Warum ist Fokussieren so kompliziert?

    Diese Seite verwendet Cookies. Durch die Nutzung unserer Seite erklären Sie sich damit einverstanden, dass wir Cookies setzen. Weitere Informationen

    • Warum ist Fokussieren so kompliziert?

      Hallo zusammen,

      aus gegebenen Anlass möchte ich mal ein wenig zum Thema Fokussieren erläutern.

      Einstieg ist der Beitrag von Michael alias astromr in mic's Mars 29.11.09


      Hallo Michael,

      "astromr" schrieb:

      Dass ich vom Stern selbst kein Detail erkenne, ist mir schon klar. Aber der Stern ist ja für unsere Betrachtung hier punktförmig. Ein Punkt an sich ist ein Detail, auf das ich sehr gut scharf stellen kann, denke ich.

      Ja, das denkst du eigentlich zurecht - kurz betrachtet.

      Aber das Fokussieren von Sternen und besonders Planeten ist wirklich nicht so einfach, wie man sich das manchmal so vorstellt. Das hat sehr viele Gründe und ist auch von diversen Umständen abhängig. Ich will auf wenige wichtige eingehen.

      Schon am Stern tut man sich damit eigentlich eher schwer - auch mit Liveview, ob nun am PC oder an einer DSLR. Deswegen gibt es ja so unzählige "Fokussierhilfen", die mehr oder weniger helfen :!:
      ZB schaffe ich es kaum, am Newton mit 650mm Brennweite mit einer 2-Loch-Blende einen hellen Stern durch den Sucher der EOS vernünftig für Fotografie scharf zu stellen. Das gelingt mir durch den Sucher ohne diese Blende viel besser. Warum? Ganz einfach: Die Blende nimmt enorm viel Licht weg, sodass die beiden Punkte, die man mit einer solchen Blende sieht, sehr schwach werden. Jetzt müssen diese beiden Punkte genau übereinander zum liegen kommen. Aber das ist für mich sehr schwer zu beurteilen wegen der geringen Helligkeit. Und ruck zuck ist der Stern auf dem Bild unscharf. Gerade erst wieder live gehabt. Die Blende nützt mir also nicht.
      Jede Blende vor der Optik (auch eine Bahtinovmaske) nimmt mindestens ca 50 % vom Sternenlicht weg. Eine 3-Loch-Blende schafft es auf ca 60 -70 %. Von einer 2-Loch-Blende ganz zu schweigen.

      Einfacher scheint es, den "Punkt" zu beurteilen. Problem: Die Kamera (genauer der Dioptrienausgleich am Sucher) muss ziemlich genau auf das Auge eingestellt werden, da das Auge ja auch ein Linsensystem ist und "mitfokussiert". :!: Zur Orientierung helfen da die AF-Messfelder auf der Mattscheibe - naja, jedenfalls war es früher eine Mattscheibe :D .

      Natürlich gelingt es dann so einigermaßen den Fokus an Sternen zu "treffen". Aber sicher ist man nie wirklich. Da ist einfach der Unsicherheitsfaktor "Auge" mit dabei. Wirklich sicher kann man nur sein, wenn man zuverlässige "Schärfeindikatoren" hat. Das kann eben eine Maske oder auch ein Probefoto sein, wobei letzteres am Aufwendigsten aber mit Sicherheit am zuverlässigsten ist (Thema Kamera-Justage :!: )

      Die verwendete Optik spielt eine nicht unwesentliche Rolle beim Fokussieren. :!:
      Die meisten Sternaufnahmen werden wohl mit eher kürzeren Brennweiten gemacht. Ich denke da an Brennweiten bis ca 1000mm. Je nach Öffnungsverhältnis treffen sich nun die äußersten Lichtstrahlen, die vom Objektiv im Brennpunkt landen, in einem bestimmten Winkel im Brennpunkt. Dieser Winkel ist direkt vom Öffnungsverhältnis abhängig.

