Ratgeber

HDR-Fotografie

Belichtungsreihen bei Motiven mit hohen Kontrasten machen immer dann Sinn, wenn es sich um ruhende Objekte handelt und das anschließend erstellte HDR Bild über ein geeignetes Verfahren auf den niedrigen Tonwertumfang reduziert wird, den Anzeigegeräte auch wiedergeben können. Photoshop benötigt für den HDR-Einsatz noch externe Plug-ins für das Mapping, ansonsten sind die Ergebnisse nicht zufriedenstellend. Sehr schöne Programme für das Zusammenrechnen sind Artizen (60 kanadische Dollar) mit riesigem Funktionsumfang und Photomatix (100 US-Dollar) mit sehr gutem Tonemapping. Freewaretools wie Picturenaut liefern gute Ergebnisse, sind aber vom Funktionsumfang teils eingeschränkt. Fast alle Programme gibt es auch in einer Freeware-Variante oder zum Ausprobieren, wobei meist Wasserzeichen in die Bilder integriert werden. Die HDR-Fotografie macht wirklich Spaß und zaubert tolle Bilder.

Aufmacher Park

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Aufmacher Park

Schon in der analogen Fotografie überforderten kontrastreiche Szenen die Möglichkeiten des Materials, insbesondere wenn ein Diafilm in der Kamera war. So musste man bei einem sonnigen Sommerbild über die Belichtung entscheiden, ob nun der Himmel mit den Wolken gut durchgezeichnet war - was zu einem dunklen Vordergrund führte - oder ob der Vordergrund optimal belichtet wurde - was zu einem weißen Himmel ohne Wolken geführt hat. Dieses Problem besteht auch bei digitalen Kameras, hängt jedoch stark vom Modell und dessen Dynamikumfang ab, also der Fähigkeit, höhere Kontraste aufzuzeichnen.

Da sich die Lichtmenge mit jeweils einer Blende verdoppelt bzw. halbiert, lässt sich der Kontrast über die Anzahl der Blendenstufen berechnen. In einer sonnigen Landschaftsszene können Kontraste von bis zu 20 000:1 bis 50 000:1 auftreten. Gegenlichtszenen bringen es gar auf 100 000:1. Einen so hohen Kontrast gibt keine Digitalkamera wieder. Gute Kameras bringen es auf ca. 1000:1, was einem Dynamikumfang von zehn Blenden entspricht. Der Fotograf kommt also nicht umhin, Kompromisse in der Detailwiedergabe zu machen. Noch schlimmer sieht es auf der Ausgabeseite aus. So bringen es gute Monitore auf 100:1 bis ca. 500:1 und das gute alte Papierbild gar nur auf etwa 80:1 bis 120:1. Schon in der Dia-Fotografie war es deshalb schwierig, den Inhalt eines kontrastreichen Diapositivs auf Fotopapier zu übertragen. Ebenso schwierig ist es, den Dynamikumfang einer Digitalkamera am Monitor anzuzeigen oder auf einem gedruckten Bild wiederzugeben.

Kontrastumfang

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Das Originalbild mit dem üblichen Kontrastumfang, wie es die Belichtungsautomatik der Kamera aufgenommen hat.

Um selbst die bildwichtigen Teile zu bestimmen und durch Gradationsanpassungen optimal wiederzugeben, fotografieren viele ihre Bilder im Rohdaten-Format, wo die Grenzen für die Optimierung sehr viel weiter gesteckt sind als im einfachen JPEG-Format.

Der Traum eines jeden Fotografen ist aber, den vollen Kontrastumfang einer Szene aufzunehmen und wiedergeben zu können. Eine der in der analogen Fotografie wohl bekanntesten Herangehensweisen an diese Problematik ist das Zonensystem von Ansel Adams. Mit der digitalen Fotografie eröffnen sich aber auch in diesem Sektor ganz neue Möglichkeiten. Der Schlüssel heißt hier HDR-Bilder (HDR = high dynamic range). Dabei wird nichts anderes als eine Belichtungsreihe aufgenommen, bei der das dunkelste Bild selbst in den hellsten Stellen alle Details zeigen sollte und das hellste Bild kein wirkliches Schwarz mehr enthält. Eine sinnvolle Abstufung für die Bildsequenz ist jeweils eine Blendenstufe, wobei die Zahl der notwendigen Bilder davon abhängt, wie hoch der Kontrast in der Szene tatsächlich ist. Eine gute Hilfe bei der Aufnahme ist das Histogram in der Bildanzeige der Kamera. Beim dunkelsten Bild darf rechts kein "Peak" mehr sein, was bedeutet, dass es kein wirkliches Weiß mehr gibt. Beim hellsten Bild gilt dasselbe für die linke, schwarze Seite.

