Die Auswertung der Hofer Planetenvideos

Seit einem Computergrafikpraktikum 1992 im Rahmen meines Informatikstudiums beschäftige ich mich immer wieder sporadisch mit der Auswertung von astronomischen Videoaufzeichnungen, speziell Planetenvideos. Die entsprechenden Ergebnisse von den eigenen Aufnahmen des SL-9-Impacts auf Jupiter waren lange Zeit an dieser Stelle zu finden. Dort konnten zwar mit der vorhandenen Software tolle Animationssequenzen erstellt werden, auf Grund der begrenzten Auflösung der Aufnahmen war die Zahl der erkennbaren Details jedoch gering.
Auf dem '95er Frühjahrstreffen der Sternfreunde in bekam ich dann die Aufnahmen von Kurt Hopf und seinem Team zu Gesicht, die mich schwer beeindruckten. An einem 50cm-Dobson konnten sie mit Hilfe eines einfachen VHS-C-Camcorders Details Mars und Jupiter mit einem Detailreichtum aufzeichnen, wie ich es dahin noch nicht gekannt hatte. Da 'packte' es mich wieder einmal und ich beschloß, diese Aufnahmen mit meiner speziell auf die Verarbeitung von Videos zugeschnittenen Software IMPRO zu bearbeiten. Nach einiger Zeit bekam ich einen Teil der Videobänder aus Hof zugeschickt, an dieser Stelle soll nun das Ergebnis vorgestellt werden.

Zuerst wurde das Videoband vom März 1992 gesichtet und die Abschnitte mit der besten Luftruhe herausgesucht. Von denen wurden dann jeweils ca. 100 Videoframes digitalisiert, die besten 50 herausgesucht, zurückzentriert und gemittelt. Das Zentrieren war besonders wichtig, weil die Kamera von Hand hinter das unnachgeführte Teleskop gehalten wurde und das Bild dementsprechend zitterte. Das Programm berechnete die Verschiebung anhand der Kreuzkorrelation eines 80x80 Pixel großen Ausschnittes, was auf Grund der optimierten Assemblerroutinen nur ca. 2s pro Videoframe dauerte.
Gleichzeitig mit der Mittelung wurde der Kontrast durch Palettenmanipalution wurzelförmig verstärkt, was die Details bereits deutlich zutage treten läßt. Führt man diese Manipulation erst nach der Mittelung durch, dann entstehen im Histogramm 'Löcher', die so jedoch vermieden werden.
In einem weiteren Schritt wurden alle erhaltenen Jupiterbilder auf gleiche Größe von 200 Pixel Durchmesser skaliert, damit die kommenden Filteroperationen jeweils dieselbe Wirkung bei allen zeigen.
Als Filer wurden nacheinander 3 Bandpaßfilter (mexican hat) mit jeweils 18x18, 30x30 und 15x15 Pixeln angewandt, welche das Restrauschen unterdrückten und die Detailstrukturen der Oberfläche verstärkten. Auch hier hielt sich die Rechenzeit in Grenzen (pro Bild <2 Minuten), da die entsprechenden Routinen vollständig in Assember geschreiben sind.
Das folgende Bild zeigt alle Einzelbilder nach dieser Phase der Bearbeitung.

Schließlich wurde aus jedem Bild eine Planetengesamtkarte in Mercatorprojektion berechnet. Um die Karten der einzelnen Bilder passend überlagern zu können, mußten noch zwei weitere Tricks angewandt werden. Die Randverdunklung wurde mittels eines 'Helligkeitsscans' entlang gleicher jovigrafischer Breiten herausgerechnet, danach wurden die Kartenabschnitte jeweils mit dem Cosinus des Abstandes vom Zentralmeridian gewichtet.

Das Ergebnis ist in folgender Jupitergesamtkarte zu sehen.

Leider gab es Probleme mit der Zeitaufzeichnung, so daß die Gesamtkarte in System II etwas verschoben sein kann. Außerdem standen nur Beobachtungen von zwei Nächten zur Verfügung, so daß die Zentralmeridiane um 100 und 290 Grad sehr schlecht abgedeckt waren. Daher sind an diesen Stellen auch deutliche Artefakte sichtbar, die in der unteren Karte mit erheblichem Aufwand 'von Hand' beseitigt wurden.
Als letzten Schritt in der Auswertungsreihe wurde von der Planetengesamtkarte eine Sequenz von 360 Jupiterbildern zurückgerechnet und in eine Animation zusammengefügt. Leider geht bei der Umwandlung in das MPEG-Format einiges vom Detailsreichtum verloren, trotzdem sieht sie eigentlich ganz nett aus...

Auch vom Planeten Mars waren einige Aufnahmen auf den Bändern, die auf gleiche Art und Weise verarbeitet wurden. Lediglich der Schritt der Bandpaßfilterung wurde auf einen Durchlauf mit der Filtergröße 18x18 Pixel reduziert, damit keine neuen Strukturen künstlich in die kontrastärmeren Bilder 'hineingerechnet' werden. Das folgende Bild zeigt alle zur Verfügung stehenden Marsbilder nach der Bearbeitung.

Die daraus berechnete Planetengesamtkarte erfaßt nur einen Ausschnitt der Planetenoberfläche, weshalb auch keine Rotationssequenz berechnet werden konnte. Trotzdem sind 'für Marsverhältnisse' eine ganze Menge Details auf der Karte zu erkennen.