Astrofotografie: Bildrauschen bei OIII Filtern

Das starke Bildrauschen bei der Verwendung von OIII-Filtern (Sauerstoff-III-Linienfilter, meist ~500,7 nm) in der Astrofotografie ist ein bekanntes Problem — insbesondere, weil diese Filter sehr schmalbandig sind und dadurch wenig Photonen durchlassen. Hier sind die wichtigsten Ursachen und Lösungsstrategien, um das Rauschen deutlich zu reduzieren:

1. Längere Gesamtbelichtungszeit

• Grund: OIII-Emissionen sind oft schwächer als Hα. Der Filter lässt sehr wenig Licht durch → weniger Signal, mehr Rauschen.
• Lösung:
  • Erhöhe die Gesamtbelichtungszeit deutlich (z. B. doppelt bis dreifach im Vergleich zu Hα).
  • Beispiel: Wenn du 3 h Hα machst, plane für OIII eher 6–9 h ein.
  • Viele Astrofotografen sammeln 10–20 h OIII-Daten, um das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu verbessern.

2. Längere Einzelbelichtungen

• Grund: Kurze Subframes bringen bei OIII kaum Signal über den Read Noise hinaus.
• Lösung:
  • Erhöhe die Einzelbelichtungen auf 5–10 Minuten (oder mehr), je nach Montierung und Himmel.
  • Falls du mit CMOS arbeitest: Wähle den optimalen Gain/Offset deines Sensors (oft „Unity Gain“ oder leicht darunter).

3. Dunkler Himmel & Mond vermeiden

• Grund: Mondlicht und Lichtverschmutzung erhöhen das Hintergrundrauschen, besonders im blauen/teal Bereich, wo OIII liegt.
• Lösung:
  • OIII niemals bei Mondlicht aufnehmen (auch nicht bei Halbmond).
  • Warte auf neumondnahe Nächte und klare, trockene Luft.

4. Sensor-Kühlung und Kalibrierung

• Grund: Dunkelstrom und thermisches Rauschen werden mit steigender Temperatur stark sichtbar.
• Lösung:
  • Kamera stark kühlen (z. B. −10 °C bis −20 °C).
  • Erstelle gute Darks, Flats und Bias-Frames für die Temperatur und Gain-Einstellung deiner Aufnahmen.
  • Dithering aktivieren (z. B. alle 2–3 Aufnahmen), um Musterrauschen zu unterdrücken.

5. Stacking & Rauschreduktion in der Nachbearbeitung

• Programme: DeepSkyStacker, PixInsight, Siril, AstroPixelProcessor usw.
• Tipps:
  • Nutze sigma-clipping oder winsorized sigma clipping beim Stacken.
  • In PixInsight: Verwende MultiscaleLinearTransform oder NoiseXTerminator zur Rauschreduktion.
  • Bearbeite das OIII-Bild vorsichtig beim Stretching – lieber schwächer dehnen, um Rauschen nicht zu betonen.

6. Optische und Filterqualität prüfen

• Billige OIII-Filter (z. B. mit hoher Halbwertsbreite oder schlechten Beschichtungen) können viel Streulicht durchlassen.
• Empfehlung: Nutze hochwertige, enge Filter (3–5 nm) von Herstellern wie Antlia Pro, Chroma, Baader Highspeed, Astrodon etc.

7. Farbkomposition & Mischung

• Wenn du mit HOO- oder SHO-Kompositionen arbeitest:
  • OIII ist meist der limitierteste Kanal.
  • Verwende z. B. in PixInsight oder Photoshop:
    • R = Hα
    • G = (0,85×OIII + 0,15×Hα)
    • B = OIII
  • So bleibt das Bild farblich ausgewogen, auch wenn OIII-Rauschen höher ist.

Kurzfassung: Reihenfolge der Wirkung

Maßnahme	Wirkung auf Rauschen	Aufwand
Mehr Gesamtbelichtungszeit	⭐⭐⭐⭐⭐	Hoch
Längere Einzelbelichtung	⭐⭐⭐⭐	Mittel
Neumond / dunkler Himmel	⭐⭐⭐⭐	Gering
Gute Kalibrierframes + Dithering	⭐⭐⭐⭐	Mittel
Hochwertiger Filter	⭐⭐⭐	Hoch
Nachbearbeitung (NoiseXTerminator etc.)	⭐⭐	Gering

Meine Tipps und Strategie

Die ASI2600MM ist eine der besten CMOS-Kameras für Schmalband, und der Antlia 3 nm OIII ist ein Top-Filter. Das starke Rauschen liegt also nicht an der Hardware, sondern an der Photonenknappheit und der Belichtungsstrategie.

