Milchstraße bis Polarlichter: So gut klappt Astrofotografie mit dem Smartphone
Für Astrofotos braucht man teure Kameras und Spezialzubehör? Nicht mehr. Smartphones erreichen überraschend gute Resultate.
Der Nachthimmel zeigt das ganze Jahr über wunderschöne Motive. Doch jetzt im Herbst geht die dunkle Jahreszeit los und bringt einen unschlagbaren Vorteil mit sich: Man muss nicht mehr lange wach bleiben, um Sterne beobachten und fotografieren zu können. Im hohen Norden – und manchmal sogar in Deutschland – kann man nun außerdem fantastische Polarlichter ablichten.
Wie gut oder wie schlecht eine Kamera in der Dunkelheit und damit für Astroaufnahmen funktioniert, hängt im Wesentlichen von der Größe des Sensors beziehungsweise der einzelnen Pixel ab. Dabei gilt: Je größer, desto besser ist das Rauschverhalten bei schlechten Lichtverhältnissen. In der Astrolandschaftsfotografie sind deshalb vor allem Spiegelreflex- beziehungsweise spiegellose Systemkameras mit Vollformatsensor und moderater Auflösung verbreitet. Dazu gehören etwa Modelle wie die ältere Canon EOS 6D [13], aber auch neuere Geräte wie die Sony A7 III [14].
Ein Smartphone kann mit diesen Kameras natürlich nicht mithalten! Oder vielleicht doch? Um zu testen, wo die Mobiltelefone aktuell im besten Fall stehen, habe ich im Laufe des vergangenen Jahres das Googles Pixel 6 auf meine Astrofototouren nach Norwegen und in die Alpen mitgenommen. Ich habe es hier parallel zu meiner Standardausrüstung bestehend aus der Spiegelreflexkamera Canon 6D samt Weitwinkelobjektiv 24 mm f/1.4 und der spiegellosen Systemkamera Sony A7 III mit dem 20 mm f/2.0 eingesetzt. Spoiler: Ich war überrascht, welch' gute Ergebnisse sich mit dem Smartphone erzielen ließen!
[15]Smartphone vs. Systemkamera – ein Technikvergleich
Der Bildsensor der Hauptkamera des Google Pixel 6 hat das Format von 1/1,31 Zoll. Damit ist er in etwa 9 × 7 Millimetern groß und kommt auf eine Fläche von gut 63 mm². Das Pixel 6 bewegt sich hier auf dem Niveau der meisten aktuellen hochwertigen Mobiltelefone. Verglichen mit meiner klassischen Ausrüstung ist der Bildsensor jedoch winzig. Die Vollformatchips meiner Kameras kommen immerhin auf 36 × 24 Millimeter und damit auf eine vergleichsweise riesige Fläche von 864 mm².
Das wirkt sich auch auf die Größe der einzelnen Pixel aus, die beim Google-Telefon auch wegen der hohen Auflösung von 50 Megapixeln gerade einmal 1,2 Mikrometer breit sind. Die Canon EOS 6D kommt dagegen auf 6,5 Mikrometer breite Fotodioden, dabei besitzt sie eine geringere Auflösung von 20 Megapixeln.
Damit ist die klassische Kamera allein mit Blick auf die Hardware haushoch überlegen. Doch Smartphones wie das Google Pixel 6 begegnen diesem Nachteil mit einer intensiven, internen Bildoptimierung. Stichwort: Computational Photography [16]. Dabei wenden die Mobiltelefone verschiedene Techniken an. So kommen die Bilder des Pixel 6 nicht etwa in der hohen 50-Megapixel-Auflösung aus der Kamera, sondern lediglich mit 12,5 Megapixeln. Google fasst hier wie andere Hersteller auch die Informationen mehrerer Fotodioden – in diesem Fall vier – zusammen. So kombinierte Pixel kämen auf eine Kantenlänge von immerhin 2,4 Mikrometern.