Anpassung der Gradationskurve

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Die Serie zeigt oben links das Bild nach Anpassung der Gradationskurve, das starkes Rauschen und rötliche Schatten zeigt. Das Bild rechts oben stammt aus Photoshop und ist sehr weich geraten. Unten links ist das gute Ergebnis von Photomatix und unten rechts das der Freeware Picturenaut.

Für die Belichtungsreihe sollte die Belichtungszeit und nicht die Blende verändert werden, weil eine schwankende Blende einen Einfluss auf die Schärfentiefe hat, was beim Zusammenrechnen der Bilder zu Problemen führt. Damit sind wir auch schon bei einem der zwei Schlüsselthemen für HDR-Bilder. Die verschiedenen Bilder einer Belichtungsreihe müssen nach der Aufnahme zu einem Bild zusammengefügt werden. Damit das möglich ist, müssen die Bilder zunächst einmal exakt zueinander justiert werden. Das ist recht unproblematisch, sollte man meinen, wenn die Serie vom Stativ aus aufgenommen wur- de. Ist es auch, wenn sich das Motiv nicht bewegt hat. Auf Blätter im Wind ist dabei ebenso zu achten wie auf Personen oder Autos, die sich durch das Bild bewegt haben. Intelligente kleine Programme, die das Ausrichten und Zusammenfügen der Bilder übernehmen, haben häufig auch hier vorgesorgt und eliminieren die bewegten Teile aus dem Bild, was natürlich nicht immer gelingt.

HDR eingebaut Es gibt ein paar Kameras und Scanner, die HDR bereits eingebaut haben. Ganz oben stehen hier die Kameras mit dem Fuji-SR-Sensor (z.B. die S5 Pro). Dieser Sensor hat pro Pixel eine große lichtempfindliche Photodiode und daneben eine kleinere unempfindlichere Photodiode. So wird mit einer Aufnahme zeitgleich eine korrekt belichtete und eine unterbelichtete Aufnahme gemacht, die bereits in der Kamera zu einem HDR-Bild zusammengerechnet werden und damit eine viel bessere Lichterzeichnung aufweisen als herkömmliche Kameras. Das Prinzip funktioniert so auch bei bewegten Motiven.

Artizen

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Artizen ist ein ausgewachsenes Bildbearbeitungsprogramm mit vielen Funktionalitäten, von denen eine das HDR-Erstellen ist.

Auch eine Reihe von Scannern sind in der Lage bei der Digitalisierung von Dias die Belichtungszeit ändern, um z. B. auf unterbelichtete Dias zu reagieren. Eine Tatsache, die sich die Scansoftware SilverFast der Firma Lasersoft Imaging zu Nutze macht, um den Dynamikumfang beim Scannen zu erweitern. Eine Studie unseres Testlabors Image Engineering hat ergeben, dass sich so der Dynamikumfang eines Nikon-Diascanners von 3,5 auf 4,2 Dichten erhöht. Die Scansoftware rechnet anschließend die beiden Bilder automatisch zusammen und führt eine Tonwertkorrektur durch.

TonemappingDie Tonwertkorrektur oder auch englisch Tonemapping genannt, ist dann auch der zweite wichtige Aspekt in der HDR-Fotografie. Sind die Bilder der Belichtungsreihe, die theoretisch beliebig viele sein können, zusammengefügt, werden sie in einem 32-Bit Datenformat abgelegt. Dabei handelt es sich um ein Format, dass an Stelle der üblichen 8-Bit-Farbtiefe (was 256 Stufen entspricht) oder der 16-Bit-Tiefe für Rohdaten (= 65 535 Stufen) in der Regel 32 Bit (= 4,3 Milliarden) pro Farbe abspeichert, um den hohen Kontrastumfang möglichst differenziert darstellen zu können. Die Standard-Datenformate, die von verschiedenen Programmen unterstützt werden, sind hier 32-Bit- Tiff, OpenEXR und Radiance RGBE. Die Dateien sind dabei üblicherweise viermal so groß wie die unkomprimierten 8-Bit-Dateien.

