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Das beste dreier Welten

Schöner fotografieren

12.04.2007 Zu hell oder zu dunkel: Manchmal kann ein Foto nicht gelingen. Doch dank Gimp gibt es Möglichkeiten, die Gegensätze zu vereinen.

Es ist ein schöner Februarmorgen, die Sonne scheint durch die beiden Fensterfronten und erzeugt ein entspanntes Licht im Konferenzraum. Drinnen gelassene Ruhe, draußen ein blauer Himmel. Nur festhalten lässt sich diese malerische Szene nicht. Knipsen Sie mit einer kurzen Belichtungszeit, sehen Sie den blauen Himmel (Abbildung 1, rechts), entscheiden Sie sich für eine lange Belichtungszeit, kommt das Licht im Konferenzraum zur Geltung (Abbildung 1, unten), doch die Welt vor dem Fenster verschwimmt in einer weißen Fläche. Die goldene Mitte zeichnet den Raum zu dunkel und den Himmel nur ansatzweise blau (Abbildung 1, links).

Abbildung 1

Abbildung 1: Drei Fotos, keins ist gut: Auf Grund des beschränkten Kontrastumfangs der Technik erscheint der Hintergrund zu hell oder der Vordergrund zu dunkel.

Die Ursache: Viele Kameras stellen Kontrastumfänge (siehe Kasten "Kontrastumfang") nur eingeschränkt dar. Durch einen Trick bei der digitalen Bearbeitung der Fotos lässt sich das allerdings ändern: Die Technik heißt "Exposure Bracketing", was sich schwer übersetzen, aber leicht beschreiben lässt. Sie verschmelzen dabei einfach die drei Fotos aus Abbildung 1 zu einem neuen Foto. Über eine Maske wählen Sie den jeweils interessanten Teil der über- und unterbelichteten Fotos aus – den Himmel beim dunklen, den Tisch beim hellen Foto – und legen ihn über das "normal" belichtete Foto. Das geschieht mit Hilfe von Ebenen im Grafikprogramm Gimp. Indem Sie mit den halbtransparenten Masken das normale Foto überdecken, gleichen Sie die Belichtungsdefizite aus (Abbildung 2).

Abbildung 2

Abbildung 2: So sieht es schon besser aus: Sie sehen den blauen Himmel im Hintergrund, ohne dass der Konferenztisch in Dunkelheit versinkt.

Kontrastumfang

Eine durchschnittliche Digitalkamera kann theoretisch etwa 1000 Helligkeitsstufen zwischen dem dunkelsten und dem hellsten Punkt einer Szene unterscheiden. Das menschliche Auge nimmt aber wesentlich mehr Stufen – etwa 100.000 – wahr: Wo Sie bei einem Haus im Gegenlicht noch deutlich Türen und Fenster erkennen, zeigt ein Foto gewöhnlich nur eine schwarze Fläche. Das digitale Foto gibt also jeweils nur einen Ausschnitt der möglichen Helligkeitsdynamik wieder. Welcher das ist, hängt davon ab, welche Punkte die Bildsensoren gerade als am hellsten und am dunkelsten identifizieren.

Abbildung 3

Abbildung 3: So fügt Gimp die drei Bilder zusammen: Die Software legt sie auf drei Ebenen und versieht zwei der Ebenen mit Masken.

Linux, Gimp und Exposure Blend

Die Möglichkeit, Helligkeitsunterschiede auf Fotos durch Exposure Bracketing und Tone Mapping (siehe Kasten "RAW und Tone Mapping") deutlich zu erhöhen, nennt sich "HDR"-Fotografie. Die Anführungszeichen sollen verdeutlichen, dass es sich nicht um echte High-Dynamic-Range-Fotografie handelt (auch HDR, hier aber ohne Anführungszeichen). Das Problem: Setzen Sie Gimp, eine gewöhnliche Digitalkamera, die JPEG-Bilder erzeugt, und einen handelsüblichen Monitor ein, erhalten Sie Bilder mit 256 Farben pro RGB-Kanal (siehe Kasten "Bits und RGB"). Das ist ein Kontrastumfang von 256 Farben, solche Helligkeitsunterschiede bezeichnet man gewöhnlich als Low Dynamic Range (LDR).

Bits und RGB

Etwas verwirrend erscheint in diesem Licht, dass Sie die Farbauflösung für Monitore bekanntlich auf 16 Bit, 24 Bit oder gar 32 Bit einstellen. Dabei handelt es sich allerdings um Bits pro Pixel (bpp), nicht pro Farbkanal. Gewöhnlich besteht ein Pixel aus drei Farbkanälen aus dem RGB-Farbraum. RGB steht dabei für Rot, Grün und Blau. Alle drei Kanäle können 1 bis 256 Grauwerte annehmen, was je 8 Bit entspricht (Kontrastumfang 1:256 pro Kanal). Summieren Sie die drei Farbkanäle (3 x 8 Bit), kommen sie auf 24 Bit pro Pixel. 32 Bit erhalten Sie, wenn Sie noch den Alpha-Kanal hinzu multiplizieren (RGBA), der für die Transparenz eines Pixels sorgt und ebenfalls 256 Werte annehmen kann.

HDR-Bilder arbeiten indes mit 32 Bit pro Farbkanal (Kontrastverhältnis ca. 1:4,3 Mrd. pro Kanal). Programme wie CinePaint – ein noch recht instabiler Gimp-Fork – beherrschen den Umgang mit solchen Bildern: Zum Anzeigen brauchen Sie dann aber auch einen HDR-fähigen Monitor, und der kostet momentan um die 50.000 Euro. Und Sie benötigen eine teure Kamera, die hochauflösende Bilder erzeugt. Echte High-Dynamic-Range-Fotografie interessiert zur Zeit also nur professionelle Fotografen und Filmproduzenten, die Animationen und Special Effects mit 32 Bit pro Farbkanal produzieren – ein teurer Spaß. Ironischerweise rechnen sie die HDR-Bilder anschließend für die Leinwand auf 16 Bit und für das Fernsehen auf 8 Bit herunter. Das mit Gimp erzeugte Bild besteht indes aus drei 8-Bit-Fotos, die dank einer geschickten Fotomontage eine höhere Helligkeitsdynamik erreichen.

RAW und Tone Mapping

Viele digitale Kameras erzeugen Bilder tatsächlich in einer 12-Bit-Auflösung und erzeugen somit 4096 Helligkeitsstufen pro Kanal, reduzieren diese dann allerdings auf 8 Bit pro Farbkanal, während sie ein JPEG-Bild erzeugen. Bei einigen Kameras ist es möglich, die Bilder in diesem RAW-Format – das immer noch als Low Dynamic Range gilt – zu erhalten. Unter [1] finden Sie nähere Informationen zu dem recht komplexen Thema. Bearbeiten Sie die Bilder nun mit einem HDR-Programm, in einem HDR-fähigen Bildformat (OpenEXR), kommen Bilder heraus, die tatsächlich über höhere Helligkeitsdynamik verfügen. Um die dann auf einem gewöhnlichen Monitor adäquat darzustellen, kommt das Tone Mapping zum Einsatz: Es rechnet die High-Dynamic-Range-Bilder so um, dass auch gewöhnliche Monitore oder Drucker sie einigermaßen gut darstellen, reduziert also möglichst sinnvoll die Helligkeitsunterschiede.

Exposure Blend

Sie können nun zu Fuß drei Fotos schießen und sie dann manuell bearbeiten. Das gestaltet sich allerdings recht aufwendig, wie Sie unter [2] nachlesen können. In der Praxis erleichtert ein Skript namens "Exposure Blend", das Sie auch auf der Heft-DVD finden, die Arbeit des Zusammenfügens und Überblendens wesentlich. Es automatisiert die Arbeitsschritte. Das dabei erzeugte "HDR"-Bild bearbeiten Sie über den Ebenendialog gut nach.