Hier ist eine detaillierte, praxisnahe Optimierung speziell für dein Setup mit der ASI2600MM Pro:

1. Belichtungszeit pro Sub erhöhen

Deine 180–300 s sind zu kurz für OIII.
Der Antlia 3 nm ist extrem selektiv — das ist großartig für Kontrast, aber er lässt nur ~1/3 so viele Photonen durch wie ein 7 nm Filter.

👉 Empfohlen für die ASI2600MM:

• OIII: 600 s (10 min) pro Subframe (idealerweise 900 s bei dunklem Himmel)
• Gain: 100 (Unity Gain)
• Offset: 50

Warum?
Bei Gain 100 nutzt du das volle Dynamikverhältnis der Kamera und bekommst ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR).
Längere Belichtungen helfen, das Rauschen pro Sub drastisch zu senken, weil der Signalanteil stärker wächst als das Rauschen.

2. Gesamtbelichtungszeit erhöhen

Da OIII-Emissionen schwach sind, musst du die Signalmenge insgesamt erhöhen.

• Empfehlung: Mindestens 8–10 h OIII, besser 12–15 h.
• Wenn du z. B. 10 h mit 600 s Subs machst → 60 Frames.
  Das reduziert das stochastische Rauschen um √60 ≈ Faktor 7,7 – enorm!

3. Kühlung, Dithering & Kalibrierung

• Kühlung: −10 °C bis −20 °C (du kannst ruhig −10 °C fest einstellen; die 2600MM ist sehr stabil).
• Dithering: alle 2–3 Aufnahmen → stark gegen Pattern Noise.
• Kalibrierung:
  • Darks: gleiche Temperatur, Gain, Offset, Belichtungszeit.
  • Flats: Pflicht! 3 nm Filter erzeugen starke Vignetten und Gradienten.
  • Bias oder Flat-Darks: je nach Workflow.

4. Zeitpunkt der Aufnahmen

OIII ist im blauen/teal-Bereich (~500 nm) – sehr empfindlich gegen Streulicht.

• Niemals bei Mondlicht, auch kein Halbmond.
• Wenn möglich, hoher Himmelstransparenz (Winter, trockene Luft) nutzen.
• Bei Bortle 4–5: kein Problem, aber meide Straßenlampen im Blickfeld.

5. Nachbearbeitung (PixInsight oder Siril)

Empfohlener Workflow für rauscharmes OIII:

📁 Stacking:

• Sigma Clipping oder Winsorized Sigma (Siril, PixInsight)
• Normalization aktivieren
• 2× Drizzle deaktivieren (falls kein Oversampling nötig)

🎨 Stretching:

• Verwende zuerst MaskedStretch oder GHS (Generalized Hyperbolic Stretch)
  → verhindert, dass Rauschen dominanter wird.
• Nach dem Stretch: NoiseXTerminator (oder MultiscaleLinearTransform)
• Optional: BlurXTerminator danach für Sternreduktion.

Beispiel für typischen Workflow

Schritt	Einstellung
Kamera	ASI2600MM @ −10 °C, Gain 100, Offset 50
Filter	Antlia 3 nm OIII
Einzelbelichtung	600 s
Anzahl Frames	60–80 (10–13 h Gesamtzeit)
Kalibrierung	Darks, Flats, Flat-Darks
Dithering	alle 2 Subs
Mondphase	Neumond ±3 Tage
Software	PixInsight oder Siril

Zusatz-Tipp: Kombi mit Hα für Rauschreduktion

Wenn du Hα-Daten hast, kannst du das OIII-Rauschen visuell abmildern, indem du beim Komposit OIII leicht mit Hα mischst, z. B.:

• R = Hα
• G = 0.8 × OIII + 0.2 × Hα
• B = OIII

Das ergibt ein ruhigeres, ausgewogeneres HOO-Bild, ohne das OIII-Signal zu „verwässern“.

PixInsight Workflow für OIII (und Hα) mit ASI2600MM

🧩 1. Kalibrierung & Registrierung

Ziel: saubere, lineare Bilder ohne Gradienten oder Artefakte.

