Dynamic Range

Dynamic Range
Was ist der Dynamikumfang? Was ist HDR? Was hat RAW damit zu tun?

Grundlagen

Der Dynamikumfang oder Kontrastumfang beschreibt in der Fotografie das Verhältnis zwischen dem hellsten und dunkelsten Bereich eines Bildes. Je größer das Verhältnis ist, desto größer ist der Dynamikumfang. Um zu beantworten warum der Dynamikumfang für die Fotografie wichtig ist, kannst du ein kleines  Experiment machen: Schau mal aus dem Fenster. Sicherlich siehst du draußen die Nachbarn, einen Baum oder irgendetwas anderes, ganz egal. Schaue weiterhin aus dem Fenster aber konzentriere dich mal auf den Raum in dem du sitzt. Du siehst bestimmt den Fensterrahmen und auch die Wände. Auf jeden Fall siehst du was draußen und was drinnen los ist. Jetzt mach das gleiche Spiel mit deinem Smartphone. Aktiviere die Kamera-App und richte die Kamera auf das Fenster. Du bemerkst bestimmt, dass das Smartphone Probleme mit der Helligkeit hat? Wenn ja, hast du jetzt die ersten Erfahrungen mit dem Dynamikumfang gemacht.

Nehmen wir an, du stehst nachts auf einem Feld. In der Nähe steht ein Apfelbaum. In diesem Szenario ist der Mond die hellste Stelle und ein Apfel die dunkelste Stelle. Das Verhälnis zwischen dem Mond und dem Apfel ist der reale Dynamikumfang der aktuellen Szene. Dein Auge erkennt in solch einer Umgebung sehr viele Details und kann Strukturen auf dem Mond erkennen. Um in Zahlen zu sprechen: Das menschliche Auge hat einen erkennbaren Dynamikumfang von ungefähr 20 Blendenstufen (wenn das Auge eine Kamera wäre). Eine Digitalkamera wiederrum erkennt jedoch nur zirka 10 Blendenstufen. Der Wert ist vom Sensor der Kamera abhängig. Ein Smartphone erkennt sogar nur 6 Blendenstufen.

Das folgende Bild verdeutlicht den Unterschied von dem was das Auge sieht und dem was die Kamera sieht. Ab einem bestimmten Helligkeitswert werden weitere Abstufungen als reines Weiß bzw. Schwarz dargestellt.

Eine Kamera sieht somit nicht so viel wie der Mensch, und ein Smartphone sieht noch weniger. Was aber nicht heißen soll, dass Kameras und Smartphones schlechte Bilder machen! Es hängt immer von der aufzunehmenden Szene ab. Tagsüber beim Fotografieren von Personen macht sich der Dynamikumfang wenig bemerkbar. Erst wenn der strahlende Himmel mitfotografiert werden soll oder beim Fotografieren in der Nacht, werden die Unterschiede doch recht schnell deutlich.

Ein Diagramm soll den Zusammenhang zwischen der Sensorempfindlichkeit (ISO) und dem Dynamikumfang verdeutlichen. Es zeigt sich, dass der Dynamikumfang bei höheren ISO-Werten immer weiter abnimmt. Auch wird der Unterschied verschiedener Kameras verdeutlicht.

Wenn du wissen möchtest, wie deine Kamera abschneidet, kannst du gerne HIER klicken. Auf der Homepage wurden verschiedene Kameras getestet und es besteht die Möglichkeit mehrere Kameras miteinander zu vergleichen.

JPG vs. RAW

Jetzt aber zum praktischen Teil! Folgendes Bild habe ich in England aufgenommen. Dieses Bild ist bewusst überbelichtet, um den Unterschied zwischen JPG und RAW zu zeigen.

Auf dem Foto ist ganz klar zu erkennen, dass der Himmel komplett weiß ist. Eine Kamera mit höherem Dynamikumfang hätte eventuell noch ein paar Wolken gezeigt. In dem Foto ist also der komplette Dynamikumfang der Kamera abgebildet.

