DRI/HDR mit DigiCams und Photoshop

Anmerkung des Autors: Die “Ur”-Fassung dieses Artikels stammt vom September 2005 und lag fast ein Jahr lang als PDF zum Download bereit… lange vor dem “Spiegel”-Artikel…

In der digitalen Fotografie geistern seit längerem die Schlagworte “DRI” und “HDR” herum. Das ist eine Abkürzung für das Verfahren DRI (Digital Range Increase), und das Ergebnis nennt sich HDR- (High Dynamic Range). Gemeint ist damit die Erhöhung des Dynamikbereichs digitaler Bilder über das “Kameraübliche” Maß hinaus (bei Verwendung des RAW-Formates und Bearbeitung in 16Bit RGB) bei ca. 9-10 LW, bei Digibacks mit “grossen Sensoren” bis zu 12 LW.
Im Vergleich zur “analogen” SW-Ausarbeitung mit Film, Zonensystem- Belichtung und speziell angepasster Entwicklung ist der “normale” Dynamikumfang einer Digicam manchmal etwas “mikerig”. Doch dagegen kann man was unternehmen…

Die “richtige” Belichtung

• Farbdiafilme und DigCams haben etwas gemeinsam:
  Eine Faustregel besagt, das sich das “Ausbrechen” der Lichter durch die Belichtung “auf die Lichter” verhindern lässt. Das ist zwar im Wesentlichen richtig, aber oft zu ungenau.
• Die ebenso unpräzise Faustformel für Negativfilme lautet: “Auf die Schatten belichten”.
  Auch hier gilt: Oft richtig, aber ebenfalls sehr ungenau.

Objektmessung

Ein wichtiger Punkt ist deshalb eine geeignete, “korrekte” Belichtungsmessung. Bei allem technischen Fortschritt in der TTL-Messung bleibt festzuhalten, das es sich bei allen Verfahren (Mittenbetont, Matrixmessung), und seien sie noch so ausgefeilt, stets um eine Messung des vom Aufnahmeobjekt reflektierten Lichtes handelt. Die Objektmessung ist z.B. bei professionellen Werbefotografen eher die Ausnahme als die Regel, und das aus gutem Grund.

Lichtmessung (Beleuchtungsmessung), Spotmessung

Bei Profis ist die “Lichtmessung”, bei der das auf das Motiv auftreffende Licht gemessen wird, sehr häufig in Gebrauch. Ebenso wichtig ist die “Spotmessung”, die zur exakten Erfassung des Kontrastumfanges erforderlich ist. Allerdings wird im Studio die Beleuchtung / das Set so angepasst, das die Belichtung letztendlich zum verwendeten Aufnahmematerial “passt”.

Das Zonensystem

Das “Anpassen der Beleuchtung” ist aber in “freier Natur” nicht machbar. Doch man kann sich bei Film mit einer speziellen Eigenschaft weiterhelfen: Wird ein Film überbelichtet und unterentwickelt, ist er in der Lage, einen höheren Kontrast wiederzugeben. Umgekehrt, also unterbelichtet und überentwickelt, steigt der Kontrast. Das heisst aber auch, das jedes einzelne Bild gezielt ausgemessen, belichtet und entwickelt werden muss, was praktisch nur mit Grossformat bzw. Kameras mit Wechselkassetten möglich ist.

Das gezielte Ausmessen einer “natürlichen” Szenerie ist sinnvoll nur mit dem Spotmeter machbar. So ist es möglich, extreme Motivkontraste zu kontrollieren und in (druckbare) Bilder umzusetzen. Genau dieses, als “Zonensystem” bekanntes Verfahren, hat der amerikanische Fotograf Ansel Adams entwickelt. Als Literaturtip Ansel Adams: Das Negativ, Das Positiv.

Ich selbst benutze häufig Spotmessung und Histogramm, um mir einen genauen Eindruck der Kontrastverhältnisse zu verschaffen. Bei sehr hohen Kontrasten und in SW verwende ich meinen Gossen Spotbelichtungsmesser und ggf. das Zonensystem sowie eine angepasste Belichtung/Entwicklung. So z.B hier:

Zu Ansel Adams (der hats erfunden!) Zonensystem:
http://de.wikipedia.org/wiki/Zonensystem

Oder auch hier im NP-Wissen:
Belichtungsmessung

Zum nachlesen für alle, die die Ansel Adams Bücher nicht kennen, das “klassische” Zonensystem mit Film und entsprechender Entwicklung:
http://www.striewisch-fotodesign.de/lehrgang/lehrg.htm
Ohne Handbelichtungsmesser geht das auch mit der Spotmessung der Kameras.

Die Verwendung von RAW-Dateien und “D-Lighting”

Die Verwendung von RAW- Dateien in Kombination mit einer optimierten Belichtung und einer Anhebung der Schatten (in PS “Tiefen/Lichter”, bzw. “D-Lighting” in Nikon Capture) gehen deutlich weiter als eine “Standardbelichtung” mit Mittenbetonung bzw. Matrixmessung. An die Möglichkeiten einer angepassten Belichtung unter Berücksichtigung des vorliegenden Motivkontrastes / und angepasster Entwicklung reicht das aber nicht heran. Letzlich scheitern diese Methoden (derzeit) irgendwann am nutzbaren Dynamikbereich des verwendeten Sensors, sei es CCD oder CMOS oder was-auch-immer.

Die bisher genannten digitalen Varianten nutzen nur den Dynamikbereich der Kameras durch eine optimierte Belichtung voll aus, bei noch höheren Kontrasten (die insbesondere bei Landschaften häufiger) anzutreffen sind, wäre eine Methode wie beim “klassischen Zonensystem” genannt, hilfreich.

Es gibt glücklicherweise eine digitale Möglichkeit, den Tonwertumfang in der Aufnahme zu erhöhen. Das ist technisch nichts Neues, u.a. in der Astronomie werden solche Verfahren schon länger benutzt, in Photoshop wurde es erstmals mit CS2 (automatisiert) eingeführt. “Manuelle” Methoden sind schon länger bekannt.

In SW und mit einem urspünglichen Gesamttonwertumfang der Szenerie von etwa 14LW… jeder aktuelle Sensor ist damit völlig überfordert…

Die Vorgehensweise

Die “digitale Krücke” zum Erreichen eines erhöhten Dynamikumfangs nennt sich in PS CS2/CS3 “Zu HDR zusammenfügen”. Das Verfahren an sich ist relativ einfach: mehrere Belichtungsvarianten eines Bildes werden zu einem Bild mit 32Bit je Farbkanal zusammengerechnet, um den hohen Tonwertumfang der gesamten Szene “einfangen” zu können. Damit das in der Praxis funktionieren kann, sollte es sich um ein möglichst unbewegtes Motiv handeln, denn es sind mindestens 3, und abhängig vom Kontrastumfang, auch 5 oder mehr Belichtungen mit mindestens 1 LW Unterschied erforderlich. Um die für die Szene erforderliche Tiefenschärfe beizubehalten, ist die Belichtungsvariation über die Belichtungszeit sinnvoll. Ausserdem benötigt man (in der Regel) ein solides Stativ und ggf. einen Draht- bzw. Kabelauslöser. Für Belichtungszeit- kritische Motive ist eine Spiegelvorauslösung (z.B. bei Dämmerungsaufnahmen) erforderlich.

Verwendung des “Autobracketing”

Grundsätzlich lässt sich die Erzeugung einer Belichtungsreihe in Digicams mit dem “Autobracketing” erledigen, doch sollten die Belichtungsvarianten mindestens 1 LW betragen. Sollte die verwendete Kamera nicht über eine entsprechende Funktion verfügen, muss man das von Hand mit der “einfachen” Belichtungskorrektur bzw. verschiedenen manuellen Belichtungen machen. In meinen Beispielen habe ich 5 Belichtungen mit jeweils 1 LW Differenz benutzt.

Eine ruhige Hand (und ggf. ein Monopod) vorausgesetzt, kann man eine Belichtungsreihe auch ohne Stativ hinbekommen. Die im Folgenden gezeigten Beispiele wurden auf diese Weise aufgenommen (Im günstigsten Fall ist z.B. die D2X in 1 Sekunde mit den 5 Belichtungen fertig). Um auf solche Art (”Freihand”) aufgenommene Bilder in PS zusammenzurechnen, ist eine besondere Vorgehensweise erforderlich, auf die ich noch später zu sprechen komme. In der Regel sollte jedoch ein Stativ benutzt werden.

