Wie verhindert RAW „hässliches digitales Clipping“?

In einer anderen Antwort schreibt Benutzer Ilmari im Zusammenhang mit der Verhinderung von Überbelichtung:

Im Allgemeinen würde ich auch empfehlen, immer RAW aufzunehmen, um sowohl den gesamten Dynamikbereich Ihrer Kamera besser erfassen als auch das hässliche digitale Abschneiden überbelichteter Bereiche zu vermeiden. Bei letzterem hilft es, die Aufnahmen ein wenig zu unterbelichten (z. B. ...) und dann die Belichtung auf Ihrem Computer nach oben zu ziehen, ...

Wie verhindert RAW das Abschneiden überbelichteter Bereiche?

Im Allgemeinen würde ich auch empfehlen, immer RAW aufzunehmen, um sowohl den gesamten Dynamikbereich Ihrer Kamera besser erfassen als auch das hässliche digitale Abschneiden überbelichteter Bereiche zu vermeiden. Bei letzterem ist es hilfreich, die Aufnahmen ein wenig [...] zu unterbelichten und dann die Belichtung auf Ihrem Computer nach oben zu ziehen.

OK, ja, ich war ein bisschen knapp, als ich das schrieb . Lassen Sie mich versuchen, es ein wenig auszupacken.

Wenn Sie nur von JPEG zu RAW wechseln, können Sie das Clipping natürlich nicht selbst beheben. Was ich vorschlagen wollte, als ich den obigen Absatz schrieb, ist:

1. Belichten Sie Ihre Fotos absichtlich so weit, dass die Glanzlichter nicht abgeschnitten werden.

2. Aufnehmen in RAW, das einen höheren Dynamikbereich als JPEG hat, um Schattendetails für den nächsten Schritt beizubehalten.

3. Korrigieren Sie die Unterbelichtung bei der Nachbearbeitung mit einem Algorithmus, der weiche "filmähnliche" Glanzlichter anstelle von hartem digitalem Clipping simuliert. (Ich glaube, jeder anständige RAW-Prozessor sollte diese Funktion eingebaut haben. Ich weiß , dass UFRaw dies tut, und das ist freie Software.)

Warum sollten Sie sich all diese Mühe machen, anstatt nur JPEG direkt mit Standardbelichtung aufzunehmen? Nun, im Grunde (neben all den anderen Gründen, RAW zu drehen ), damit Sie dies bekommen können:

an Stelle von:

^{(Klicken Sie auf die Bilder, um sie zu vergrößern.)}

Natürlich habe ich ein bisschen geschummelt, indem ich diese beiden Beispielbildpaare aus denselben RAW-Dateien erstellt habe - der einzige Unterschied besteht darin, dass ich für das erste Paar den Modus "weiche filmähnliche Glanzlichter" und für das Modus "Hard Digital Clipping" verwendet habe zweites Paar, das simuliert, was ich hätte, wenn ich sie direkt in JPEG mit einer längeren Belichtung aufgenommen hätte.

Beachten Sie insbesondere den charakteristischen Cyan-Himmel oben rechts in der abgeschnittenen Version des ersten Bildes, die unnatürliche Ebenheit der abgeschnittenen Glanzlichter und die allgemeinen Farbverzerrungen um sie herum. (Bilder mit hellweißen Hintergrundelementen wie Schnee oder Wolken zeigen diesen Effekt besonders deutlich, aber ich habe auf diesem Laptop keine guten Beispiele gefunden. Vielleicht versuche ich später, nach besseren Abbildungen zu suchen.)

Der Grund für diese Ebenheit und Farbverzerrung ist, dass digitale Bildsensoren im Gegensatz zur gleichmäßig gesättigten Lichtreaktionskurve von Filmen eine (ungefähr) lineare Reaktion bis zu ihrem Sättigungspunkt und dann einen scharfen Grenzwert aufweisen:

_{(Tatsächlich ist die oben gezeichnete Filmantwortkurve etwas irreführend, da das Verwandeln des Filmnegativs in ein tatsächlich positives Bild eine weitere Schicht der Nichtlinearität am unteren Ende der Antwortkurve einführt, was typischerweise zu einer etwas sigmoidalen kombinierten Antwortkurve führt Zumindest am hervorgehobenen Ende des Dynamikbereichs ähneln die obigen Kurven im Allgemeinen den tatsächlichen Lichtreaktionen von Film- und Digitalkameras.)}

Insbesondere bei der Farbfotografie hat jeder Farbkanal (rot, grün und blau) seine eigene Antwortkurve. Bei einem digitalen Sensor bedeutet dies, dass mit zunehmender Helligkeit des einfallenden Lichts einer der R / G / B-Kanäle normalerweise vor den anderen abgeschnitten wird, wodurch die Farbe solcher teilweise abgeschnittenen Pixel verzerrt wird.

Die Ebenheit der digitalen Antwortkurve über dem Sättigungspunkt bedeutet auch, dass bei Überbelichtung des Films nur die Glanzlichter komprimiert werden , alle abgeschnittenen Glanzlichter in einem digitalen Foto (ob RAW oder JPEG) einfach verschwunden sind und keine Details daraus wiederhergestellt werden können. Die Faustregel für die digitale Fotografie lautet daher: Wenn Sie sich nicht sicher sind, wie die optimale Belichtung aussehen soll (oder wenn Sie wissen, dass die Szene, die Sie aufnehmen, Highlights enthält, die Sie nicht ausschneiden möchten), ist dies immer sicherer auf der niedrigen Seite irren. Sicher, wenn Sie die Helligkeit eines unterbelichteten Fotos in der Nachbearbeitung erhöhen, wird auch das Bildrauschen verstärkt. Eine kleine Unterbelichtung und der Verlust von Schattendetails durch Rauschen sind jedoch in der Regel immer noch besser als eine Überbelichtung und ein vollständiger Verlust von Glanzlichtern.

