Tutorial startrail photography

Das ist das zweite Kapitel meiner Einführung in die Astrofotografie für Hobby-Fotografen

This is the second chapter of my Introduction to astrophotography for hobby photograpers

Bei der Strichspurfotografie geht es darum die Erddrehung im Bild festzuhalten, und sie eben nicht wie bei der DeepSky-Fotografie mit der Montierung auszugleichen. Ein stabiles Stativ ist natürlich Pflicht. Ansonsten ist das die Domäne der Weitwinkel- und Ultraweitwinkelobjektive.

Shooting startrail pictures makes the rotation of earth visible in the picture. In difference to deep sky pictures it is not compensated. The most important tool is a tripod. Furthermore you need an wide angle lens.

Location

Dunkler Himmel zeigt mehr und deutlichere Sterne. Das erste Bild entstand am Strand von Marstal in Dänemark, Insel Ærø unter wirklich dunklem Himmel. In heller Umgebung werden deutlich weniger Sterne sichtbar, wie hier in der Aachener Innenstadt am Rathaus.

Dark sky shows more and more distinct stars. The first image was made on teh danish island Ærø in the baltic sea under realy dark sky. Under brighter conditions like here on Aachen market place less stars.

Bewegung des Himmels – movement of the sky

Die häufigste Perspektive ist nach Norden gerichtet damit man den Polarstern (der Punkt um den sich die Sterne scheinbar drehen, da er in Verlängerung der Erdachse steht) in der Nähe des Bildfelds stehen hat, dann bekommt man schöne Kreisbögen als Strichspuren:

The mostly used perspective is to the north, because Polaris (and the center of the stars rotation) can be seen there. So you you get nice circle bows around it:

Fotografiert man in Richtung Südost oder Südwest kommt der Himmelsäquator prominent ins Bild (er schneidet den Horizont zwar genau in Ost und West, steht aber dazwischen über dem Südhorizont). Der Himmelsäquator ist die Projektion der Äquator-Ebene auf den Himmel. Auf ihm bewegen sich die Sterne scheinbar auf einer Geraden, südlich (=unterhalb) davon ist ihr Bogen nach unten geöffnet, nördlich davon nach oben, weil die Bögen einen Kreis um den Polarstern beschreiben.  Am Äquator bewegen sich die Sterne auch scheinbar am schnellsten.

 If you shot to southeast or southwest you will show the sky equator in the picture (it crosses the horizon exactly in the east and west, but ist bow stands above the southern horizon). The sky equator is the projection of the equator to the sky. On it the stars seem to move on a line, below their movement is a bow opened to the southern horizon, above the bows are part of a circle around Polaris. Near to the equator the apparent velocity of the stars is the highest.

Strichspuren aufnehmen – shooting startrails

Brennweite, Blende, ISO – focal length, aperture, ISO

Strichspuren sind ein typisches Motiv für Weitwinkel- und Superweitwinkelobjektive. Die Blende sollte man bei Zooms leicht abblenden, bei lichtstarken Festbrennweiten etwas stärker wegen der Bildqualität gerade an den Rändern. Werte zwischen 4.0 und 5.6 sind empfehlenswert.

Startrails are a typical aim for wide and ultra wide angel lenses. The aperture of zoom lenses should be closed slightly, of fast lenses a little bit more to avoid blurred areas in the edges.

Die ISO entscheidet dann über die Deutlichkeit der Sterne, je höher die ISO, desto heller die Sterne. Ich empfehle etwas zwischen ISO400 und 800. Die Belichtungszeit hat keinen Einfluss mehr auf die Helligkeit der Sterne, da ja die Belichtungszeit eines Sterns pro Pixel nicht mehr von der Öffnungszeit des Verschlusses abhängt, sondern von der Zeit, die der Stern auf den Pixel fällt. Je länger die Brennweite ist, desto höher sollte die Empfindlichkeit sein, sonst werden die Sterne zu undeutlich, weil sie sich schneller über den Sensor bewegen. Man sollte das Histogramm im Auge behalten und darauf achten dass ob es irgendwelche überbelichteten Bereiche gibt.
So the ISO provides the brightness and visibility of the stars. The exposure time has no influence to it because a stars exposure to one pixels is limited by the stars velocity across the sensor. The higher the focal length is the faster is the stars velocity, so the ISO should increase according to the focal length. You should take a look to the histogram and check for overexposed areas.

Belichtungszeit – exposure time

Die Belichtungszeit nimmt man so hoch wie möglich, deshalb geht möglichst weit außerhalb von Ortschaften und künstlicher Beleuchtung. Gut ist, wenn man auf 2-4 min. kommt, ohne das der Himmel richtig hell wird. Unter extrem hellen Bedingungen, wie diese Bilder aus Aachen zeigen, kann man auch mit sehr vielen kurzen Belichtungen brauchbare Ergebnisse erzielen kann. Hier wurden Belichtungszeiten zwischen 15 und 30s verwendet.
The exposure time should be as long as possible. It is good if you can use 2 to 4 minutes without the sky getting to bright. Under extreme conditions like these photos in Aachen you can provide good results using great numbers of short time exposures, here 15 to 30s were used.

Die Gesamtbelichtungszeit entscheidet über die Wirkung der Strichspuren im Bild.
Bei 28mm an Vollformat (18mm an Crop) würde ich z.B. etwa 40-60min. empfehlen. Die Gesamtbelichtungszeit ist die Belichtungszeit pro Aufnahme multipliziert mit der Zahl der Aufnahmen. Wichtig ist, dass man praktisch keine Pausen zwischen den Belichtungen hat, deshalb ist ein programmierbarer Auslöser hilfreich. Außerdem muss man den Dunkelbildabzug (Rauschreduzierung bei Langzeitbelichtung) abschaltet. Stattdessen kann man am Ende ein paar Bilder bei gleicher ISO und Belichtungszeit wie die Strichspuraufnahmen machen, aber mit geschlossenem Objektivdeckel (so erzeugst du manuell ein Darkframe). Je länger die verwendete Brennweite ist, desto strenger muss man diese Regeln beachten, weil sich die Stern scheinbar schneller bewegen.
The total exposure time has great influence to the appearance of the startrail picture. Using a 28mm lens on full format (18mm crop) I recommend a total exposure of 40 to 60 minutes. The total exposure is the exposure per shot multiplied with the number of shots. It is important to avoid any interrupt between the shots. So it is necessary to switch of the noise reduction by darkframe. You can take a darkframe manual at the end of the shooting if you shot under the same conditions but with covered lens. This is the more important the longer the focal length of the lens is, because the apearrent velocity of the stars is higher.

Bildbearbeitung – image processing

Die einzelnen Bilder müssen zusammengesetzt werden um den Strichspur-Effekt zur erreichen. Dafür eignet sich Photoshop im Ebenenmodus “aufhellen”, aber auch die Freewares StarTrails oder StarStax. Es ist zu empfehlenswert das RAW-Format zu beutzen wenn möglich, weil man dann Einstellungen auf alle Einzelbilder gleich anwenden kann. Besondes wichtig ist der Weißabgleich, ich Empfehle Einstellungen im Bereich um Kunstlicht, weil man dann einen neutralen oder leicht blauen Himmel erhält. Das muss aber immer auch an die vorherrschenden Lichtbedingungen anpassen. Danach setzt man das Startrail mit einer der gennannten Tools zusammen, wenn man will kann man das Ergebnis noch nachbearbeiten. Für spezielle Astro-Bildbearbeitung gibt es vefschidene Tools. Mehr Informationen findet man auf speziellen Astronomie-Portalen und -Foren.

The taken photos has to be combined to provide the startrail effect. You can use photoshop’s layer blend mode “lighten” or the freeware tools StarTrails or StarStax. It is recommended to use RAW files if possible, because you can apply adjustments to each single frame the same way. The probably most important adjustment is the white balance, I recommend to use white balance like tungsten light, because you get a more neutral or slighly blue sky instead of a orange ore green one. This has to be adapted to each special light condition. After adjusting you can export and combine the frames with your favorite software, at last you can apply general improvements to the result if you like. For special image processing for astrophotography there are several tools which can be used. More information are available on astronomy websites  and forums.

Links

http://news.astronomie.info/

https://www.astronomie.de/

http://www.astronomyforum.net/

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