Schon wieder eine neue Software zur Weiterverarbeitung von CCD-Bildern? Was soll es da schon großartig neues geben? Nun, um es direkt vorwegzunehmen, auch "AstroArt" beinhaltet keine revolutionär neuen Funktionen für die Bildbearbeitung, die man nicht auch schon in anderen Programmen gefunden hat. Es bietet jedoch (fast) alles, was das Herz eines Amateurastronomen begehrt in einer Software - und das auch noch zu einem günstigen Preis!

Systemvoraussetzungen

"AstroArt" läuft unter Windows 95 und höheren Versionen dieses Betriebssystems. Selbst auf einem 486/66 mit 32MB ist die Bearbeitung von "normalgroßen" Bildern (500 x 500 Pixel) möglich, wenngleich gerade die komplexeren Bildverarbeitungsfunktionen "etwas schleppend" ablaufen. Auf einem Pentium-System ist die Performance (natürlich) schon bedeutend besser und auf meinem K6-II 300 mit 256MB bleiben eigentlich keine Wünsche mehr offen ... selbst das Hantieren mit 30 Bildern oder mehr gleichzeitig erlaubt ein flüssiges Arbeitstempo.
Das Programm erwieß sich auf allen Rechnern des Turtle Star Observatory als äußerst laufstabil! Trotz härtestem Einsatz auf Rechnern unter Windows 95 und 98 ist es uns bisher nicht gelungen, die Software zum Absturz zu bringen, was heute ja leider nicht mehr von jedem Programm behauptet werden kann...
Zur Zeit ist "AstroArt" nur in englischer und italienischer Sprache erhältlich. Für das Frühjahr 2000 sind jedoch Updates in verschiedenen anderen Sprachen wie z.B. Französisch, Spanisch und auch Deutsch angekündigt. Zu beziehen ist das Programm u.a. über den Astro-Shop in Hamburg, der aktuelle Verkaufspreis liegt bei DM 249,-.

Die Programmoberfläche

Wie bei fast allen Windows-Programmen üblich, teilt sich auch die Arbeitsoberfläche von "AstroArt" in verschiedene Bereiche auf. Neben der normalen Menüleiste, über die alle Programmfunktionen anwählbar sind, gibt es am linken Rand des Programmfensters eine Symbolleiste, durch die es mit einem Mausklick möglich ist, auf die am häufigsten genutzten Funktionen zuzugreifen. Hier findet man neben den elementaren Funktionen wie Bild öffnen, speichern, duplizieren und drucken u.a. auch eine Zoommöglichkeit, die Histogramm-Funktion, das Öffnen einer 3D- und einer Detailansicht, sowie die Erstellung eines Helligkeitsprofils.
In der Fußleiste des Programmfensters werden je nach Position der Maus entweder allgemeine Informationen zum aktiven Bild oder aber Informationen zu einem entsprechenden Pixel (Position und Helligkeit) angezeigt. An der rechten Seite des Programmfensters befindet sich eine Graustufenskala, die den momentan dargestellten Helligkeitsbereich des aktiven Bildes relativ zu seiner gesamten Helligkeitsinformation zeigt. Über diese Leiste lassen sich auch ohne die weiter unten noch beschriebene Histogramm-Funktion aufzurufen schnelle Helligkeitsanpassungen vornehmen.
In der Mitte des Programmfensters befindet sich schließlich der eigentliche Arbeitsbereich. In ihm werden die geöffneten Bilder, deren Histogramme, 3D- und Detailansichten etc. dargestellt.