      Bei einem System mit F/5 beträgt der Winkel der äußersten Strahlen zueinander auf der optischen Achse ziemlich genau 11,42° was bedeutet, dass die äußersten Strahlen in einem Winkel von 5,71° auf die Mitte des Chips treffen.
      Das ist schon ein sehr moderater Winkel, um relativ gut visuell fokussieren zu können. Denn man kann ziemlich gut beurteilen, wann der Stern ein "Punkt" ist, weil man durch die doch große Spreizung des Winkels beim Fokussieren "sehr schnell" einen aufgeblähten oder eben einen punktförmigen Stern hat.

      Die Abbildung unten zeigt das nochmal. Rechts das rote soll die Bildebene sein, links schematisch eine Linse mit 40mm. In Gedanken die Bildebene mal nach links bewegen - man ist ziemlich schnell in einem Bereich außerhalb des Schnittpunktes der Randstrahlen => der Stern wird schnell matschig.



      Man sieht aber auch sehr deutlich, dass der Fokusbereich sehr kurz ist :!: Allerdings fällt das bei "kleinen Optiken" (Fotoobjektive) kaum ins Gewicht, da dort die Sterne eh sehr klein abgebildet werden. Bei Großen Öffnungen allerdings, die dann bei F/5 auch höher vergrößern, sieht das dann etwas anders aus. :wink:

      Nun kann sich bestimmt jeder vorstellen, was bei F/10 passiert: Genau, die Winkel werden spitzer.
      Beispiel F/10:



      Wenn man jetzt die rote Bildebene verschiebt, ist man nicht mehr so schnell bei einem matschigen Stern - der Abstand der Randstrahlen ändert sich viel langsamer :!:
      Das bedeutet im Klartext, dass es durch die viel langsamere Änderung des Sterndurchmessers im Sucher der Kamera oder auf dem Livebild schwierig wird, eine Aussage über dessen wirkliche Punktförmigkeit treffen zu können, ohne zu 40-70 % daneben zu liegen. Da leiert man ewig rum und es scheint nie wirklich zu passen :( Das ist wirklich so ohne Fokussierhilfe. Auch am Bildschirm.

      Jo, langer Text. Geht ja noch etwas weiter :wink:

      Kommen wir kurz noch zum Mars von Micha.
      Die Aufnahme wurde bei F/20 gemacht :shock: Der Auftrittswinkel der Randstrahlen auf die Bildebene beträgt auf der optischen Achse jetzt 1,43°.
      Jetzt noch ein bisschen Wind, Seeing etc., dazu noch ein relativ dunkles und kleines Objekt - aber noch immer größer an scheinbarer Ausdehnung als jeder Stern am Himmel (außer Sonne :mrgreen: ). Ein Stern verkommt unter diesen Bedingungen zu einem matschigen Waberfleck, an dem man kaum noch was sicher beurteilen kann. Nicht nur deswegen funktioniert ein Fokussieren am Stern nicht, um Planeten mit Details ablichten zu können.

      Und wie schon erwähnt: Eine Maske könnte :!: helfen. Aber Mars ist nicht so hell wie zB Jupiter. Man müsste das mal ausprobieren, ich hab da aber nicht so die Hoffnung.

      So, das war zwar lang, aber lange noch nicht alles. Da fehlt noch soooo viel :mrgreen: . Aber ich hoffe, dass die Problematik nun etwas klarer geworden ist.
      Ein Versuch war es Wert :mrgreen:

      Viele Grüße
      Matthias

    • Re: Warum ist Fokussieren so kompliziert?

      Hallo Matthias,

      danke für Deine aufwändige Erklärung, die den Sachverhalt sehr gut darstellt - ich hab's jedenfalls kapiert, was Du sagen willst.

