. Tonwertkorrektur, Gradationskurve, Farbbalance, unscharfe Maske etc.). Hierfür benutze ich wiederum das Programm „Photoshop“ von Adobe. Natürlich bieten auch andere Bildbearbeitungsprogramme hier entsprechende Möglichkeiten, wobei ich und viele andere Astrofotografen die besten Erfahrungen mit Photoshop gesammelt haben [8].

(Abbildung: Rosettennebel, 4 x 10 Minuten bei 800 ASA)

Fazit

Die modifizierte Canon 20 D ist hervorragend für die Astrofotografie geeignet und bietet viel Spaß und auch schnelle Erfolgsmöglichkeiten aufgrund des unkomplizierten Handlings. Die Modifikation ermöglicht die uneingeschränkte Verwendung der DSLR für alle Bereiche der Deep-Sky-Fotografie. Nachteilig ist und bleibt – auch bei einer modifizierten Canon 20 D – gegenüber den für Astrozwecke gebauten CCD-Kameras die geringere Farbtiefe von nur 12 Bit und die fehlende Kühlung des CMOS-Chips. Trotzdem kann bei der modifizierten 20 D von einer sehr gut für die Astrofotografie geeigneten Kamera gesprochen werden. Das relativ geringe Gewicht und die Unabhängigkeit von einem PC oder Notebook ermöglichen einen problemlosen Einsatz auf Exkursionen. Es macht daher viel Spaß, mit dieser Digitalkamera auf die Jagd nach Deep-Sky-Objekten zu gehen. Weitere Digitalaufnahmen und auch Tipps & Berichte rund um das Thema Astrofotografie sind auf meiner Website unter www.astrohoppe.de zu finden.

Literaturhinweise:

  [1]       Hoppe, Michael: Digitale Astrofotografie mit der Canon EOS 10 D, SuW 7/2005, Seite 76 ff.

[2]       Webseite der Firma Hutech, siehe www.hutech.com

[3]       Jung, Manuel: Eine digitale Astro-Spiegelreflexkamera, Interstellarum 44, Februar/März 2006, S. 72 ff.

[4]       Webseite der Firma Astrolumina, siehe www.astrolumina.de

[5]       Webseite der Firma Scopequipment, siehe www.scopequipment.com

[6]       Steinicke, Wolfgang: Praxishandbuch Deep Sky, Kosmos Verlag, S. 51 ff. ISBN 3-440-09779-X

[7]       Webseite der Firma Mike Unsold, Software „Images Plus“, siehe www.mlunsold.com

[8]       Lodriguss, J: Photoshop for Astrophotographers, siehe www.astropix.com