Monochrom oder Farbe?
Wer sich mit dem Thema Astro-Fotografie beschäftigt, der wird schnell zwei grundsätzlich unterschiedliche Ansätze finden. Einmal gibt es den klassischen Ansatz mit monochromen Kameras und entsprechenden Filtern, zum anderen den Einsatz von Farbkameras.
Neueinsteigern empfehle auch ich für die ersten Schritte den Einsatz einer Farbkamera. Das kann gerne eine existierende Fotokamera (vorzugsweise ohne Spiegel) oder auch eine spezielle Astrokamera sein. Erst wenn mit einem solchen Setup die ersten Aufnahmen entstanden sind und Erfahrung mit diesem Setup und den Abläufen gesammelt wurden, kann auch gerne über ein Upgrade auf eine monochrome Kamera nachgedacht werden.
Ganz grundsätzlich kann ein Setup um eine monochrome Kamera schärfere Bilder liefern, sofern dies das Teleskop und die jeweiligen Sichtbedingungen zulassen. Entsprechend sind die Anforderungen an das restliche Setup höher, um dieses Potential auch nutzen zu können. Die Ergebnisse werden jedenfalls nicht automatisch besser, nur weil eine monochrome Kamera zum Einsatz kommt.
Eine Farbkamera ist zunächst pflegeleichter und liefert immer sämtliche Farbinformationen im Bild. Allerdings produziert sie aufgrund der vorgeschalteten Bayer-Maske effektiv nur ein Viertel der Pixel einer ansonsten baugleichen monochromen Kamera. Bei der Verarbeitung der Sensordaten werden die Farbinformationen auf benachbarte Pixel verteilt, sodaß die scheinbare Pixelmenge identisch erscheint. Tatsächlich ist die Farbinformation allerdings um den Faktor 2 hochskaliert und die Helligkeit gemittelt, entsprechend erscheint ihr Bild weniger scharf.
Mit Blick auf die Farbreinheit hat eine Farbkamera klare Nachteile, da die verbauten RGB Filter für die Tageslichtfotografie optimiert sind und eher dem menschlichen Sehvermögen entsprechen. Die Farbfilter einer monochromen Kamera haben keine Überlappungen und sparen teilweise sogar bewusst manche Lichtarten aus, wie z.B. das von Natriumdampf-Lampen, welches bei Astro-Fotografie eher keine Rolle spielt, aber oft als Lichtverschmutzung existiert. Für Farbkameras gibt es wiederum spezielle Filter zur Reduktion von Lichtverschmutzung oder sogenannte Dual-Schmalband-Filter, welche gleichzeitig nur die im All häufig vorkommenden Spektren von Wasserstoff (H-Alpha) und Sauerstoff (O3) durchlassen.
Möchte man mit einer Farbkamera sowohl RGB als auch die H-Alpha- und O3-Linien fotografieren, benötigt man genau zwei Belichtungsreihen. Möchte man das Gleiche mit einer monochromen Kamera erreichen, werden mindestens fünf Belichtungsreihen benötigt, nämlich Rot, Grün, Blau, H-Alpha und O3. Gerne wird auch noch die Luminanz aufgenommen (hilft bei Dunkelnebeln) und manchmal auch noch Schwefel (S2), macht also sieben. Neben den Light Frames werden für alle eingesetzten Filter dann auch noch entsprechende Flats benötigt (mehr Infos dazu gibt es in meinem Astro Glossar).
Die von einer monochromen Kamera gelieferten Bilder wollen natürlich auch verarbeitet werden, dies ist sowohl beim Speicherplatz als auch bei der Leistung des Rechners zu beachten. Selbst wenn am Ende nur eine normale Farbaufnahme herauskommen soll, müssen die separat aufgenommenen Farbkanäle kombiniert werden. Die höhere Flexibilität erkauft man sich mit einem höheren Aufwand in der Aufbereitung der Aufnahmen.
Während die Verarbeitung monochromer Daten grundsätzlich einen höheren zeitlichen Aufwand darstellt, lassen sich mit einer monochromen Kamera bei einer ähnlichen Gesamtbelichtungszeit vergleichbare und möglicherweise leicht bessere Ergebnisse realisieren, als mit einer Farbkamera. Allerdings läuft man Gefahr, nach dem Umstieg auch schwierigere Objekte einfangen zu wollen, sodaß sich die Zeit unter dem Sternenhimmel eher signifikant verlängern wird.
Auch sind die Mehrkosten einer monochromen Ausrüstung zu beachten. Nicht nur dass monochrome Kameras, aufgrund der niedrigeren Produktionszahlen der Sensoren, signifikant teurer sind als baugleiche Farbkameras, es kommen in jedem Fall noch die Kosten für ein Filterrad und einen Satz Filter hinzu. In der Summe ist mit Mehrkosten von EUR 1500-3000 zu kalkulieren, stark abhängig von den gewünschten Filtern.
Für eine Entscheidung spielen aber auch noch andere Dinge eine Rolle. Für welchen Zweck sollen diese Aufnahmen entstehen? Für eine Darstellung auf dem Monitor oder Smartphone liefert auch eine Farbkamera ausreichend Pixel, um eine ordentliche Darstellung in einer 4k Auflösung zu ermöglichen.
