Undersampling ist ein Begriff aus der digitalen Bildverarbeitung und beschreibt in der Astrofotografie den Zustand, bei dem die Auflösung des Kamerasensors im Verhältnis zur Abbildungsleistung des Teleskops zu gering ist. Das bedeutet: ein einzelner Pixel erfasst zu viel Bildinformation, wodurch feine Details verloren gehen und Sterne zu klein, eckig oder pixelig erscheinen können.
Das Gegenteil von Undersampling ist Oversampling, bei dem die Auflösung zu hoch ist, was zu längeren Belichtungszeiten und unnötig großem Datenvolumen führen kann. Ein optimales Setup liegt dazwischen – das sogenannte „Critical Sampling“.
Technischer Hintergrund
In der Astrofotografie spricht man von Undersampling, wenn der Pixelabstand des Sensors zu groß ist im Verhältnis zur Brennweite und Öffnung des Teleskops. Dadurch ist die Auflösung pro Pixel nicht fein genug, um die theoretisch möglichen Details aufzulösen.
Die wichtigste Kennzahl zur Bewertung ist die Abbildungsauflösung in Bogensekunden pro Pixel. Diese wird berechnet durch:
Auflo¨sung („/px)=206.265×Pixelgro¨ße (μm)Brennweite (mm)\text{Auflösung („/px)} = \frac{206.265 \times \text{Pixelgröße (μm)}}{\text{Brennweite (mm)}}
Beispiel:
Ein Teleskop mit 400 mm Brennweite und eine Kamera mit 4,8 µm Pixelgröße ergibt:
206.265×4.8400≈2.47″/px\frac{206.265 \times 4.8}{400} ≈ 2.47 „/px
Das ist ein klassischer Fall von Undersampling, wenn das Seeing z. B. bei 1,5″ liegt.
Merkmale von Undersampling
✅ Helle Objekte lassen sich schnell erfassen, da das Licht auf weniger Pixel verteilt wird
✅ Großflächige Nebel oder Weitwinkel-Motive profitieren von der größeren Lichtausbeute pro Pixel
✅ Ideal für schnelle, mobile Setups mit geringer Datenmenge
❌ Sterne erscheinen eckig oder quadratisch – statt rund
❌ Feine Strukturen in Galaxien oder kleinen Nebeln gehen verloren
❌ Bild wirkt bei starker Vergrößerung digital oder weich
❌ Drizzle-Stretching oder künstliches Hochskalieren nötig für bessere Details
Wann ist Undersampling ein Problem?
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Wenn du kleine Deep-Sky-Objekte mit vielen Details abbilden willst
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Wenn dein Ziel eine hohe Vergrößerung oder Ausdruck in großem Format ist
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Wenn du mit einem schnellen Refraktor und großer Pixelkamera arbeitest
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Wenn du längere Brennweite durch Reducer verkürzt, ohne die Pixelgröße anzupassen
Typische Ursachen
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Große Pixel (z. B. 6–9 µm) kombiniert mit kurzer Brennweite (< 500 mm)
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Weitwinkel-Teleskope oder Teleobjektive mit Sensoren von Planetenkameras
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DSLRs mit APS-C Sensoren an kleinen Refraktoren
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Verzicht auf Barlow oder Oversampling-Techniken
Strategien zur Kompensation
✅ Drizzle (Drizzle-Integration in DSS, PixInsight, Siril) – Interpolationstechnik, um Auflösung zu erhöhen
✅ Verlängerung der Brennweite (z. B. durch Barlow, Telekonverter)
✅ Kamera mit kleinerer Pixelgröße verwenden
✅ In der Bildbearbeitung sanft schärfen (Deconvolution, Masked Stretch)
✅ Fokus, Nachführung und Guiding möglichst exakt halten – auch bei geringer Auflösung
FAQ – Häufige Fragen
Ist Undersampling grundsätzlich schlecht?
❌ Nein – es ist situationsabhängig. Für Weitfeld-, Milchstraßen- oder große Nebelaufnahmen ist Undersampling oft sinnvoll, da mehr Licht pro Pixel einfällt. Für hochauflösende Deep-Sky-Ziele kann es aber ein Nachteil sein.
Was ist die ideale Samplingrate?
Die Auflösung pro Pixel sollte etwa 1/2 bis 1/3 des lokalen Seeings betragen. Bei typischem Seeing von 2″ sind 0.67–1.0 „/px ideal. Alles über 2.5–3 „/px ist in der Regel deutlich undersampled.
Kann ich Undersampling in der Bearbeitung ausgleichen?
✅ Teilweise – z. B. durch Drizzle-Integration, Upscaling oder Schärfungstechniken.
❌ Aber verlorene Details durch zu große Pixel lassen sich nicht vollständig rekonstruieren.
Was passiert bei zu starkem Undersampling?
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Sterne sehen viereckig oder flächig aus
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Keine klaren Sternscheiben – „pixelige“ Darstellung
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Farbinformation wird ungenau, vor allem bei Bayer-Sensoren
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Feinste Strukturen (z. B. Dunkelnebel, Galaxienkerne) verschwinden
Fazit
Undersampling ist eine zentrale Herausforderung in der Astrofotografie, besonders beim Zusammenspiel von Sensor und Optik. Während es bei Weitfeldaufnahmen von Vorteil sein kann, bringt es bei detailreichen Motiven klare Nachteile. Mit gezieltem Einsatz von Drizzle, passender Kamerawahl oder Brennweitenverlängerung lässt sich der Effekt jedoch gut ausgleichen. Die Kenntnis deiner Auflösung pro Pixel ist dabei der wichtigste Schritt zur perfekten Schärfe.