      Ich gehe beim Fokussieren aus den von Dir genannten Gründen deshalb immer so vor (kleiner Praxisbericht):
      1. Teleskop Vorbereiten (Justieren, GoTo kalibrieren).
      2. Hellen Stern in der Nähe meines Zielobjekts aufsuchen.
      3. Kamera an das Teleskop, grob nach Markierung am OAZ fokussieren, am hellen Stern exakt scharfstellen. Dazu hab ich mir eine Bahtinov-Maske gebastelt. Die nimmt tatsächlich sehr viel Licht weg, aber am hellen Stern ist das Fokussieren auch damit möglich.
      a) Ich stelle meine 1000D auf LiveView, Manuell Bulb-Modus, die ISO-Zahl auf die maximalen 1600. Dadurch wird der Stern möglichst Hell im Live-View. Dann auf 10fach vergrößern.
      b) Durch die Bahtinov-Blende sehe ich 6 Spikes am Stern, drei jeweils an einer Seite. Die Spikes sollen idealerweise alle durch das Zentrum des Sterns gehen und symmetrisch sein. Das lässt sich an einem hellen Stern relativ gut feststellen.
      4. Zielobjekt anfahren - mit GoTo klappt das ja. Das Zielobjekt kann jetzt ja auch ein Planet sein, so meine Annahme.
      5. Testaufnahmen wegen Bildausschnitt. Wenn ich die Kamera rotieren muß, fange ich nochmal bei Schritt 3 an, weil sich dadurch der Fokus durch leicht andere Klemmung ändern kann.
      6. Ziel-ISO und Timer einstellen, Display ausschalten und los gehts.

      Ohne LiveView kann man das ganze natürlich auch mit Testaufnahmen machen, wie von Dir beschrieben, dauert halt nur länger. Die Gefahr ist allerdings, dass bei schlechtem Seeing so ein "Schnappschuß" nur einen zufällig guten Fokus voräuscht.

      Bei mir ist die Hauptoptik allerdings ein 200mm f/4,5 Newton, der dadurch schon recht helle Sterne macht. Ob das bei langsameren Optiken auch so gut klappt, weiß ich nicht.

      Könnte das nicht so auch für Planeten funktionieren?

      Starker Wind macht das Scharfstellen auch mit der Bahtinov-Maske schwieriger, weil die Spikes nicht mehr so klar und ruhig stehen. Das ist ganz analog zu den Planetenbildern, die dann wabern. Nichts desto trotz kann man die "Aufenthaltswahrscheinlichkeit" des mittleren Spikes bestimmen. Liegt sie im Zentrum der beiden seitlichen, so ist man im Fokus. Schreibt sich jetzt natürlich leichter, als es ist. :mrgreen:

      Aber wenn die Luft so unruhig ist, dass ich nicht mal mehr mit der Bahtinov-Maske fokussieren kann, dann ist meiner Meinung nach auch kein sinnvolles fotografieren mehr möglich, weil dann natürlich auch alle Fotos unter den schlechten Bedingungen leiden, auch wenn der Fokus 100%ig getroffen wurde.

      Um jetzt nochmal den Bogen zu Michas Post zu machen: Genau da finde ich halt, ist nicht der Fokus dran schuld, sondern das Seeing oder das unruhige Teleskop bei Sturm.

      Jetzt könnte es höchstens sein, dass die WebCam auch bei diesen Bedingungen noch ein paar gute Fotos schafft, wenn das Teleskop gut fokussiert wäre (was aber ja in der Annahme nicht praktikabel ist). Da habe ich halt keine Erfahrung dazu, hätte das aber jetzt eher bezweifelt. Liege ich damit falsch?

      Dass dann trotz alledem noch ein Bild herauskommt, bei dem man Strukturen am Mars erkennt, verdient Beachtung! :gut,,:

      Viele Grüße
      Michael
      Der Weg ist das Ziel!

    • Re: Warum ist Fokussieren so kompliziert?

      Hallo Michael,

      "astromr" schrieb:

      Bei mir ist die Hauptoptik allerdings ein 200mm f/4,5 Newton, der dadurch schon recht helle Sterne macht. Ob das bei langsameren Optiken auch so gut klappt, weiß ich nicht.

      Könnte das nicht so auch für Planeten funktionieren?

      Das weiß ich nicht. Es käme auf einen Versuch an.

