Was ist RAW technisch?

Was ist aus technischer Sicht RAW und wie unterscheidet es sich von JPG- oder Bitmap-Bildern? Ich frage nicht nach den Vor- und Nachteilen im Vergleich zu einem anderen Format, sondern danach, was das RAW-Format ausmacht, wie die Daten gespeichert werden, wie sie sich von JPG unterscheiden (außer mangelnder Komprimierung) und wie sie sich von Bitmap unterscheiden.

RAW sind Daten, die zu einem früheren Zeitpunkt der Verarbeitung aus der Kamera extrahiert wurden .

Auf diese Weise kann die weitere Verarbeitung später auf einem Computer nach Belieben durchgeführt werden. Insbesondere werden die verlustbehafteten Verarbeitungsschritte des Demosaizierens , Schärfens / Rauschens und der JPEG-Komprimierung vermieden, die permanent auf die resultierende Bilddatei angewendet werden, bevor sie die Kamera verlässt.

Wenn Sie ein Foto machen:

Hier erfahren Sie, was passiert, wenn Sie ein Foto aufnehmen und in welchen Verarbeitungsphasen die RAW- und JPEG-Bilder extrahiert werden.

1. Bayer Filter

   Der Verschluss öffnet sich und das Licht fällt in die Kamera. Das Licht wird durch einen Bayer-Farbfilter gefiltert, sodass jedes Pixel auf dem Sensor nur rotes, grünes oder blaues Licht empfängt. Dies ist erforderlich, da der Sensor ohne diesen einfarbig ist.

2. Sensor

   Das Licht trifft auf den Sensor (oft durch winzige Mikrolinsen, die dazu beitragen, mehr Licht in den empfindlichen Teil des Pixels zu lenken). Es wird dann in Millionen von analogen Impulsen umgewandelt, von denen jeder einem Pixel entspricht.

3. Analog-Digital-Wandlung

   Die analogen Impulse werden entsprechend der gewählten Empfindlichkeit (ISO-Rating) auf den richtigen Wert verstärkt und dann mit einem Analog-Digital-Wandler bei einer bestimmten Bittiefe in digitale Werte umgewandelt. Nach dieser Phase befinden sich Millionen (normalerweise 12- oder 14-Bit-) Digitalwerte in einem Stream.

   Beachten Sie, dass die Methode zur Analog-Digital-Umwandlung bei CMOS- und CCD-Sensoren sehr unterschiedlich ist. Beispielsweise enthält ein CMOS-Sensor einen Transistor in jedem Pixel , um dies zu unterstützen. Es reicht jedoch zu sagen, dass Sie am Ende immer noch eine Reihe von digitalen Werten erhalten.

4. Schwarzpegeleinstellung

   Die Kamera muss den richtigen Schwarzwert ermitteln, da der Sensor für schwarze Pixel nicht unbedingt Null zurückgibt. Beispielsweise kann die Umgebungswärme des Sensors ein Signal verursachen. Die Korrektur erfolgt häufig durch Lesen von Sensordaten von einigen Kantenpixeln, die permanent verdeckt sind, sodass Licht sie nicht erreichen kann. Dann subtrahiert es einen geeigneten Wert von den anderen Ergebnissen. Möglicherweise werden andere Korrekturen an den digitalen Daten vorgenommen. Möglicherweise wird versucht, einige Arten von Rauschen zu reduzieren, z. B. das vom Sensor verursachte Hintergrundrauschen.

   Manchmal können die digitalen Werte dann weiter multipliziert oder geteilt werden, um den richtigen ISO-Wert zu erreichen, wenn Sie einen ISO-Wert verwenden, den Ihr Sensor nicht nativ verwendet.

   Hier werden RAW-Daten extrahiert.

   Wenn Sie RAW schießen, keine der Schritte unten hier ist permanent mit der Bilddatei angelegt , wie es aus der Kamera kommt, so dass Sie sie nach Belieben in Ihrer RAW - Software statt anzuwenden.

5. Demosaikierung

   Jeder Wert ist in der Tat entweder ein roter, grüner oder blauer Wert. Sie benötigen jedoch für jedes Pixel alle drei Farben - Rot, Grün und Blau - für das endgültige Bild. Daher muss ein Demosaikierungsalgorithmus die beiden anderen Farbteile für jedes Pixel erraten, und dies geschieht auf der Grundlage der Kenntnis der umgebenden Pixel. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Demosaikierungsalgorithmen mit unterschiedlichen Qualitäten, und dies ist ein verlustbehafteter Prozess. Wenn dies in der Kamera auftritt, bleiben Sie beim integrierten Algorithmus der Kamera hängen.

6. Farbraumkonvertierung

   Rot, Grün und Blau im Bayer-Filter haben nicht unbedingt den gleichen Farbton wie Rot, Grün und Blau im sRGB-Standardfarbraum. Die Kamera führt dann eine Farbkorrektur durch, um die Farben in den gewünschten Farbraum zu konvertieren, der normalerweise sRGB ist.

