Dark, Bias und Flat am Smartphone: was sich zu kalibrieren lohnt

Dreihundert gestapelte Aufnahmen, die Milchstraße hebt sich langsam vom Untergrund ab, und zwischen den Sternen sitzt eine Handvoll roter und grüner Pünktchen, viel zu scharf, um zum Himmel zu gehören. In der nächsten Nacht sind sie wieder da: gleiche Koordinaten, gleiche Farbe, gleiche Unverschämtheit. Sie kommen aus dem Sensor. Die Astrofotografie bekämpft sie seit Jahrzehnten mit Kalibrierbildern, jener Liturgie von Aufnahmen in den abgedeckten Objektivdeckel, die jedes Handbuch vorschreibt, bevor es einen ins Bett lässt. Am Smartphone gehört diese Liturgie deutlich gekürzt, denn ein guter Teil der Arbeit war erledigt, bevor die Datei bei Ihnen ankam.

Drei Dateien, drei Probleme ohne Ähnlichkeit

Wer vom Teleskop kommt, kennt den Ablauf. Das Dark entsteht bei abgedecktem Objektiv, mit derselben Belichtungszeit und derselben Verstärkung wie die guten Aufnahmen, und protokolliert, was der Sensor ohne Licht produziert: Dunkelstrom, defekte Pixel, eventuelles Glühen der Elektronik. Das Bias nutzt die kürzeste Belichtung, die die Kamera zulässt, und misst den Ausgangspunkt, also den Wert, den Pixel melden, wenn sie praktisch nichts gesammelt haben. Das Flat nimmt eine gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche auf und fotografiert die Fehler des optischen Wegs: Vignettierung am Rand, Staubschatten, ungleiche Empfindlichkeit über das Feld.

Dass man alle drei am Ende der Nacht hintereinander weg aufnimmt, macht sie nicht zur selben Sache. Sie messen getrennte Phänomene, und am Smartphone erwarten die drei sehr unterschiedliche Schicksale.

Das Bias steckt längst drin, Bild für Bild

Das ist schnell erledigt. Die Kamera-Dokumentation von Android erklärt, dass bei den meisten Sensoren das aktive Feld von Pixelbereichen umgeben ist, die unter einer Metallmaske abgeschirmt sind: Sie empfangen konstruktionsbedingt kein Licht und liefern, wörtlich, «eine verlässliche Schwarzreferenz für die Schwarzwertkompensation» im aktiven Bereich. Das Gerät liest diese Pixel aus und leitet daraus seinen Offset ab. Und zwar nicht ein für alle Mal: Dieselbe Dokumentation beschreibt einen dynamischen Schwarzwert, geschätzt Bild für Bild und Kanal für Kanal, weil der Wert sich mit den Aufnahmeeinstellungen «drastisch ändern kann», ISO eingeschlossen.

Ein selbst gebasteltes Bias würde schlechter und mit erheblich mehr Aufwand eine Größe messen, die das Handy in Echtzeit mit eigens dafür gebauten Pixeln bestimmt. Sparen Sie sich die Serie.

Das Flat ist halb erledigt, und die andere Hälfte wiegt wenig

Auch die Vignettierung ist dem Gerät bestens bekannt. Es führt eine niedrig aufgelöste Karte mit Korrekturkoeffizienten für jeden Kanal des Bayer-Mosaiks mit, dieselbe, die es auf die fertig entwickelten Bilder anwendet. Wer mit einem JPEG nach Hause geht, hat die Korrektur fest im Bild, damit ist die Sache erledigt. Bei RAW hängt es vom Modell ab: Die Karte kann bereits auf die Rohdatei angewendet sein oder eben nicht, und im zweiten Fall kommen die Ecken dunkler an als die Bildmitte.

Der Rest ist eine Frage der Prioritäten. Ein brauchbares Flat verlangt eine wirklich gleichmäßige Lichtquelle, und bei einer Nachtaufnahme stammt die auffälligste Verschlechterung nicht aus der Optik, sondern aus dem Himmel: Der Farbverlauf, der Ihnen die tiefstehenden Sterne wegfrisst, ist fast immer Streulicht der Städte und verschwindet in der Bearbeitung durch eine Hintergrundsubtraktion. Staub wiederum ist im versiegelten Optikblock eines Telefons ein seltener Gast. Wenn Ihr Stack in einer Ecke einen Schleier zeigt, prüfen Sie erst einmal, wie dunkel Ihr Standort wirklich ist, bevor Sie im Wohnzimmer eine Leuchtbox bauen.