Allgemeines

Zur Zeit ist "AstroArt" noch eine reine "Nachbearbeitungssoftware". Dies soll sich jedoch in den nächsten Monaten noch ändern, da für Frühjahr 2000 die Veröffentlichung von sog. "Kamera-Plugins" geplant ist. Hierdurch wird es dann auch möglich sein, direkt aus der Software heraus die unter Amateuren weltweit am weitesten verbreiteten CCD-Kameras (zunächst SBIG, Starlight-Xpress, Meade und Apogee) anzusprechen, so dass keine separate Steuersoftware mehr benötigt wird.
Aber auch bereits heute bietet "AstroArt" eine Fülle von Funktionen. Neben der üblichen Dunkelstrom- und Flatfieldkorrektur können natürlich alle grundlegenden Bildmanipulationen wie z.B. Drehen, Spiegeln, Korrektur von nicht quadratischen Pixeln, Darstellung in verschiedenen (Falsch-) Farbenpaletten etc. vorgenommen werden. Da dies jedoch sozusagen heute Standards sind, soll an dieser Stelle nicht weiter auf sie eingegangen werden. Viel interessanter ist es daher, hier einmal die Funktionen vorzustellen, die "AstroArt" allen mir bekannten Programmen gleicher Preisklasse voraus hat. Hierbei werde ich allerdings nur auf die von uns am Turtle Star Observatory benutzten Funktionen eingehen, wobei "AstroArt" noch zahlreiche weitere, gerade im Bereich "Filter", beinhaltet, die wir jedoch wegen der Astrometrie nie nutzen.
"AstroArt" stellt alle Bilder in vollen 16Bit, also 65536 Graustufen dar. Bilder die weniger Graustufen besitzen, z.B. die der Cookbook-Kamera mit 12Bit, werden beim Einlesen auf 16Bit "ergänzt", d.h. die ursprünglichen Helligkeiten belegen nur die untersten 4096 Graustufen. Dies hat dann den Vorteil, dass man beispielsweise noch 16 solcher Bilder aufaddieren kann, ohne dass in den hellsten Bildpartien Informationen verloren gehen!
Generell ist noch anzumerken, dass "AstroArt" besonders auf das parallele Arbeiten mit mehreren Bildern ausgelegt ist. Dies merkt man nicht zuletzt daran, dass man Auswertefunktionen wie 3D-, Detailansicht, Histogramm usw. von verschiedenen Aufnahmen gleichzeitig darstellen kann. Als ganz praktisch erweist sich hierbei, dass die Undo-Funktion zu jedem Bild den letzten Arbeitsschritt rückgängig machen kann, wobei es egal ist, mit wie vielen Bildern man zwischendurch gearbeitet hat!

Die Histogramm-Funktion

Obwohl ein in "AstroArt" geöffnetes Bild direkt beim Öffnen bereits fast optimal in der Helligkeit angepasst auf dem Bildschirm erscheint, kann es im Verlauf der Bildverarbeitung von Zeit zu Zeit notwendig werden, die Helligkeit neu zu skalieren. Wie viele andere (nicht nur astronomische) Bildverarbeitungen, verwendet auch "AstroArt" hierzu die sog. Histogramm-Funktion. Da sich diese jedoch in ihrer Arbeitsweise und Funktionsvielfalt von der anderer Programme unterscheidet, soll an dieser Stelle trotzdem etwas näher auf sie eingegangen werden.

Wie beinahe allgemein üblich, erscheint das Histogramm in einem separaten Fenster. Dieses enthält jedoch zusätzlich noch ober- und unterhalb des Histogramms zwei Schieberegler, sowie am unteren Fensterrand eine Leiste mit Schaltflächen und Eingabefeldern. Zur Anpassung der Bildhelligkeit kann man den Schwarz- und Weißwert der Darstellung nun entweder direkt als Zahl oder mit Hilfe der Schieberegler eingeben. Die sog. Transfer- oder Gamma-Funktion, die aussagt, ob eher die hellen oder dunklen Bildpartien betont werden sollen, kann über zwei Pfeiltasten in insgesamt 40 Stufen von logarithmisch über linear bis hin zu exponentiell variiert werden.
Die in vielen Bildverarbeitungen als separate Funktion ausgeführte allgemeine Helligkeits- und Kontrastveränderung ist ebenfalls in der Histogramm-Funktion von "AstroArt" integriert und kann (leider nur in festen Stufen) über zwei Schaltflächen durchgeführt werden. Zusätzlich ist es über zwei weitere Schaltflächen möglich, sowohl einen "Histogramm-Ausgleich" (eine gleichmäßige Helligkeitsdarstellung aller vorhandenen Graustufen von Schwarz bis Weiß) als auch eine "Gauss'sche Historamm-Anpassung" (eine sehr harte logarithmische Darstellung) vorzunehmen. Funktionen, die gerade bei der Untersuchung von schwächsten Bildinformationen manchmal sehr hilfreich sind.
Besonders gut hat uns bei dieser Funktion gefallen, daß alle vorgenommenen Veränderungen sofort im Bildfenster sichtbar werden. Das teilweise recht lästige Bestätigen, wie bei einigen anderen Programmen üblich, entfällt!
Da "AstroArt" (wie bereits weiter oben geschildert) den Helligkeitsumfang aller Bilder zu 16Bit ergänzt, kann es vorkommen, dass sich alle interessanten Helligkeitsinformationen nur im äußersten linken Teil des Histogramm-Fensters befinden. Um jedoch auch in einem solchen Fall das Histogramm feinfühlig untersuchen zu können, kann man den dargestellten Helligkeitsbereich jeweils in ganzen Zweierpotenzen einschränken, wodurch es dann z.B. auch möglich ist nur die "untersten" 4096 Helligkeitsstufen anzuzeigen.
Nach erfolgter Helligkeitsanpassung kann das Histogramm-Fenster auch weiterhin geöffnet bleiben. Nimmt man dann in Verlauf der weiteren Bildbearbeitung Änderungen an dem Bild vor, werden diese auch direkt im Histogramm-Fenster sichtbar. Nach erfolgter Addition zweier Aufnahmen ist es so ohne viele Mausklicks möglich, das Bild sofort wieder optimal auf dem Bildschirm darzustellen.