Nicht vergessen werden sollten auch die Aufnahmebedingungen. Da bei einer monochromen Kamera die Grundfarben naturgemäß separat aufgenommen werden, müssen auch die Sichtbedingungen konstant bleiben, um die Farbkanäle später sauber kombinieren zu können. Da sich die Erde unter dem Sternenhimmel wegdreht und man im Laufe der Nacht durch unterschiedliche Luftschichten fotografiert, ist dies nicht immer gut zu realisieren. Bei unklarer Wetterlage lassen sich mit einer Farbkamera Aufnahmen anfertigen, solange es eben geht. Bei einer monochromen Kamera fehlt schlimmstenfalls ein ganzer Farbkanal.
Zumindest für RGB habe ich mir inzwischen angewöhnt, die Filter durchrotieren zu lassen, um eine homogene Verteilung in den Farbkanälen zu bekommen. Auch lässt sich bei unklarer Wetterlage solange fotografieren, wie es die Situation zulässt, also ähnlich wie mit einer OSC. Die Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Fokuslage bei allen Filtern identisch ist.
Wer sich mit größeren Brennweiten auf Galaxien spezialisiert, ist mit einer Farbkamera eventuell besser beraten. Bei diesen verhältnismäßig hellen Objekten können monochrome Kameras ihre Vorteile kaum ausspielen. Zusätzliche Investitionen gehen besser in die Optik und die Montierung.
Für farbige Aufnahmen der Planeten unseres Sonnensystems oder des Mondes rate ich definitiv zu einer Farbkamera, die separat aufgenommenen Farbkanäle einer monochromen Kamera lassen sich im Anschluß kaum brauchbar kombinieren. Für eine Schwarzweißaufnahme mit einem Schmalbandfilter im Infrarot kann eine monochrome Kamera allerdings wiederum vorteilhaft sein, doch dies ist vermutlich eher eine Spezialanwendung.
Wer hingegen Gefallen an Emissions- und Dunkelnebeln findet, wird sich früher oder später eine monochrome Kamera wünschen. Diese sammelt insbesondere mit Schmalbandfiltern mehr Licht bei gleichzeitig geringerem Rauschen und nur mit dieser ist dann auch die Aufnahme des sogenannten Luminanz-Signals möglich.
Die folgenden zwei Beispiele zeigen einige Unterschiede zwischen diesen Systemen sehr deutlich:
Farbkamera (30x180s, 1,5h)
Monochrome Kamera (3x17x120s R/G/B, 1,7h)
Beide Aufnahmen entstanden mit weitgehend der gleichen Belichtungszeit, dem gleichen Sensor (Sony IMX571, bei der OSC entsprechend mit Bayer-Maske), dem gleichen Teleskop (TSQ-100ED, 580mm, f/5.8 APO Refraktor) und wurden mit einem einheitlichen Workflow bearbeitet. Da die Subs in der Farbaufnahme 50% länger belichtet wurden, erscheinen insbesondere die helleren Sterne tendenziell größer.
Im direkten Vergleich besonders auffällig sind die unterschiedlichen Farben. Während die Bayer-Maske einer Farbkamera darauf abgestimmt ist, dass eine terrestrische Aufnahme am Monitor unserem Sehempfinden entspricht, differenzieren die RGB-Filter einer monochromen Kamera nach Wellenlängen ohne Überlappungen. So bekommt bei der Farbkamera eben auch der grüne Kanal noch ein paar H-Alpha Photonen ab, sodaß diese Gebiete ein wenig gelblich erscheinen. Existieren auch noch Sauerstoff Photonen, wie hier im Kernbereich, erscheint dies bei dem Farbsensor schon fast grau, während in dem reinen RGB-Bild der Mono-Kamera sich durch die additive Farbmischung aus rot und blau ein eher violetter Farbton ergibt.
In der starken Vergrößerung rechts oben fällt zudem auf, dass es in der RGB Aufnahme deutlich kleinere und schärfer abgegrenzte Sterne gibt. Ähnlich sieht es mit dem Farbrauschen aus. Während bei der RGB Aufnahme dieses Rauschen pixelweise auftritt, erscheint es bei der Farbaufnahme ein wenig verwaschen. Diese generelle Unschärfe bei Farbkameras ist der Verrechnung der Bayer-Maske geschuldet und entsprechend unvermeidbar.
Das Ganze wird noch komplizierter, wenn man mit der monochromen Kamera und Schmalbandfiltern auch die typischen Emissionslinien von Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel einfängt. Dann hat man einmal die Möglichkeit, diese Ebenen mit ihren natürlichen Farben in das Bild zu setzen, oder ein gänzlich anderes Farbschema zu wählen, um beispielsweise feine Details besser herauszuarbeiten.
Ein wenig mehr zu dem Thema gibt es bei meiner Aufnahme vom Herznebel.
Und zum Abschluß noch einmal die vollständige Aufnahme des Seelennebels samt Schmalbanddaten, wie es vermutlich nur mit einem monochromen Setup zu realisieren ist: