Sony Alpha 6400 mit Samyang12mm f/2
20sec Belichtungszeit, ISO 3200, f/2.8
Astrofotografie ist technisch anspruchsvoll.
Man befindet sich zwangsläufig immer im Spannungsfeld aus optimaler Blende, Belichtungszeit und ISO-Empfindlichkeit.
Was viele Neulinge nicht wissen: Sterne bewegen sich erstaunlich schnell über den Horizont.
Zwar nicht so schnell, wie der Mond, – aber schnell genug, um mit der falschen Belichtungszeit Sternenspuren zu erzeugen, die letztendlich jedes noch so gute Astrofoto vermasseln.
Glücklicherweise gibt es ein paar Hilfsmittel, um die richtige Verschlusszeit zu berechnen.
Wie das geht, erfährst Du in diesem Beitrag.
Inhalt:
Hintergrund: Maximierung der Lichtmenge
Kaum ein anderes Feld der Fotografie stellt höhere technische Anforderungen an und Objektiv.
Die Lichtmenge muss maximiert werden, um schöne und korrekt belichtete Aufnahmen von Sternenhimmel und Landschaft zu erhalten.
Falsche Einstellungen führen beinahe zwangsläufig zu schlechten Fotos.
Neben der Lichtstärke bzw. der Maximalblende des Objektivs spielen der Kamerasensor, die ISO-Empfindlichkeit und natürlich die Belichtungszeit eine wesentliche Rolle:
Die Blende beträgt in der Regel mindestens f/2.8 und die ISO-Werte bewegen sich im Bereich von 1600 und 6400.
Je höher der ISO-Wert, desto stärker fällt später aber das Bildrauschen aus.
Es gilt daher, Blende und Belichtungszeit zu optimieren, um die Lichtausbeute zu maximieren.
Erst danach sollte der ISO-Wert gewählt werden, um das Bildrauschen zu minimieren (für mehr Details siehe Zusammenhang von Blende, ISO-Empfindlichkeit und Belichtungszeit).
Während die Wahl der Blende relativ einfach ist, erfordert die Einstellung der optimalen Belichtungszeit etwas mehr Hintergrundwissen:
- Ist sie zu kurz, wird das Bild zu dunkel und es muss zur Kompensation der ISO-Wert erhöht werden. Bildrauschen ist die Folge.
- Ist sie zu lang, entstehen Sternenspuren. Das Bild wird unansehnlich.
Zum Glück gibt es zwei Faustformeln, um die Belichtungszeit ideal einzustellen: Die 500er Regel und die NPF-Formel.
500er Regel
Die 500er Regel ist die wohl bekannteste Formel zur Bestimmung der maximalen Belichtungszeit von Astrofotos.
Sie besagt, dass sich die ideale Verschlusszeit aus der Formel
500 / (Brennweite * Crop-Faktor)
ergibt.
Heißt also, dass die Brennweite eine entscheidende Rolle bei der Wahl der optimalen Belichtungszeit spielt.
Konkretes Beispiel: Mit meinem Samyang 12mm f/2 würde die ideale Verschlusszeit nach dieser Regel 500 / (12 * 1,5) ~= 27sec betragen.
Normalerweise mache ich meine Astrofotos jedoch mit 20 Sekunden Belichtungszeit und schon dann sehen die einzelnen Sterne leicht „eiförmige“ aus:
Die Verschlusszeit scheint folglich zu lang zu sein. – Und das, obwohl ich mit 20sec noch weit von den 27sec der 500er Regel entfernt bin.
Zwischenfazit: Wenigstens einen groben Richtwert erlaubt diese Formel, mehr jedoch nicht.
Alleine schon der Wert „500“ entbehrt jeglicher wissenschaftlichen Grundlage und ist nicht mehr und nicht weniger als eine Konstante, die für die Berechnung zugrunde gelegt wird, um eine möglichst exakte Annäherung an die optimale Verschlusszeit zu erhalten.
Im Netz gibt es ebenso Seiten zur 300er, 400er und 600er Regel, die jedoch allesamt nicht genauer sind.
Großer Vorteil der Formel ist aber, dass sie für den Astrofotografie-Einsteiger leicht verständlich und schnell zu berechnen ist. – So ging es anfangs auch mir. Ich war letztendlich froh, überhaupt einen Anhaltspunkt für die ideale Belichtungszeit zu haben.
Die ausschließliche Berücksichtigung der Brennweite für die Berechnung greift aber letzten Endes nicht weit genug. – Und genau hier kommt auch schon die NPF-Regel ins Spiel. 😉
Übrigens: Detaillierte Infos und Berechnungsbeispiele gibt es übrigens im Beitrag Astrofotografie: Optimale Belichtungszeit mit der 500er Regel?.
NPF-Regel
Die NPF-Regel ist ebenfalls eine Faustformel, die von Frédéric Michaud entwickelt wurde. – Jedoch moderner und präziser als die zuvor erläuterte 500er Regel.
Im Gegensatz dazu berücksichtigt sie neben der Brennweite (F, focal length) auch die Blende (N) und Pixeldichte (P).
Nichtsdestotrotz ist auch die NPF-Regel nur eine Näherungsformel.
Berechnung
Wie berechnet man denn nun die ideale Verschlusszeit mit der NPF-Formel?
Relativ simpel: Belichtungszeit = (35 x Blende + 30 x Pixeldichte) / Brennweite
Pixeldichte = Breite des Kamerasensors (mm) / Anzahl horizontaler Pixel des Sensors x 1000
Klingt beim ersten Mal lesen ziemlich kompliziert? Ja – ging mir nicht anders. 😉
Doch wenn man sich intensiver damit beschäftigt, ist die Berechnung der optimalen Belichtungszeit ein Kinderspiel.
Hinweis: Bei der Brennweite muss bei Crop-Sensoren die reale Brennweite und nicht die ins Kleinbild-Äquivalent umgerechnete Brennweite zugrunde gelegt werden. Für mein berechne ich daher beispielsweise die Verschlusszeit nach der NPF-Formel mit 12mm und nicht mit 18mm.
Tipp: Verwende den NPF-Rechner, um die optimale Belichtungszeit für Deine Kamera und Dein Objektiv auszurechnen!
Beispiel
Hier ein konkretes Beispiel mit meiner Sony Alpha 6400 und meinem 12mm f/2 bei Blende f/2.8:
- Die Kamera verfügt über einen APS-C-Sensor mit den Abmessungen 23,5 x 15,6mm
- Die Auflösung beträgt 6000 x 4000 Pixel
Das bedeutet für die NPF-Formel:
- Pixeldichte = (Breite des Kamerasensors / Anzahl horizontaler Pixel) x 1000 = 23,5 / 6000 x 1000 = 3,9
- Belichtungszeit = (35 x 2,8 + 30 x 3,9) / = 17,9sec
Die optimale Belichtungszeit mit der Samyang-Linse beträgt folglich nach der NPF-Regel nur knappe 18sec, während sie nach der 500er Regel satte 27sec betragen würde.
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PREISMONITOR nutzen!Da ich bereits bei 20sec leichte Sternenspuren feststellte (siehe oben), liegt es auf der Hand, dass die NPF-Regel wegen der Einbeziehung von Blende und Pixeldichte deutlich präziser ist.
Da aber auch die Berechnung schwieriger ist, gibt es nachfolgend einige Beispieltabellen zum einfacheren Ablesen der richtigen Belichtungszeiten.
Abschließender Hinweis: Deklination
Oft wird bei der Berechnung der Verschlusszeiten nach der NPF-Regel auch noch die Deklination genannt.
Die Deklination, d.h. die Höhe der Sterne über dem Himmelsäquator, habe ich aber hier bewusst außen vor gelassen, um die Regel nicht noch komplizierter zu machen, als sie ohnehin schon ist.