RAW ist das Roh-Format eines Bildes, was die Kamera aufnimmt. Ein JPG-Bild ist ein von der Kamera komprimiertes und optimiertes Bild. Das Wort „optimiert“ macht hier den Unterschied. Je nach Kameraeinstellung wird das Bild nachgeschärft, der Kontrast erhöht und unnötige Bildinformationen entfernt. Da JPG-Bilder eine bestimmte Bildtiefe haben, haben nicht alle Farben und Helligkeitswerte in dem Bild Platz. Also wirft die Kamera alle Informationen weg, die ohnehin nicht sichtbar sind. RAW-Bilder speichern weiterhin alle Informationen und Helligkeitswerte. Dadurch sind diese Dateien auch wesentlich größer. Zudem sind RAW-Bilder nicht von der Kamera nachbearbeitet. Damit sind RAW-Bilder so wie sie sind auch nicht vorzeigbar und müssen manuell bearbeitet werden.

Um diesen Effekt zu zeigen, habe ich das Bild in JPG und RAW aufgenommen. Bei beiden Varianten versuche ich den Himmel zu retten. Dabei verstelle ich die Belichtung um 2 Blendenstufen, dunkle die Lichter ab und helle die Tiefen auf.

Der Unterschied ist erstaunlich. Links ist das bearbeitete JPG-Bild und rechts das RAW-Bild zu sehen. Es ist also erkennbar, dass ein RAW-Bild wesentlich mehr Informationen speichert, die eventuell ein Bild noch „retten“ können.

 
 

HDR (High Dynamic Range)

Wer nicht in RAW fotografieren möchte oder kann, hat dennoch eine Möglichkeit den Dynamikumfang eine Bildes zu erweitern. Mit einem sogenannten HDR-Bild. Dazu sind mehrere Aufnahmen der gleichen Szene nötig, die miteinander verrechnet werden. Neuere Kameras und Smartphone bieten diese Funktionalität bereits an. Aber was passiert im Inneren?

Die Kamera/Smartphone macht mehrere Bilder. Dabei ist ein Bild normal belichtet, als sollte es ein normales Foto werden. Anschließend werden weitere Aufnahmen gemacht wobei die Belichtung des Bildes verstellt wird. Ein unterbelichtetes und ein überbelichtetes Bild. Die Verstellung der Belichtung geschieht in der Regel über die Belichtungszeit. Für ein HDR-Bild können mehrere Bilder miteinander verrechnet werden. Normalerweise reichen aber drei Bilder aus.

Die Bilder werden so miteinander verrechnet, dass aus allen Bildern möglichst viele Bildinformationen rausgezogen werden.

Die Methode hat jedoch auch Nachteile. Wird die Bearbeitung übertrieben, sehen die Bilder unnatürlich aus. Aber der bedeutendere Nachteil ergibt sich bei bewegten Motiven. Durch die Verwendung mehrerer Bilder ergibt sich zwangsläufig ein zeitlicher Unterschied zwischen den Aufnahmen. Während dieser Zeit kann die Kamera ihre Position verändern, wenn nicht vom Stativ aus fotografiert wird. Das bedeutet unter Umständen, dass die Bilder nicht vernünftig überlagert werden können. Szenen mit Wellen und wehendem Gras können in der Regel nicht vernünftig miteinander verrechnet werden. Es kommt dann zum sogenannten Ghosting (Geisterbildung). Es ist dann zum Beispiel zweimal derselbe Grashalm im Bild.

Soll beispielsweise bei Landschaftsaufnahmen ein heller Himmel mit einem normal hellen Vordergrund aufgenommen werden, kann ein Verlaufsfilter verwendet werden. Solch ein Filter dunkelt einen Teil des Bildes ab um wieder Struktur in die hellen Bereiche des Bildes zu bringen.

Wenn du dich für die Filter interessierst, die ich verwende, kannst du gerne bei „Mein Equipment“ reinschnuppern.

„Unsere Erde ist zu schön, um nicht fotografiert zu werden!“

Johannes