      Hast du schon mal einen Planeten via WebCam auf dem Bildschirm gehabt?
      Jupiter zB hat je nach Einstellungen einen Durchmesser bis zu ca 3 cm. Das ist heftig und man sollte meinen, dass man da doch ordentlich visuell fokussieren kann - aber das ist nicht wirklich so, eben weil man ständig um den wahren Fokus rumeiert.
      Bei der Größe wird außerdem die Helligkeit des Jupiter "schwächer" - also nicht wirklich, aber man ändert durch Vergrößerung die Helligkeit je Flächeneinheit - und das ist das nächste Problem. Ob da mit einer Bahtinovmaske noch die erforderlichen Spikes zu sehen sind :?: :G:EEE

      Wie gesagt, es kommt auf einen Versuch an.
      Einen hellen Stern hat man immer mal irgendwo, den man vielleicht anpeilen könnte. Aber da sind wir beim nächsten Problem:

      Micha wie auch ich nutzen ein C8 für Planeten. Bei mir kommt evtl. noch ein 150er MAK dazu. Das Problem heißt: Spiegel-Shifting. Es kann beim Fokussieren und auch bei einer Lageänderung des Teleskopes auftreten - sicher ist man sich eher selten. Im schlimmsten Fall kippt der HS während einer Langzeibelichtung, wenn durch die Nachführung das Teleskop langsam in eine andere Lage gebracht wird.
      Das kann auch beim Schwenken von einem hellen Stern zurück zum Planeten geschehen :shock:

      Weiter: Die Geräte werden normaler Weise dann kollimiert, wenn der HS zuvor in Richtung extrafokal (also zur Öffnung hin) bewegt wurde. Also wird auch in diese Richtung das Objekt fokussiert - man kann also nicht einfach hin- und herdrehen, wenn man gute Ergebnisse haben und die Kollimation ausnutzen möchte. Es gibt immer nur eine Richtung zum Fokussieren - und wenn man da dann über den Fokus drüber ist, fängt man von vorne an.
      Abhilfe kann ein OAZ bringen, den ich zB nicht dran habe. Aber selbst ein OAZ shiftet, und kollimiert muss dann auch mit dem OAZ werden. Damit ist auch schon gesagt, dass auch ein Wackel-OAZ so einiges vernichten kann. Wichtig ist deswegen, den OAZ nach dem Fokussieren zu klemmen, und den Fokus nochmal zu kontrollieren. Auch die Justage eines Teleskopes sollte meiner Meinung nach mit geklemmten OAZ (NICHT den Laser zB :!: ) in Fokusnähe geschehen (alles, was einen OAZ hat).

      Das alles soll natürlich niemanden davon abhalten, selbst auch Erfahrungen zu machen. Aber ein paar Tips können vielleicht helfen, Fehler zu vermeiden oder zu finden :wink:

      Viele Grüße
      Matthias

    • Re: Warum ist Fokussieren so kompliziert?

      Hallo Matthias,

      zuerst mal muß ich mich schon wieder korrigieren, mein Newton ist natürlich ein 900mm f/4,5. Habs erst in deinem Quote bemerkt... :oops:

      Einen Planeten hatte ich noch nicht auf der WebCam, nur den Mond. Planeten waren nur auf meiner EOS 1000D. Dass der Jupi da 3cm bekommt, hätte ich echt nicht gedacht. Aber bei so einer hohen Vergrößerung wird das Bild natürlich auch im 100% Fokus unschärfer, und da verstehe ich dann schon, dass das Fokussieren schwierig wird.

      Bahtinov am Jupiter kann man sicherlich vergessen, weil er ja keine Punktquelle ist. Da muß unbedingt ein Stern her. Der darf natürlich nicht weit weg vom Zielobjekt sein.

      Dass Ihr beide ein SC verwendet, war mir oben gar nicht bewusst. Das Spiegel-Shifting kenne ich auch nur vom hören-sagen. Macht die Sache natürlich auch nicht leichter.