Dennoch bleiben auch diese vergleichsweise klein, sodass vor allem bei schlechten Lichtverhältnissen, wie sie in der Astrofotografie vorherrschen, ein starkes Bildrauschen entstehen würde. Dieses vermindern Smartphones nicht nur, indem sie Pixel kombinieren, sondern auch mithilfe der Stacking-Technik. Dabei legen sie mehrere hintereinander aufgenommene Fotos exakt übereinander und fassen die Bildinformationen gezielt zusammen.
Das Pixel 6 hat sogar einen eigenen Astrofotomodus, womit es zugegebenermaßen in einer eigenen Liga spielt. Auch das neue Pixel 7 dürfte mit dieser Funktion ausgestattet sein. Bei anderen Herstellern wie Apple oder Samsung findet man zwar ebenfalls einen mächtigen Nachtmodus, doch vergleichbar mit der Spezialfunktion der Google-Telefone ist dieser nicht.
Im Astromodus nimmt das Telefon für etwas mehr als vier Minuten kontinuierlich Bilder mit jeweils 16 Sekunden Belichtungszeit auf und fügt diese automatisch zu einem beeindruckenden Gesamtbild zusammen. Der interne Softwarealgorithmus muss dabei nicht nur einfach alle Bilder übereinander legen, sondern zwischen Vordergrund und Sternenhimmel unterscheiden, um beide Bereiche unterschiedlich zu behandeln. Grund hierfür ist, dass bei einer Aufnahme vom Stativ die Landschaft zwar auf jedem Bild an der exakt gleichen Stelle bleibt, der Sternenhimmel jedoch durch die Erdrotation von Bild zu Bild "weiterwandert".
Das Pixel 6 erledigt damit bereits intern das, was Astrofotografen in mühsamer Feinarbeit später am Rechner teils händisch nacharbeiten müssen. Denn aus den großen Kameras kommen selten spektakuläre Einzelaufnahmen. Luftunruhen, Lichtverschmutzung und Bildrauschen drücken hier die Qualität, weshalb nicht selten 10, 30 oder sogar mehr als 100 Aufnahmen kombiniert werden, um Rauschen zu reduzieren und die Detailtiefe zu erhöhen.
Manche Programme für Windows oder Mac OS, welche sich auf das sogenannte Astrolandschafts-Stacking spezialisiert haben, gehen auf eine ähnliche Weise vor wie das Pixel. Dabei muss der Nutzer dem Programm jedoch beispielsweise händisch mitteilen, was im Bild Himmel und was Vordergrund ist.
Einstellungen und Fotopraxis
Theoretisch sind die Astroaufnahmen mit dem Pixel 6 ein Selbstläufer, denn mehr als im richtigen Moment auf den Auslöser zu drücken, kann (und muss) man Smartphone-typisch nicht tun. Allerdings lohnt es sich, vorher einige Einstellungen vornehmen, um das Beste aus der kleinen Kamera herauszuholen.
Die Astroaufnahmen entstehen im Modus "Nachtsicht". Im Auslösebutton erscheint daraufhin zunächst ein Mondsymbol. Wichtig ist, dass Sie die Astrofotografie-Option in den Kamera-Einstellungen aktivieren. Sie schaltet sich dann automatisch bei ausreichend Dunkelheit und einem stillstehenden Smartphone ein.
In den Einstellungen der Kamera-App sollten Sie außerdem die Option "Raw+JPEG"-Steuerung aktivieren, um zum klassischen JPEG auch Raw-Daten im DNG-Format aufzeichnen zu können. Erwarten Sie hier allerdings nicht zu viel: Obwohl das Pixel eine Bildserie einfängt, legt es im Astromodus jeweils nur ein JPEG und – wenn ausgewählt – ein DNG ab. Das Raw ist nicht vergleichbar mit dem einer klassischen Kamera, so besitzt es beispielsweise nicht die volle Auflösung des Sensors von 50 Megapixeln, sondern lediglich 12,5 Megapixel. Dennoch erschließen Sie sich damit mehr Möglichkeiten, wenn Sie Ihre Aufnahmen später doch noch bearbeiten wollen.
Stellen Sie den Fokus der Hauptkamera zudem auf "Weit", um korrekt auf den Sternenhimmel zu fokussieren. Aktivieren Sie darüber hinaus einen Timer von 3 Sekunden, um durch das Tippen auf den Auslösebutton nicht das Bild zu verwackeln.
Astrofotografie mit dem Google Pixel 6 erfordert etwas Geduld
Haben Sie einen passenden Fotospot gefunden, brauchen Sie nur noch für eine wackelfreie Aufnahme über gut vier Minuten zu sorgen. Dazu klemmen Sie das Smartphone idealerweise in einen entsprechenden Halter auf ein kleines Stativ. Die Aufnahme startet, sobald Sie den Auslösebutton drücken. Dieser zeigt nun übrigens nach kurzer Zeit ohne Wackeln am Smartphone statt des Mondsymbols Sterne oder die Sekundenzahl des Timers an.
Wie lange Sie sich gedulden müssen, zeigt der herunterzählende Timer auf dem Bildschirm. Zwar lässt sich die Aufnahme jederzeit über den Auslösebutton mit dem "X" abbrechen, in der Regel werden Sie jedoch die besten Ergebnisse erzielen, wenn Sie sich die gesamten vier Minuten gedulden.
In dieser Zeit macht das Pixel 6 insgesamt 15 Aufnahmen à 16 Sekunden Belichtungszeit. Ein Blick in die EXIF-Daten der Aufnahmen verrät weitere Aufnahmeparameter: eine lichtstarke Blende f/1.9, eine auf das Kleinbildformat umgerechnete Brennweite von 24 Millimetern und einen auf die Helligkeit der Szenerie abgestimmten ISO-Wert, der meist zwischen 200 und 1500 liegt.
Bildergebnisse im Detail
Die Resultate haben mich überzeugt. Die Abbildung der Sterne ist in der Bildmitte sehr sauber, während die Qualität zu den Bildrändern hin etwas abnimmt. Dies ist jedoch ein typischer Effekt vieler Ultraweitwinkelobjektive, den Sie selbst mit teuren Systemkameras beobachten können. Das Bildrauschen ist für diese Sensorgröße schon fast rekordverdächtig gering, was im Wesentlichen der Stacking-Technik zu verdanken ist.
Bedenkt man dabei, dass für solch' eine Aufnahme keinerlei fotografisches Vorwissen nötig ist, keine Belichtungseinstellungen vorgenommen oder gar der Fokus auf die Sterne manuell bewerkstelligt werden muss, sind die Ergebnisse beeindruckend. Selbst Erfahrungen in der Bildbearbeitung sowie ein entsprechendes Programm dafür braucht es nicht zwingend. Denn die JPEGs, die das Google Pixel 6 als Ergebnis ausspuckt, lassen sich schon "out-of-the-cam" verwenden, wie die minimal bearbeiteten Beispielbilder zeigen.
Mit ein wenig Erfahrung in der Raw-Entwicklung von Nachtaufnahmen können Sie aus den DNG-Ergebnissen des Pixel 6 noch mehr herausholen, insbesondere im Bereich der Helligkeit, Tiefen und Details. Ebenso ist die Abbildung der Sterne noch etwas feiner und Artefakte, die durch die JPEG-Komprimierung innerhalb des Smartphones entstehen, werden minimiert. Ohne Bearbeitung weist das JPEG jedoch ein geringeres Bildrauschen auf, wie der folgende Vergleich zeigt:
Wollen Sie sich den Schritt der Raw-Entwicklung sparen, lässt sich also durchaus das JPEG-Ergebnis des Pixel 6 nutzen. Bei einer "echten" Kamera würde ich das jedoch nicht empfehlen, da sie hier dank des großen Sensors noch eine Menge aus der Raw-Aufnahme herausholen können – sei es durch die Bildbearbeitung oder das manuelle Stacking mehrerer Aufnahmen.
Wie schneidet das Pixel 6 im Vergleich zur Systemkamera ab?
Bei detaillierter Betrachtung sehen Sie natürlich einen gewissen Qualitätsunterschied zwischen Smartphone- und Systemkamera-Aufnahmen. Schauen wir uns dazu ein bearbeitetes Milchstraßenfoto aus den Dolomiten an, welches ich sowohl mit Canon EOS 6D als auch dem Google Pixel 6 aufgenommen habe. Neben der höheren Auflösung (20 gegenüber 12,5 Megapixel) sind insbesondere in der 100-Prozent-Ansicht Unterschiede in der Abbildung der Sterne und des Vordergrunds zu sehen.
Ähnlich verhält es sich beim Vergleich des folgenden Polarlichtbildes aus Nordnorwegen, bei dem das Mondlicht als zusätzliche Lichtquelle diente. In der Einzelaufnahme der Sony A7 III sind in der 100-Prozent-Ansicht feinere Sterne und ein etwas detaillierterer Vordergrund zu sehen. Durch das Stacking des Google Pixel 6 wirkt dieses Bild jedoch rauschfreier, leider aber auch "glattgebügelt".
Verglichen wurden hier bearbeitete Einzelbilder einer Systemkamera mit den gestackten und leicht nachbearbeiteten Bildern des Astrofotomodus des Google Pixel 6. Die Bilder der Systemkamera können Sie natürlich durch Techniken wie dem Stacking ebenfalls weiter verbessern, was jedoch einen wesentlich höheren Aufwand als die Automatik im Smartphone bedeutet.
Dazu sollte man bedenken: Für beeindruckende Astroaufnahmen ist neben der Kamera auch ein lichtstarkes und somit meist teureres Objektiv. Damit ergibt sich für das Smartphone vermutlich sogar ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis – natürlich immer unter der Annahme, dass man das Mobiltelefon nicht ausschließlich zum Fotografieren anschafft.
Aber auch in puncto Größe und Gewicht kann das Google Pixel 6 punkten: Selbst mit Stativ und Smartphone-Halter passt es noch gut in die Tasche. Noch dazu benötigen Sie keinerlei Vorwissen in der Astrofotografie oder der Bildbearbeitung. Unter diesen Gesichtspunkten müssen sich die Ergebnisse des Pixel 6 also wirklich nicht vor denen der klassischen Fotoausrüstung verstecken. Und wie heißt es so schön: Die beste Kamera ist die, die Sie dabeihaben und auch nutzen!
Für welche Motive eignet sich der Astrofotomodus?
Nutzen können Sie den Astrofotomodus für nahezu alle Astrolandschaftsmotive in der Nacht. Ein klassisches Motiv ist natürlich die Milchstraße, deren helles Zentrum in unseren Breiten etwa zwischen Ende Februar und Anfang Oktober zu sehen ist. Aber auch in der Dämmerung, beispielsweise in der "Blauen Stunde" und bei Mondlicht, lassen sich beeindruckend gute Bilder mit diesem Modus aufnehmen. Das Bildrauschen eliminiert das Telefon dank des Restlichts in solchen Aufnahmen mithilfe der Stacking-Technik sogar nahezu vollständig.
Polarlichter – zum Beispiel auf einer Reise nach Island oder Skandinavien – lassen sich ebenfalls sehr gut mit dem Google Pixel 6 fotografieren. Hier gibt es lediglich die kleine Einschränkung, dass sich die tanzenden Lichter teilweise recht schnell am Himmel bewegen, und ihre Strukturen durch die mehrminütigen Belichtungen und das Stacking etwas verloren gehen.
Hier sind Systemkameras mit großen Sensoren und lichtstarken Objektiven im Vorteil, da sie das Motiv in ähnlicher Helligkeit und mit geringem Bildrauschen in nur wenigen Sekunden auf den Sensor bannen können.
