Capella goes CMOS Color

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JPoepsel

JPoepsel

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Hallo Freunde der wieder länger werdenden Nächte,

nun war es wieder eine Zeit lang ruhig um das Capella-Team, was aber nicht heißt, dass wir untätig waren...
Als wir uns das Teleskop 2002(!) zulegten, wurde es mittels eines WindowsXP-Rechners gesteuert, in dem auch die Spezialkarten für die Motorsteuerung und die Encoder saßen. Als Software diente Autoslew von Philipp Keller. Und durch die Spezialkarten waren wir dann ziemlich festgelegt und das Baby werkelte auch 2018 noch unter XP. Untragbar wurde die Situation, als wir eine neuen Kamera mit reichlich Megapixeln installierten und XP schlicht überfordert war...
Also musste eine Radikal-Verjüngungskur her. Die Servo-Steuerung wurde durch eine SiTech Servo II ersetzt und den Fokus treibt nun ein ESP8266 nebst H-Bridge und selbst geschriebenem ASCOM-Fokustreiber. Und aus dem alten XP-Rechner wurde ein neuer Windows 10 Rechner.
Und damit klappte dann auch der Zugriff auf die neue Kamera gut.
Zur Kamera: Weil wir in der Eifel nicht mit einem Subarcsec.-Seeing rechnen, war klar, dass wir im Primärfokus bei 1800mm Brennweite (f3) arbeiten wollten. Nun ist im Primärfokus der Platz für die Kamera (nebst ggf. zusätzlichem Filterrad) begrenzt, will man nicht zu viel des 24“-Lichteimers verdecken. Unsere STL6303 nebst Filterrad schied deshalb aus. Außerdem wollten wir eine Kamera mit kleinen Pixeln, so dass wir bei gutem Seeing dieses auch nutzen können.
Letztlich viel unsere Wahl auf eine Farb-CMOS-Kamera: Die ZWO ASI094MC Pro mit 36 MPixeln (4,88 mu Pixelkantenlänge) und 14 Bit Dynamik. Ein Sprung ins Kalte Wasser nach 15 Jahren CCD-Monocolor-Kamera-Erfahrung. Ergänzt wird die Kamera durch zwei übereinander liegende Filterschieber mit je zwei 50mm x 50mm „Filtern“: In dem einen der Schieber stecken ein Astronomik L UV-IR Block Typ 2c Filter und ein STC Astro Duo-Narrowband Filter, in dem anderen ein geschwärztes Aluminium-Blech und „Nichts“.
So können wir mit der Kombination beider Filter Darks, RGBs mit UV/IR-Sperre und Ha/OIII machen. Die beiden Schieber stecken in einem Gehäuse, dass nicht zusätzlich zu Vignettierung beiträgt. Angetrieben werden sie durch zwei Minischrittmotoren (die Teile, die in DVD-Drives für das Öffnen /Schließen der Klappe zuständig sind), die wiederum durch einen ESP8266 nebst Schrittmotor-Steuerung bewegt werden. Ein selbst geschriebener ASCOM-Filterwheel-Treiber bindet das Ganze an den PC an.
Zu guter Letzt wurde ein Off-Axis-Guider vor den Filtern auf Basis einer ZWO ASI290MM Mini montiert. Vorbei die (SBIG-)Zeit, bei der beim Guiden durch Schmalbandfilter der Guidstern so dunkle wurde, dass man die Guider-Belichtungszeit hochdrehen musste. Ein Segen!
Ob nun die neue Kamera nebst Filtern ein Segen für die Bilder war, sollte sich rausstellen. Um es kurz zu machen: Frank hat geflucht, wie ein Rohrspatz. Einerseits wg. der Rohdaten selbst, die gerade im „unteren Bereich“ wohl viel unruhiger sind, als bei CCDs, anderseits aber auch wegen der ungewohnten Bearbeitungsschritte mit fast 40 Megapixeln. Debayern, Extraktion von Ha und OIII aus einem Bild, riesige Datenmengen... Aber das soll Frank selbst was zu schreiben.
Entscheidend sind letztlich die Ergebnisse, von denen wir heute zwei vorstellen wollen Einmal ein wirklich dunkler PN in Bootes, aufgenommen im Mittel bei einem Seeing von ~1.9“ FWHM und einmal eine Galaxiengruppe in Canes Venatici bei einem Seeing von ~1.6“ FWHM.

