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Planetensonden Bilder Konverter

Es dauerte einige Jahre bis ich im Internet die Rohdaten der Voyager Raumsonden gefunden habe. Doch als ich diese fand war ich enttäuscht. Die Bilder waren in einem propietären Format abgelegt und komprimiert. Das Dekomprimieren konnte man mit einem Programm in einer Kommandozeilenversion erledigen, doch dann bekam man auch nur Daten in auf dem PC unüblichen Formaten oder einen 640K großen Rohdatenblock. So schrieb  ich ein Programm zum Konvertieren der Daten in ein gängiges Format: Der Planetensonden Bilder Converter (VBC)

Ich entdeckte dass man dieses Programm auch für andere Daten im PDS Knoten der NASA nutzen konnte, wenn man es leicht anpasste. So kamen Menüpunkte zum Dekomprimieren von Mariner 9 und Galileo Daten hinzu. Danach kamen Magellan und Teile der Viking Daten dazu.

Jedes Bildformat ist leider in den NASA Archiven in einem etwas anderen Quellformat abgespeichert. Das machte Decodierungsroutinen für jede Planetensonde nötig.

Welche Bilder werden konvertiert ?

Unterstützte Planetensonden (in zeitlicher Abfolge)

Das Digital Terrain Modell von Viking sind synthetische Karten des Mars auf Basis von Orbiterfotos. Magellan Bilder sind SAR Bilder.

Einstellungen

Allgemeiner Ablauf:

Sie wählen den Bildertyp aus und geben ein Verzeichnis an in dem diese gespeichert sind. Das Programm durchsucht dann dieses Verzeichnis und alle darunter liegenden nach den Bildern und arbeitet diese Liste ab. Von jedem Bild wird neben dem Bild auch ein Label File erstellt. (Erweiterung .lbl) Dies ist der Textteil der Bilder der Informationen über das Bild enthält. Mariner 9+10 Bilder enthalten keine solchen Informationen.

Bei Cassini ist es möglich alle Daten herunterzuladen und zu konvertieren, jedoch nur für Jupiter interessant. Zum einen gibt es von Saturn die RAW Images auch als JPG komprimiert (Sie können mit dem Cassini Image Downloader von mir beschafft werden). Zum anderen sind ein Teil der Daten in 12 Bit Helligkeit kodiert. Keines der Bildformate unterstützt mehr als 8 Bits pro Farben. Bei 12 Bits hab ich diese auf 8 Bits reduziert. indem die höchste und niedrigste Farbennummer bestimmt wird und dann um einen Faktor geteilt wird, so dass der 8 Bit Farbraum ausgeschöpft wird.

Diese Vorgehensweise erfolgt auch bei den Pathfinder Daten, da auch diese mit 12 Bit digitalisiert wurden.

Sonderbehandlung Viking Orbiter und Voyager RAW Daten.

Diese Daten sind in einem speziellen Format komprimiert und brauchen ein Programm vom JPL zum dekomprimieren, dass ich mitliefere (pcdcomp.exe). Dieses ist ein 16 Bit DOS Programm. Eine Neuübersetzung mit Visual Studio brachte leider keine lauffähige 32 Bit Version. Vor dem Übersetzen gibt es einen "Batch" Lauf zum Dekomprimieren. So genannt, weil das Programm eine riesige Batch Datei erstellt, ("run.bat") welche die Komprimierung durchführt und diese dann startet. Nach dem Dekomprimieren kann das eigentliche Übersetzen erfolgen. Die von der Batchdatei erzeugten Zwischendateien vom Typ .xxx sind bei Voyager 640 K und bei Viking 1.2 MB groß. Man braucht also einiges an zusätzlichem Platz. Die Zwischendateien werden nach dem Konvertieren mit den Quelldateien gelöscht, wenn sie dies in den Einstellungen markiert haben. pcdcomp.exe muss sich für die Konvertierung im selben Verzeichnis wie der Bilderkonverter  befinden.

Wichtig: Windows XP verweigert öfters den Aufruf des pcdcomp, wenn der Pfad zu den Dateien lang ist. Es ist daher ratsam sehr lange Pfade zu kürzen indem man Bilderverzeichnisse ins Hauptverzeichnis der Festplatte verschiebt.