Arbeiten mit Makros

Bereits bei der Vorverarbeitung einer Serie von gewonnenen Rohbildern erspart "AstroArt" dem Benutzer viele Mausklicks, da es das Arbeiten mit Makros unterstützt. So ist es z.B. möglich, beliebige Arbeitsschritte zu insgesamt vier abspeicherbaren Makros zu kombinieren und diese dann durch einen einfachen Mausklick auf ein selektiertes Bild anzuwenden. Diese Funktion wird von uns bereits am Teleskop für die Dark- und Flatkorrektur der gewonnen Aufnahmen genutzt. Um die Bildverarbeitung bei Bedarf später noch einmal nachvollziehen zu können, speichern wir jedoch sowohl die Rohaufnahmen (Objekt, Dark, Flat sowie das Dark zum Flat), als auch die fertig bearbeitete Aufnahme separat zur Archivierung ab.
Wer mit seiner Kamera, wie z.B. viele Besitzer der Cookbook-Kameras, Aufnahmeserien mit teilweise mehr als 50 Einzelbildern macht, kann die Makrofunktion sogar auf ganze Bildserien anwenden. Dies sieht dann in der Praxis so aus, dass man in einem Dialogfenster eine Liste von Ausgangsbildern zusammenstellt und dieser dann ein vorher erstelltes Makro zuordnet. Als letzten Schritt gibt man jetzt noch einen fünfstelligen Namen für die auszugebenden Bilder an. An diesen hängt "AstroArt" dann eine fortlaufende Nummer an, so dass es auf diese Weise möglich ist bis zu 999 Bilder im "Batchverfahren" zu bearbeiten. Die fertigen Bilder werden dann entweder direkt in ein vorher auszuwählendes Verzeichnis auf die Festplatte oder in den Arbeitsspeicher geschrieben. In ein Makro kann man übrigens (fast) alle Funktionen der Software einarbeiten, so dass es auf diese Weise möglich ist, beinahe die komplette Bildverarbeitung ganzer Aufnahmeserien zu automatisieren.

