Offset
Mit einem voreingestellten Offset-Wert soll vermieden werden, dass Pixelwerte durch das Ausleserauschen bei schwachen Objektsignalen unterhalb der absoluten Empfindlichkeitsschwelle des Pixels liegen. Unterhalb dieser Schwelle werden die Werte von der Kamera als ‚Null‘ gewertet und damit auf dem Bild komplett schwarz erscheinen.
Anders ausgedrückt: Trifft ein sehr schwaches Objektsignal auf ein Pixel bei dem starkes Ausleserauschen vorherrscht und liegen beide Werte in der Addition unter der Empfindlichkeitsschwelle des Pixels, bleibt der Pixelwert bei ‚Null‘ und das Objektsignal ist ‚verloren‘. Die negativen Anteile des Rauschens vernichten das schwache Objektsignal. Es wird also trotz Objektsignal kein Wert vom ADC generiert. Um diesen Effekt zu vermeiden, wird ein Offset-Wert (eine gewisse Anzahl an Elektronen) während der Digitalisierung durch den ADC zum Signal dazu addiert, so dass jedes Pixel einen erhöhten Wert bekommt, der bei der späteren Kalibrierung wieder abgezogen wird.
Bei DSLRs ist ein solcher Offset schon fest voreingestellt, bei CMOS Astrokameras kann dieser manuell eingestellt werden.
(Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=jRoVNht3csk)
Der Zahlenwert des Offsets ist nicht der direkte Zahlenwert des ADU-Werts (Signalwert), sondern ein Faktor, der bei einer gewissen Verstärkung (Gain) einem bestimmten ADU-Wert entspricht.
Eine in Foren verwendete Formel, um den Offset in Abhängigkeit des Gain zu berechnen lautet:
Quelle: https://forum.astronomie.de/threads/meine-asi-1600-ist-da-hilfe.273271/
Bei einem Gain von 120 sollte ein Offset von 20 gewählt werden. Dies ist aber nur ein Richtwert. Der Wert kann auch etwas höher eingestellt werden.
Für die Wahl des Offsetwerts, gibt es verschiedene Vorgehensweisen. Einerseits kann die Differenz von einem Dark-Frame (Dunkelbild) und einem Bias-Frame (Offsetbild) bestimmt und dabei darauf geachtet werden, dass es keinen Wert von 0 ADU gibt. (Genauere Informationen zu diesen Bildtypen werden in dem Abschnitt (Bias, Darks, Flats und Darkflats) behandelt.)
Eine schnellere Methode ist, dass ein Bias-Frame erzeugt wird, bei dem anschließend das Histogramm (Tonwertkurve) ausgewertet wird. (Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=jRoVNht3csk) Ein Bias-Frame ist die kürzest mögliche Belichtungszeit der Kamera und liegt meist im µs-Bereich. In dieser Aufnahme ist dann der Offset-Wert und das Ausleserauschen zu sehen. Daher wird der Bias-Frame auch oft als Offsetaufnahme bezeichnet.
Ein Histogramm ist die Bildstatistik einer Aufnahme, bei der die ADU-Werte über die Anzahl Pixel aufgetragen werden und damit gezeigt wird, wie häufig welche Grautonwerte im Bild vorkommen.
Die Idee hinter dieser Vorgehensweise ist folgende Annahme: Wird durch den Offset erreicht, dass beim Bias-Frame alle Pixel einen ADU-Wert haben, werden auch bei allen Einzelaufnahmen Werte vorhanden sein. Diese haben durch die längere Belichtungszeit mehr Rausch- und Signalwerte und werden auf jeden Fall erkennbar sein.
(Bilder stammen von einem eigenen Bias-Frame und wurden mit dem Programm PixInsight ausgewertet.)
Durch dieses Verfahren kann schnell ein Offset für die eigenen Kameraeinstellungen ermittelt werden. Sobald die Tonwertkurve vom linken Rand nicht mehr abgeschnitten wird, ist der Offset in Ordnung.