Für keines der oben genannten Verfahren müssen Sie natürlich RAW aufnehmen. Sie können die Helligkeit von JPEG-Bildern, z. B. in Photoshop, genauso einfach erhöhen. Im Vergleich zu RAW weist das JPEG-Format hier jedoch zwei Probleme auf:

• JPEG verwendet nur 8-Bit-Farben. Das heißt, der kleinste Unterschied zwischen zwei Helligkeitsstufen, die gespeichert werden können, beträgt ungefähr 1/256 des Unterschieds zwischen reinem Schwarz und reinem Weiß. JPEG verwendet tatsächlich eine nichtlineare Farbcodierung, was etwas hilft, aber der effektive Dynamikbereich eines JPEG-Bildes beträgt immer noch nur etwa 11 Stopps (im Gegensatz zu den 8 Stopps, die man bei einer linearen Codierung erhalten würde). Dies reicht für die Anzeige von Bildern auf dem Bildschirm aus, ist jedoch immer noch geringer als der effektive Dynamikbereich selbst von Low-End-Kamerasensoren, und es bleibt nicht viel Platz für die Anpassung der Belichtung, um Details aus den Schatten wiederherzustellen.

• Außerdem verwendet JPEG ein verlustbehaftetes Komprimierungsschema, um die Größe der Bilddatei zu verringern, indem Details verworfen werden, die das menschliche Auge nicht leicht erkennen kann. Leider neigt diese Komprimierung dazu, Schattendetails ziemlich aggressiv wegzuwerfen - erhöhen Sie die Helligkeit eines JPEG-Bildes zu weit, und Sie werden wahrscheinlich ein Bild voller Farbverzerrungen und blockartiger Komprimierungsartefakte erhalten.

Im Vergleich dazu behält eine RAW-Datei den gesamten Dynamikbereich des Sensors Ihrer Kamera ohne verlustbehaftete Komprimierung bei, sodass Sie das Bild so weit wie möglich nachbearbeiten können (in diesem Fall hauptsächlich begrenzt durch das Grundrauschen des Sensors).

Kurz gesagt, eine RAW-Datei speichert jedes Pixel mit mehr Bits als das entsprechende JPEG.

Um zu verstehen, wie dies hilft, betrachten Sie ein einzelnes Pixel (wir ignorieren die Farbe, die gleiche Logik gilt, aber es kompliziert nur alles). Wenn Sie 8 Bits zur Aufzeichnung der Amplitude (Lichtmenge, die auf dieses Pixel trifft) zur Verfügung haben, haben Sie 256 Pegel, einschließlich "überhaupt kein Licht" (0).

Sie müssen einen Maximalpegel festlegen, der dem Wert 255 entspricht. Der Bereich zwischen 0 und diesem Maximum ist der Dynamikbereich , der im Bild dargestellt werden kann. Jedes Pixel, das mehr Licht als diesen Pegel empfängt, ist gesättigt und der Maximalwert von 255 wird aufgezeichnet. Dies verursacht den Clipping-Effekt, bei dem überbelichtete Bereiche vollständig weiß aussehen.

Wenn Sie zusätzliche Bits haben, können Sie mehr Ebenen darstellen. Mit demselben Dynamikbereich erhalten Sie feinere Schritte zwischen ihnen, oder Sie können den Bereich erweitern und zulassen, dass Pixel mit höherer (oder niedrigerer) Belichtung irgendwo im Bereich dargestellt werden.

Eine RAW-Datei enthält mehr Bits pro Pixel als das entsprechende JPEG (z. B. 14 für Canon 5D im Vergleich zu 8 für JPEG). Dies ermöglicht es, mehr Belichtungsstufen zu erfassen. Pixel, die in einer 8-Bit-Darstellung gesättigt wären, können eine 14-Bit-Darstellung möglicherweise nicht sättigen. Dadurch werden die vollständig weißen überbelichteten Bereiche in Graustufen umgewandelt, und es können noch einige Details erfasst werden.

Natürlich ist es immer noch möglich, eine Darstellung mit höherer Bittiefe zu sättigen, aber je mehr Bits Sie haben, desto mehr Informationen müssen Sie bearbeiten.

Raw ist aus ein paar anderen Gründen großartig, aber natürlich kann Raw das Abschneiden überbelichteter Bereiche NICHT verhindern. Sobald die digitalen Daten 255 überschreiten, werden sie abgeschnitten, was bedeutet, dass sie bei 255 bleiben und nicht mehr die wahre Farbe darstellen. Digital hat einfach keine Möglichkeit, größere Zahlen beizubehalten. Die größte Funktion ist auf 255 skaliert. Es gibt keine Möglichkeit, die abgeschnittenen Daten wiederherzustellen, außer bei einem anderen Versuch mit weniger Belichtung.

Das Beispiel, das Sie zeigen, ist eine weiße Lichtfarbe. Weiß ist etwas Besonderes, da drei RGB-Komponenten nahezu gleich sind. Stellen Sie sich jedoch vor, die Farbe (überbelichtet) wäre wie Rot 500, Grün 250, Blau 250, was eine rote Farbe ist. Aber wenn es auf 255 gekürzt wird, kommt es zu 255, 250, 250, einer völlig anderen Farbe, ungefähr jetzt weiß. Das Zurücksetzen in der Nachbearbeitung auf ungefähr die Hälfte ist immer noch 128, 125, 125, immer noch NICHT rot.

Ihr verknüpftes Beispiel war möglicherweise an erster Stelle NICHT weiß, aber es wurde überbelichtet und bei 255, 255, 255 abgeschnitten, was weiß ist. Es gibt keine Wiederherstellung für das Abschneiden.