Tatsächlich bewegen sich Sterne jedoch umso schneller über den Horizont, desto näher sie dem Himmelsäquator sind. – Die Belichtungszeit muss entsprechend verkürzt werden, um Strichbildung zu vermeiden.
Wenn Du also eine möglichst exakte Berechnung unter Berücksichtigung des Kamerawinkels und des Standorts erhalten möchtest, kannst Du auch einmal einen Blick auf die mächtige App PhotoPills werfen.
Beispieltabellen: Die richtige Belichtungszeit auf einen Blick
Nachfolgend findest Du einige Beispieltabellen zum direkten Ablesen der richtigen Belichtungszeiten in Abhängigkeit von Brennweite und Blende.
Wichtig: Ausschlaggebend bei der NPF-Regel ist für Crop-Sensoren die tatsächliche und nicht die aufs Kleinbild-Äquivalent umgerechnete Brennweite!
1″-Sensoren, 20MP (u.a. Sony RX100-Serie)
Nicht fehlen darf natürlich die kleine Sony als Vertreter der 1″-Sensoren-Klasse, mit der ich meine ersten Astrofotografie-Versuche startete.
Mit ihrem 1″ großen Sensor, 20 Megapixel Auflösung und einem lichtstarken Weitwinkelobjektiv schlägt sie sich wacker auf diesem Feld.
APS-C, 24MP
Kameras mit APS-C-Sensoren eignen sich hervorragend für die Astrofotografie. Der Sensor ist ausreichend groß, um rauscharme Bilder zu liefern.
Derzeit stellen APS-C-Kameras – natürlich insbesondere die spiegellosen Vertreter der Alpha-Reihe – den besten Kompromiss aus Preis und Leistung dar.
Vollformat, 24MP
Der ideale Sensor zur ist und bleibt der Vollformatsensor.
Wegen der (in der Regel) größeren Pixel kann bei niedrigeren ISO-Werten deutlich mehr Licht bei geringerem Bildrauschen eingefangen werden, als mit kleineren Exemplaren.
Fazit
Klarer Fall: Die NPF-Regel ist deutlich genauer, als die 500er Regel.
Zwar ist ihre Berechnung schwieriger, aber es wird einem viel Frust erspart.
Hat man sich die Regel einmal verinnerlicht und kennt die Zusammenhänge zwischen Blende, Verschlusszeit und ISO-Empfindlichkeit, dann steht perfekt belichteten Astrofotos nichts mehr im Weg!
Sofern man der englischen Sprache mächtig ist, finden sich viele interessante und weiterführende Informationen zum Thema 500er-Regel und NPF-Formel auf der Seite photographylife.com.
Nach welcher Methodik ermittelst Du die Belichtungszeiten für Deine Astrofotos? Lass es mich mit einem Kommentar wissen!
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Weiterführende Themen:
- Astrofotografie: Einstieg & Basiswissen
- Astrofotografie FAQ: Häufige Fragen einfach erklärt. Voraussetzungen, Kameraeinstellungen, Bildentwicklung.
- NPF: Ideale Belichtungszeit berechnen
- Zusammenhang von Blende, Belichtungszeit und ISO-Wert
- Astrofotografie-Kalender: Mond, Sternschnuppen, Milchstraße und Deep Sky-Objekte auf einen Blick
Hallo Hendrik,
ich habe gespannt deinen Artikel gelesen. Als ich mit den Zahlen der NPF und der 500er Regel gerechnet habe, ist mir folgendes aufgefallen. Bei meiner Sony A77II, 24 Megapixel, mit APSC Sensor liegt der NPF Wert häufig ein Drittel zu der 500er Regel. Zum Beispiel bei 35mm F2.8 laut 500er Regel 9 Sek. und bei NPF 3,01 Sek. Ich weiß natürlich nicht ob das bei jeder Kamera zu trifft. Ich denke mit der 500er Regel läßt sich einfacher rechnen und wenn dann das Ergebnis durch 3 geteilt wird habe ich den NPF Wert.
