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Thema 04 – Einführung Digitales Negativ (RAW Files)

 

Topic 04 – Introduction Digital Negative (RAW Files)

 

Graukeil logarithmisch und linear
Filme arbeiten logarithmisch (li.) und digitale Sensoren linear (re). (Foto: Johannes Schaugg, 2004)

 

Lernziel

Teilnehmer können RAW-Files, die mit einer digitalen Spiegelreflexkamera (Canon EOS 1D/1Ds MkII) aufgenommen wurden, mit einem RAW-Konverter (Adobe Camera RAW, ACR) in TIFF- oder JPEG-Dateien umwandeln.

Ablauf

Die unter Thema 3 aufgenommenen Digitalen Negative (RAW-Files) werden mit dem RAW-Konverter entwickelt, d.h. in TIFF- oder JPEG-Dateien umgewandelt.

Das prinzipielle Vorgehen wird erläutert, dann bearbeitet jeder seine eigene Datei.

Vorgehen:

  • Histogramm beachten.
  • Voreinstellungen (ACR-spezifisch): dezentraler Cache, XMP-Sidecarfiles, schärfen nur in Vorschau.
  • Tools: Lupe, Lineal, ...
  • Bildeinstellungen: Farbabgleich, Belichtung, Schatten, Helligkeit, Kontrast, Sättigung.
  • Kurven.
  • Ausgabe: Farbraum, Format, Auflösung.

Aufgabe

Jeder Teilnehmer fertigt ein Protokoll der Veranstaltung an: Beschreibung der Vorgehensweise bei der Umwandlung von RAW- in TIFF-Files, linearer Sensor, RAW-Files.

Bemerkungen

RAW-Files

Ein digitaler RAW-File ist das, was der Sensor aufzeichnet plus den Metadaten, die die Kamera dazuschreibt. Metadaten werden erst später betrachtet. Hier nur so viel: Metadaten sind beispielsweise Aufnahmedatum, ISO-Einstellung, Blende, Belichtungszeit und Weißbalance.

Die einzelnen Photosensoren (Pixel) auf dem Sensor zeichnen nur Helligkeitswerte auf. Die Farbinformation wird dadurch gewonnen, dass über den einzelnen Sensoren Farbfilter in Rot, Grün oder Blau angeordnet sind. Die Anordnung erfolgt meist in Form einer Bayermatrix, die doppelt so viele Grüne (für diese Farbe ist das menschliche Auge am empfindlichsten) wie Rote oder Blaue Farbfilter enthält.

sensor

Abb.: Ein 0,1x0,05 mm großer Ausschnitt aus dem Sensor einer Canon EOS 1D Mark II Kamera. Der Sensor hat 8,5 MP und die Pixel sind 8,2x8,2 µm groß. Dargestellt ist die Bayermatrix. (Quelle: DPReview, 2005)

Im RAW-File steht somit, welcher Helligkeitswert jeder Photosensor gemessen hat und welcher Farbfilter über diesem Sensor liegt.

Jeder Kamerahersteller hat nun ein eigene Verfahren diese Daten abzulegen und einer verlustfreien Kompression zu unterziehen. Adobe versucht mit dem DNG-Format hier für eine Standardisierung zu sorgen.

RAW-Konverter

Der RAW-Konverter muss nun mindestens 4 Dinge tun: Demosaiking, Weißbalance, Colorimetrische Interpretation, Tonmapping.

Demosaiking: Aus den Helligkeitswerten und den Informationen über die Filtermatrix müssen für jedes Pixel ein Rot-, Grün- und Blauwert bestimmt werden.

raw

Abb.: Beim Demosaiking wird aus den Helligkeitswerten und der Information über die Bayermatrix ein RGB-Bild interpoliert. (Quelle: Adobe, 2005)

Weißbalance: Hier findet eine Anpassung der RGB-Werte auf die Farbtemperatur des Aufnahmelichts statt. Deshalb hat die Weißbalance-Einstellung an der Kamera keinen Einfluß auf die Aufzeichnung der RAW-Files.

