Farbe oder monochrom
Farbsensor
Sowohl monochrome, als auch Farbkameras arbeiten mit einem monochromen Chip. Der Siliziumchip wandelt Photonen in Elektronen um und kann dabei nicht unterscheiden, welche Wellenlänge das Photon hat. Damit eine Farbkamera farbige Bilder erzeugen kann, wird auf den Chip eine sogenannte Bayer-Matrix gelegt.
Cburnett, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Diese lässt je Pixel nur einen bestimmten Wellenlängenbereich (rot, grün oder blau) durch.
Cburnett, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Vier Pixel teilen sich unter einen solchen Bayer-Matrix einen Farbkanal. Eine oft verwendete Bayer-Matrix ist die RGGB-Matrix. In diesem Fall teilen sich ein roter, zwei grüne und ein blauer Pixel den Farbkanal. Es werden meist zwei grüne Pixel verwendet, da das menschliche Auge in diesem Bereich am empfindlichsten ist.
Der Grün-Anteil in Grautönen leistet beim menschlichen Auge den größten Beitrag zur Helligkeitswahrnehmung und somit auch zur Kontrast- und Schärfe-Wahrnehmung. (https://de.wikipedia.org/wiki/Bayer-Sensor)
Durch das Aufteilen auf vier Pixel sinkt die Gesamtempfindlichkeit des Kamerachips, und gegenüber einem monochromen Chip wird das Bild bei gleicher Belichtungszeit dunkler. Über verschiedene Algorithmen und Interpolationen wird aus den Informationen dann ein Farbbild generiert. Dabei muss der Software aber unbedingt mitgeteilt werden, was für eine Bayer-Matrix verwendet wurde, da es sonst zu farbfalschen Bildern kommt.
Die Verwendung von Schmalbandfiltern (engl. Narrowband-Filter) bei Farbkameras ist durch die Aufteilung in Farbkanäle etwas schwierig. Es wird nur noch ein Wellenlängenbereich durchgelassen, und zwischen den Pixeln einer Farbe liegen dann Pixel, die nicht belichtet wurden. Inzwischen gibt es für solche Fälle extra für die Farbkameras Duo Narrowband-Filter, die immerhin zwei Wellenlängenbereiche (z.B. 500 nm und 656 nm) passieren lassen. Bei den 500 nm werden die blauen und grünen Pixel belichtet und bei den 656 nm die roten.
Diese Aufnahmen können über eine Software vereinzelt werden, so dass die verschiedenen Wellenlängenbereiche besser bearbeitet werden können, um sie anschließend mit der RGB-Aufnahme zu kombinieren. So wird ein detailreicheres Bild erreicht.
Farbsensoren werden auch "single shot" RGB Sensoren genannt, da auf nur einem Sub-Frame alle Informationen enthalten sind.
Monochromer Sensor
Bei einem monochromen Sensor fällt die Farbaufteilung der Bayer-Matrix weg, und der Chip kann sein volles Potential ausschöpfen. Um aber auch bei der Verwendung eines monochromen Sensors ein Farbbild zu erhalten, müssen mehrere Aufnahmeserien erstellt werden. Die erste Serie beinhaltet das Luminanzbild. Dies gibt die Helligkeit wieder, bei dem alle Informationen meist ohne einen Filter abgelichtet werden. Es ist ein schwarz-weiß Bild, bei dem aber nicht bekannt ist, welche Farbinformation in welchem Pixel steckt.
Dafür sind noch drei weitere Aufnahmesessions nötig, bei denen jeweils ein Rot, Grün und Blau-Filter in den Strahlengang eingesetzt wird. Durch diese Filter werden die Pixel nur für diesen entsprechenden Wellenlängenbereich angeregt, und eine Farbzuordnung ist bei der anschließenden Bildbearbeitung möglich.
Falls Schmalbandaufnahmen gewünscht sind, müssen zu diesen vier Aufnahmereihen dann noch zusätzliche Aufnahmen erstellt werden, oder die Schmalbandaufnahmen werden den gewünschten Farbkanälen zugeordnet.
Fazit:
Auch wenn durch die hohe Empfindlichkeit die Belichtungszeiten der einzelnen Aufnahmeserien kürzer ausfallen können, so dass im Endeffekt eine ähnliche Belichtungszeit einer Farbkamera erreicht wird, ist der Arbeitsaufwand bei monochromen Astrokameras doch erheblich höher. Das Ergebnis sind aber kontrast- und detailreiche Bilder, die mit einer Farbkamera nur sehr schwer erreicht werden können.
Um den Einstieg in die Astrofotografie zu erleichtern, bietet es sich wegen der einfacheren Handhabung für Anfänger aber vorerst an, eine Farbkamera (Astrokamera oder DSLR) zu verwenden. Mit der Technik heutiger Farbkameras können sehr zufriedenstellende Bilder erstellt werden.