farbverschiebungen

[AchimS]

Hallo allerseits,

lese schon einige Zeit hier das Forum, hab mich nun aber endlich mal angemeldet.

Bei meinen bisherigen Sternschnuppenaufnahmen hab ich immer eine Farbverschiebung von grün nach rot feststellen können.
Ich dachte bisher immer das sei auf das Abbremsen in der Erdatmosphäre zurückzuführen.
Nun hab ich in der Nacht vom 9. auf den 10. August einen Perseiden fotografiert, bei dem die Farben mehrfach wechseln.
Ist dies ein Effekt der Kamera (modifizierte 300D)?
Leider war das Objektiv in der Mitte stark beschlagen, deshalb der seltsame Gradient auf dem Bild (Ausschnitt)

Hier die Aufnahme (Belichtungszeit 1min bei ISO1600 und f4 mit dem Tokina 12-24mm bei 12mm):



Und noch Strichspuren aus der gleichen Nacht, mit einer schwachen Sternschnuppe links vom Pol
(160 Aufnahmen a 30s mit Canon 10Dmod und Sigma 18-50 bei f4 bei ISO 1600)



Clear skies, Achim

[Thorsten Schipmann]

Hallo Achim,

erstmal herzlich willkommen hier im Forum!
Klasse Aufnahmen hast Du da gemacht.

Die Farbveränderung sieht mir in der Tat nach Alias aus, ein direkter Vergleich ist mir allerdings nicht möglich, da mir noch keine so Fotos von so hellen Meteoren gelungen sind. Die von mir (mit einer unmodifizierten 20D) aufgenommenen Meteore zeigen sich als graue Strichspuren ohne erkennbare Verfärbung oder gar Farbwechsel.

Da Du die 10D durch Austausch des Sensorfilters modifiziert hast, halte ich aber Alias für sehr wahrscheinlich. Der originale Sensorfilter hat nämlich nicht nur die Aufgabe als IR-Blockfilter, sondern ist auch ein optischer Tiefpaßfilter, der aus zwei um 90° gegeneinander verdrehten Schichten doppelbrechenden Materials besteht. Seine Aufgabe ist die Verhinderung von farbigen Aliaseffekten, die sonst durch die Unterabtastung bei der Interpolation der Pixel aus der Bayer-Matrix des Sensors entstehen.

Die Hälfte der Sensorpixel hat Grünfilter, je ein Viertel Rot- bzw. Blaufilter.
Ein vollfarbiges Bild-Pixel wird immer aus den Werten von 4 benachbarten Sensorpixeln interpoliert, wobei das Interpolationsfenster einzelpixelweise verschoben wird. Die farbrichtige Wiedergabe von feinen Details setzt also voraus, daß das kleinste Bilddetail 4 Sensorpixel gleichmäßig beleuchtet.

Wenn ein weißer Lichtpunkt jetzt so scharf abgebildet wird, daß er nur ein einziges Sensorpixel trifft, dann hängt es von der Position ab, ob er rot, grün oder blau erscheint. Hier greift der optische Tiefpaß, indem ein unendlich kleiner Lichtpunkt waagerecht und senkrecht so aufgeweitet wird, daß er zwei Pixel in jeder Richtung breit wird, und daher immer ein rotes zwei grüne und ein blaues Pixel beleuchtet und damit farbrichtig erfaßt wird.

Fotografiere mit Deiner modifizierten Kamera mal einen Siemensstern oder ein blankes Metallsieb an der Auflösungsgrenze, es wird von meist roten und grünen streifenförmigen Aliaseffekten durchzogen sein, was bei einer unmodifizierten Kamera nicht passiert.

Ich kann natürlich nicht ausschließen, daß der von Dir fotografierte Meteor tatsächlich periodisch die Farbe wechselte...
Vielleicht kann sich mal einer der erfahrenen Beobachter dazu äußern, ob so etwas vorkommt. Ich jedenfalls konnte bislang nur Helligkeitsschwankungen beobachten.

Schöne Grüße,
Thorsten

[AchimS]

Hallo Thorsten,

erst mal danke zu Deiner ausführlichen Erklärung des Tiefpassfilters, so was hab ich schon lage gesucht!
Ich dachte natürlich auch zuerst an den fehlenden Filter. Was mich aber wundert ist, dass auch auf älteren Aufnahmen mit der unmodifizierten Kamera die Farbverläufe zu sehen sind. Dort allerdings gleichmässig von grün nach rot, und zwar unabhängig von der Richtung oder der Länge der Sternschnuppen immer gleichmässig vom Anfang (grün) zum Ende (rot).
Kann heute Abend mal ein Foto posten...
Noch was anderes: müssten dann nicht auch die Strichspuren Farbverläufe zeigen, die sind ja auch mit einer modifizierten Kamera aufgenommen. (Die Sternschnuppe mit unserer modifizierten Vereins-300D und die Strichspuren mit meiner eigenen modifizierten 10D)

Clear skies, Achim

[AchimS]

Hier noch nachgeliefert eine Sternschnuppe von letztem Jahr, aufgenommen mit einer unmodifizierten Canon 10D (keine Perseide, war ein Zufallstreffer).


und im Detail




Man sieht schön den Farbverlauf. Ich hab auf allen meinen Aufnahmen geschaut (mit der unmodifizierten Canon), haben alle einen gleichmässigen Farbverlauf.
Dieser ist auch unabhängig von der Richtung, bei eher waagerrechten (wie im Beispiel) sollten weniger Interpolationseffekte auftreten.
Dann nun noch eine Aufnahme der Perseiden von letztem Jahr, auf der man die Farben auch gut sieht:



Clear skies, Achim

[Thorsten Schipmann]

Hallo Achim,

meine Erklärung des Tiefpaßfilters enthält leider einen entscheidenden sachlichen Fehler.
Der Tiefpaßfilter besteht laut Canon nämlich nicht aus 2, sondern aus 3 Schichten. Da die beiden um 90° gedrehten Tiefpaßfilterschichten das Licht jeweils in ihrer Richtung polarisieren, ist dazwischen noch ein Phasenplättchen notwendig, damit die Sache funktioniert.
Auf den Webseiten von Canon gibt's einen Artikel (sogar in Deutsch) dazu: http://www.canon.de/about_us/news/consu ... filter.asp
Den gleichen Text gibt's auch als PDF-Datei.