Es gibt bei Voyager auch korrigierte Versionen. Diese liegen auf einem anderen Server und liegen in den Formaten "RAW" (Rohdaten, aber unkomprimiert), "CLEANED" (Ohne Bildmaske, CALIB (Kalibriert) und "GEOMED" (geometrisch entzerrt). Von diesen kann das Programm die RAW und CLEANED Daten verarbeiten. Die beiden anderen Formate arbeiten mit 16 Bit Graustufen und dieses Format wird leider nicht unterstützt. Da das RAW Format keinen Vorteil bringt wurden nur die Cleaned Varianten eingesetzt.

Viking Lander Daten

Die Faksimile Kameras der Viking Lander haben auch einen Farbmodus. In diesem machen 3 Fotodioden mit Rot, Grün und Blau Filtern ein Bild. Diese Bilder haben dann die Endung .red, .grn und .blu. In einem ersten Pass werden alle Viking Lander Bilder monochrom konvertiert. Sie erhalten so unter anderem auch definierte Rot, Grün und Blau Auszüge. In einem zweiten Pass wird geschaut ob es jeweils einen Dreiersatz von Rot, Grün und Blauauszügen eines Motivs gibt. Aus diesen wird dann ein Farbbild erstellt. Dabei werden jedem RGB Wert ein Pixel der Monochrom Auszüge zugeordnet.

Wichtig : Der absolute Helligkeitswert eines Pixels ist bei den Landerfotos abhängig von der Schwelle die man beim A/D Wandler vorgab (Es gibt daher auch stark unter- und überbelichtete Bilder). Ein bekannter Fehler ist, dass man bei den Farbaufnahmen anfangs die Blau Schwelle zu hoch ansetzte und die Bilder einen blauen anstatt rötlich-bräunlichen Himmel zeigen.

Die Bilder bekommen

Unten finden Sie die Links von den Quellen. Ich habe die Bilder nicht einzeln geladen sondern, das Programm HTTrack Website Kopier auf diese URL angesetzt. Dabei ist zu beachten, dass man bei den Einstellungen in der Karte "Spider" in der zweiten Listbox "Regeln in Robots.txt ignorieren" ankreuzt, sonst lädt das Programm keine Bilder herunter. HTTrack bekommen Sie als Freeware unter der Webadresse http://www.httrack.com/

Weiteres

Mein Programm Cassini Image Downloader besorgt Ihnen die Cassini JPG Bilder.

Der Unterschied zu den PDS Bildern ist folgender : Die Cassini RAW Bilder sind von vorneherein schon als JPG komprimiert, dafür aber innerhalb von wenigen Tagen verfügbar. Die PDS Bilder sind im Rohdatenformat (mit 12 Bits pro Bildpunkt und zumeist verlustfrei komprimiert), dafür aber mindestens 1 Jahr alt. (Die Veröffentlichungspolitik erlaubt es den Instrumententeams die Daten 1 Jahr lang exklusiv zu halten).

Mit dem dort enthaltenen Hilfsprogramm Cassini Bilder Verbesserer können die in Mariner 9+10 Bilder häufig auftretenden weisen Pixels entfernt werden und die Mariner 10 Bilder bei denen nur jedes vierte Pixel übertragen wurde in ein normales Bild umwandeln. Weiterhin kann man einzelne schwarze und weisse Zeilen die bei Bildstörungen auftreten entfernen und versuchen die Maske auf älteren Bildern zu entfernen.

Fragen

Die Bilder wirken kontrastarm. Was habe ich falsch gemacht ?

Die Vidiconröhren älterer Sonden (bis Galileo) entsprechen in der Aufnahmetechnik der Viceotechnik dieser Zeit. Wer ältere Fernsehsendungen aus den siebzigern ansieht wird dasselbe Phänomen feststellen. Von den verfügbaren Helligkeitsstufen wurden oft nur wenige genutzt und die Bilder wirken flau. Da man oft bei Monden auch deren Helligkeit nicht wusste sind viele Bilder relativ dunkel. Man kann die Helligkeit automatisch strecken lassen. Diese Funktion ermittelt das hellste und dunkelste Pixel und verteilt die Helligkeit neu. Sie ist jedoch bei älteren Bildern nur bedingt nützlich, da diese aufgeprägte Masken haben und diese dann den Dunkelpunkt definieren. Besser ist es einzelne Bilder in einer Bildbearbeitung ihrer Wahl von Hand in der Helligkeit anzupassen.

