Aufmacher

Bezaubernde Dynamik

HDR/DRI-Bilder unter Linux erstellen

01.09.2008
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Ob als knallige, effektgeladene Eyecatcher oder perfekt ausgeleuchtete Kunstwerke: Die HDR-Technik eröffnet Fotografen auch unter Linux neue Perspektiven.

Jeder, der schon einmal ein stimmungsvolles Foto eines Sonnenuntergangs aufnehmen wollte, kennt das Problem: Entweder versinkt der Vordergrund in Schwarz oder der Abendhimmel überstrahlt das ganze Bild, das dann jegliche Konturen verliert. Das Problem: Die Kamera sieht anders als das Auge. Während der Mensch vierzehn Lichtwertstufen problemlos verarbeitet, schafft die Digitalkamera je nach Typ nur sieben bis neun.

In der Regel verwendet der Fotograf deswegen einen Durchschnittswert, indem er die Helligkeit in der Mitte des Motivs misst. Bereiche, die stark über oder unter diesem gemittelten Wert liegen, erscheinen auf dem Bild dann in grellem Weiß oder kontrastarmen dunkelgrauen Tönen.

Was sind HDR-Bilder?

HDR steht für "High Dynamic Range". Solche Bilder besitzen einen höheren Dynamikumfang und stellen deshalb ein größeres Spektrum an Helligkeitsstufen dar als gewöhnliche Aufnahmen. Echte HDR-Bilder lassen sich nur mit speziellen, für den Normalanwender praktisch unerschwinglichen Apparaten aufnehmen. Um solche Bilder auch mit einer gewöhnlichen Kamera zu erstellen, gilt es deshalb, auf einen kleinen Trick zurückzugreifen.

Der Fotograf macht mehrere Bilder eines Motivs mit verschiedenen Belichtungszeiten, die er später am Computer mit dem DRI-Verfahren übereinanderlegt (Abbildung 1). Diese Bearbeitung macht zwar die einzelnen Bilder nicht besser, jedes davon enthält aber andere Helligkeitsinformationen, die in der Summe eine Aufnahme mit einem sehr hohen Dynamikumfang ergeben. Je mehr Fotos Sie benutzen, desto besser – drei Schnappschüsse mit unterschiedlichen Belichtungen reichen jedoch gewöhnlich aus.

Abbildung 1: Die DRI-Technik erlaubt es, Kontrastbereiche, die den Dynamikumfang der Kamera normalerweise übersteigen darzustellen.

Die richtige Ausrüstung

Als Minimalanforderung benötigen Sie eine Kamera, die es ermöglicht, die Belichtungszeit manuell einzustellen – das können die meisten derzeit auf dem Markt erhältlichen Digitalkameras. Da Aber jedes Nachjustieren potentiellen zum Verwackeln führt, empfiehlt sich der Einsatz von Kameras mit einer Belichtungsreihenfunktion, auch Bracketing genannt. Dieses Feature erstellt automatisch drei bis fünf verschieden belichtete Fotos direkt hintereinander. Der Belichtungsabstand zwischen den Bildern lässt sich meist zwischen 0,3 und 2 Blendenstufen frei wählen. Darüber hinaus leistet ein Selbstauslöser zum Vermeiden von Wacklern beim Drücken des Auslösers gute Dienste.

Wichtig ist, dass Sie das Motiv aus genau dem selben Winkel und der identischen Position heraus aufnehmen. Selbst die kleinste Bewegung der Kamera macht es schwieriger, später die Fotos zu einem HDR-Bild zusammenzufügen. Die Bearbeitungssoftware bügelt zwar Verschiebungen in einem begrenzten Umfang aus, aber bereits ein leichtes Drehen macht eine Korrektur nahezu unmöglich.

Aus diesem Grund empfiehlt sich der Einsatz eines Stativs. Die gibt es in allen möglichen Formaten und Höhen. Einsteiger-Stative kosten etwa 20 Euro, eine optimale Stabilität bekommen Sie aber erst in der Preisklasse ab etwa 80 Euro. Es gilt die Faustregel, dass das Stativ mindestens das Gewicht der Kamera besitzen sollte. Eine Ausnahme machen Tisch- und Kleinstative wie etwa der Gorillapod [1], den der Hersteller in drei Größen anbietet. Die biegsamen Beine lassen sich gut an den Untergrund anpassen oder sogar um Äste oder Zäune wickeln.

HDR-Bilder erstellen

Je mehr helle und dunkle Passagen ein Motiv enthält, desto besser eignet es sich als HDR-Bild. Gut eignen sich etwa Motive mit kontrastreichem Himmel, Innenaufnahmen von Kirchen oder Kathedralen und architektonische Details anderer Gebäude. Verwenden Sie eine möglichst niedrige ISO-Empfindlichkeit, da viele Kameras bei höheren Werten zum Rauschen neigen – das nachträgliche Bearbeiten verstärkt diesen Effekt noch zusätzlich. Auch sollten Sie einen eventuell vorhandenen automatischen Verwacklungsschutz deaktivieren: Dessen Funktionsweise führt dazu leichten Verschiebungen des Motivs. Um eine hohe Tiefenschärfe zu erzielen, wählen Sie eine kleine Blende – am besten 8 oder niedriger.

