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2.2 Funktionsprinzip und Eigenschaften
2.3 Auslesevorgang und Digitalisierung
2.6 Sensibilitäts- und Helligkeitsunterschiede
3.2 Betriebsspannung - Bias-Field-Frames
3.3 Dunkelladungen - Dark-Field-Frames
3.4 Sensibilitätsunterschiede - Flat-Field-Frames
3.3 Korrektur der Dunkelladungen – Dark-Field-Frames
Zur Korrektur der Dunkelladungen kommt ein Dark-Frame (Dunkelbild) zum Einsatz. Dieses wird bei geschlossenem Kameraverschluss aufgenommen. Hierbei ist unbedingt darauf zu achten, dass die Aufnahmedauer als auch die Chiptemperatur mit den Werten der zu korrigierenden Aufnahme exakt übereinstimmen. Aus diesem Grund ist es äußerst wichtig, dass man die Kamera bei der Bildaufnahme auf eine feste Temperatur einstellen kann. Als Resultat enthält das Dark-Frame den Dunkelladungswert jedes einzelnen Pixels. Dieses Dunkelbild wird von der Aufnahme subtrahiert. Wie bereits erläutert, ist die auftretende Anzahl der Dunkelladungen je Pixel von der Aufnahmedauer sowie der Chiptemperatur abhängig.
Die Entstehung von Dunkelladungen ist allerdings niemals bei jedem Pixel exakt gleich, sondern variiert von Pixel zu Pixel nach den Gesetzen des Zufalls. Diese Unbestimmtheit der Anzahl von Dunkelladungen je Pixel nennt man thermisches Rauschen. Das Rauschen kann nicht kleiner als die Quadratwurzel seiner Größe sein. Ergibt sich aus Aufnahmedauer, Temperatur und der dabei herrschenden Dunkelladungsrate beispielsweise eine Anzahl von 100 Dunkelladungen, so beträgt das Rauschen mindestens 10 Dunkelladungen. Es ist daher nie möglich, nach der Subtraktion ein absolut reines, von Dunkelladungen unbeeinflusstes Bild zu erhalten, selbst wenn Aufnahme und Korrekturbild direkt hintereinander unter exakt gleichen Bedingungen aufgenommen werden.
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Abbildung 13: |
Benutzt man zur Dunkelladungskorrektur ein Dark-Frame, welches wie beschrieben aufgenommen wurde (-> Single-Dark-Frame), ergibt sich ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis. Der zufällige Einfluss des thermischen Rauschens ist in einem einzelnen Dunkelbild sehr hoch. Zudem können Messfehler auftreten, wie sie beispielsweise durch Cosmics hervorgerufen werden. Unter dem Begriff Cosmic Rays versteht man energiereiche, kosmische Strahlung, welche vereinzelt auf den Chip trifft und dabei eine große Menge an Elektronen freisetzt (siehe Abbildung 13). Bemerkbar machen sich diese Cosmics durch Leuchtspuren in Aufnahmen. In den betroffenen Pixeln wird ein stark überhöhter Dunkelladungswert registriert, woraufhin später bei der Korrektur einer Aufnahme ein zu hoher Wert subtrahiert würde sowie eine Erkennung von Hot-Pixeln zu fehlerhaften Ergebnissen führt. Der CCD-Chip lässt sich vor kosmischer Strahlung nicht schützen, da diese beinahe jedes Material durchdringt.
Deswegen sollte für die Korrektur ein Master-Dark-Frame verwendet werden. Für die Herstellung eines Master-Dark-Frames werden mehrere Dunkelbilder gleicher Aufnahmedauer und Chiptemperatur nach dem Verfahren der Median-Bildung gemittelt. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass Messfehler, die nur in einem Single-Dark-Frame vorkommen, eliminiert werden und das Ergebnis nicht verfälschen, wie es bei der arithmetischen Mittelung der Fall wäre. Bei Erdbeobachtungen ist die Wahrscheinlichkeit, dass während der Aufnahme einer Serie von Dunkelbildern ein Cosmic Ray zweimal die gleiche Stelle der CCD trifft, verschwindend gering. Bei der Mittelung der Werte eines Pixels ist daher nicht mehr als ein verfälschter Wert zu erwarten. Außerdem besitzen Master-Dark-Frames ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis, da der zufällige Fehlereinfluss mit steigender Anzahl der verwendeten Single-Dark-Frames reduziert wird, und sind schon aus diesem Grund einer Einzelaufnahme generell vorzuziehen.
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| Abbildung 14: Passendes Master-Dark-Frame, Aufnahmedauer 30s, Chiptemperatur -15°C. |
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Abbildung 15: |
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