Subpixelgenaue Addition von Bildern

Wie bei vielen anderen Programmen kann natürlich auch "AstroArt" Bilder automatisch aufeinander zentrieren und aufaddieren! Die Bilder werden hierbei dann subpixelgenau überlagert. Da die Überlagerung zweier Aufnahmen in der aktuellen Version von "AstroArt" (V1.5) jedoch nur mit einem Stern funktioniert, müssen die Bilder einige Voraussetzungen erfüllen, damit überhaupt eine Zentrierung durchgeführt werden kann. So müssen die beiden Bilder bereits ungefähr den gleichen Himmelsausschnitt zeigen und dürfen nicht gegeneinander verdreht sein oder einen unterschiedlichen Bildmaßstab aufweisen. Die Zentrierung ist also praktisch nur bei Bildern einer direkt hintereinander gewonnen Aufnahmeserie möglich. Für eine der nächsten Programmversionen ist nach Aussage des Programmierers jedoch eine Zentrierung mittels zweier Sterne vorgesehen, so dass dieses Problem dann nicht mehr bestehen wird!
Die Vorgehensweise beim Aufeinanderzentrieren zweier Aufnahmen unterscheidet sich bei "AstroArt" generell etwas von der anderer Programme, so dass ich sie hier etwas näher beschreiben will. Da die Software u.a. in der Lage ist, punktförmige Objekte, die über einem bestimmtem Signal/Rausch-Verhältnis über dem Bildhintergrund liegen, automatisch als "Stern" zu erkennen (siehe hierzu auch weiter unten), markiert man durch Aufziehen eines Kastens mit der Maus lediglich ein Feld, in dem bei beiden in Frage kommenden Bildern jeweils der gleiche helle Stern sichtbar ist. "AstroArt" geht nun hin und erkennt auf beiden Bildern in dem markierten Feld alle "Sterne", sucht auf beiden Bildern den jeweils hellsten aus, berechnet für beide Bilder für diesen Stern eine einhüllende Gauss-Funktion und überlagert dann die Bilder subpixelgenau auf die Maxima der Gauss-Funktionen. Solange die Bilder nicht zu stark gegeneinander verschoben sind, kann man sogar mittels eines Makros ganze Aufnahmeserien automatisch zu einem Bild kombinieren lassen.

Funktionen zur Bildanalyse

Wohl alle Bildverarbeitungsprogramme erlauben es, das komplette Bild fast beliebig vergrößert oder verkleinert darzustellen. In einigen Fällen kann es jedoch auch sinnvoll sein, zusätzlich zur Gesamtansicht einen kleinen Teilbereich der Aufnahme, sozusagen als Ausschnittsvergrößerung, separat darzustellen. "AstroArt" bietet hierfür die Funktion "local Zoom" an. In einem in der Größe frei wählbaren Fenster wird dabei die Umgebung eines mit der Maus angewählten Pixels dargestellt, wobei man zwischen einer 2-, 4-, 8- oder 16-fachen Vergrößerung wählen kann.
Ebenfalls sehr interessant ist die 3D-Funktion. Mit ihr kann, analog zur Ausschnittvergrößerung, die Umgebung eines mit der Maus angewählten Pixels als "Gebirgslandschaft" dargestellt werden. Bei einer vorgewählten Helligkeit kann man so z.B. teilweise leichter beurteilen, ob ein bestimmter Stern bereits "ausgebrannt" (also überbelichtet) ist oder nicht.

Sowohl die Ausschnittsvergrößerung als auch die 3D-Ansicht können mit Hilfe der rechten Maustaste fixiert werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit beide Bilder über die Zwischenablage in andere Windows-Programme wie z.B. eine Textverarbeitung zu importieren.
Mit Hilfe der Maus kann man innerhalb eines Bildes beliebig orientierte Helligkeitsprofile darstellen lassen. Die Einsatzbereiche dieser Funktion sind vielfältig. Sie reichen von einer einfachen Abschätzung der während der Aufnahme herrschenden Seeingverhältnisse (Messung der Halbwertsbreite eines Sterns) bis hin zum Nachweis von engen Doppelsternen, welche aufgrund der langen Belichtungszeit zu einem Objekt zusammengeflossen sind, sich aber durch eine "asymmetrische" Helligkeitsverteilung im Sternscheibchen trotzdem noch nachweisen lassen.
Gerade für den Beobachter von Kometen dürfte die Umwandlung eines Bildes von rechtwinklige in polare Koordinaten interessant sein. Legt man den Ursprung des polaren Koordinatensystems genau auf den Kometenkern, kann man so sehr einfach die Positionswinkel von Gas- und Staubschweif bzw. von einzelnen Jets ermitteln. Bei Bildern von wechselwirkenden Galaxien kann man mit Hilfe dieser Funktion auch die Deformation der Spiralarme sehr gut sichtbar machen.
Bei Aufnahmeserien, wie wir sie am Turtle Star Observatory z.B. für unsere Kleinplanetenmes-sungen machen, gibt es die Möglichkeit zwei oder drei Bilder miteinander zu blinken. Hierbei ist das Blinken von zwei Aufnahmen eigentlich nichts besondere, bei "AstroArt" besteht hier jedoch die Möglichkeit, zwei Bilder die in x- und/oder y-Richtung versetzt sind, ohne vorherige Verschiebung trotzdem zu blinken. Der gegenseitige Versatz der Aufnahmen kann dabei während des Blinkvorgangs über ein Menü verändert werden.
Bei Aufnahmeserien ohne Versatz (wie sie bei Verwendung eines Autoguiders üblich sind) kann durch das gleichzeitige Blinken von drei Bildern eine noch sicherere Identifizierung von bewegten Objekten gewährleistet werden. Verwechslungen mit auf zwei Aufnahmen zufällig nebeneinander liegenden hellen "Fehlerpixeln" (aufgrund von eingefallener kosmischer Strahlung) sind hierdurch so gut wie ausgeschlossen.