Gruß Andreas
Hallo Andreas,
freut mich, wenn Dir der Artikel gefallen hat. Da in die Berechnung nach der 500er Regel und der NPF-Formel unterschiedliche Faktoren einfließen, war / ist Deine Beobachtung vermutlich nur der von Dir verwendeten Konstellation aus Sensorgröße, Blende und Brennweite geschuldet. Eine interessante Beobachtung ist es aber allemal. 😉
Viele Grüße
Hendrik
Toller Beitrag und vorallem so geschrieben das ihn jeder auch versteh kann, Danke.
Früher hätte ich die Berechnung gebraucht, jetzt nicht mehr.
Nächste Woche kommt mein O-G-GPS2 für Pentax und damit kann ich länger belichten.
„Durch die Kopplung des O-G-GPS2 mit dem SR-System (Shake Reduction) der Pentax Kamera, stehen eine Reihe einzigartiger und fortschrittlicher Anwendungen, darunter ASTROTRACER, zur Verfügung.
Hi jo-be,
vielen Dank für Dein positives Feedback!
Der O-G-GPS2 scheint eine coole Sache zu sein. Melde Dich gerne, wenn Du erste Erfahrungen damit sammeln konntest!
Bisher hatte ich noch keine Berührungspunkte mit Startrackern. – Aber was nicht ist, kann ja noch werden. 😎
Viele Grüße
Hendrik
Für welchen ISO Wert sind eure Berechnungen
Hi Evelin,
bei der NPF-Formel geht es um die Vermeidung von Sternenspuren durch zu lange Belichtungszeiten.
Die tabellarischen Werte für Belichtungszeit und Blende sind daher unabhängig vom ISO-Wert.
Letzteren wählt man so hoch wie unbedingt nötig, um noch genügend Licht einzufangen.
In der Regel wird er sich zwischen 1600 und 6400 bewegen.
Viele Grüße
Hendrik
Hallo zusammen,
da die NPF-Regel doch ziemlich gut funktioniert, möchte ich eben ein kleines Mißverständnis ausräumen. Die Regel hat sehr wohl einen wissenschaftlichen Hintergrund, der vom Autor dieser Regel auch gut erläutert wird:
https://sahavre.fr/wp/les-coulisses-de-la-regle-npf/
Kurz gesagt, bewirkt eine kleinere Blendenöffnung (größere Blendenzahl) durch die Lichtbeugung eine größere Abbildung eines Sterns, so daß auch eine größere Verschiebung toleriert werden kann, bevor der Stern im Bild unrund erscheint. Hier wird also das Ganze auf physikalische Grundlagen zurückgeführt und (zusammen mit einem weiteren Wichtungsfaktor) der Punkt 6 der Methode von Walde mit eingearbeitet und.
Viele Grüße und viel Erfolg bei der Astrophotographie
Holger
Hi Holger,
vielen Dank für Dein Feedback!
Mit dem wissenschaftlich belegbaren Einfluss der Blende hast Du natürlich recht.
Meine Aussage („Faustformel“) bezog sich eher auf die Konstanten, mit denen Blende und Pixeldichte in der NPF-Formel jeweils multipliziert werden.
Ich werde die Seite entsprechend präzisieren, sobald es mir die Zeit erlaubt!
Viele Grüße
Hendrik
Kleine Anmerkung hier nur, die Deklination ist nicht die Entfernung vom Polarstern sonder die Höhe über dem Himmelsäquator.
Hi Tom,
Autsch – da hast Du natürlich recht. 😎 Vielen Dank für den Hinweis. Ich habe die Passage korrigiert.