Um die Bilder zusammenzuführen, erweist sich Qtpfsgui ([2],[3]) als relativ gutes und eingängiges Programm. Eine Alternative bietet das Programm Cinepaint [4], ehemals bekannt als "Film Gimp". Es erzeugt Bilder mit einer Farbtiefe von 32 Bit, also dem doppelten Farbumfang von Adobes Photoshop. Damit eignet es sich auch gut zum Erstellen und Bearbeiten von HDR-Bildern. Das HDR-Tutorial von Cinepaint [5] erklärt sehr ausführlich die Theorie von DRI.

Cinepaint einrichten

Unter Ubuntu 7.10 installieren Sie Cinepaint über die Paketverwaltung. Für Ubuntu 8.04 stehen derzeit keine Pakete in den offiziellen Repositories bereit. Verwenden Sie deshalb die Software-Quelle des Autors, die Sie mit sudo deb http://www.selador.de/apt/ hardy main in Ihre Paketverwaltung einbinden. Alternativ benutzen Sie das auf der Heft-DVD enthaltene Paket. Anwender von OpenSuse finden das fertige RPM-Paket unter [6].

Derzeit enthält die deutsche Version von Cinepaint einen gravierenden Fehler. Daher eignet sich ausschließlich die englische Cinepaint-Version zum Gebrauch. Läuft Ihre Distribution mit einer deutschen Sprachumgebung, starten Sie Ihr Cinepaint aus der Konsole mit der Eingabe von LANG=en_US.UTF-8 LC_CTYPE=en_US.UTF-8 cinepaint.

Cinepaint benutzen

Nach dem Start von Cinepaint öffnen Sie im Hauptfenster File | New From | Bracketing to HDR. Im Dateibrowser wählen Sie danach die für das HDR-Bild benötigte Belichtungsreihe aus, worauf sich drei Bearbeitungsfenster öffnen. Im Hauptfenster fügen Sie über File | Open Image bei Bedarf noch weitere Bilder hinzu. Das Fenster mit der Bezeichnung Bracketing to HDR listet nun alle Aufnahmen, sortiert von hell nach dunkel, auf. Dazu greift Cinepaint auf die EXIF-Metadaten der Bilder zu und liest die Verschlusszeiten aus.

Das Fenster mit der Beschriftung Response Curves gibt nach einem Klick auf Compute Response Auskunft über die Qualität der Ausgangsbilder. Weist eine der eingefärbten Kurven zu viel Streuung aufweist, heißt das, dass die einzelnen Bilder nicht genau aufeinander passen – etwa, weil sich die Kamera während der Aufnahme bewegt hat (Abbildung 2). Um gegeneinander verschobene Bilder zurechtzurücken, benutzen Sie compute offsets. Diese Funktion kann jedoch nur kleinere Fehler ausgleichen.

Abbildung 2: Das linke Bild zeigt, wie eine Folgekurve aussehen sollte. Im rechten Bild ist die Streuung der roten und blauen Kurve relativ hoch, was bedeutet, das das rote und vor allem das blaue Foto gegenüber dem Referenzbild verschoben sind.

Ein Klick auf HDR erzeugt das HDR-Bild, das Cinepaint in einem neuen Fenster öffnet. Erscheinen Teile des Bildes in einem grellen Pink, kann der Bildschirm sie nicht darstellen. Oft springen die Unterschiede zwischen HDR-Bild und dem durchschnittlich belichteten Ausgangsbild nicht sofort ins Auge. Wählen Sie im Menü Tools | Color Picker und klicken auf eine beliebige Stelle im Bild, so sehen Sie die Farbwerte als Zahlen. Auch die Titelleiste des Fensters verrät, dass es sich um ein 32-Bit-Bild handelt. Das Ergebnis zeigt nun insgesamt mehr Details als jedes der Ausgangsbilder für sich.

Normale Monitore können den Dynamikumfang von 32-Bit-Bildern nicht darzustellen. Die Teile des Bildes, die über den Farbraum des Bildschirms hinausgehen, werden auf die höchste darstellbare Farbe gesetzt. Als Ergebnis erscheint ein verfälschtes Bild, das es nun mittels Tone Mapping auf einen darstellbaren Bereich einzugrenzen gilt, um ein farbkräftiges, allerdings etwas künstlich aussehendes Tone-Mapping-Bild zu erhalten.

