So funktioniert Stacking in der Astrofotografie

Diagramm zur Funktionsweise eines Astro-Stackers: Einzelne Light-Aufnahmen werden aufgenommen, ihre Sterne ausgerichtet, die Aufnahmen kombiniert, um zufälliges Rauschen zu reduzieren, und das Ergebnis wird fertig bearbeitet — Jeder Stacker durchläuft diese vier Schritte. Die folgenden Abschnitte erklären, was in jedem davon passiert.

Kurz gesagt

Nimm mehrere einzelne Belichtungen desselben Objekts auf.
Füge optional Kalibrierungsaufnahmen hinzu: Darks, Flats, Bias oder Dark-Flats.
Der Stacker registriert die Aufnahmen, sodass dieselben Sterne auf denselben Pixeln liegen.
Er kombiniert jedes Pixel über alle Aufnahmen mit einer Stacking-Methode; danach streckst du das Ergebnis und gibst ihm den Feinschliff.

1. Warum mehrere Aufnahmen besser sind als eine

Jede Belichtung enthält zwei Dinge: Signal, also das Licht, das tatsächlich vom Himmel ankommt, und Rauschen, die zufällige Körnung, die vom Sensor und vom Licht selbst stammt. Das Signal ist von Aufnahme zu Aufnahme gleich. Das Rauschen ist jedes Mal anders.

Wenn du passende Aufnahmen mittelst, bleibt das wiederkehrende Signal stabil, während sich die zufälligen Anteile teilweise aufheben. Das Rauschen sinkt ungefähr mit der Quadratwurzel der Anzahl der Aufnahmen: Vier Aufnahmen haben etwa halb so viel Rauschen wie eine, sechzehn etwa ein Viertel. Deshalb hilft Stacking bei schwachen Objekten am meisten, und deshalb bringt jede weitere Aufnahme etwas weniger als die vorherige.

2. Ausrichtung: Die Sterne zurück an dieselbe Stelle bringen

Zwischen den Belichtungen dreht sich der Himmel, die Montierung driftet oder das Smartphone bewegt sich leicht. Bevor die Aufnahmen kombiniert werden können, muss der Stacker sie registrieren: dieselben Sterne in jeder Aufnahme finden und die Bilder so verschieben oder drehen, dass diese Sterne übereinanderliegen.

Sterne erkennen in jeder Aufnahme.
Muster abgleichen: Sternmuster zwischen jeder Aufnahme und einer Referenzaufnahme vergleichen.
Transformieren: Jede Aufnahme so anpassen, dass ihre Sterne auf den Referenzpositionen landen. Subpixelgenaue Ausrichtung hält die Sterne rund statt leicht verschmiert.
Qualität bewerten. Aufnahmen mit Unschärfe, Wolken oder zu wenigen zugeordneten Sternen können markiert oder weggelassen werden.

Die Ausrichtung folgt den Sternen. Alles, was sich nicht mit dem Himmel bewegt, etwa eine Baumreihe oder ein Gebäude, verschiebt sich deshalb zwischen den Aufnahmen. Darum müssen Weitwinkelaufnahmen mit Landschaft im Vordergrund oft getrennt für Himmel und Boden bearbeitet werden.

3. Stacking-Methoden: Wie jedes Pixel kombiniert wird

Diesen Schritt meinen die meisten, wenn sie von einem Astro-Stacker sprechen. Sobald die Aufnahmen übereinanderliegen, betrachtet der Stacker dasselbe Pixel in jeder Aufnahme und entscheidet, welcher Wert bleibt. Die Methode bestimmt, wie er mit Ausreißern umgeht, etwa Satellitenspuren, Flugzeuglichtern oder einer Aufnahme, die eine Windböe abbekommen hat. Diese Methoden findest du in den meisten Stackern:

Mittelwert: Der Durchschnitt aller Aufnahmen. Das sauberste Ergebnis, wenn alle Aufnahmen gut sind, und die beste Referenz, um andere Methoden zu vergleichen.
Median: Der mittlere Wert. Ignoriert einzelne helle oder dunkle Ausreißer, auf Kosten von etwas mehr Rauschen als bei einem sauberen Mittelwert.
Kappa-Sigma: Verwirft Werte, die mehr als eine festgelegte Anzahl von Standardabweichungen vom Rest entfernt liegen, und mittelt den Rest. Eine gängige Wahl, um Spuren zu entfernen und dabei den größten Teil der Rauschminderung zu behalten.
Maximum: Behält den hellsten Wert. Nicht zur Rauschminderung gedacht. Strichspuraufnahmen nutzen ihn bei Aufnahmen, die ohne Ausrichtung gestackt werden.
Entropiegewichteter Mittelwert: Gewichtet Aufnahmen stärker, die in einem Bildbereich mehr Details enthalten. Das kann helfen, wenn die Qualität der Aufnahmen schwankt.
Adaptiv gewichteter Mittelwert: Passt das Gewicht jeder Aufnahme daran an, wie gut sie mit den anderen übereinstimmt, sodass schwächere Aufnahmen weniger zählen.

