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Entrauschen von Digitalbildern

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Einführung

Bei den meisten aktuellen Digitalkameras lässt sich die „Filmempfindlichkeit“ verstellen. Oft nicht im Automatikmodus, aber den kann man ja im Allgemeinen abschalten. Der Standardwert ist heutzutage meist 100 ISO – wenn es draußen dunkler wird oder man kürzere Verschlusszeiten benötigt, möchte man mehr! Eine Verdopplung des Wertes bringt eine Blendenstufe bzw. eine Halbierung der Verschlusszeit!
Wenn wir uns an den analogen Film erinnern, hatten dort die Standardfilme ca. 18 DIN oder 50 ASA – diese ASA entsprechenden den heute am häufigsten benutzten ISO-Werten. (Genau genommen müsste es ISO 50/18 heißen, denn ISO ist eine Kombination von DIN- und ASA-Werten.) Empfindlichere Filme hatten 21 oder 24 DIN (entsprechen 100 oder 200 ISO), hochempfindliche 27 oder sogar 30 DIN (also 400 bzw. 800 ISO). Drei DIN mehr bedeuteten hier eine Verdoppelung der Empfindlichkeit, das heißt eine Blendenstufe mehr, also liegt eine so genannte logarithmische Skala vor.
Haben die Kompaktkameras noch vor – sagen wir – drei Jahren im Allgemeinen als höchstmögliche Empfindlichkeit 400 ISO angeboten, ist dieser Wert in der letzten Zeit quasi explodiert – aktuell liest man sogar sechsstellige (!) Werte: eine Canon EOS 1 D Mark IV oder eine Nikon 3Ds bieten sagenhaft 102.400 ISO als Höchstwert an! Dies bedeutet gegenüber dem Standard-ISO-Wert von 100 eine Erhöhung um zehn Blendenstufen und würde – beim analogen Film – einem DIN-Wert von 51 entsprechen.
Beim analogen Film sind es die verwendeten Chemikalien und der Entwicklungsprozess, die eine Erhöhung des DIN-/ASA-Wertes bewirken können, aber wie funktioniert das bei Digitalkameras, die ja bekanntlich keinen Film, sondern einen Sensor haben? Nun, hier wird der vom Sensorpunkt gelieferte Strom (oder die Spannung) analog verstärkt - BEVOR digitalisiert wird.
Beim Film gibt es hier Nachteile: das so genannte „Korn“ – hochempfindliche Filme sind „grobkörnig“. Und beim Sensor? Leider entstehen auch hier Nachteile: Man nennt den Effekt „Rauschen“ und unterscheidet das Helligkeits- sowie das Farbrauschen. Wie entsteht es genau? Nun, dicht beieinander liegende Pixel können sich gegenseitig beeinflussen - ein Effekt, der bei immer kleineren Pixeln immer stärker auftreten wird, das ist der eine Grund. Ein anderer liegt darin begründet, dass tatsächlich jedes Pixel für eine bestimmte Grundfarbe (RGB) zuständig ist, und normalerweise jeweils vier Pixel (grün kommt doppelt so häufig vor) dann erst zur Bestimmung der Farbinformation herangezogen werden.
Auf Wikipedia findet man hier ein sehr grobkörniges Bild, (siehe Bild links) analog aufgenommen mit 1600 ISO.
Das grobe Korn wird häufig künstlerisch begründet eingesetzt und hat tatsächlich einen gewissen Reiz. Das Bildrauschen auf Digitalfotos allerdings hat das normalerweise wirklich nicht!

Bildrauschen

Wie schon an anderer Stelle ansatzweise dargelegt, entsteht das Bildrauschen aus physikalisch begründeten Zusammenhängen: Der Sensor beherbergt heutzutage oft möglichst viele Pixel. 20 MP (Megapixel) werden bei den (APS-C)-Digitalkameras schon erreicht, bei den Kompaktkameras sind 12 MP fast das Minimum. Immer mehr Pixel auf der gleichen Fläche bedeutet: kleinere Pixel oder enger aneinander sitzende.
Nun  sorgt ja ein optoelektronischer Effekt dafür, dass ein einfallendes Photon ein Pixel reagieren lässt. Verstärkt man das dann im Prinzip recht geringe Signal ziemlich stark, werden kleine Fehler, die immer vorhanden sind (allein die Erwärmung des Sensors sorgt auch für „Irritationen“), mit verstärkt. So entstehen Abweichungen vom eigentlichen Signal, die sich dann eben als „Rauschen“ bemerkbar machen. Je höher der eingestellte ISO-Wert, umso mehr „rauscht“ der Sensor. Der Fotograf steht also vor dem Spagat, im Zweifelsfall bei Dunkelheit über eine hohe ISO-Einstellung noch ein Objekt fotografieren zu können, was sonst nicht mehr erfassbar wäre und einem „verrauschten“ und damit fast unbrauchbaren Bild.

