Was ist eigentlich … Bias?

Manchmal taucht bei Diskussionen über die Astrofotografie die Frage auf: ‚Was sind eigentlich Bias-Aufnahmen?‘. Diese Frage lässt sich genauso einfach beantworten wie die (bereits beantwortete) Frage, was Flats sind.

Für die Astrofotografie lässt sich im einfachsten Fall eine Kamera am Teleskop verwenden, ein Himmelsausschnitt für mehrere Sekunden fotografieren und fertig ist die Astroaufnahme. Mit dieser ‚quick & dirty‘-Methode kommt man schnell zu teilweise schon sehr guten Ergebnissen. Schaut man sich diese Aufnahmen aber näher an, so erkennt oft diverse Störungen im Bild. Ziel ist es immer, genau diese vorhandenen kamera- und teleskopspezifischen Störungen aus dem Bild zu entfernen, um als Ergebnis eine störungsfreie saubere Aufnahme zu erhalten.

Dank der modernen Computerunterstützung ist es heute möglich geworden, genau diese Störungen regelrecht aus der Aufnahme herauszurechnen. Voraussetzung dafür ist es natürlich, separate Informationen zu den einzelnen möglichen Störungen im Bild zu haben.

Diese Störungen lassen sich in drei Gruppen einteilen:

Helligkeitsgradienten im Bild durch die Kamera-/Teleskop-Optik

Diese werden durch die sogenannten Flats ermittelt. Dies sind unscharfe Aufnahmen, die von einem völlig gleich (!) ausgeleuchteten Hintergrund erzeugt wurden. Hierbei erkannte Helligkeitsverläufe (Helligkeitsgradienten) – die den Bildfehler verdeutlichen – werden anschließend umgekehrt aus der eigentlichen Aufnahme durch Division herausgerechnet, so dass eine völlig gleichmäßig belichtete Aufnahme entsteht.

Störungen im Kamerachip durch zusätzlichen lichtunabhängigen Elektronenfluss

Durch temperaturbedingte Bewegungen der Atome im Kamerachip werden zusätzliche Elektronen pro Pixel freigesetzt – unabhängig von der eigentlichen Aufnahme. Zum Ausgleich nimmt man sogenannte Darks auf, das sind Aufnahmen, die bei geschlossenem (!) Kameraverschluss mit gleicher Belichtungsdauer und bei gleicher Temperatur wie die eigentliche Aufnahme gemacht werden. Durch Subtraktion entfernt man anschließend genau diese Störungen aus der eigentlichen Aufnahme.

Störungen in der Kamera-Elektronik beim Auslesen der Bildinformationen

Bereits beim Auslesen der in einem Pixel gesammelten Informationen kommt es zu systematischen (das heißt reproduzierbaren) Störungen, die sich im Bild als Hintergrundrauschen äußern. Da diese Störungen nur beim Auslesen entstehen und unabhängig von der Aufnahmedauer sind, macht man hierfür Aufnahmen mit der kürzest möglichen Belichtungsdauer der Kamera bei geschlossenem Verschluss. Dies bezeichnet mal als Bias oder Bias Aufnahmen.

Um statistische Effekte herauszumitteln und Ausreißer (die z.B. durch Höhenstrahlung verursacht wurden) vollkommen zu entfernen, werden 50 bis 100 solcher Aufnahmen erstellt und mit geeigneten Verfahren (Median-Bildung) zusammengeführt. Durch Subtraktion werden anschließend auch diese Störungen aus der Kamera-Elektronik aus dem Bild entfernt.

Programme wie z.B. Deep-Sky-Stacker haben diesen gesamten Vorgang weitgehend automatisiert. Hier können (fast) beliebig viele Lights (Originalaufnahmen), Darks und Bias angegeben werden und das Programm errechnet anschließend daraus eine saubere und weitgehend störungsfreie fertige Aufnahme.