Keine Methode ist für jede Szene die beste. In Astro Stacker wählst du einen Modus statt einer Methode, und die App legt die Methode für dich fest:

„Schnell“ nutzt den Mittelwert aller Aufnahmen für einen raschen ersten Eindruck.
„Qualität“, der Standard, nutzt Kappa-Sigma-Clipping und lässt das schwächste Zehntel der Aufnahmen weg.
„Max. Details“ nutzt ebenfalls Kappa-Sigma, mit langsamerer, feinerer Ausrichtung, und lässt das schwächste Fünftel weg.

Der Ratgeber zu den Stacking-Modi erklärt, wann du welchen nutzt.

4. Kalibrierungsaufnahmen: Den Sensor korrigieren, nicht den Himmel

Manche Fehler wiederholen sich in jeder Light-Aufnahme, deshalb verstärkt sie das Stacking zusammen mit den Sternen. Kalibrierungsaufnahmen messen diese Fehler, damit sie entfernt werden können, bevor die Aufnahmen kombiniert werden.

Darks entstehen mit abgedecktem Sensor bei gleicher Belichtung und Temperatur. Sie korrigieren thermisches Signal und Hotpixel.
Flats sind gleichmäßig ausgeleuchtete Aufnahmen, die Vignettierung und Staubschatten korrigieren.
Bias-Frames sind die kürzestmöglichen Belichtungen und erfassen den Ausleseoffset des Sensors.
Dark-Flats sind Darks mit der Belichtung der Flats und dienen dazu, die Flats selbst zu kalibrieren.

Kalibrierung ist für einen ersten Stack optional und Teil von Astro Stacker Pro. Aufnahmen, die nicht zu deinen Lights passen, können mehr schaden als nützen, also vergleiche ein kalibriertes Ergebnis mit einem Stack nur aus Lights.

5. Wie viele Aufnahmen solltest du stacken?

Nimm so viele gleichmäßige, scharfe Belichtungen eines Objekts auf, wie du in einer Sitzung schaffst. Weil das Rauschen mit der Quadratwurzel der Aufnahmezahl sinkt, macht der Schritt von 10 auf 40 Aufnahmen einen deutlichen Unterschied, während der von 100 auf 130 kaum zu sehen ist. Ab einem gewissen Punkt bringen ein dunklerer Himmel, besserer Fokus oder längere Einzelbelichtungen mehr als zusätzliche Aufnahmen.

Qualität zählt genauso wie Menge: Ein paar unscharfe oder bewölkte Aufnahmen können einen Stack weich machen, also sortiere sie aus, statt sie wegen der Anzahl zu behalten. Gratis stackt bis zu 10 Light-Aufnahmen auf einmal; Pro hebt das Limit auf.

6. Was Stacking nicht kann

Fehlende Details zurückholen: Wenn eine schwache Struktur in jeder Aufnahme unter dem Rauschen liegt und der Fokus weich ist, helfen mehr Aufnahmen nur langsam. Besserer Fokus und dunklerer Himmel helfen mehr.
Schlechte Nachführung allein ausgleichen: Die Ausrichtung korrigiert Drift zwischen den Aufnahmen, nicht Sternspuren innerhalb einer Belichtung.
Lichtverschmutzung entfernen: Himmelsaufhellung ist ebenfalls Signal und wird deshalb mitgestackt. Verlaufsentfernung nach dem Stacking hilft, ein dunklerer Standort hilft am meisten.
Den Feinschliff ersetzen: Ein unbearbeiteter Stack wirkt meist dunkel und flau. Eine Streckung, etwa die Auto-Streckung in Astro Stacker, macht das schwache Signal sichtbar.

Dieselbe Pipeline auf iPhone und iPad

Astro Stacker führt diese gesamte Pipeline auf iPhone und iPad aus: Import, Ausrichtung, Kalibrierung, Stacking, Feinschliff und Export, direkt auf dem Gerät. Pro hebt das Aufnahmelimit von Gratis auf und ergänzt RAW, FITS und Kalibrierung. Die Funktionsseite führt durch jeden Schritt.

Bereit loszulegen? Folge dem Ratgeber zum Stacken auf dem iPhone, dem Ratgeber zu FITS auf dem iPad oder lies den ehrlichen Vergleich für DeepSkyStacker- und Sequator-Nutzer.