Picturenaut

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Das Freeware-Programm Picturenaut liefert schon recht brauchbare Ergebnisse, die sich über einen 16-Bit-Export in einer Bildbearbeitungssoftware ggf. noch optimieren lassen.

Es wird zukünftig zwar HDR-Monitore mit speziellen Techniken geben, die in der Lage sind, den hohen Dynamikumfang der meisten Szenen wiederzugeben; diese Monitore werden aber der Kosten wegen noch über Jahre den Spezialanwendungen vorbehalten bleiben. Das heißt HDR-Bilder sind schön und gut, aber sie sehen auf den meisten Monitoren grausam aus, weil sie nicht dargestellt werden können. Notwendig ist also ein Weg, den hohen Dynamikumfang zu reduzieren ohne die Bildqualität zu reduzieren.

Software mit HDRSeit CS2 bietet Photoshop eine eingebaute HDR-Funktionalität, die unter "Datei/Automatisieren/Zu HDR zusammenfügen" zu finden ist. Dabei baut Photoshop aus JPEG oder Rohdaten das HDR-Bild zusammen, was es ganz ordentlich tut, aber dann wird es schwierig. Photoshop bietet als Werkzeuge für Tonemapping lediglich Belichtungs- und Gammakorrektur sowie die üblichen Tonwertkorrektur-Mechanismen. Diese Korrekturmöglichkeiten führen aber nicht zum gewünschten Ergebnis. Die Bilder aus Photoshop sind ohne weitergehende Korrekturen flau und die Farben deutlich zu niedrig gesättigt.Damit ein Tonemapping von HDR-Bildern auf einen niedrigen Tonwertumfang funktioniert, muss die Software eine lokale Anpassung des Kontrastes verwenden, wie sie das menschliche  Auge vornimmt. Die mathematischen Modelle, die dieses Verhalten des Auges simulieren, sind Helligkeits- und Farbwahrnehmungs-Modelle. Wenn man mit dem Auge in einen hellen Bereich hineinschaut, passen sich die Rezeptoren dieser Helligkeit an. Die Rezeptoren im Auge, die einen dunklen Bildbereich erfassen, sind empfindlicher eingestellt und können deshalb die Details in dunklen Bereichen wahrnehmen. Das Ergebnis ist, dass das Auge große Schwankungen in der Helligkeit einer Szene erkennen kann. Analog wäre es bei einer Kamera so, als würde man für jedes Pixel getrennt die Belichtungszeit wählen können, abhängig davon, ob es sich in einem hellen oder dunklen Bildbereich befindet. Die Ergebnisse, die mit Programmen wie Photomatix oder Artizen erzielt werden können, sind deutlich besser als das, was Photoshop abliefert, wie unser Vergleich zeigt. Photoshop bietet jedoch die Möglichkeit, Plugin-Filter verschiedener Hersteller für ein optimiertes Tonemapping zu verwenden. Die besten Ergebnisse haben wir in Bezug auf das Tonemapping mit Photomatix (100 Dollar) erzielt, wobei wir zum Vergleich die Freeware Picturenaut und Photoshop verwendet haben.

Download: Tabelle

HDR contra RawWer Rohdaten aufnimmt, hat über die Belichtung auf die Lichter (diese dürfen nicht ausgefressen sein) und verschiedenen Rohdatenleser auch die Möglichkeit, den wiedergegebenen Dynamikumfang einer Kamera zu erweitern, indem er die Gradationskurve manipuliert. Bis zu einem gewissen Grad funktioniert das auch. Wird die Manipulation zu stark, dann wird erkennbar, dass in den Tiefen die Farben nicht mehr ordentlich wiedergegeben werden und das Rauschen extrem verstärkt wird.

Schemazeichnung Super CCD SR

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Der Fuji-SR-Sensor liefert von Hause aus zwei Belichtungen, ein normal belichtetes und ein unterbelichtetes Bild, die gleichzeitig aufgenommen werden. Das ist derzeit die einzige Kamera, die einen erweiterten Kontrastumfang für die Aufnahme bewegter Objekte bietet.

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