      Das Kippen des HS kenne ich vom Newton zwar auch, aber da fiel es mir bisher eigentlich nur beim Meridian-Schwenk auf. Drum bleib ich bei meinen ernsthaften Aufnahmeversuchen eigentlich immer auf der Seite vom Meridian, auf der ich auch Kollimiert und Fokussiert hab. Das macht die Sache deutlich einfacher und leichter reproduzierbar. Bei dem Plejaden-Bild hab ich zwar eine Ausnahme gemacht, aber das merkt man dann auch in der vollen Auflösung, weil die Sterne in den Ecken eiern -> Kollimation verloren gegangen.

      Der Tipp, den OAZ zum Kollimieren zu klemmen, muß ich mir merken, das könnte einiges bringen - mir fiel das in der Vergangenheit auch immer auf, dass die Klemmung vom OAZ z.B. auch den Fokus verändern kann. Manchmal muß ich daher den Fokus absichtlich etwas falsch legen, damit er dann durch die Klemmung passend gemacht wird :? Liegt wohl an der Qualität meines OAZ... :(

      Bei der Justage beim Newton habe ich auch schon verschiedenste Meinungen gehört. Die einen sagen, Teleskop wagrecht, OAZ nach oben und nicht klemmen. Die anderen klemmen doch und stellen das Teleskop in Zielrichtung. Ich finde, die Position vom Teleskop weicht in waagerechter Position stark von der Aufnahmeposition ab und kann die Kollimation schon beeinflussen. Ich muß dazu sagen, dass mein Leichtbau-Newton schon eine ziemlich biegsame Angelegenheit ist. Auch ein Faktor, der für meine Eiersterne mitverantwortlich ist. Über eine Serie von 2 Stunden verschieben sich meine Bilder immer um ein ganzes Stück. Und genau um die Verschiebung pro Bild werden dann meine Sterne in die Länge gezogen. Aber das ist ein ganz anderes Problem. Jedenfalls bin ich dazu übergegangen, den Newton in etwa bei Aufnahmeausrichtung zu kollimieren, indem ich den Laser klemme, allerdings so, dass er plan auf der Hülse bzw. auf dem Reduzierstück aufliegt, in der/dem er steckt. Das ist zwar nicht leicht zu bewerkstelligen, aber ich krieg es meist einigermaßen hin. Da bin ich aber auch immer noch am optimieren. Wenn ich es ganz gut machen will, dann hänge ich währenddessen sogar noch meine Kamera an den OAZ, um eine mögliche Verkippung mit zu berücksichtigen.

      Dein Beitrag hat mir mal wieder gezeigt, dass man nicht immer von sich auf andere schließen darf, hier in Bezug auf das Handling beim verwendeten Teleskop. Ich mache mir da noch viel zu wenig Vorstellungen, wie das bei anderen Teleskopen funktioniert. Gut, dass wir darüber gesprochen - äh, geschrieben haben ;)

      Viele Grüße
      Michael
      Der Weg ist das Ziel!

    • Re: Warum ist Fokussieren so kompliziert?

      Hallo Michael,

      "astromr" schrieb:

      Dass der Jupi da 3cm bekommt, hätte ich echt nicht gedacht

      Ich bitte um Vorsicht mit meiner Aussage: 3cm sind wirkilch heavy und extrem. Bitte nicht verallgemeinern. Aber auch die Hälfte ist schon schwierig zu fokussieren.

      Ich selbst habe alles probiert. Fazit ist noch nicht ganz klar. Es scheint jedoch, dass ein kleines Scheibchen besser zu fokussieren ist.

      So weit erst mal, da ich jetzt eigentlich arbeiten sollte :oops:

      Viele Grüße
      Matthias

    • Re: Warum ist Fokussieren so kompliziert?

      Moin Matthias

      Man , da haste dir ja Mühe gegeben.

      Was ist denn mit den elektronischen Helferlein?

      QGVideo ist ein Aufnahmeprogramm für die ALCCD5.
      Eine Funktion ist das Fokusfenster:



      Je besser der Fokus , desto steiler sind die Flanken der Spitzen.
      (glaube ich zumindest..)

      Gibts denn sowas auch in den gängigen Aufnahmeprogrammen der
      Toucams und wie verlässlich ist sowas?