Jacoby 1:
111064

Das Bild in groß und Bildinfos hier, das Bild in 4480 x 3141 Pixeln hier.


NGC 5002/05/33:
111065

Das Bild in groß und Bildinfos hier, das Bild in 3314 x 2386 Pixeln hier.

Trotz noch nicht perfekt justierter Kamera (die Chip-Ebene ist gegenüber der Bildebene-Ebene etwas verkippt – bei f3 eine Einstellung im 100el mm-Bereich) sind die Bilder u.E. durchaus gelungen. Wir haben noch ein paar weitere Bilder in der Piep – stay tuned...

CS
Josef & Frank & Stefan
www.capella-observatory.com
 
Hallo Josef,

das war eine sehr interessante Schilderung der Modernisierung Eures Systems! Ich bin gespannt auf Euer Fazit beim Vergleich CCD / CMOS und würde mich freuen, wenn auch Frank zu den Erfahrungen bei der Bearbeitung der Daten etwas schreibt.

Das Bild von NGC 5033 und 5005 finde ich sehr gut gelungen. Für mich ist es erstaunlich, dass solch ein Ergebnis mit einer CMOS Kamera mit Color Filter Array überhaupt möglich ist. Klasse!

Clear skies und gutes Seeing,
Bernd
 
Hallo
Top Ergebnis...
War aber bestimmt sehr sehr aufwendig.
Aber man muss halt viel Arbeit reinstecken wenn man solche guten Bilder machen will.
Ich bin auf den Bericht von Frank gespannt.
Gruß Dieter
 
...ich glaube Frank schimpft noch.... ;)
Auf jeden Fall freue ich mich schon auf ein Video, in dem er die gemachten Erfahrungen wieder zum Besten gibt.

Die Bilder sind sagenhaft!! Bei dem Thumbnail erschruk ich ja schon, aber ein Klick auf den Link beruhigte wieder ;)
Freue mich auf weitere Bilder von euch!

Viele Grüße und CS!!
Okke
 
Hallo Capella-Team,

ich denke, das wird eine spannende Zeit, die ersten Bilder die Ihr zeigt bringen das von Euch gewohnte Niveau, auch wenn die Umstellung sicher noch einiges mit sich bringen wird, scheint Ihr auf dem richtigen Weg zu sein. Tolle Aufnahmen jedenfalls, Jacoby 1 ist jedenfalls ein Hingucker.

CS
Jörg
 
Hallo Josef, Frank und Stefan,

schön, mal wieder Bilder von Euch zu sehen, noch dazu so gute.
Ich finde den Schritt von S/W-CCD auf Farb-CMOS mit zusätzlichen Filterschiebern schon etwas mutig.
Das heißt, man muss viele gewohnte Wege verlassen - sowohl bei der Bildgewinnung als auch bei der Bildbearbeitung.
In jedem Fall sind das schon mal ausgezeichnete Ergebnisse, mein Favorit ist NGC 5002/05/33.

LG
Michael
 
Hallo zusammen,

von meiner Seite schonmal ein herzliches Dankeschön für die bisherigen Kommentare. Ein bisschen habe ich mir zwar gewünscht, dass die Bilder selber und die Objekte mehr im Vordergrund der Diskussion stehen, aber ich will gerne etwas zu meiner Sicht der Dinge in Bezug auf Technik und Bildbearbeitung sagen.

Erstmal ist es wirklich ein Segen dass das ganze Teleskop ein paar neue, moderne Komponenten verpasst bekommen hat. Wir hatten im letzten Jahr immer wieder mit Problemen zu kämpfen, die teilweise einfach lästig waren und an die Substanz gingen. Da gabs auch Frust. Das alles ist mehr oder weniger verflogen mit der neuen Steuerung. Josef untertreibt aber etwas, wenn er so lapidar schreibt, dass jetzt eine neue Steuerung da ist. Es war nicht klar ob die Motoren mit der Steuerung können, ob die Strommenge reicht etc.. Es gab ein gewisses Risiko beim Umbau, dass das eben dann doch nicht funktioniert. Dann verfügt das Teleskop über jeweils zwei Encoder. Motorenencoder, die eben die Motoren abfragen (Drehrichtung, Geschwindigkeit etc.) und sehr hochauflösende Achsencoder zur Positionsbestimmung der Teleskopachsen. Hier musste Josef Umbauten vornehmen, die die allermeisten Hobbyastronomen nicht im Ansatz hätten bewerkstelligen können. Das war schon keine triviale Sache. Treiber, eigene ASCOM Treiber, Softwareanpassungen etc. etc. etc.. Hier hat Josef ganze Ingenieursarbeit geleistet!

Ich habe sehr geschimpft wegen der Kamera und der Bildbearbeitung, das stimmt. Auch hier im Forum, bei der Diskussion zu meinem CMOS vs CCD Video ist es ein wenig durchgekommen, weil ich etwa zu der Zeit an den Bildern gesessen habe.
Die Kamera verzeiht nicht die kleinste Dekollimation oder Verkippung. Da steckte schon viel Arbeit drin, und tut es immer noch, denn da ist das Optimum leider noch nicht erreicht.
Dem Sampling stand ich von Anfang an kritisch gegenüber, wir sind schon sehr im oversampling.
Mit dem Wechsel von Monochrom zu Farbe und von CCD zu CMOS habe ich sehr gefremdelt, gebe ich offen zu:-) Ich glaube zwischendurch war ich ein arg quängelndes Kind:-)
Nun habe ich aber nicht alleine die Bildbearbeitung gemacht, das Galaxienbild ist der zweite Anlauf, den Stefan gemacht hat. Zwar sind wir auf unterschiedlichen Wegen (ich überwiegend mit PixInsight, er mit Photoshop) zu sehr ähnlichen Ergebnissen gekommen, aber seine Version hat dann letztendlich überzeugt. Und Stefan hat dann auch geflucht, vielleicht aber in einem moderateren Ton als ich:-) Stefan hat es in einer Mail so beschrieben: Die CCD Bilder haben mehr Schmelz (nicht Schmalz!) als die CMOS Bilder, und der Hintergrund (Noisefloor) ist dünn wie Pergamentpapier. Besser hätte ich es nicht beschreiben können (In der invertierten Version des Galaxienbildes erkennt man auch etwas die Charakteristik der CMOS Kamera).
Ich hatte große Hoffnung auf die Deconvolution gesetzt, bin aber völlig gescheitert. Die von mir geliebte B-V Kalibrierung hat garnicht funktioniert. Ich muss noch forschen woran das liegt, ein paar Ideen habe ich aber. Für Hinweise wäre ich dennoch dankbar.
Ja die Datenmengen:-) Ich musste erstmal eine neue 1TB Festplatte kaufen. Die Bilder sind sehr groß und durch die Bearbeitungsschritte der Kalibrierung und Registrierung wird das Bildmaterial schnell verdreifacht. Klar kann man diese Zwischenbilder dann wieder löschen, das bin ich schlicht aber nicht gewöhnt, da ich sämtliche Rohdaten immer behalte.

Am Ende muss ich aber sagen, mag ich die Bilder sehr. Ich bin von der Tiefe begeistert und sehe jetzt am Endbild keine Makel die mich stören. Also muss man vielleicht einfach umdenken!? Tief drinnen bin ich aber immer noch überzeugt davon, dass man zumindest in dem speziellen Fall mit einer modernen CCD bessere Ergebnisse bekommt. Ob man das am Ende sieht wer weiß, aber die Bearbeitung wäre eine andere. Zu dem Duo Filter machen wir denke ich mal einen separaten Post, das ist noch ein Ding für sich.

CS Frank
 
Hi!

Nur ein kleiner Kommentar zu Frank, weil wir uns da nicht ganz einig sind:

>Dem Sampling stand ich von Anfang an kritisch gegenüber, wir sind schon sehr im oversampling.

Bei den Galaxien hatten wir ein Seeing von ~1.5", ein Pixel der Kamera hat im Primärfokus ~0.5" (ein komplettes "Farbpixel" also 1"). So "oversampling" ist das nicht!
Das Problem ist eher, dass die Optik, die Poljustage und die Nachführung so genau eingestellt werden muss, dass jedes der 38Mio. Pixel auch das bekommt, was es verdient ;-) . Wir arbeiten dran...

CS

Josef
 
Was soll kann da sagen, einfach sauber!
Sehr schöne Arbeit mit diesem wahnsinnigen setup, für mich passt alles.
 
Debayern, Extraktion von Ha und OIII aus einem Bild, riesige Datenmengen... Aber das soll Frank selbst was zu schreiben.

Da wäre ich sehr interessiert, wie man das macht. Auch der Gebrauch der RGB und NB-Filter bei einem Farb-Chip erschließt sich mir (noch) nicht.
LG Jochen
 
hallo,

zwei wunderschöne Bilder, Tiefe und Details in der 5033 beeindrucken mich!

Wenn man bedenkt, die 094 empfängt mit 4,88µ Pixelgrösse je Pixel nur ca 1/4 des Lichts
im Vergleich zur 11000 mit 9µ, und dazu kommen die Farbfilter die weitere 2/3 des Lichts wegfiltern:
Dann fallen da pro Pixel nur ca. 10% des Lichts im Vergleich zur Lumi mit der 11000 auf den Chip -
wen wunderts dass das ein schwieriger Vergleich ist - und der Bearbeiter ins Schwitzen kommt,
welcher mono und grosse Pixel gewohnt ist.
Dafür sehen die Ergebisse prächtigst und noch dazu völlig entspannt aus. Gratulation!
CMOS versus CCD sollte man besser bei ähnlichen Verhältnissen vergleichen.

lg Tommy
 
Hallo Tommy,

dafür sitzen vor der 11000 die Filter im Rad, das bedeutet der Filterverlust ist auch mit dabei.

CS
Jörg
 
Ok, so betrachtet hast Du recht. Lumi mit der OSC geht natürlich nicht.

CS
Jörg
 
Hallo,

ich finde die Bilder auch sehr beeindruckend. Jetzt hatte mich Frank mit seinem Video fast auf die Spur gebracht irgendwann auch mal CCD auszuprobieren und jetzt sagt er, er muß vielleicht umdenken :unsure:
Na ja, ich denke das muß man für seinen eigenen spezifischen Fall halt mal ausprobieren. Wenn alles eindeutig wäre, hätten alle die gleiche Kamera am gleichen Teleskop.

Viele Grüße

*entfernt*
 
Hallo,


das mit der Pixel-Größe und dem 66%igen Verlust durch die Bayermatrix, die dann zu nur 10% der Empfindlichkeit (genauer: ¼*1/3=1/12, also noch weniger als 10%) eines ST11K-Pixels führen, ist bei genauer Betrachtung etwas komplizierter...

Erst mal zur Pixelgröße: Vollkommen richtig ist, dass auf ¼ so große Pixel auch nur ¼ des Lichtes fällt. Aber: es gibt ja auch 4x so viele davon. Zur Not kann man ein 2x2-fach Binning machen und kommt auf dasselbe Ergebnis wie bei der ST11K. Oder anders herum: man kann auch die ST11K statt bei 1,8m f3 bei 3,6m f6 betreiben (mit entsprechender Zwischenoptik). Dann wäre die Abbildung pro Pixel genauso groß wie bei der ASI094MC, auf ein Pixel würde dann aber auch genauso viel Licht fallen. Einziger Unterschied: das Bildfeld der ASI bei f3 ist in beide Richtungen doppelt so groß, wie bei der vergleichbaren f6 ST11K-Lösung. (Nun schluckt die Bayermatrix nicht nur Licht, sondern auch Auflösung. Der Effekt ist aber je nach verwendetem Debayer-Algorithmus nicht sooo groß, ich meine, ich habe mal irgendwo was von 1 zu Wurzel(2) gehört)

Das im Mittel durch die Filter 2/3 des Lichtes verschluckt werden, stimmt dann, wenn das Spektrum des Lichtes über alle Wellenlängen gleich verteilt ist. Für farbige Quellen wird es komplizierter. Die RGB-Filter der Bayer-Matrix sind ziemlich ideal (nahezu 100% Durchlass für den zuständigen Spektralbereich und im Überlappungsbereich mit den benachbarten Farben in der Summe nahezu 100% Durchlass – Achtung: wenn man sich im Web die entsprechenden Kurven anschaut, sind diese meistens gewichtet mit der QE-Kurve des Sensors, aber die QE soll hier mal nicht interessieren). Wenn man nun aber z.B. eine schmalbandige rote Quelle hat, fallen nahezu 100% des Lichtes auf das R-Pixel der Matrix und 0% auf die beiden G und das B-Pixel. Macht in Summe 25%, also noch weniger als 1/3! Bei schmalbandigem Grün gehen 100% auf zwei G-Pixel und 0% auf R und B, macht in Summe 50%, also etwas mehr als 1/3. Für einen G-Stern liegt die „Wahrheit“ irgendwo dazwischen...

Nun kommt der Trick mit dem DUO-Filter vor der Bayer-Matrix. Geht man davon aus, dass er 100% Ha und 100% OIII durchlässt (tut er nicht, es sind nur 90-95), so kommt das Ha ungehindert am R-Pixel an und OIII fällt zu ca. 50% auf zwei G und ein B Pixel. Bei Ha also ¼*100%=25% Effektivität, bei OIII ¼*50% (B) + ½ *50% (G) = 37,5%. ABER: Man macht ja im Gegensatz zu getrennten Aufnahmen von Ha und OIII (was bei Monochrom-Kameras mit vorgeschaltetem Filter zwingend ist) beide Aufnahmen gleichzeitig! Statt also z.B. ½ Stunde Ha und ½ Stunde OIII zu machen, macht man eine Stunde Ha+OIII gemeinsam. Man belichtet also beide Farben doppelt so lange und aus den 25% für Ha und 37,5% für OIII werden so 50% und 75%! Immer noch deutlich schlechter, als bei der Monochrom-Kameras mit vorgeschaltetem Filter, aber nicht mehr ganz so schlecht ;-)

Letztlich ist die Farb-Lösung ein Kompromiss (ob CMOS oder CCD). Nachteile in der Empfindlichkeit (groß, aber wie beschrieben, nicht ganz so groß, wie meist behauptet) und Vorteile in Baugröße (Wegfall des Filterrades) und Preis stehen sich gegenüber. Bei den meisten wird die Baugröße kein Argument sein – bei uns im Primärfokus war sie das ausschlaggebende.

Die Pixelgröße ist hingegen bei modernen Kameras und ihrem niedrigen Ausleserauschen kein Argument. Im Gegenteil: man kann binnen, muss es aber (wenn das Seeing es hergibt) nicht.

CS

Josef
www.capella-observatory.com
 
Man macht ja im Gegensatz zu getrennten Aufnahmen von Ha und OIII (was bei Monochrom-Kameras mit vorgeschaltetem Filter zwingend ist) beide Aufnahmen gleichzeitig!
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Das gleiche Argument zieht auch bei den RGB-Aufnahmen. Alle Farben werden gleichzeitig aufgenommen, und es kann auch nicht mehr passieren, dass nach 2 Farben Wolken aufziehen und für die dritte Farbe auf das nächste gute Wetter gewartet werden muss. ;)
 
Zitat von steffens:
Das gleiche Argument zieht auch bei den RGB-Aufnahmen. Alle Farben werden gleichzeitig aufgenommen, und es kann auch nicht mehr passieren, dass nach 2 Farben Wolken aufziehen und für die dritte Farbe auf das nächste gute Wetter gewartet werden muss. ;)
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Man kann ja nach jedem Light den Filter wechseln. Dann hat man zumindest von allen Farben gleich viel aufgenommen, egal wann man abbrechen muss. ;)
Neben dem Punkt Empfindlichkeit muss man ja noch sagen, dass man bei Mono-Kameras die volle Auflösung nutzt.
 
Hallo,

Vielen dank allen für die netten Kommentare zu den Bildern!


