Was bringt der Webcamumbau auf Schwarzweiß?

Die für die Astrofotografie am weitesten verbreiteten Modelle sind von der Firma Philips. Die Varianten 740, 840 und SPC900 sind weitgehend baugleich und enthalten einen identischen CCD-Sensor. Dieser CCD-Sensor ist ein Farbchip mit Bayer-Pattern. Vor jedem Pixel sitzt ein kleiner Filter, der entweder rotes, günes oder blaues Licht durchläßt. Aus den 3 Kanälen wird intern das Farbbild generiert. Für astronomische Zwecke ist es interessanter einen Schwarzweißchip zu verwenden. Ohne Farbfilter erhält jedes Pixel 3 mal soviel Licht. Das Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) wird wesentlich verbessert. Zudem lassen sich zur Seenigoptimierung Rot- und IR-Pass-Filter verwenden. Externe Rot-Filter würden bei der Farbwebcam nur ein Viertel der Pixel ansprechen und die Auflösung halbieren.
Für en Umbau gibt es im Internet eine gute Anleitung unter: astrofotografie.ilo.de/aufnahmetechniken/toucam.optimieren.php Dort wird auch die Änderung der webcaminternen Aufnahmesoftware empfohlen. Die Originalsoftware liefert zwar 25 Bilder je Sekunde, doch werden die Rohbilder stark komprimiert um die Kamera USB 1.1 kompertibel herzustellen zu können. Mit der optimierten Software unter astrosurf.com/astrobond/ebrawe.htm liefert die Kamera zwar nur 5 Bilder je Sekunde, diese jedoch ohne Schärfungs und Kompressionsartefakte.
Ein erster Vergleich von Farbwebcam und umgebauter SW-Webcam erfolgte am 10.9.2006.

Der erste Test erfolgte noch mit der Originalfirmware von Philips und lieferte kein überzeugendes Ergebnis. Anders war dies beim 2. Test nach dem Softwareupdate. Die Rohbilder waren wesentlich rauschärmer.


Bei den meisten astronomische Objekten ist eine längere Aufnahmezeit kein Problem. Venus, Merkur, Mars und Mond können problemlos mehr als 10 min belichtet werden, so das 5 fps völlig ausreichend sind. Hier ist der SW-Chip auf jeden Fall überlegen. Doch bei Jupiter und der H-Alpha-Sonne ist die Lage anders. Hier gibt es rasche Veränderungen, die die Belichtungszeit auf etwa 2 min begrenzen. Der Farbchip liefert stärkeres Rauschen aber auch mehr Bilder. Die Frage ist, ob der Farbchip durch seine größere Bildanzahl das stärkere Rauschen kompensieren kann.
Das folgende Bild zeigt das Ergebnis bei identischer Aufnahmedauer und identischer Verarbeitung.


Trotz 5 fps und geringerer Bildzahl ist das Resultat mit dem SW-Chip deutlich besser. Selbst wenn die SW-Kamera mit 25 fps ausgelesen wird und eine Kompression hingenommen werden muß, ist das Ergebnis der Farbkamera klar überlegen. Wird der SW-Chip mit 25 fps betrieben sind die Rohbilder künstlich geglättet, Doch durch die größere Rohbildanzahl wird das Summenbild so gut, dass stärker geschärft werden kann, und das Endergebnis etwa mit dem Resultat von 5fts vergleichbar ist. Ob es sinnvoller ist die Kamera mit 5 fps oder 25 fps zu betreiben muss im Einzelfall nach dem Seeing entschieden werden.

Oft ist der Unterschied im Summenbild zwische Farb- und SW-Chip auf den ersten Blick nicht so gravierend. Doch bei einer Vergrößerung ist der Qualitätsabstand deutlich erkennbar.


Beim Mond ist der Einsatz eines Rotfilters zur Seeingverbesserung vorteilhaft.


Fazit:
- Die Umrüstung lohnt. Allerdings ist die umgebaute ToUCam einer echten SW-Firewire-Webcam wie der DMK oder der Luminera wegen der geringeren Bildanzahl unterlegen.
- Das Softwareupdate ist unbedingt notwendig. Ohne Änderung der Firmware ist das Auswechseln des Chips sinnlos.
- Der Einsatz der SW-Chip-Kamera lohnt vor allem bei geringerer Brennweite, wenn das Seeing noch nicht der limitierende Faktor ist, und bei kleineren Optiken wenn nur wenig Licht zur Verfügung steht. Besonder sinnvoll ist der Umbau bei der Verwendung von externen Farbfiltern sowie bei der H-Alpha-Sonnenfotografie.
- Die 3-fach höhere Empfindlichkeit, die kompressionslose Übertragung und die abgeschaltete Schärfung kompensieren die geringere Bildrate vollständig.
Bei gleicher Aufnahmedauer ist die SW-Kamera der Farb-Kamera etwas überlegen.
Bei gleicher Bildanzahl ist die SW-Kamera der Farb-Kamera deutlich überlegen.
- Bei gleicher Aufnahmedauer bringt eine Erhöhung der Bildrate von 5 fps auf 25 fps mit der umgebauten Kamera i.d.R. keinen Vorteil.

Nachteile beim Umbau:
- keine Farbbilder
- mit dem SW-Chip ist es schwieriger Sonnenoberfläche und Protuberanz gleichzeitig abzubilden.
- der SW-Chip kostet etwa 30 Euro. Das Umbau benötigt handwerkliche Erfahrung.

Noch ein paar Ergebnisse mit der umgebauten Webcam: