Tutorialbeschreibung

Basiswissen - Teil 15: Es rauscht im Pixelwald: technische Bildfehler

Basiswissen - Teil 15: Es rauscht im Pixelwald: technische Bildfehler

In einer 18-teiligen Tutorialreihe erfahren Sie alles Grundlegende zur digitalen Fotografie. Welche Kameras gibt es, was zeichnet ein gutes Objektiv aus, wie geht man mit digitalen Daten um, wie nutzt man die vielen Einstellmöglichkeiten einer Digitalkamera usw.

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Es rauscht im Pixelwald: Technische Bildfehler und wie man sie vermeidet. Vor kurzem war jemand bei mir im Studio und verfluchte aufs Heftigste seine Spiegelreflexkamera. Ständig wären auf den Bildern Flecken zu sehen, immer an der gleichen Stelle. Mal schärfer, mal weicher, aber immer sichtbar, wenn das Motiv an der Stelle der Flecken flächig war (Himmel, glatte Haut etc.).

Außerdem sah man in dunkleren Bereichen ständig farbige Störungen und Rauschen, besonders bei Nachtaufnahmen. Und wenn er feine Strukturen im Gegenlicht wie z. B. die kahlen Äste eines Baumes mit seinem Megazoom-Objektiv in Telestellung fotografierte, waren an kontrastreichen Kanten besonders an den Bildrändern bunte Säume zu sehen. Der Bekannte war der festen Überzeugung, dass seine Kamera Schrott war. „Immer langsam“, sagte ich, „hier gibt es ein paar Dinge, die du wissen solltest.“

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Der Screenshot zeigt die vergrößerte Darstellung einer Aufnahme, die gemacht wurde, um Staub auf einem Sensor zu finden. Dazu wurde einfach eine weiße Fläche mit Blende f/11 fotografiert (Aufnahmeprogramm Av bzw. A).Um die Flecken zu finden, wurden die Kontraste stark angehoben. Der Ausschnitt zeigt die linke obere Ecke eines ziemlich dreckigen Sensors einer Canon 1Ds MKII.


 

Banales zuerst

Das Offensichtliche: Der Sensor war dreckig. Fest haftender Staub war für die immer an der gleichen Stelle zu sehenden Flecken/Punkte verantwortlich. Je nach Blende waren die Punkte mal scharf (kleine Blendenöffnung) oder weich (große Blendenöffnung). Wer mit einer Kompaktkamera fotografiert, wird dieses Problem zumindest in den ersten Jahren nicht kennen, denn der Sensor ist mehr oder weniger gegen Staub abgeschirmt. Beim Wechsel des Objektivs an einer Spiegelreflexkamera kann Staub ins Gehäuse eindringen und sich auf dem Sensor absetzen. Oft reicht schon ein Blasebalg, um die Fussel wegzupusten.

Achtung! Die Kamera dabei nach unten halten, damit der Staub rausfallen kann! Die neuen automatischen Sensor-Reinigungsrüttelsysteme verhindern zwar Staubflecken recht zuverlässig, manchmal ist der Staub aber klebrig und bleibt trotz der hochfrequenten Vibrationen des Sensors hängen. Wie man den Sensor von hartnäckigen Flecken reinigt, steht im Kamerahandbuch. Im Fachhandel gibt es entsprechende Reinigungsmittel und Werkzeuge.

Kleiner Tipp: Auch Staub auf den Linsen des Objektivs erzeugt natürlich je nach Blende mehr oder weniger scharfe Flecken. Front- und Hinterlinse eines Objektivs kann man einfach mit einem Blasebalg, einem Brillenputztuch oder speziellen optischen Reinigungstüchern sauber machen.

 
Um die Kamera, das Objektiv oder einen Sensor sauber zu bekommen, gibt es im Fachhandel etliche Reinigungsgeräte, die zum Teil ziemlich teuer sind. Anfangen sollte man seine Versuche immer mit einem einfachen Blasebalg, der allerdings für fotografische Geräte geeignet sein muss. Denn nur diese speziellen Blasebälge sind frei von Rückständen im Inneren.

