Addition von Bildern und Subtraktion von Dunkelbildern

www.mondatlas.de: Version vom 8. Januar 2001, Martin Elsässer

Die Bildqualität von WebCam-Bildern wird, vor allem bei schwachen Helligkeiten, vom Rauschen und vom Eigensignal der Elektronik stark beeinflußt. Der Einfluß des Rauschens kann durch die Addition vieler Bilder zu einem Summenbild reduziert werden, da dabei das konstante Nutzsignal schneller ansteigt als das Rauschsignal. Das Eigensignal der Elektronik kann durch die Aufnahme und Subtraktion von Dunkelbildern entfernt werden. Im folgenden sollen die Auswirkungen von Addition und Subtraktion anhand einer einheitlichen Szene illustriert werden.

Addition von Bildern zur Rauschminderung

Einzelbild 3 Bilder summiert 9 Bilder summiert 27 Bilder summiert 81 Bilder summiert

Die obigen Bildausschnitte zeigen die Wirkung der Addition von Bildern auf die Bildqualität: Das stark verrauschte Einzelbild wird schon durch die Addition weniger Bilder gleichmäßiger. Die senkrechten Streifen und ein paar helle Punkte ("heisse Pixel") des Eigensignals treten aber immer deutlicher hervor (Die Aufnahmen wurden bei Raumtemperatur gemacht). Das ganze Bild ist etwas kontrastarm und hat einen leicht bläulichen Grauschleier.

CrossHistogramm aus zwei Einzelbildern CrossHistogramm aus zwei 5-fach Summenbildern CrossHistogramm aus zwei 25-fach Summenbildern CrossHistogramm aus zwei 125-fach Summenbildern

Die CrossHistogramme verdeutlichen den Einfluß der Addition von Bildern auf das Rauschen: Je schmaler der Streifen, desto geringer das Rauschen. Ein Crosshistogramm wird immer aus zwei Bildern (die hier jeweils Summenbilder sind) gewonnen und gibt an, wie stark sich die Werte einzelner Bildpunkte zwischen den beiden Bildern unterscheiden. Ein dünner Strich der Breite 1 wäre das CrossHistogramm eines rauschfreien Systems. ((Die Helligkeit der Punkte im Histogramm gibt die Häufigkeit der jeweiligen Wertepaarung X,Y an. X=Wert_eines_Pixels_im_Bild_1, Y=Wert_eines_Pixels_im_Bild_2. Um die Häufigkeiten zu ermitteln wird über das ganze Bild aufsummiert. Bei der Projektion des CrossHistogramms auf die X- bzw Y-Achse entstehen die normalen Histogramme der Einzelbilder ... Danke Loretta, noch genauer brauchen wir es nicht.))

Abzug von Dunkelbildern

Einzelbild minus Dunkelbild 3fach Summenbild minus Dunkelbild 9fach Summenbild minus Dunkelbild 27fach Summenbild minus Dunkelbild 81fach Summenbild minus Dunkelbild

Bei den obigen Bildausschnitten wurde vor der Addition jeweils ein Dunkelbild abgezogen. Das Bild ist jetzt viel dunkler, da der künstliche Hintergrund fehlt. Weder die Streifen noch die heissen Pixel sind mehr vorhanden. Das Dunkelbild selber entstand bei abgedeckter Kamera aus der Addition/Mittelung vieler einzelner Aufnahmen.

Ergebnisbilder

Dunkelbild 243fach Summenbild,
kontrastverstärkt
243fach Summenbild minus Dunkelbild,
kontrastverstärkt

Das Dunkelbild zeigt die Streifen des Hintergrundes, ein paar helle Punkte und hat einen nicht neutralen Farbton.
Das kontrastverstärkte, einfache Summenbild (aus der oberen, helleren Serie) zeigt die Streifen deutlich und hat auch eine Farbverfälschung verglichen mit dem echten Motiv.
Das kontrastverstärkte Summenbild der zweiten, dunkleren Serie, von der ja das Dunkelbild abgezogen wurde, zeigt keine Streifen und die korrekten Farben des Motivs. Die feinen Pixelstrukturen sind nicht etwa Restrauschen sondern das fast aufgelöste Druckraster des Bucheinbandes, der als Motiv gewählt wurde.

Fazit

Gerade bei schwachen Helligkeiten ist das Rauschen recht stark und sollte durch die Addition mehrerer Einzelbilder reduziert werden. Die Aufnahme und spätere Subtraktion von Dunkelbildern ist ein weiteres wichtiges Mittel zur Verbesserung der Aufnahmen. Gerade bei der Nutzung für DeepSky Aufnahmen sind diese Verfahren notwendig, da erst durch die Addition vieler Aufnahmen schwache Objekte überhaupt erreicht werden können. Zumindest die Addition von Bildern ist auch für DigitalKameras sinnvoll.

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