Die Installation ist ein Kinderspiel: Bis auf Kubuntu Dapper Drake installieren alle von EasyLinux unterstützten Distributionen Gimp automatisch mit, Kubuntu-Nutzer spielen die Software also zunächst über Adept ein. Nach dem erstmaligen Start finden Sie in jeder Distribution den versteckten Ordner .gimp-2.2 in Ihrem Home-Verzeichnis, lediglich Mandriva Linux 2007 bringt bereits Version 2.3 mit, weshalb der Ordner .gimp-2.3 heißt. Kopieren Sie nun die SCM-Datei von der Heft-DVD in den Ordner ~/.gimp-2.2/scripts bzw. ~/.gimp-2.3/scripts.

Fotografieren

Zum Fotografieren brauchen Sie ein Stativ und eine Kamera, die es erlaubt, Blende und Belichtungszeit auch manuell einzustellen. Einige Kameras bringen sogar einen Bracketing-Modus mit, in dem die Kamera mehrere Bilder mit unterschiedlichen Belichtungszeiten in Folge schießt. Ob Ihr Fotoapparat das kann, offenbart ein Blick in das mitgelieferte Handbuch.

Nun suchen Sie sich ein Motiv, stellen die Kamera samt Stativ auf und die Tiefenschärfe ein. Da Gimp die drei Fotos überlagert, müssen Sie die Kamera beim Fotografieren möglichst still halten. Das erweist sich als Problem, denn ein Druck auf den Auslöser kann schnell mal den Bildausschnitt um ein paar Millimeter verschieben. Dann liegen die Bilder beim Implementieren des Effekts nicht exakt übereinander. Optimal ist ein Fernauslöser, doch auch beim Öffnen und Schließen des Shutters selbst entsteht mitunter eine Bewegung. Sie müssen also etwas Geduld mitbringen, die Aufnahme mehrmals wiederholen und das Ganze recht vorsichtig angehen. Die hier verwendeten Fotos gelangen zwar beim ersten Versuch, wenn Sie jedoch Abbildung 2 vergrößern, offenbaren sich kleine Verschiebungen. Welche Blende und Belichtungszeit Sie letztlich wählen, bleibt Ihnen überlassen. Wichtig ist, dass Sie am Ende ein über- und ein unterbelichtetes sowie ein durchschnittlich belichtetes Foto erhalten. Nach dem Überspielen auf die Festplatte rufen Sie Gimp auf.

Gimp

Vorausgesetzt das Skript befindet sich im richtigen Ordner, rufen Sie den Menüpunkt Xtns / Script-Fu / Photo / Exposure Blend auf (Abbildung 4). Ein kleines Fenster bietet Ihnen – auf Englisch – verschiedene Optionen an (Abbildung 5). Oben geben Sie neben Normal Exposure den Pfad zum Bild mit "normaler" Belichtung an, darunter gehört das unterbelichtete Foto, ihm folgt die überbelichtete Variante. Den Blend Mask Blur Radius lassen Sie so. Im nächsten Feld wählen Sie den Blur Type ( Typ von Weichzeichner) aus, also die Art von Weichzeichner, der beim Erstellen der Maske zum Einsatz kommt. Sie haben die Wahl zwischen Gaussian/None und verschiedenen Typen von Selective ( Ausgewählt), wobei es sich um zwei Formen des Gaußschen Weichzeichners handelt. Nach dem Weichzeichnen lassen sich die hellen Regionen besser auswählen, aus denen Gimp die Maske erstellt. Diese Optionen regeln also, wie der Weichzeichner mit den Rändern der Auswahl verfährt. Standardmäßig nutzt das Skript für das unterbelichtete Bild unter Dark Mask Grayscale ( Dunkle Graustufenmaske) eine Graustufen-Kopie seiner selbst zum Maskieren und für das überbelichtete Bild eine invertierte Version.