7. Weißabgleich

   Die Weißabgleichkorrektur wird angewendet, um unterschiedliche Farbtemperaturen von Lichtquellen während der Aufnahme zu korrigieren.

8. Gamma-Korrektur

   Es wird eine Gammakorrektur angewendet, die von den linearen Werten in gammakorrigierte Werte konvertiert, wie dies für digitale Bilddateien erforderlich ist. Diese Korrektur ist keine direkte Gammakorrektur. Es wird eine Kontrastkurve angewendet, um sicherzustellen, dass Glanzlichter und Schwarztöne gut abgerundet werden und ein schönes filmähnliches Erscheinungsbild erhalten.

9. Schärfen und Rauschunterdrückung

   Eine angemessene Menge an Schärfe und Rauschunterdrückung wird angewendet, um das Bild zu verbessern und störendes Rauschen zu unterdrücken. Es gibt verschiedene Schärfungs- und Rauschunterdrückungsalgorithmen, und dies ist ein verlustbehafteter Vorgang. Wenn dies in der Kamera durchgeführt wird, bleibt die Schärfung und Rauschunterdrückung der Kamera bestehen.

10. JPEG-Komprimierung

    Die resultierenden Bilddaten werden als JPEG komprimiert. Dies ist natürlich auch ein verlustreiches Verfahren.

    Hier würde eine JPEG-Datei erzeugt.

Mehr zum RAW-Format

Um die RAW-Datei zu erstellen, werden die Rohdaten aus den obigen Schritten 1 bis 4 in ein Dateiformat zusammengefasst, bei dem es sich normalerweise um ein proprietäres, herstellerspezifisches Dateiformat handelt, das auf dem TIFF-Format basiert. Die Daten werden manchmal mit einem einfachen verlustfreien Komprimierungsalgorithmus komprimiert und manchmal auch teilweise verschlüsselt.

In die RAW-Datei werden eine Vielzahl von Metadaten eingebettet, die alle Informationen enthalten, die für die späteren zusätzlichen Verarbeitungsschritte gemäß den Kameraeinstellungen erforderlich sind. Dazu gehören Informationen wie die in der Kamera ausgewählten Einstellungen für Weißabgleich, Schärfe und Kontrast. RAW-Software kann dann diesen Rat befolgen oder ignorieren.

Die Kamera bettet auch eine JPEG-Datei in die RAW-Datei ein, die dann verwendet werden kann, wenn das Bild im "Wiedergabemodus" der Kamera wiedergegeben wird. Diese eingebettete JPEG-Datei vergrößert die RAW-Datei ein wenig, bedeutet jedoch, dass die Kamera nicht jedes Mal die gesamte Verarbeitung anwenden muss, wenn das Bild im Wiedergabemodus angezeigt wird. RAW-Verarbeitungssoftware auf Computern ignoriert das eingebettete JPEG weitgehend, obwohl einige Software es möglicherweise für einen schnellen Vorschaumodus oder zum Erzeugen schneller Miniaturansichten verwenden. Es ist im Allgemeinen eine JPEG-Datei mit relativ geringer Qualität, die nur für die Vorschau geeignet ist.

Raw-Dateien sind nicht wirklich Bilder als solche, sondern die Daten direkt vom Sensor der Kamera. Ich stelle es mir vor, als würde der Zustand der Kamera unmittelbar nach Ende der Belichtung eingefroren und zu einer Datei gebündelt, normalerweise mit einer Art verlustfreier Komprimierung. Der Wikipedia-Artikel bietet eine Menge Details zu den aufgezeichneten Dingen, aber als Leitfaden würde ich sagen:

• Alle Füllstände werden vom Sensor abgelesen
• Einige Informationen zum Sensortyp (damit der Raw-Konverter weiß, wie er die Sensordaten interpretiert)
• Alle aktuell auf die Kamera angewendeten Einstellungen
• Die Zeit und andere EXIF-Metadaten, die dem Bild zugeordnet sind
• Möglicherweise ein JPEG-Miniaturbild

Denken Sie daran, dass es kein einzelnes Raw-Format gibt und alle Kamerahersteller diese Art von Daten auf ihre eigene Weise bündeln können. Adobe versucht, sein DNG-Format (Digital Negative) , das ich persönlich verwende, als Standard-RAW-Format zu bewerben . Einige Kameras können DNG ausgeben, die meisten müssen jedoch konvertiert werden. Ich mache dies beim Import in Lightroom, da einer der Vorteile darin besteht, dass Lr-Bearbeitungsdaten in der Datei gespeichert werden können und keine XML-Sidecars erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil von DNG ist, dass es tendenziell zu kleineren Dateigrößen als native Raw-Dateien führt.