Jochen
Da wäre ich sehr interessiert, wie man das macht. Auch der Gebrauch der RGB und NB-Filter bei einem Farb-Chip erschließt sich mir (noch) nicht.
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Im Falle des Jacoby1 habe ich einfach das DUO Filter Bild von den Sternen befreit, im Kontrast angehoben und als Ebene über das RGB Bild gelegt (Blending Mode Screen). Das entspricht der Vorgehensweise wie ich es in meinen YouTube Videos zum Thema Ha Einblendung beschreibe.
Bei dem Objekt, welches mehr oder weniger ausschließlich OIII Emission zeigt, ist diese Vorgehensweise absolut ausreichend.
Bei Gasnebeln die OIII und Ha emittieren, kann man die Bayermatrix aufspalten. Das geht in PixInsight mit dem Befehl Split CFA. Man bekommt dann vier Bilder, jeweils aus einem der vier Farbpixel, die aber dann entsprechend kleiner sind! Diese könnte man reskalieren und dann wie normale, monochrome Linienfilter weiter verarbeiten. Das werden wir im Spätsommer mal an einem schönen Gasnebel demonstrieren (hoffe ich:-)).

Heiko
Jetzt hatte mich Frank mit seinem Video fast auf die Spur gebracht irgendwann auch mal CCD auszuprobieren und jetzt sagt er, er muß vielleicht umdenken :unsure:
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Umdenken muss ich da es sich hier um eine Teamarbeit handelt. Ich persönlich würde eine CCD an Ganymed betreiben, aber es ist ein Team in dem ich mehr als "Artist in Resident" fungiere:-) Stefan wird sich sicher dazu auch noch zu Wort melden.
Mein Video (auch wenn es von meiner und von Steves Meinung eingefärbt ist) dient zunächst mal zur Aufklärung darüber, wo die Unterschiede und die Vor- und Nachteile der jeweiligen Technologie liegen. Die Entscheidung welche Kamera zu deinem Setup (und zu dir) passt, kann dir niemand abnehmen.

Die Frage hier lautet ja, welche Kamera passt am besten zu Ganymed. Wahnsinns Vorteil der ZWOAsi besteht, wie von Josef geschrieben darin, dass die Kamera selber fast kleiner ist als der Fangspiegel. Die Obstruktion wird so gut wie garnicht beeinflusst und Extraspikes gibt es auch keine. Das wäre mit einem Filterrad anders.
Was aber hier vergessen wurde ist dass alle oben gezeigten Bilder bereits um 50% reduziert wurden. Somit fällt eigentlich der "Binning" Gedanke weg, da es sich schon um eine Art von Binning handelt (ohne die Vorteile des Hardware Binning).
Auch nicht zu vergessen ist, es handelt sich um einen 60cm !!! Lichteimer bei f3.

Josef schreibt ja, dass es sich um einen Kompromiss handelt. Die Vorteile liegen auf der Hand so wie die Nachteile. Die Nachteile einer mono CCD wären die Obstruktion und Lichtbrechung durch die Gehäuse. Vielleicht bekomme ich Josef aber noch überredet mal meine 162000 an den Dicken zu hängen:-)

Das arbeiten mit dem Teleskop, remote, vom eigenen Schreibtisch aus, macht nach allen Strapazen des Aufbaus und den Frustrationen der alten (jetzt ersetzten) Hardware riesigen Spaß.

CS Frank
 
Hallo Capella-Team,

Das freut mich, dass ihr jetzt wieder produktiv seid!
Und die beiden Erst-Bilder schauen bereits super aus. Schön, dass ihr gleich mit "Nicht-Standardobjekten" gestartet seid.
Ich bin schon auf die weiteren Resultate gespannt.

lg
Bernhard
 
Danke Dir Bernhard und auch all den anderen für die Fragen und das Feedback.

Ich denke Josef und Frank haben detailreich und ausführlich geantwortet. Substantiell kann ich das nicht weiter anreichern, zumal ich fast nur etwas zur Bildbearbeitung sagen könnte. Nun haben wir noch zwei weitere Objekte mit diesem Teleskop/Kamera-Setup in der Pipeline, eins davon in meinen Augen besonders spannend. Da wollen wir aber noch etwas Nachbelichten. Außerdem steht für mich eine Namibia Tour (erstmals ohne CCD Kamera aber mit Canon 6Da und astromodifizierter Nikon D850) an. Auch das werden also alles CMOS Chip Bildbearbeitungen werden und gerne berichte ich dann, ob ich der guten alten CCD Technik überhaupt nachtrauere....

Viele Grüße
Stefan
www.capella-observatory.com
 
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