Abbildung 4

Abbildung 4: Kopieren Sie das Skript aus dem Internet in den richtigen Gimp-Ordner, finden Sie beim nächsten Start den Menüpunkt "Exposure Blend" vor.

Abbildung 5

Abbildung 5: Ein Skript ermöglicht HDR-Effekte auch in Gimp. Sie brauchen einfach drei verschieden belichtete Bilder als Vorlage.

Auch den Parameter Bright Mask Grayscale ( Helle Graustufenmaske) müssen Sie nicht verändern. Die Graustufenbilder sorgen als Masken dafür, dass nur die hellen Teile der maskierten Areale besonders hervorstechen. Die Option Dark Takes Precedence tauscht einfach die Ebenenreihenfolge aus, so dass die unterbelichtete Szene nach oben rutscht. Bleibt noch der Eintrag Auto-Trim Mask Histograms, den Sie auch nicht ändern. Er regelt die Verteilung von Grauwerten in der Maske. Geben Sie in die Zeile neben Scale Largest Image Dimension to einen Wert wie 100x100 ein, skaliert das Skript die Bilder auf diese Größe. Das genügt, um den Effekt zu betrachten, und spart Zeit, falls Sie mit den Werten experimentieren wollen und große Bilder einsetzen bzw. einen langsamen Rechner nutzen. Ein Klick auf OK schließt den Vorgang ab, und Gimp führt die Skripte aus. Am Ende zeigt es das fertige Bild an: Nun sind Vorder- und Hintergrund gut zu erkennen (Abbildung 2).

Feintuning

Exportieren Sie das fertige Bild gleich in ein Format wie PNG oder JPEG, verschwinden die Ebenen, und Sie können es nicht mehr nachbearbeiten. Also rufen Sie aus dem Menü Datei / Speichern unter auf und wählen aus Dateityp: Nach Endung das Bildformat GIMP XFC image aus. So speichern Sie das Bild in Gimps eigenem Format und können es optisch noch aufpolieren.

Das geht über Ebenendialoge, die Sie via Dialoge / Ebenen oder [Strg]+ [L] aktivieren. Hier sehen Sie auch, wie Gimp den Effekt erzeugt.

Wählen Sie eine der Ebenen mit einem Mausklick aus, rufen Sie den Menüpunkt Werkzeuge / Farben / Helligkeit -- Kontrast auf und schieben Sie die Regler ein wenig hin und her. Sie beobachten nun, wie sich einzelne Bereiche des Bildes verändern. Um nur die Ebene zu betrachten, die Sie gerade verändern, klicken Sie auf die Augensymbole links neben den restlichen Ebenen. Unter Werkzeuge / Farben finden Sie die Menüeinträge Kurven und Werte, über die Sie weitere Änderungen vornehmen. Mit einem Rechtsklick auf eine Ebene können Sie auch die Ebenenmaske anzeigen, editieren ( bearbeiten) und deaktivieren. Insbesondere durch Veränderungen der Transparenz erzielen Sie interessante Effekte. Sind Sie mit dem neuen Bild vollends zufrieden, speichern Sie das Originalbild im XFC-Format und exportieren die Grafik dann in das PNG- oder JPEG-Format.

Glossar

Maske

Eine Maske liegt in Gimp als Graustufenbild über einem anderen Bild. Sie repräsentiert ausgewählte Bereiche. Im Beispiel arbeiten Sie über eine Maske den Bereich des Himmels auf dem unterbelichteten Foto heraus (Abbildung 3).

Fork

Wenn ein Projekt sich spaltet und eine Gruppe die Software in eine etwas andere Richtung weiterentwickelt, entsteht ein Fork.

HDR

Bei solchen Bildern ist das Verhältnis der Helligkeitsunterschiede zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Punkt des Bildes sehr groß, es liegt bei 1:10.000 aufwärts.

OpenEXR

HDR-fähiges freies Bildformat mit 16 Bit pro Kanal, also einem möglichen Kontrastumfang von 1:65536.

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