Allgemeine Tipps zur Astrofotografie mit dem Smartphone
Für viele Motive in der Nacht sollten Sie sich Spots mit einem möglichst dunklen Himmel suchen. Unterstützen können Sie hierbei sogenannte Lichtverschmutzungskarten, welche die Klassen der Himmelshelligkeit farblich darstellen. Ein Beispiel ist der Light Pollution Atlas 2020 von David Lorenz [17]. Dabei gilt: Je dunkler die Farben (etwa grün oder blau), desto dunkler ist der Standort. Nicht nur die künstliche Lichtverschmutzung kann jedoch den dunklen Nachthimmel stören, sondern auch der Mond und die Dämmerung.
Um diese Faktoren für Ihren geplanten Fotospot beurteilen zu können, eignet sich die kostenfreie Webanwendung Photo Ephemeris [18], für welche Sie lediglich einen Account anlegen müssen. Sollten Sie über Mond- und Dämmerungszeiten hinaus weitere Planungsdaten benötigen, so empfehlen sich kostenpflichtige Fotografen-Apps wie Planit Pro (Android [19]/ iOS [20]) oder PhotoPills (Android [21]/ iOS [22]).
Ein richtig dunkler Standort bringt jedoch meist eine Herausforderung mit sich: Der Vordergrund wird auf den Aufnahmen in der Regel sehr dunkel. Dies lässt sich leider auch durch die beste Stacking-Technik nicht verbessern. In diesem Fall können jedoch selbst etwas "Lightpainting" [23] betreiben und Objekte im Vordergrund während der Aufnahme kurz mit einer Taschen- oder Stirnlampe anstrahlen. Wenige Sekunden genügen bereits. An manchen Fotospots, wie beispielsweise in den Dolomiten, haben Sie jedoch trotz ausreichend dunklem Himmel meist noch etwas Lichtverschmutzung im Vordergrund, was das Fotografieren in der Nacht einfacher gestaltet.
Ansonsten können das Mondlicht oder die Lichtreflektion im Schnee dabei helfen, auch den Vordergrund hell abzubilden – beispielsweise in der Polarlichtfotografie.
(ssi [24])
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[9] https://www.heise.de/ratgeber/Fotopraxis-Hochaufloesende-Mondbilder-mit-einfachen-Mitteln-6008176.html
[10] https://www.heise.de/ratgeber/Milchstrassenfotos-Besser-planen-und-richtig-faken-4722237.html
[11] https://www.heise.de/ratgeber/Milchstrassenfotografie-Methoden-zur-Rauschreduzierung-6008749.html
[12] https://www.heise.de/ratgeber/Startrails-fotografieren-Landschaften-mit-Sternspuren-gestalten-5077558.html
[13] https://www.heise.de/news/Erste-Bilder-mit-Canons-EOS-6D-1769193.html
[14] https://www.heise.de/tests/Spiegellose-Vollformatkameras-Sony-A7-III-und-Nikon-Z6-im-Vergleichstest-4263823.html
[15] https://www.heise.de/newsletter/anmeldung.html?id=ki-update&wt_mc=intern.red.ho.ho_nl_ki.ho.markenbanner.markenbanner
[16] https://www.heise.de/hintergrund/Computational-Photography-Smartphone-Kameras-simulieren-Foto-und-Studiotechnik-6113443.html
[17] https://djlorenz.github.io/astronomy/lp2020/overlay/dark.html
[18] https://app.photoephemeris.com/join
[19] https://play.google.com/store/apps/details?id=com.yingwen.photographertoolspro&gl=DE
[20] https://apps.apple.com/de/app/planit-pro-fotoplaner/id898876435
[21] https://play.google.com/store/apps/details?id=com.photopills.android.photopills&hl=de&gl=US
[22] https://apps.apple.com/de/app/photopills/id596026805
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