Abbildung 1: Einstellen des Auto-Bracketings in der D2X, Screenshot aus Nikon Capture Control.
Diese Einstellung kann man natürlich auch direkt an der Kamera einstellen, aber so war der Screenshot einfacher .

Schade finde ich in dem Zusammenhang, das sich in der D2X nur max. 1 LW “Schrittweite” für das Auto-Bracketing einstellen lässt… denn in vielen Fällen “genügen” 3 Aufnahmen im Abstand von 2LW, vorausgesetzt, man “trifft” mit der “mittleren” Belichtung möglichst genau Zone V… je weniger Aufnahmen, umso geringer die Gefahr der Bildverschiebungen untereinander…

Eine solche Abfolge von 5 Belichtungen sieht z.B. in Bridge dann so aus:

An den eingeblendeten Daten kann man sehen, das die Belichtungsvarianten ausschliesslich über Veränderung der Belichtungszeit erzeugt wurden. Um diese Varianten zu einem Bild zusammenzurechnen, braucht man diese Bildfolge nur auszuwählen und in Bridge unter “Werkzeuge/Photoshop/Zu HDR zusammenfügen” aktivieren. Bridge startet ggf. PS und übergibt die Bildfolge. Dieselbe Funktion ist auch in PS unter “Datei/Automatisieren/Zu HDR zusammenfügen” zu finden, allerdings mit einem Unterschied, auf den ich noch zu sprechen komme. Dieser Unterschied ist aber wohl auf einen Bug in Bridge (nur in CS2..) zurückzuführen…

Übrigens ist die Verwendung von RAW- Dateien für diese Funktion möglich, aber nicht immer sinnvoll, da die Bilder im Verlauf der Abarbeitung temporär in 8 Bit gewandelt werden. (Nur in CS2, in CS3 bleiben die Bilder in 16 Bit…) – Es sei denn, die RAWs wurden vorher entsprechend optimiert (Chromafehler, Vignettierung, Belichtung, Weissabgleich etc.) . Bei 3 Bildern im Abstand von 2 LW reicht das normalerweise für einen Kontrastumfang von ca. 12- 13 Blenden. Bei 1 LW Differenz sind dazu 5 Belichtungen erforderlich. Bei 7 bzw. 9 Belichtungen mit 1 LW Differenz entsprechend mehr.

So ist z.B. die D70 in der Lage, 3 RAWs pro Sekunde aufzunehmen. Damit kann man bei 3 Bildern und 1-2 LW Differenz schon ganz schön grosse Hellikeitsunterschiede in den Griff bekommen. Man muss natürlich aufpassen, das die Belichtungszeiten bei Freihandaufnahmen nicht zu lang werden, denn keines der Bilder darf verwackelt sein, und die Verschiebungen der Bilder untereinander sollten sich auch in Grenzen halten.

Abbildung 4: Zu HDR zusammenfügen in PS

Im dann erscheinenden Dialog werden die Ausgangsbilder links an der Seite dargestellt, in der Mitte eine Vorschau, und rechts ein Histogramm mit einem Regler, an welchem sich der Weisspunkt festlegen lässt. Unter dem Bild kann man ein- und auszoomen (hier nicht sichtbar)

Eigentlich sollte nach Aufruf der Funktion aus Bridge CS2 folgender Dialog erscheinen, in welchem dann für Freihandaufnahmen die Option “Quellbilder nach Möglichkeit automatisch ausrichten” anzuwählen wäre.

Abbildung 5:
Leider wird dieser Dialog beim Aufruf aus Bridge CS2 (zumindest in der Mac-Version) übergangen, was wohl ein Fehler ist. Aus Photoshop selbst erscheint der Dialog. Als “Workaround” für diesen Fehler habe ich mir eine Aktion gemacht, die dann per Stapelverarbeitung aus Bridge aufgerufen wird. Dann funktioniert es!
(Nachtrag: In CS3 ist der Fehler korrigiert)

Und wozu ist diese Option gut? Nun, wohl kaum jemand kann die Kamera ohne Stativ so ruhig halten, das die Bilder perfekt pixelgenau aufeinander passen, das wäre ungefähr so, als wollte man 1 Sek. ohne Stativ aus der Hand belichten. Denn die Bilder, die innerhalb 1 Sekunde gemacht wurden, sind zwar alle bewegungsscharf, doch minimal gegeneinander verschoben. Diese Verschiebung führt beim Zusammenrechnen mitunter zu einem sehr “impressionistischen” Effekt.