Colorimetrische Interpretation: Die RGB-Werte müssen in einen spezifischen Farbraum übertragen werden, z.B.: sRGB, AdobeRGB oder ProPhotoRGB.

Gammakonversion (tone mapping): Sensoren arbeiten linear, d.h. die doppelte Helligkeit sorgt für eine dopplet so große Ladungsmenge am Photosensor. Unsere Augen arbeiten aber logarithmisch. Deshalb muss die Gammakonverson erfolgen.

Darüberhinaus ist es günstig so viele Bildbearbeitungsschritte wie möglich im "RAW-Zustand" des Bildes zu machen, da hierbei das Bild am wenigsten verschlechtert wird.

Die einzelnen RAW-Konverter verwenden verschiedene Algorithmen um die Bildberechungen durchzuführen. Deshalb sieht das gleiche RAW-File anders aus, wenn es mit verschiedenen RAW-Konvertern bearbeitet wurde. Die gängigsten Konverter sind:
- Canon, DPP (nur für Canon-Kameras).
- Adobe Camera RAW, ACR.
- PhaseOne, Capture One, C1.
- DxO, DxO Optics Pro.

Tonwerte

Ein paar technische Grundlagen: Eine bestimmte Lichtmenge führt im Photosensor zu einer bestimmten Menge Elektronen*. Dann lässt man die Elektronen abfließen und misst den (analogen) Strom; mehr Elektronen führen zu einem höheren Strom. Dieser der Messwert wird dann digitalisiert und repräsentiert den Helligkeitswert. Die Quanitsierung im RAW-File erfolgt in der Regel mit 8, 10, 12, 14 oder 16 bit. Wobei der Bitwert alleine nichts über die Qualität aussagt, entscheidender ist die Zahl der Elektronen, die maximal in einen Photosensor passen. Das bestimmt den Dynamikumfang.

Dies hat direkte Auswirkungen auf die Zahl der Tonwerte, die in einem Bild stecken können. Bei einer Kodierung der Helligkeitswerte mit 12 bit sind 2^12 = 4096 Tonwerte möglich. Da der Sensor linear arbeitet sind die Tonwerte nicht gleichmäßig auf die Tonwerte verteilt. Sondern in der hellsten Blendenstufe steckt die Hälfte der Daten. In der Nächsten ein Viertel der Daten und so weiter.

graustufen

Digitale Sensoren arbeiten linear (oben), Augen und Filme logarithmisch (unten). Bei der Gammakonversion erfolgt die Umwandlung. Zu beachten: Solange das Bild im "RAW-Zustand" ist, sind in der hellsten Blendenstufe 2048 Tonwerte, in den folgenden 1024, 512, 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4 - sofern der Dynamikumfang 10 Blendenstufen beträgt. (Quelle: Schaugg, 2005)

Deshalb sollte man auch nicht JPEG-Dateien in der Kamera erzeugen. Hier übernimmt ein RAW-Konverter in der Kamera die ganzen Aufgaben und reduziert Farbumfang und Tonwerte enorm. Im "logarithmierten" Gamma eines JPEG-Files stecken in der hellsten Blende 69 Tonwerte, dann kommen 50, 37, 27, 20.

tonwerte

Abb.: Ein 8-bit-JPEG-Bild hat in den einzelnen Helligkeitsstufen deutlich weniger Tonwertabstufungen als ein RAW-Bild oder ein aus einem RAW-Bild hergestelltes 16-bit-Tiff-Bild. (Quelle: Schaugg, 2005)

Belichtung

Belichtet man also eine Digitalaufnahme um eine Blende unter, verschenkt man die Hälfte der Daten. Deshalb muss immer so belichtet werden, dass die hellste Stelle im Bild an der genau am Hellen Ende des Histogramms liegt. Die Regel lautet ETTR!

Bekennender Digitalfotograf ist z.B.: Greg Gorman

Notwendige Technik

Computer mit Adobe Camera RAW,

Literatur

Canon EOS-1D Kameras, Adobe Camera RAW, RAW-Infoseite.

* Der Autor schätzt, dass in einem Photosensor der Größe 9x9 µm ca. 150.000 bis 200.000 Elektronen Platz haben.