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Bachelorarbeit: Konfigurierbare Bildverarbeitungspipeline für Astronomische Aufnahmen

Sternklarer Blick ins All

Quelle: Astrophotography by Jerry Lodriguss

Der Sternenhimmel bietet fantastische Aussichten. Fotografien davon enttäuschen aber oftmals. Wer das Optimum aus den Bildern herausholen will, muss viel Zeit und Arbeit investieren. Nicole Schmid und Steven Häsler haben in ihrer Informatik-Bachelorarbeit eine Software entwickelt, die das nun ändern könnte.

Steven Häsler und Nicole Schmid haben eine Software entwickelt, mit der astronomische Aufnahmen optimiert werden können.

Steven Häsler hat schon immer gern den Sternenhimmel betrachtet. Seine Beobachtungen hält er wie viele Hobby-Astronomen mit einem modernen Teleskop fest. Astronomische Aufnahmen beinhalten aber Bildinformationen, welche von weit entfernten Objekten stammen. Interessante Strukturen wie die Spiralarme einer Galaxie oder die Farbenvielfalt eines Reflexionsnebels sind auf noch nicht aufbereiteten Bildern kaum wahrnehmbar. Es gibt eine grosse Bandbreite an Programmen, um diese Bilder zu bearbeiten. Mit diesen werden mehrere Aufnahmen derselben Himmelsregion überlagert und gemittelt, damit sie im Anschluss mit weiteren Verfahren aufbereitet werden können. «Die manuelle Bildbearbeitung ist oft so aufwendig, dass ich dies bei vielen Aufnahmen gar nicht erst gemacht habe», sagt der Absolvent.

Auf der Suche nach der Komplettlösung

In ihrer Bachelorarbeit haben Steven Häsler und Mitabsolventin Nicole Schmid eine eigene Bildbearbeitungspipeline entwickelt. «Unser Ziel war eine Komplettlösung, die den Bildverarbeitungsprozess beschleunigt und weitere Software überflüssig macht», sagt Nicole Schmid. Auch das Programm der Absolventin und des Absolventen arbeitet mit überlagerten Bildern. Algorithmen ermitteln dazu übereinstimmende Bildobjekte höchst präzise und platzieren die Aufnahmen passgenau. Die Software führt ausserdem automatisch einen Weissabgleich durch und entfernt eventuell vorhandene Gradienten. Anschliessend werden nur sehr schwach leuchtende Details mit geeigneten Methoden hervorgehoben und geschärft. «Natürlich werden die Bilder besser, je mehr Aufnahmen überlagert werden», erklärt Steven Häsler. «Ein ansprechendes Resultat kann jedoch auch mit nur einem Ausgangsbild erreicht werden.» 

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«Es wäre interessant, aus der Software ein Open-Source-Projekt zu entwickeln.»

Steven Häsler

Ein Programm für Laien und Experten

Die neue Applikation kann in zwei verschiedenen Modi angewendet werden. Zum einen kann der Nutzer die Rohbilder automatisch vom Programm optimieren lassen. «Das Ergebnis ist ein grundsätzlich ansprechendes Resultat», so Steven Häsler. «Aber das visuelle Empfinden ist etwas sehr Subjektives.» Daher können einzelne Bearbeitungsschritte auch durch die Anwenderin konfiguriert werden. Getestet haben die Absolventin und der Absolvent das Programm unter anderem an eigenen Aufnahmen, die sie unter nicht ganz optimalen Bedingungen gemacht haben. «Wir haben bei den selbstgemachten Aufnahmen festgestellt, dass das Programm den ungleichmässigen Helligkeitsverlauf der Lichtverschmutzung nicht automatisch entfernen kann», sagt Nicole Schmid. «Solche Störungen können wir aber im Expertenmodus durch die Auswahl anderer Parameter rausrechnen.»

Zukünftiges Open-Source-Projekt

Die Andromedagalaxie ist auf der unbearbeiteten Aufnahme nur schwer zu erkennen.
Quelle: Astrophotography by Jerry Lodriguss
Nach der Bearbeitung hebt sich die Andromedagalaxie deutlich vom Hintergrund ab.

Das Resultat dieser Bachelorarbeit ist ein Programm, das Aufnahmen von Himmelsbildern schnell und einfach aufbereitet. «Es gibt aber viele Parameter, die die Aufnahmen beeinflussen können», so Nicole Schmid. «Verzerrungen verursacht durch Weitwinkelobjektive, Teleskope mit unterschiedlicher Brennweite oder auch die Belichtungsdauer. Da kann das Programm schon an seine Grenzen geraten.» Daher wollen die beiden ihre Software noch weiterentwickeln, wenn sich neben ihren beruflichen Aufgaben die Zeit ergibt. «Es wäre interessant, daraus ein Open-Source-Projekt zu machen», so Steven Häsler abschliessend.