Abbildung 6:
Freihand ohne die Option “Quellbilder nach Möglichkeit automatisch ausrichten”. 100% Ansicht.

Abbildung 7:
Nach der Umwandlung in ein 32 Bit Bild sieht das dann so aus.
Zur Verdeutlichung habe ich die jeweils hellste und die dunkelste Belichtung hinzugefügt.

Ein 32 Bit- Bild ist in PS allerdings nur eingeschränkt zu bearbeiten, Ebenen z.B. gehen gar nicht mehr. Aber da dies eine “Fotografen”- Spezialfunktion ist, gehen praktisch alle “fotografisch” wichtigen Funktionen.

Arbeiten mit HDR-Bildern

Diese 32-Bit Bilder lassen sich in PS CS2 nur sehr eingeschränkt bearbeiten,
in CS3 wurden das deulich erweitert. Ich selbst hebe die 32Bit datei nicht auf,
sondern wandle sie umgehend in 16-Bit um.

Diese 32 Bit/Kanal Bilder lassen sich unter “Bild/Modus/” in 8 bzw. 16Bit/Kanal konvertieren. Dazu stehen zwei automatische (Histogramm equalisieren, Lichterkomprimierung) und zwei manuelle (Belichtung und Gamma, Lokale Anpassung) Methoden zur Verfügung. Letztere arbeitet mit einem Histogramm, und die gemachten Einstellungen kann man sichern und auch wieder laden, ähnlich dem “Gradationskurven” Dialog. Die automatische Funktion “Histogramm equalisieren” funktioniert ähnlich der “Autotonwertkorrektur”. Welche Variante man benutzt, hängt ganz massiv vom Bild, seinem Tonwertumfang und dem gewünschten Ergebnis (”realistisch” bis “surreal”) ab…
Die i.m.h.o. besten Ergebnisse habe ich mit “Lokale Anpassung” erreicht…

Zu weiteren Information verweise ich an dieser Stelle auf die PS-Hilfe.

Abbildung 9:
Manuelle Anpassung der Tonwerte bei der Modusänderung mittels “Lokale Anpassung”.
Die roten Skalenmarkierungen auf der X-Achse werden in Abständen von je 1 EV (1 Blendenstufe) angezeigt.
Daran kann man sehen, das dieses Bild “nur” über einen Kontrastumfang von etwa 13 Blenden verfügt.

Abbildung 10:
So ein 32 Bit Bild ist selbst bei nur einer Ebene recht groß.

Und ein weiteres Beispiel:

Abbildung 11:
Hovs Hallar, Skåne, Schweden

Und als Negativbeispiel eines, bei dem es wegen zu starkem Wind nicht geklappt hat. Der Ausschnitt ist vergrößert, damit die “Geisterbilder” der Blätter besser zu sehen sind.

Abbildung 12:
“Geisterbilder” durch zu starken Wind.

Insgesamt betrachtet sind diese Funktionen schon sehr praktisch, leider fehlt es noch an so mancher Stelle. Unter anderem vermisse ich ein Pipetten-Werkzeug zum setzen des Weißpunktes, die direkte Verwendbarkeit von 16Bit Input-Dateien… und das speichern eines Bildersets samt Einstellungen, ähnlich wie bei der Funktion “Fotomerge”.

Nachtrag: In Photoshop CS3 gehen jetzt nicht nur 16Bit Tifs, sondern auch gleich RAW-Dateien, und der Fehler mit dem genauen Ausrichten wurde mittlerweile nicht nur korrigiert, sondern durch sehr sinnreiche Optionen noch erweitert…

Nachtrag: Das Programm “PhotoMatix”, das als Mac- und Windows Version verfügbar ist, kann auch mit 16Bit Dateien umgehen, und bietet noch mehr Einstellmöglichkeiten als PS CS2, ist allerdings auch schwieriger in der Handhabung.
http://www.hdrsoft.com/download.html

Und eine Rezension zur aktuellen Version 2.4 findet sich hier:
http://www.wissen.nikonpoint.de/?p=303

Und noch ein Nachtrag: Das in Photomatix und PS verwendete HDR-Datenformat mit 32Bit je Kanal entstammt ursprünglich der “Spezialeffekt-Schmiede” ILM…
http://www.ilm.com