Das Dark ist das einzige, das seinen Platz verdient

Defekte Pixel dagegen existieren, und man sieht sie. Androids Dokumentation beschreibt sie ohne diplomatische Umwege: Die Hotpixel-Korrektur interpoliert oder entfernt Pixel, «die das einfallende Licht nicht korrekt messen», also solche, die auf einem willkürlichen Wert festhängen oder überempfindlich sind. Hersteller, die es wollen, geben sogar die Liste der Koordinaten heißer oder defekter Pixel auf dem Sensor heraus. Seine Verdächtigenliste hat das Handy also längst.

Nur kennt diese Korrektur drei Zustände (aus, schnell, hohe Qualität), und der schnelle Modus schafft, was er ohne Tempoverlust bei der Aufnahme eben schafft. Schwerer wiegt: Die Werksliste erfasst dauerhafte Defekte. Pixel, die erst aufleuchten, wenn lange Belichtung, hohe Verstärkung und warmer Sensor zusammenkommen, stehen nicht in dieser Zählung, und eine Nacht Astrofotografie ist genau die Kombination, die sie weckt.

Die Wärme ist der eigentliche Gegner, und die kontrollieren Sie am wenigsten

Der Dunkelstrom wächst mit der Sensortemperatur und mit der Belichtungsdauer, und deshalb werden ernsthafte Astrokameras gekühlt. Ein Telefon macht das Gegenteil: Es knipst in Serie, rechnet, hält den Bildschirm an, heizt sich bei der Arbeit selbst auf. Das Dark, das Sie um neun aufgenommen haben, als das Gerät frisch aus der Tasche kam, beschreibt einen Sensor, den es um Mitternacht nicht mehr gibt.

Daraus folgt eine kurze Betriebsregel. Darks entstehen am Schluss, mit dem Handy noch auf Betriebstemperatur, direkt nach der letzten guten Aufnahme und ohne die App zu verlassen. Gleiche Belichtungszeit, gleiche ISO, gleiche Einstellungen der Rauschreduzierung, die auf vielen Geräten auch am RAW arbeitet: Bleibt sie bei den Lights an, muss sie bei den Darks an bleiben, sonst vergleichen Sie zwei erfundene Sensoren. Dazu braucht es eine wirklich lichtdichte Abdeckung. Ein dunkler Ärmel obendrauf lässt mehr Licht durch, als man vermutet, und ein verunreinigtes Dark verschlimmert die Sache, statt sie zu richten. Fünfzehn bis zwanzig Bilder ergeben einen sauberen Median, dreißig, wenn der Akku mitspielt.

Den Bildausschnitt verschieben statt Darks aufnehmen

Es gibt eine elegante Abkürzung, und sie lebt von einer Asymmetrie. Die Defekte bleiben auf dem Sensor stehen. Die Sterne nicht. Sobald die Software die Bilder an den Sternen ausrichtet, wandert jeder feste Defekt von Bild zu Bild um ein paar Pixel, und ein Algorithmus zur Ausreißerverwerfung (Sigma-Clipping oder ein sauber gerechneter Median) sieht diesen Ausreißer jedes Mal woanders auftauchen und wirft ihn weg. Das Verfahren heißt Dithering, und in der klassischen Praxis erreicht man es, indem man den Ausschnitt zwischen zwei Aufnahmen absichtlich um wenige Pixel verschiebt.

Beim Handy auf festem Stativ übernimmt der Himmel das Dithern: Die Erddrehung verschiebt das Feld von Bild zu Bild, und über eine lange Serie haben die festen Pünktchen keine Chance. Auf einer gut eingenordeten Nachführung kehrt sich das um, denn das Feld steht relativ zum Sensor still und die Defekte summieren sich so treu wie das Signal. Dort werden Darks wieder nützlich, oder man verschiebt den Ausschnitt hin und wieder von Hand um eine Winzigkeit und stellt sich ungeschickt. Live Stacking addiert Sterne und Müll mit derselben Sorgfalt: Über das Ergebnis entscheidet die Regel, nach der es aussortiert, und genau deshalb ist in AstroStackerPro die Kombinationsmethode der Einzelbilder kein Parameter, den man auf dem Standardwert stehen lässt und vergisst.

Das Urteil passt in eine Zeile: Bias nie, Flat so gut wie nie, Dark nur dann, wenn das Feld auf dem Sensor stillsteht. Jede Minute, die Sie nicht damit verbringen, die Dunkelheit in Ihrer Hosentasche zu fotografieren, steht wieder für echten Himmel zur Verfügung, und den kann kein Algorithmus für Sie erfinden.