Astrometrie und Photometrie

Da "AstroArt" auch über eine Schnittstelle zum Einlesen des "Hubble Guidestar Catalogue" (GSC) und des "USNO-A2.0" Katalogs verfügt, ist es möglich, Bilder astrometrisch und photometrisch auszuwerten. Hierbei hat "AstroArt" jedoch gegenüber anderen Programmen, wie z.B. dem in der letzten Ausgabe der Spica vorgestellten "Astrometrica", einige Nachteile, die es aus unserer Sicht für solche Messungen nicht empfehlenswert machen, was der nun folgende direkte Vergleich der Programme zeigen wird.

Zunächst wird ein separates Fenster, das später die zur Messung verwendeten Vergleichssterne anzeigt, geöffnet. Durch Doppelklick werden dann die Sterne, mit denen gemessen werden soll, auf der CCD-Aufnahme selektiert, wobei "AstroArt" die ermittelte Schwerpunktposition automatisch in die Tabelle überträgt. Positiv hierbei ist, dass man nicht auf eine maximale Zahl an Vergleichssternen beschränkt ist (wie z.B. bei "Astrometrica"), andererseits akzeptiert "Astro-Art" allerdings auch nur solche Objekte, die es aufgrund ihres Signal/Rausch-Verhältnisses auch als "Stern" identifiziert, was direkt ein Kritikpunkt ist! In vielen Fällen war es uns so z.B. mit "Astrometrica" möglich, auch noch sehr schwach über dem Rauschen liegende Objekte zu vermessen, bei denen "AstroArt" sich weigerte, diese in die Messliste aufzunehmen!