Dazu klicken Sie auf Image | Colors | Gamma-Expose (Abbildung 3). Im Menü markieren Sie Clamp, um die eventuell vorhandenen pink eingefärbten Flächen zu verstecken. Mit dem Regler expose simulieren Sie verschiedene Belichtungsstufen, gamma steuert die Helligkeitskurve. Ein hoher Gamma-Wert führt zu gräulichen Bildern, ein niedriger zu sehr dunklen. Ein Klick auf OK konvertiert die Aufnahme in einen bildschirmkompatiblen Dynamikbereich, sodass Sie sie anschließend als normale JPEG- oder TIFF-Datei speichern. Mit den in Image | Layers oder in Filters befindlichen Menüpunkten bearbeiten Sie das Bild nach Belieben nach, ohne die Farbtiefe und Dynamik zu verlieren.

Abbildung 3: Mit dem Werkzeug "Expose Image" von Cinepaint steuern Sie die Helligkeitsverteilung im HDR-Bild.

Eine andere Möglichkeit, das generierte und gespeicherte 32-Bit-Bild nachzubearbeiten, bieten spezielle Tone-Mapping-Anwendungen. Um die Aufnahme für diese vorzubereiten, klicken Sie auf File | Save as... und speichern die Datei mit der Endung .HDR. Das in [3] vorgestellte Programm Qtpfsgui bietet eine Vielzahl von Tone-Mapping-Algorithmen an, mit denen Sie spektakuläre Effekte erzielen.

HDR aus einem RAW-Bild

Manche Situationen – beispielsweise bewegte Objekte – gestatten nur einzelne Aufnahmen. Sofern Sie diese im RAW-Format aufgenommen haben, simulieren Sie daraus mithilfe eines RAW-Konverters nachträglich Belichtungsreihen, die Sie mit Cinepaint zu einem HDR-Bild zusammensetzen.

Für Linux stehen unter anderem Rawstudio [7], Ufraw [8] oder Rawtherapee [9] als entsprechende Konverter zur Verfügung. Überprüfen Sie vor der Installation, welche Software das RAW-Format Ihrer Kamera verarbeitet. Stellen Sie im Editor des Konverters zunächst die Belichtungsstufe auf -2 ein und legen Sie das Bild im 16-Bit-TIFF-Format ab. Achten Sie darauf, die EXIF-Daten nicht mitzuspeichern, da sonst Cinepaint daraus die tatsächlichen Belichtungszeiten auslesen und die Bilder nicht zusammenfügen könnte.

Verfahren Sie mit den folgenden zwei Aufnahmen mit den Belichtungswerten 0 und +2 ebenso. Diese drei Bilder fügen Sie wie beschrieben in Cinepaint zu einem Bild zusammen. Allerdings müssen Sie beim Laden der Bilder wegen der fehlenden EXIF-Informationen die Belichtungszeiten manuell eingeben.

Glossar

Lichtwertstufen

Als Ausgangsbasis des Lichtwerts 0 gilt eine einsekündige Belichtung mit Blende 1. Jede Erhöhung oder Verringerung des Lichtwertes um 1 entspricht einer Verdoppelung respektive Halbierung des einfallenden Lichtmenge.

DRI

Dynamic Range Increase. Das Verfahren erstellt aus mehreren unterschiedlich belichteten Fotos ein HDR-artiges Bild, indem es die Bilder miteinander vereint.

EXIF

Exchangeable Image File Format. Das Dateiformat, in dem Digitalkameras Informationen über die aufgenommenen Bilder ablegen. Zu den gespeicherten Informationen gehören Datum und Uhrzeit, Brennweite, Blende und eventuell vorhandene GPS-Koordinaten. Exif-Daten werden nur in JPEG- und TIFF-Bildern gespeichert.

RAW

Die Fotosensoren der Kamera leiten ein Bild nach der Aufnahme an einen Signalprozessor weiter, der es verarbeitet und dann komprimiert – für gewöhnlich als JPEG. Viele Kameras der gehobenen Preisklasse erlauben das Abspeichern der ursprünglichen Sensorinformationen in einem RAW-Bild. Allerdings verwenden die meisten Firmen dafür nach wie vor ihre eigenen Standards und Formate.

Infos

[1] Gorillapod-Stativ: http://www.joby.com/de/products/gorillapod/

[2] HDR-Werkzeugkasten Qtpfsgui: http://qtpfsgui.sourceforge.net/

[3] HDR mit Qtpfsgui: Thomas Pelkmann, "Bild, schöön!", LinuxUser 05/2007, S. 32, http://www.linux-user.de/ausgabe/2007/05/032-hdr/

[4] Cinepaint: http://www.cinepaint.org

[5] HDR-Tutorial für Cinepaint: http://www.cinepaint.org/docs/br2hdr/HDR_Tutorial-de.html

[6] Cinepaint für OpenSuse: http://packages.opensuse-community.org/index.jsp?searchTerm=cinepaint

[7] Rawstudio: http://www.rawstudio.org

[8] Ufraw: http://ufraw.sourceforge.net

[9] Rawtherapee: http://www.rawtherapee.com

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