Das Bild links ist so eines: aufgenommen mit einer Canon Ixus-V2-Kompaktkamnera und unter Benutzung des eingebauten Blitzes. Hier gab es nur die Auswahl: dieses Bild oder halt keines.

Sicherlich haben die meisten Kameras schon interne „Entrausch“-Algorithmen, aber diese gehen immer zu Lasten des Detailreichtums und/oder der Schärfe. Außerdem hängt es sehr stark vom Ausgabemedium und dessen Größe ab, wie lästig das Rauschen empfunden wird. Also arbeiten diese Algorithmen eher vorsichtig, um das Bild nicht zu verderben. Die endgültige Arbeit verbleibt also bei der Bildnachbearbeitung: In Abhängigkeit vom Zielmedium stört das Rauschen – und muss möglichst beseitigt werden – oder eben nicht.

Das zweite Bild (unten) - mit einer Canon Ixus 500-Kompaktkamera aufgenommen ist eine ungeblitzte Außenaufnahme - fast schon eine Nachtaufnahme. Beide Bilder nutzen den höchsten ISO-Wert, den die Kamera jeweils zur Verfügung stellt: 400. Klicken sie die Bilder mal zum Vergrößern an: bei der jungen Dame finden Sie das unübersehbare Rauschen im Bühnenvorhang, im Dekolleté und besonders im Kleid - bei der Außenaufnahme besonders im Himmel zwischen oder rechts neben den großen Minaretten.

Aus diesen beiden Bildern habe ich je ein Quadrat mit deutlichem Rauschen entnommen und zu einem neuen Bild zusammengesetzt. Ein bisschen gemein ist das halt für die Entrauschprogramme schon, wenn es mit Profilen arbeitet. Sie können sich das folgende Bild mal in der 200%- oder 400%-Ansicht Ihres Browsers anschauen, um das Rauschen noch deutlicher zu sehen. 

Praxis

Zuallererst wird man mal schauen, was das sowieso vorhandene und benutzte Bildbearbeitungsprogramm zu bieten hat. Ob Photoshop oder GIMP – immer gibt es ein „Angebot“, oft auch über Plug-Ins. Manche bieten ein Entrauschen auf der RAW-Ebene (wenn vorhanden) an, andere im JPG-Modus. Das erzielte Ergebnis ist häufig zwar bemerkenswert, aber nicht 100%-ig befriedigend. Tatsächlich ist diese Aufgabe immer noch eine für Spezialprogramme – die aber heutzutage oft nicht nur in einer Stand-alone-Version, sondern auch als Plug-In daherkommen.

Im GIMP – ohne jegliche Erweiterungen – zum Beispiel findet man unter Filter / Rauschen nur solche Filter, die ein Rauschen hinzufügen! Benutzt man aber einen Weichzeichner, verschwindet das Rauschen schon deutlich. Der Preis dafür – Sie können es sich denken – ist aber eine leichte Unschärfe. Sollten Sie nun aber auf die Idee kommen, eben Nachzuschärfen, stellen Sie auch das Rauschen wieder her (klar, zaubern kann diese Software nämlich auch nicht).

Die speziellen Entrausch-Programme arbeiten oft auf zwei verschiedene Arten: Einmal können Sie das Bild analysieren (manchmal komplett automatisch, manchmal nach Auswahl eines Bereichs) um die Art und Stärke des Rauschens festzustellen und einen entsprechenden Filter bereitzustellen. Zum anderen nutzen Sie einen Satz Voreinstellungen („Profiles“), welche die Hersteller mitliefern, zum Herunterladen oder auch Selbst-Erstellen anbieten. Diese Profile sind dann speziell für eine bestimmte Kamera und dort für eine bestimmte „Filmempfindlichkeit“ gestaltet. In den meisten Fällen erreicht man damit gute bis sehr gute Ergebnisse. Solche Programme können von den modernen Mehrkernprozessoren deutlich profitieren, da sie dann unterschiedliche Bereiche eines Bildes gleichzeitig bearbeiten können.

Demnächst folgt er zweite Teil des Artikels, der sich weiter mit der Praxis beschäftigt, indem er vier Produkte zum Entrauschen von Bildern vorstellt, von denen es jeweils auch eine kostenlose Version gibt.

Bild entrauscht mit PI X3

Hallo PePo, gleich habe ich auch mal versucht, zu entrauschen (was für ein toller Ausdruck!). Da ich das Bild leider nicht in den Kommentar einstellen kann, mein Ergebnis aber vorstellen möchte, habe ich es in die Testgalerie geladen. Also, ich habe einen Unterschied gesehen. Wie findest Du das Ergebnis von PI?

Entrauschen mit PI X3

PI=Photo Impact? Ja, das Ergebnis ist nicht schlecht - ein bisschen unschärfer als mein "Liebling" NeatImage, finde ich. Ciao Pepo