Hat man nun genügend Vergleichssterne ausgewählt, öffnet man die Unterfunktion "Star Atlas", worauf in einem neuen Fenster ein Himmelsausschnitt mit Hilfe des GSCs dargestellt wird. Eine komprimierte Version des GSC befindet sich auf der "AstroArt"-CD. Diese kann man direkt von der CD aus einlesen, es empfiehlt sich allerdings den Katalog (241MB) auf Festplatte zu kopieren, da so die Anzahl späterer CD-Wechsel minimiert wird.
Die richtige Himmelsregion für die Kartendarstellung kann durch Eingabe der äquatorialen Koordinaten ausgewählt werden. Zusätzlich besteht noch die Möglichkeit, das Bildfeld der Karte durch Eingabe der Katalognummer auf ein Messier-, NGC- oder IC-Objekt zentrieren zu lassen - eine Funktion die vor allem für denjenigen von Interesse sein wird, der Supernovae suchen und vermessen will! Die richtige Orientierung der Karte relativ zur Aufnahme kann vom Benutzer manuell durch Drehung und/oder Spiegelung des Kartenbildes vorgenommen werden.
Auf den meisten CCD-Bildern werden heute Sterne abgebildet sein, die wesentlich schwächer als 15mag sind! Zusammen mit dem meist kleinen Bildfeld der dem Amateur zugänglichen CCD-Kameras wird der GSC meist keine ausreichende Zahl an Sternen zur Vermessung zur Verfügung stellen. Hierbei müssen natürlich die Kriterien für die Auswahl an Vergleichssternen berücksichtigt werden, die bereits in Spica Heft 7 / Juli 1997 beschrieben wurden! In solchen Fällen ist man also gezwungen, auf einen Katalog mit wesentlich schwächeren Sternen zurückzugreifen. Die Verwendung des USNO-A2.0 mit seinen mehr als 526 Mio. Objekten bis herunter zur fast 20. Größenklasse ist für unsere Messungen also beinahe Pflicht! Die Sterne des USNO-Katalogs können daher vom Benutzer auf Knopfdruck zugeladen werden - wobei wir bei einem weiteren Kritikpunkt angekommen sind!
Da der USNO-Katalog wesentlich genauere Positionsinformationen liefert als der GSC (vergleiche: "Die großen Sternkataloge - Teil 2"), sollte man nach Möglichkeit für alle Messungen nur Sterne des USNOs verwenden! In "AstroArt" sieht es jedoch so aus (Gegenteiliges ist jedenfalls nicht in der Anleitung nachzulesen), dass lediglich die Sterne des USNO nachgeladen werden, die nicht im GSC vorhanden sind. Bei der Vermessung mit Sternen im Helligkeitsbereich um die 15mag kann es also vorkommen, dass man mit einem "Sterngemisch" aus beiden Katalogen arbeitet, wobei die Auswirkungen auf die Genauigkeit der Messung hierbei nicht abzuschätzen sind!
Doch zurück zur eigentlichen Messung... Hat man den passenden Kartenausschnitt erstellt, aktiviert man in der Liste der Vergleichssterne zunächst einen Stern und doppelklickt diesen dann auf der Karte. Hierdurch werden alle notwendigen Informationen wie Position und Helligkeit dieses Sterns in die Liste übertragen. Nachdem auf diese Weise alle vorher selektierten Sterne identifiziert wurden, muss man durch Ausführen der Unterprogramme "Astrometry" und "Photometry" die Plattenkonstanten und die Helligkeitsfunktion der Aufnahme ermitteln lassen. Eine Bewertung der Messfehler durch den Beobachter ist hierbei etwas umständlicher als bei "Astrometrica", da "AstroArt" die relativen Residuen der Vergleichssterne nicht im "Klartext", also in Bogensekunden, angibt - sie ist aber machbar, so dass man auch hier durch eine geschickte Wahl der Vergleichssterne (keine Doppelsterne, Veränderlichen und "Schnellläufer") die Genauigkeit der Messung im Nachhinein steigern kann!

Nachdem Plattenkonstanten und die Helligkeitsfunktion gefunden wurden, kann durch Doppelklicken jedes weiteren Objekts auf der CCD-Aufnahme dessen Position und Helligkeit berechnet und in die Sterntabelle übertragen werden. Sollen also zwei oder noch mehr Objekte auf einer Aufnahme vermessen werden, ist es also, im Gegensatz zu "Astrometrica", nicht notwendig, für jedes Objekt alle Vergleichssterne noch einmal auszumessen. In der Praxis hat sich bei uns allerdings gezeigt, dass nur bei weniger als 5% aller Aufnahmen mehr als ein Kleinplanet im Bildfeld steht.
Zur Erstellung eines MPC-Reports kann man nun das gesuchte Objekt in der Sterntabelle mit der rechten Maustaste anklicken und in das Report-File übertragen lassen. Hier ist "Astrometrica" aufgrund seiner automatischen Erstellung des Report-Files wesentlich komfortabler.

Fazit

Bereits heute ist "AstroArt" für den Amateurastronomen eine sehr leistungsfähige Software bei der Nachbearbeitung und Auswertung von CCD-Aufnahmen. Wenn es in den nächsten Monaten noch zusätzlich möglich sein wird, aus dem Programm heraus direkt eine CCD-Kamera anzusteuern, bleiben für die meisten Anwender wohl keine Wünsche mehr offen. Einziger Kritikpunkt von unserer Seite ist die umständliche Handhabung der Astro- und Photometrie-Funktion. Da dies jedoch wohl für mehr als 99% der Amateure nicht interessant sein dürfte, können wir das Programm trotzdem nur wärmstens weiterempfehlen. Verglichen mit anderen Programmen mit ähnlichem Funktionsumfang, besitzt "AstroArt" zudem das nach unserer Meinung zur Zeit wohl beste Preis/Leistungs-Verhältnis.

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