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Hot Pixel

Hot Pixel sind bunte oder völlig weiße, über die gesamte Bildfläche verteilte Pixel, die unter anderem durch Produktionsungenauigkeiten des Chips (verunreinigtes Material) entstehen. Bei sehr einfachen Kameras ist dieses Phänomen nach wie vor ein Problem, hochwertige Kamera korrigieren solche Fehler oft schon automatisch. Je nach Anzahl der Hot Pixel muss man sie per Bildbearbeitung korrigieren.

Um Hot Pixel auf seinem Sensor zu finden, hilft ein kleiner Trick: Man stellt die Kamera auf den manuellen Modus und wählt eine Verschlusszeit von zwei oder mehr Sekunden. Dann fotografiert man in dunkler Umgebung mit aufgesetztem (!) Objektivdeckel. Dunkle Umgebung deshalb, weil die meisten Objektivdeckel trotzdem noch ein wenig Licht durchlassen. Das so entstandene Bild kann man dann am Computerbildschirm bei 100-%-Ansicht, also in Originalgröße, gut auf Hot Pixel untersuchen.


 

Tote Pixel

Früher bei geringen Auflösungen ein Problem, heute eigentlich zu vernachlässigen – Dead- oder Stuck-Pixel. Das sind Bildpunkte auf dem Sensor, die im wahrsten Sinne des Wortes tot sind und keine elektrischen Signale mehr weitergeben. Üblicherweise fallen solche toten Pixel nicht auf. Falls doch mal ein toter Punkt auf einem 10-Megapixel-Bild stören sollte, kann man ihn ja per Bildbearbeitung retuschieren. Da Sensoren minimalen Fertigungstoleranzen unterliegen, stellen die Hersteller schon bei der Kameraproduktion durch Referenzaufnahmen und entsprechend angepasste Software sicher, dass fehlerhafte Pixel durch die Verarbeitungssoftware der Kamera korrigiert werden.

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Das ist ein Ausschnitt einer Aufnahme, die mit geschlossenem Objektivdeckel gemacht wurde. Man erkennt deutlich einige bunte Hot Pixel. Diese fehlerhaften Pixel sind normalerweise nicht sichtbar, sondern fallen nur in Extremsituationen (Langzeitbelichtungen) auf.


 

Unvermeidliches Bildrauschen

Das nächste große Problem, das mein Bekannter an seiner SLR feststellte: Bildrauschen in dunklen Bildbereichen. Sensoren von Digitalkameras erzeugen technisch bedingt immer ein gewisses Bildrauschen; man spricht von Grundrauschen oder Dunkelrauschen. Es ist unter anderem abhängig von der Spannung, die am Sensor anliegt, und von der Wärme des Sensors. Der Chip erwärmt sich insbesondere bei Langzeitbelichtungen von mehreren Sekunden, aber auch, wenn man im Live-Modus fotografiert, wird das Kameragehäuse wärmer.

Benutzt man die Kamera draußen in praller Sonne, erhöht auch die hohe Außentemperatur das Grundrauschen des Sensors. Zwar nicht sehr stark, aber doch messbar. Deshalb ein grundsätzlicher Tipp: Die Kamera immer so kühl wie möglich halten und nicht der prallen Sonne aussetzen. Das Problem für die Chipkonstrukteure: Man muss das unerwünschte Grundrauschen von den erwünschten (Foto-) Signalen, die der Chip an die Kamera weitergibt, trennen. Das klappt gerade in dunklen Bildbereichen weniger gut, weshalb hier Bildrauschen schneller auffällt.

 
Hier sieht man einen sehr kleinen Ausschnitt aus einer völlig korrekt belichteten Studioaufnahme, die mit ISO 100 gemacht wurde. Der Ausschnitt zeigt einen tiefen Schatten, der trotz der korrekten Belichtung verrauscht ist. Das Rauschen ist auf dem Originalfoto nicht zu bemerken, erst in der Vergrößerung wird das Grundrauschen des Sensors sichtbar.

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Rauschen durch hohe Empfindlichkeit

Viel störender und deutlicher als das technisch unvermeidliche Grundrauschen/Dunkelrauschen ist das Bildrauschen, welches durch hohe ISO-Werte (Empfindlichkeit) erzeugt wird. Je höher der ISO-Wert, desto weniger Licht braucht die Kamera, um korrekt belichtete Bilder zu produzieren. Problem dabei: Die Signale, die die einzelnen Bildsensoren erzeugen, werden künstlich verstärkt, da ja nicht so viel Lichtenergie auf die Bildpunkte trifft. Diese künstliche Verstärkung kann man ziemlich weit treiben, wie die Kamerahersteller deutlich zeigen. Aktuelle Spiegelreflexmodelle gehen teilweise bis ISO 12.800 und noch weiter.

Eigentlich irrwitzig, weil das Rauschen bei solchen Aufnahmen wirklich extrem wird. Man muss durch Versuche mit unterschiedlichen ISO-Werten selber herausfinden, wo die Grenze des Erträglichen ist. Bei den meisten Kompakten wird das Rauschen schon ab ISO 400 störend, bei SLRs geht das heftige Rauschen erst bei ca. ISO 800 los. Vermeiden kann man das durch hohe Empfindlichkeit bedingte Rauschen nicht, nur reduzieren. Das klappt einerseits durch spezielle Kamerafunktionen (automatische Rauschreduzierung) oder später am Computer, prinzipiell durch die eine oder andere Art des Weichzeichnens. Jedes Programm zur Bildbearbeitung hat einen oder mehrere Filter, die gegen Bildrauschen helfen.

Nachteil der Sache: Durch die Reduktion des Rauschens gehen je nach Stärke des Anti-Rausch-Filters auch Bildschärfe und Detailinformationen verloren. Leider gibt es hier kein Patentrezept oder eine exakte Anleitung, man muss wieder selber ausprobieren, wie viele Details man zu opfern bereit ist, um das Rauschen zu eliminieren.

Wer das Rauschen seiner Kamera partout nicht erträgt, hat bei schlechten Lichtverhältnissen nur wenig Alternativen zur hohen Empfindlichkeit. Erste Maßnahme ist die Verwendung einer großen Blende (minimaler Blendenwert). Reicht das noch immer nicht für kurze Verschlusszeiten und unverwackelte Bilder, muss man entweder mit Stativ oder mit zusätzlichem Licht (Blitz, Strahler) arbeiten.

 
Auf dem Bildausschnitt ist deutlich das Rauschen erkennbar, das durch den hohen ISO-Wert von 3200 verursacht wurde.

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Das Original ist bis zu einem Ausdruck von ca. 13x18 cm durchaus brauchbar, eine Ausschnittvergrößerung ist jedoch wegen des Rauschens – wie man unschwer auf dem Bild hier erkennt – nicht anzuraten.

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Chromatische Aberration

Die chromatische Aberration ist ein Abbildungsfehler, der zu den oben beschriebenen farbigen Säumen an Motivkonturen führt. Dieser Abbildungsfehler wird immer vom Objektiv erzeugt und hat nichts mit der Kamera zu tun. Einfach ausgedrückt: Verschiedene Lichtwellenlängen (Farben) eines Motivpunktes werden durch die Gläser im Objektiv so unterschiedlich gebrochen, dass sie auf dem Sensor nicht auf dem gleichen Punkt auftreffen (was sie aber sollten). Das bedeutet, dass verschiedene Farbanteile etwas versetzt vom Hauptfarbanteil auf dem Sensor auftreffen und Farbsäume erzeugen. Da Bildpunkte an den Rändern eines Bildes besonders stark von den Gläsern im Objektiv umgelenkt (gebrochen) werden, wirkt sich die chromatische Aberration dort besonders deutlich aus. In der Bildmitte gibt es üblicherweise keine Probleme.

Beheben kann man diesen klassischen Abbildungsfehler einerseits mit besonders hochwertigen Objektiven und aufwendigen Konstruktionen. Mittlerweile gibt es jedoch in den gängigen Bildbearbeitungsprogrammen bzw. RAW-Konvertern Werkzeuge, die sich auf die Korrektur von Abbildungsfehlern spezialisiert haben. So ist es dann möglich, nicht nur die chromatische Aberration praktisch vollständig zu korrigieren, sondern kann dort auch verschiedene Verzerrungen (tonnen- und kissenförmige), die durch die Objektivkonstruktion bedingt werden, nahezu perfekt ausgleichen. Für mehr Informationen zu objektivbedingten Abbildungsfehlern verweise ich auf mein Tutorial Basiswissen Teil 2 – Linsensuppe für Fotografen. Hier werden Objektive und ihre Probleme detaillierter beschrieben.

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Chromatische Aberration – hier auf einer Aufnahme, die mit einem Fisheye-Objektiv gemacht wurde – ist mit den entsprechenden Werkzeugen am Computer gut in den Griff zu bekommen. Die zuvor sichtbaren Rot-Cyan-Farbsäume verschwinden mit der entsprechenden Einstellung völlig.

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Hässlich gestreifte Jacketts – Moiré-Effekt

Eigentlich kennt man das hässliche Flirren von kleinkarierten Jacketts noch aus schlechten Fernsehsendungen aus den 70er und 80er Jahren – falls man da schon auf der Welt war und fernsehen konnte. Leider hat sich das Problem in die Neuzeit gerettet und tritt immer wieder gerne in Erscheinung, wenn feine Muster fotografiert werden. Moiré-Muster (ausgesprochen „Moareh“) entstehen, wenn sich feine Linien oder Strukturen überlagern und dadurch neue Linien/Muster entstehen. Sehr feine Linien werden vom Sensor nicht mehr korrekt aufgelöst, da der Sensor selber auch in einem feinen Raster aufgebaut ist. Beide Raster überlagern sich und die Abbildungen fangen scheinbar an zu flimmern.

Man kann sich vorstellen, dass Moirés der Horror von Modefotografen sind, da die feinen Strukturen von Stoffen besonders knifflig digital zu fotografieren sind. Eine exakte theoretische Erläuterung des Effekts findet man übrigens auch bei wikipedia.de.

Hier geht es darum, diesem Flimmern entgegenzuwirken. Leider gibt es nur wenige Möglichkeiten, etwas dagegen zu tun. Kamera oder Motiv in einem neuen Winkel zueinander anzuordnen ist eine Lösung. Blöderweise sieht man auf dem Kameramonitor das Flimmern praktisch nicht, erst bei größerer Darstellung am Computerbildschirm wird der Effekt deutlich.

Was man dann noch tun kann, ist weichzeichnen. Und zwar mit dem Gaußschen Weichzeichner, den jedes Bildbearbeitungsprogramm hat. Wenn möglich, sollte man die Weichzeichnung auf den flirrenden Bereich durch eine Auswahl begrenzen und dabei nur sehr niedrige Werte einstellen. Immerhin gehen durch zu starkes Weichzeichnen Details verloren. Man muss ein wenig ausprobieren, bis man die besten Werte für das Weichzeichnen gefunden hat.

 
Der Bildausschnitt zeigt ein durchsichtiges Dessous mit sehr feiner Webstruktur. Die fehlerhafte Abbildung (Moiré) wird durch die Überlagerung der Stoffstruktur mit dem Pixelraster des Sensors erzeugt. Verhindern kann man diesen Effekt nur, indem man andere Aufnahmewinkel und Abstände ausprobiert und die Aufnahmen sofort groß auf einem Computermonitor kontrolliert.

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Allerdings kommt es natürlich auch immer darauf an, wie groß ein Bild gezeigt wird. Bei der Originaldarstellung im Internet fällt das Moiré nicht auf, würde man es in der Größe von 20x30 cm hochwertig drucken, wäre das Moiré-Muster zu sehen.

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Kommentare
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Portrait von fotorandy
  • 29.01.2009 - 22:40

Schön erklärt, gute Tutorial. danke!!!