Viele Grüße
Hendrik
Hallo Hendrick,
hatte mich auch schon öfters mit der Berechnung der optimalen Belichtungszeit beschäftigt. Ich habe einen anderen Ansatz gewählt. Anbei meine Formel, die auf reiner Physik basiert:
Die Erde dreht sich in 24 Std. (86400 Sek.) um 360°. Dies sind dann 240 Sek./°. Wenn man nun den Bilddiagonalen Winkel des verwendeten Objektivs und der Anzahl der Pixel auf dem Kamerasensor berücksichtigt, kann die Belichtungdauer pro 1 Pixel ermittelt werden. Danach kann dieser Wert auf seine Akzeptanzkriterien skaliert werden. Die Bilddiagonale verwende ich aus dem Grund, da die Sterne in den meisten Fällen nicht exakt Horizontal oder Vertikal vorbeiziehen, somit ergibt sich ein guter Kompromiss für die Berechnung der Belichtungsdauer.
Praktische Berechnung für meine Canon EOS RP Vollformat Kamera mit einem Sigma 20mm 1,4 Art Objektiv.
1. Anzahl der Pixel auf dem Sensor: 6240 * 4160 ~ ca. 7500 Px Diagonal.
2. Diagonaler Bildwinkel des verwendeten Objektivs: 94,5°
3. Drehung des Himmels: 240 Sek./°
4. Wanderung eines Lichtpunktes (Sternes) über den gesamten Objektiv Bereich: 94,5° * 240 Sek/° = 22680 Sek.
5. Berechnung der Verweildauer eines Lichtpunktes auf einem Pixel in der Diagonale: 22680 Sek. / 7500Px = ca. 3 Sek./Px. Hier wäre man bereits fertig, wenn man die Sterne tatsächlich einfrieren möchte, wenn nicht, kommt der 69. Punkt noch dazu.
6. Jetzt kann man überlegen über wieviel Pixel ein Punkt verschoben werden darf, ohne dass es einen stört. Ist ja sehr selten, dass ein Stern gerade mal einen Pixel auf dem Sensor einnimmt, die Sterne sind ja in der Regel deutlich größer. Für mich sind 2-4 Px ohne weiteres akzeptabel. 3 Sek./Px * 2 Px = 6 Sek. Belichtungszeit. 3 Sek./Px * 4 Px = 12 Sek. Belichtungszeit.
Die Blende lasse ich außen vor, da es hier rein um die Objektivgüte geht und ob dieses bei offener Blende stärkere Kommas zieht oder erst gut abgeblendet werden muss. Rein für die Dauer des Vorbeiziehens der Lichtpunkte ist die Blende unerheblich.
Gruß,
Walde
Hi Walde,
eine sehr interessante Vorgehensweise, die Du da entwickelt hast! Vom Vorgehen her scheint mir das auch präziser als die NPF-Formel zu sein.
Letzten Endes können aber alle Ansätze nur einen Richtwert liefern, der als Ausgangspunkt verwendet und noch an die eigenen Anforderungen angepasst werden muss.
Viele Grüße
Hendrik
Viele Grüße
Hendrik
Warum „darf“ nach der NPF-Regel die Belichtungszeit größer sein, je kleiner die Blende ist? Die Bewegung und damit die Verzerrung der Sterne ist doch blendenunabhängig, oder?
Hi,
auf einigen Seiten wird die höhere Belichtungszeit bei kleinerer Blende mit der zunehmenden Schärfentiefe begründet, u.a. hier: https://petapixel.com/2017/04/07/npf-rule-formula-sharp-star-photos-every-time.
Allerdings sei nochmals erwähnt, dass auch die NPF-Formel nur eine Faustformel ist und sicherlich einige Unzulänglichkeiten hat.
Trotzdem bietet sie eine hervorragende Orientierungsmöglichkeit. Ihre Resultate sind durchaus in der Praxis verwendbar und führen zu guten Ergebnissen.
Allerdings ist – darauf habe ich ja auch im Artikel hingewiesen – die NPF-Formel eben nur eine Näherungsformel ohne wissenschaftlichen Hintergrund.
Viele Grüße
Hendrik