🔹 Script: WeightedBatchPreprocessing (WBPP)

• Input: Lights, Darks, Flats, Flat-Darks
• Lights: z. B. 60×600 s OIII
• Darks: exakt gleiche Einstellungen (Gain 100, −10 °C, 600 s)
• Flats: pro Filter separat (Antlia 3 nm → unbedingt Flats!)
• Flat-Darks: gleiche Gain/Temp, gleiche Belichtungszeit wie Flats
• Cosmetic Correction: aktivieren
• Local Normalization: aktivieren
• Output: master_OIII_linear.xisf (und ggf. master_Ha_linear.xisf)

2. DynamicCrop

Entferne Randbereiche (Dithering, Stack-Ränder)
→ Process > Geometry > DynamicCrop

3. AutomaticBackgroundExtractor (ABE) oder DynamicBackgroundExtraction (DBE) oder GraXpert

Ziel: Gradienten entfernen.

• Für OIII: DBE mit 20–30 Samplepunkten, Function Degree = 1–2
• Für Hα: ABE reicht oft (Function Degree 2, Correction = Subtraction)

Tipp:
Bei starkem Gradienten (z. B. durch Restmond) → DBE manuell mit neutralen Referenzpunkten.

4. ColorCalibration (wenn du schon alle Kanäle hast)

Falls du nur OIII bearbeitest → überspringen.
Falls du HOO/SHO kombinierst: später mit ChannelCombination und SCNR kalibrieren.

5. NoiseReduction (Linear Phase)

Noch im linearen Zustand!

Verwende NoiseXTerminator oder alternativ MultiscaleLinearTransform (MLT):

NoiseXTerminator (empfohlen)

• Denoise = 0.9
• Detail = 0.15
• Maske: „RangeSelection“ auf helle Nebelbereiche, um Kern zu schützen.

Alternativ MLT:

• Layers 1–3: aktivieren
• Thresholds: 2.0, 3.0, 4.0
• Strength: 0.7, 0.4, 0.3

6. Deconvolution (optional)

Für Hα sinnvoll, bei OIII meist weniger nötig (Signal zu schwach).
Wenn du’s nutzt:

• PSF mit DynamicPSF erstellen
• Maske auf Nebelregion
• Deconvolution mit Regularized Richardson-Lucy, 20 Iterationen.

7. Stretching (Linear → Nonlinear)

Verwende:

🔹 Generalized Hyperbolic Stretch (GHS) (empfohlen)

• Blackpoint: 0.001–0.002
• Stretch factor: 2.0–3.0
• Protect Highlights: aktiviert

Alternativ: MaskedStretch

• Target Background: 0.1–0.15

So wird das Bild heller, ohne das Rauschen überzubetonen.

8. NoiseXTerminator (Nonlinear Phase, Feinreduktion)

Nach dem Stretch kannst du nochmals leicht entrauschen:

• Denoise = 0.5
• Detail = 0.2

---

9. Star Reduction (optional, aber empfohlen)

Methode 1: StarXTerminator

• Entfernt Sterne → separat bearbeiten → Nebel verstärken.
• Später Sterne wieder hinzufügen (PixelMath Add).

Methode 2: MorphologicalTransformation

• Star mask erstellen (StarMask oder RangeSelection)
• MorphologicalTransformation → Erosion (1–2 Pixel, Amount 0.3–0.5)

10. Kanal-Kombination (für HOO oder SHO)

Wenn du OIII + Hα hast:

ChannelCombination

• R = Hα
• G = 0.85×OIII + 0.15×Hα (erst mit PixelMath mischen)
• B = OIII

Dann:

SCNR (Green) → 0.5–0.7, um grünstich zu entfernen.

11. Finale Kontraste und Farben

• CurvesTransformation:
  • S-Kurve für Kontrast
  • Leichtes Blau/Cyan-Boosten im B-Kanal
• LocalHistogramEqualization:
  • Kernel Radius: 50
  • Amount: 0.25
  • Contrast Limit: 1.5
• HDRMultiscaleTransform:
  • 4–6 Layers → stärkt helle Nebelbereiche.

12. Sharpening (optional, vorsichtig!)

Mit MultiscaleLinearTransform (nonlinear):

• Nur Layers 2–4 aktivieren
• Strength 0.2–0.3
• Maske auf Nebelinneres (nicht Sterne!).

13. Final Save

• File > Save As → 16-bit TIFF oder PNG
• ICC-Profil: sRGB IEC61966-2.1
• Für Web: leichtes Resizing (50–70 %)

Empfohlene Gesamtstrategie für dein Setup

Filter	Einzelbelichtung	Gesamtzeit	Gain	Bemerkung
Hα (Antlia 3 nm)	300–600 s	6–8 h	100	Stärkstes Signal
OIII (Antlia 3 nm)	600 s	10–15 h	100	Schwächstes Signal, wichtigster Rauschfaktor
SII (optional)	600–900 s	10–15 h	100	Schwach, für SHO