      Als zweites möchte ich noch von dem CLS-Filter meiner 1000D erzählen.
      Wenn intrafokal der Fokus nicht passt , bekommen die hellen Sterne rote
      Ränder.Bei Extrafokal werden die Ränder türkisfarben.Dazwischen liegt
      ein Bereich , wo der Fokus passt.
      Wenn jetzt eine Fokussiermaske (Filter 1,25"?) auch diese Eigenschaften hätte ,
      dann könnte man ja beim Fokussieren am Laptop ein Histogramm einblenden ,
      und solange fokussieren , bis das RGB stimmt?
      Klingt gut(theoretisch) , aber wie ist da deine Erfahrung?

      CS

      Jürgen

      Edit:Passage eingefügt
      CS schreibe ich nicht mehr , denn das heisst CyberSex im Inet
      Darüber könnte man ja mal diskutieren

      freien Himmel

      wünscht

      Jürgen

    • Re: Warum ist Fokussieren so kompliziert?

      Hallo und einen schönen Nikolaustag! Ich hoffe, die Stiefel waren schön blank und da ist jetzt ordentlich was drinne :wink:
      Zum Thema möchte ich als direkt betroffener auch noch meine 3 Groschen dazugeben!
      Als erstes möchte ich sagen, dass das Fokussieren von DS-Objekten und Planeten wie die Aufnahmetechnik sicherlich nicht zu vergleichen sind.
      Ich kann hier nur über die Mond / Planeten-Bildgewinnung mit der Webcam schreiben. Die gute Bahtinovmaske bringt hier überhaupt nichts, habs ausprobiert.
      Am Jupiter war gar kein Beugungsbild zu sehen, nur eine abgedunkelte Planetenscheibe :?

      Mein Kampf mit dem Fokus ist fast immer gleich: Ich lasse die Planetenscheibe etwas überbelichtet und versuche, den geringsten Planetenscheibendurchmesser einzustellen. Ist der Planet nicht ganz im Fokus, wird der Durchmesser der scheibe ja durch die Beugungsringe größer.
      Das ist der erste Schritt, der optimale Fokus aber noch lange nicht erreicht.. Dann kommts drauf an: Bei Jupiter und Saturn lässt sich noch was über Oberflächendetails nachfokussieren. Bei Saturn die Ringe mit ggf. schon im Preview sichtbarer Cassiniteilung. Bei Jupier kann man versuchen, mehr als die Hauptbänder in der Vorschau sichtbar zu machen. Oft hat man aber solche Details in der Vorschau nicht, da macht das Seeing der Sache einen strich durch die Rechnung.
      Oft hilft dann, eine "Schärfeserie " zu machen, d.h., man stellt grob den Fokus wie oben ein, geht ein Tick z.B. Richtung extrafokal, nimmt ein Video auf und macht dann weiter Richtung intrafokal, Videos aufzunehmen. Irgendwo ist dann ein halbwegs scharfes Video dabei, wenn nicht gerade zu dem Zeitpunkt das Seeing grottig war.
      Am beste macht es sich nach meiner Erfahrung, wenn man beim C8 gegen das HS-Gewicht fokussiert.
      Diese Methode nutze ich auch bei den kleinen Planeten.
      Eine weitere Schwierigkeit ist da Fokussieren. wenn man mit nur 5 fps aufnimmt. Da ist die Fokushand oft schneller als das Previewbild :lol:
      Da hilft nur, eine höhere Bildwiederholanzahl einzustellen, aber dann wirds meist etwas dunkler :roll: Dem kann man sicherlich mit einem 2x2-Binning entgegenwirken, aber dann ist das Bildfenster so klein, dass die Planetenscheibe oft raushüpft.

      Nun gut, hab ich auch was dazu geschrieben :mrgreen:

      Gruß
      Micha
      Viele Grüße,
      Micha

      "Uns hilft kein Gott, unsre Welt zu erhalten!"- Karat, Der Blaue Planet, 1982
      Meine Bilder auf AstroBin