Auf den Bildern ist eine Maske. Ist dies Absicht ?

Auch das ist in den Rohdaten so. Die Vidiconröhren sind wie Fernsehröhren nicht plan. Man hat zwar nur einen kleinen Teil der Fläche in der Mitte genutzt, doch auch dessen Krümmung konnte sich im Laufe der Jahre verändern einfach durch unterschiedliche Temperaturen. Daher haben Mariner, Viking und Voyager eine Punktmaske zwischen Optik und Vidicon die man auch auf den Rohdaten sieht. Bei neueren Sonden (ab Galileo) fehlt diese Maske.

Die Bilder weisen Störungen auf

Auch hier der Hinweis : Es handelt sich um Rohdaten wie sie auf der Erde empfangen werden. Sie können wenn Sie die Bilder heruntergeladen haben einen Übertragungsfehler ihrerseits fast 100 % ausschließen, da das TCP Protokoll die erneute Übersendung fehlerhafter Blöcke und eine CRC Prüfsumme vorsieht. Doch schon in den Originalbildern gibt es Fehler. Entweder durch Probleme beim Empfang (Regen, Interferenz mit anderen Signalen) oder bei frühen Sonden auch mit der gezielten Toleranz von Übertragungsfehlern. Bis Voyager gab es keine Korrekturalgorithmen für Daten. Mariner und Viking hatten die Möglichkeit entweder eine hohe Datenrate einzusetzen und dafür viele Bitfehler zu tolerieren (helle und dunkle Punkte wild verteilt im Bild) oder eine niedrige Datenrate einzusetzen und dafür wenige Bitfehler, dafür aber weniger Bilder. Bei Mariner 10 tolerierte man je nach Entfernung sogar 2-7 % defekte Pixels um möglichst viele Bilder zu übertragen.

Einzelne Pixelfehler kann mein Cassini Bilder Verbesserer entfernen.

Einige Mariner 10 Bilder sehen komisch aus

Bei Mariner 10 erprobte man auch eine zweite Strategie um die Datenrate zu erhöhen. Man übertrug zwar mit niedriger Bruttodatenrate, sandte jedoch nur jedes vierte Pixel einer Zeile. Die gesandten Pixel von zwei Zeilen waren noch dazu um 2 Pixel verschoben, so dass die Bilder aussehen wie eine Lochmaske.

Wenn Sie mein Programm "Cassini Bilder Verbesserer" haben, so können Sie dort die Pixels auffüllen. Hier die URL für eine Beschreibung des Programms und hier die URL für das Vorgehen zum Auffüllen von Pixeln.

Die Viking Lander Farbbilder sehen anders aus als heute Bilder

Die Viking Lander gewannen Farbbilder indem man jeweils 3 Fotodioden mit Filtern abfragte und diese Informationen zur Erde sandte. Es gibt pro Bild einen Rot, Grün und Blau Abzug, aber anders als bei moderneren Planetensonden muss man diese nicht zur Deckung bringen oder unterschiedliche Aufnahmedistanzen / Winkel korrigieren. Man konnte aber die Empfindlichkeit und Verstärkung für jede Fotodiode einzeln regeln. Anfangs hat man hier Werte genommen die auf irdischen Aufnahmen basierten und der Himmel auf dem Mars erschien blau. Später hat man mehr Erfahrung gehabt und die Fotos ähneln heutigen Aufnahmen. Auch hier gilt: Der Planetenbilder Bilderkonverter hat nicht den Anspruch alle Operationen an einem Bild durchzuführen. Es geht nur darum die Bilder in ein heute gängiges Format zu konvertieren. Anpassungen in der Farbgebung können sie einfacher und besser in einer Bildverarbeitung vornehmen.

 Download Planetensonden Bilder Converter

Wenn sie das Programm gut finden, so können sie mittels Paypal für das Programm spenden.

Das Das Programm läuft unter Windows 95-XP. Es ist Freeware.

Datenquellen:


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

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