Portrait von Schnieber_design
Portrait von frank2207
  • 29.01.2009 - 21:18

Supi Tut, bin schon gespannt aufs nächste...man lernt halt nie aus.

LG

Portrait von beeelion
  • 29.01.2009 - 17:40

Nettes Tutorial,

jedoch kollidiert das Kühlhalten des Chips sehr stark mit der Leistungsfähigkeit der Akkus. Wer also beim Skifahren, wo die Gefahr verrauschte Bilder zu erstellen, nicht wirklich groß ist, eine funktionsfähige Kamera haben möchte, sollte zumindest den Akku in die INNENtasche der Skijacke stecken, sonst lässt sich u.U. die Kamera einschalten.

Portrait von MomentumMovies
  • 29.01.2009 - 13:28

Sehr gutes Tutorial, danke vielmals! Aber ich werde am besten mal bei Tutorial No.1 anfangen ;-)

Das mit der Belichtung war mir bekannt, aber dass einige Kameras bis ISO 12800 gehen... ich bin ja schon bei mir bei ISO 800 ausgeflippt -.-

Portrait von orville1971
  • 29.01.2009 - 11:19

wie immer spitze!
Hier kann ich nur lernen und so immer häufig gemachte Fehler vermeiden.

Portrait von PixelLady
  • 29.01.2009 - 10:43

SUPER!
So ein Tutorial habe ich lange gesucht.... Also ich meine die ganzen Teile die du schon rausgebracht hast. Das ist besser als jedes Buch. Auf jeden Fall sind deine Tipps und Ratschläge super!

Portrait von ukrupp
  • 29.01.2009 - 09:41

Danke für diesen sehr aufschlußreichen Bericht.

Alternative Portrait
-versteckt-(Autor hat Seite verlassen)
  • 29.01.2009 - 09:09

Spitze, das eine oder andere war mir bereits bekannt, aber diese Gesamtübersicht mit guter Erklärung ist wirklich wertvoll!

Portrait von Mythbuster
  • 29.01.2009 - 08:41

Sehr interessant und toll erklärt! Herzlichen Dank

Portrait von jb70
  • 28.01.2009 - 19:26

Danke, sehr nützliche tipps, da man öfters mit dem problem rauschen konfrontiert wird.

Portrait von Charmadige
  • 27.01.2009 - 18:53

Mit Deinem TUT hast Du ein nerviges Thema aufgegriffen, ..
Wer mag schon, wenn es rauscht und mariert bis zum Abwinken bei genauerem Hinschauen, .. Vielen Dank für Deine schreiberlichen Mühen, ..
Wünsche Dir eine motivreiche Woche, .. :-)) C.

Portrait von olaf1904
  • 27.01.2009 - 18:00

Super ! Besonders für Anfänger (wie ich) sehr informativ !

Portrait von SELANDR
  • 26.01.2009 - 21:34

Sehr gut Erklärt. Eine sehr gute Serie.

Alternative Portrait
-versteckt-(Autor hat Seite verlassen)
  • 26.01.2009 - 17:34

;) find ich super, das mit dem Staub aufm Sensor kenn' ich... ging mir auch so...

vielen Dank

Portrait von maribor
  • 26.01.2009 - 15:56

echt spitze !!!!!!!!!!!!!

Portrait von Ashragon
  • 26.01.2009 - 14:35

Für Anfänger super geeignet und schön kompakt geschrieben.
Fortgeschrittene sollten doch lieber nach anderen Quellen ausschau halten.

Portrait von Karl
  • 26.01.2009 - 13:14

für Anfänger super gut erklärt, es ist eine ganz klasse Serie die Du beschreibst.

Portrait von albinorabe
  • 26.01.2009 - 12:57

Zwar sehr informativ, aber leider nix was nicht schon in hundert anderen Berichten, Büchern, Foren etc. ausführlicher beschrieben steht.Trotz allem aber sicher wichtig in der kompletten Serie.

Portrait von POllux2you
  • 26.01.2009 - 12:37

Wie immer sehr kompakt.Man braucht keine dicken
Bücher zu lesen.Es geht auch mit wenigen Worten.

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