Ich würde mir vorstellen, dass aufgrund der Art und Weise, wie die meisten Sensoren mit einem Bayer-Filter gebaut sind , die Daten vom Sensor nur Pegel von jeder Fotoseite auf dem Sensor enthalten. Eine Bitmap hätte beispielsweise die RGB-Sites zu einem einzigen Pixel zusammengefasst.

RAW ist eine Kopie der Daten vom Sensor. JPEG wurde verfeinert.

Zusammenfassung

Eine RAW-Datei ist ein direkter Speicherauszug der von der Kamera erfassten Daten.
Aus diesen RAW-Daten wurde durch Scharfzeichnen, Farbkorrektur und Komprimierung eine JPEG-Datei abgeleitet.

Detail

Das Herzstück einer Digitalkamera ist ein lichtempfindlicher Chip, der als Sensor bezeichnet wird.
Eine RAW-Datei ist so ziemlich eine Kopie der Daten, die direkt von diesem Chip stammen, wenn ein Bild aufgenommen wird. Als solches ist die Bilddatei nicht ohne weiteres als Bild erkennbar, weil:

• Es ist nicht in einem allgemein anerkannten Dateiformat
• es wurde in keiner Weise verfeinert

Bei einer JPEG-Datei handelt es sich hingegen um ein Standarddateiformat. Das Bild wurde verfeinert, damit es besser aussieht. Diese Verbesserungen umfassen die Korrektur des Weißabgleichs und der Schärfe. Bei JPEGs wurde normalerweise eine Komprimierung angewendet. Bei der Erstellung eines JPEG werden also Daten verworfen, die ursprünglich auf dem Sensor vorhanden waren und in einer RAW-Datei erhalten bleiben.

Sowohl eine RAW-Datei als auch eine JPEG-Datei sind Arten von Bitmaps (beide repräsentieren einzelne Pixel).

Viele Kameras können für jedes Bild sowohl eine JPEG- als auch eine RAW-Datei erstellen.

Wann soll jeder verwendet werden?

JPEG ist besser wenn

• Sie möchten eine verwendbare Datei direkt von Ihrer Kamera
• Der Speicherplatz auf Ihrer Speicherkarte ist knapp
• Sie möchten Bilder sehr schnell hintereinander aufnehmen

RAW ist besser wenn

• Sie möchten die Datei nachbearbeiten
• Sie möchten Ihre Optionen für Belichtung oder Weißabgleich offen halten
• Sie wollen die höchstmögliche Detailgenauigkeit (ich könnte mich irren - hängt von der Kamera ab)

Haftungsausschluss

Ich habe einige Details hier übersprungen (siehe Kommentare), um die Grundlagen zu verdeutlichen.

Ich denke, diese Frage kann aus technischen Gründen besser von Wikipedia beantwortet werden: http://en.wikipedia.org/wiki/Raw_image_format .

Im Allgemeinen ist RAW die genaue Ausgabe des Sensors. Es kann komprimiert werden oder nicht, aber der Hauptunterschied zwischen JPEG und RAW besteht darin, dass RAW ein verlustfreies Format ist. JPEG hat eine Tiefe von 8 Bit pro Pixel, während RAW so viele Bit haben kann, wie der Sensor hat. Um von RAW zu JPEG zu gelangen, müssen Sie eine Menge Informationen verlieren, um beispielsweise von 12 Bit pro Pixel zu 8 Bit pro Pixel zu gelangen.

RAW-Formate werden von Kameras verwendet. Anschließend verwenden Sie bei der Nachbearbeitung ein TIF-Format, um so viele Informationen wie möglich zu speichern. TIF ist auch ein verlustfreies Format und behält die gleiche Bittiefe wie RAW.

Wenn Sie sich das Bild ansehen, das Ihre Kamera ursprünglich aufgenommen hat, werden Sie enttäuscht sein. Nachdem ein Bild aufgenommen wurde, wird das Foto in der Kamera einer Nachbearbeitung unterzogen, um Farbe, Kontrast, Schärfe usw. zu verbessern.

Wenn Sie in RAW aufnehmen, erhalten Sie in etwa dasselbe Bild wie mit JPG, aber Sie erhalten alle Daten, die Sie zum "Rückgängigmachen" der gesamten Nachbearbeitung in der Kamera benötigen, damit Sie es auf Wunsch auch anders machen können.

Wenn Sie in JPG aufnehmen, zeichnet die Kamera die Daten auf, verarbeitet das Bild und löscht diese "Rückgängig" -Daten, um Platz auf Ihrer Speicherkarte zu sparen.

Weitere technische Informationen finden Sie hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Raw_image_format

Wenn Sie sich für einen Abschluss in RAW und Kamerabearbeitung qualifizieren möchten, sehen Sie sich diese Videos aus dem Google PhotoTechEDU-Vortrag an: http://www.youtube.com/watch#!v=7SuDOMhUUMg&feature=PlayList&p=F7C5C8C217CF2E13&index=1&playnext=1