In diesem Pressetext von Canon steht, das als zweite Schicht gelegene Phasenplättchen würde die Polarisation des Lichtes durch die erste Schicht wieder aufheben.
Ganz richtig kann das so auch nicht sein, IMHO sollte es sich bei dem Phasenplättchen um ein Lambda/4-Plättchen handeln und das würde die Polarisation nicht aufheben, sondern in eine zirkulare Polarisation umwandeln. (was zugegebenermaßen die Wirkung der Polarisation für ein nachfolgendes Filter aufhebt)
Soweit also noch zum Tiefpaßfilter.

Noch was anderes: müssten dann nicht auch die Strichspuren Farbverläufe zeigen, die sind ja auch mit einer modifizierten Kamera aufgenommen.

Ein schlagendes Argument, das einen entscheidenden Mangel meines Erklärungsversuchs aufzeigt. Da hatte ich wohl nicht ganz zuende gedacht...
Die Sterne sollten feinere Punktabbildungen ergeben, als die in der Atmosphäre gelegene Leuchtspur eines Meteors. Da die vergleichbare Strichspuren der Sterne keine Farbverschiebungen aufweisen, hat die Meteorspur offenbar wirklich mehrfach ihre Farbe gewechselt.
Das Weitwinkelobjektiv kann offensichtlich bei der relativ weiten Blendenöffnung, die für die Astrofotos benutzt wurde, die Sterne nicht so scharf abbilden, daß erkennbar Alias auftritt. Interessant wäre noch, ob auch schwache Sternspuren in einem 1:1-Ausschnitt keine Aliaseffekte zeigen...


Den Farbwechsel zu erklären zu versuchen, ist wieder eine andere Sache...
Möglicherweise war der betreffende Meteor ein unrundes Objekt, das rotierte und sich dadurch abwechselnd mit seiner Schmal- bzw. Breitseite voran durch die Atmosphäre bewegte. Durch den unterschiedlichen Luftwiderstand in den einzelnen Phasen müßte dann auch unterschiedlich viel Energie an die Luft abgegeben worden sein, was die unterschiedlichen Farben durch verschieden energetische Anregungsniveaus erklären könnte.

Schöne Grüße,
Thorsten

[PeterP.]

Hallo Achim,
ich habe mir mal erlaubt, das Bild zu kopieren,
um eine Dreiecksschwingung an die Achse der Bahn zu legen.
Man kann auch eine Sinuskurve durchlaufen lassen und die
Nulldurchgänge durch die Rotpunkte laufen lassen.
Als Oberste Punkte der Amplitude habe ich das Rot gewählt, da
es am leichtesten im Bild zu erkennen ist.



Entweder rotiert das Ziel, oder ??.

Entweder ist es eine zeitabhängige Schwingung,
oder folgende Theorie nach meiner Lektüre
von Thorstens Beitrag:

Ob die Färbung durch Anordnung der Pixel im Sensor nach der
Modifizierung auftreten kann, müsste durch eine
rechnerische Analyse ermittelt werden, dazu fehlen mir
aber interne Daten dieser Kamera.
(Eher die Zeit, da ich mit anderen Projekten genug zu tun habe)
Wenn ein Lichtpunkt über die Sensoroberfläche läuft,
könnte er immer wieder andere Bereiche des jeweiligen
Farbtripels(Ja, 1r,2g,1b, also quadrupel?) treffen,
was sich dann ja wiederholen muss.
Sowas sollte sich mit einem modifizierten Bresenham.Algorythmus
feststellen lassen, mir würde sich das jedenfalls als sinnig erschließen.

Um es zu vereinfachen:

Ein kariertes Blatt wird genommen.
Vier im Qadrat angeordnete Felder bilden ein Pixel.
Diese Felder werden mit rot, grünx2 und blau ausgefüllt.
Das Schema wird auf das ganze Blatt angewendet.
Jetzt legst Du ein Lineal irgendwo quer über das
Blatt und ziehst eine Linie.

Es werden wohl niemals alle vier Felder eines Pixels
gleichzeitig berührt.
Geht man jetzt hin und zählt entlang der Linie
die berührten Unterfelder der Pixel aus,
werden die getroffenen Rot/grün/blau-Felder unterschiedlich
sein, aber die anzahl und das Muster der getroffenen Felder
innerhalb der Pixel, wird sich entlang der Linie wiederholen.

Der summierte Graph der getroffenen Farbkästchen innerhalb der Pixel
entlang der Linie entspricht der bunten Spur auf deinem Bild.

Ich hoffe, damit Denkanstöße gegeben zu haben, ohne
das ich selber die eigentliche Lösung anbieten kann.

Gruß, Peter

PS. So macht das Knobeln Spaß

[AchimS]

Der summierte Graph der getroffenen Farbkästchen innerhalb der Pixel
entlang der Linie entspricht der bunten Spur auf deinem Bild.

Hallo Peter,

Deine Erklärung erscheint mir sehr logisch, danke für Deine "Knobelei"

Clear skies, Achim