AA_mohn.jpg

© Karsten Günther

Mehr Licht!

Fine-Art-HDR mit Luminance

17.07.2013
HDR-Bilder mit ihrer hohen Detaildichte und beeindruckenden Farbgebung gelten heute in der Fotografie als Stand der Dinge. Luminance HDR fasst alle dazu notwendigen Techniken unter einer Oberfläche zusammen.

Das Kürzel HDR steht für High Dynamic Range ("hoher Dynamikumfang") und bezeichnet digitale Bilder, die Helligkeitsunterschiede besonders detailreich wiedergeben werden. Diese Bilder entsprechen zum einen den Seheigenschaften des Auges besser als herkömmliche Bilder, vermitteln aber zum anderen auch eine ganz besondere, exotische Stimmung.

Allerdings ist das menschliche Auge in der Lage, viel mehr und teilweise auch feinere Helligkeitsunterschiede wahrzunehmen als jede digitale Kamera. HDR-Bilder gleichen dies nur zum Teil aus. Hinzu kommt ein spezielles Problem bei der Wiedergabe von HDR-Bildern: Sowohl Bildschirme als auch die Drucker können Helligkeitsunterschiede nur sehr begrenzt naturgetreu darstellen. So lösen handelsübliche LC-Displays für jeden Kanal (Rot-Grün-Blau) lediglich 256 Helligkeitsstufen (8 Bit) auf; bei Druckern ist es noch weniger. Daher unterstützen viele Bildformate – allen voran JPEG – voreingestellt auch nur 8 Bit pro Farbkanal.

Digitale Bilder mit diesem geringen Dynamikumfang bezeichnet man als "Low Dynamic Range Images" oder LDR-Bilder. Die meisten Bildbearbeitungsprogramme wurden für diese Bilder entwickelt. So eignet sich auch Gimp derzeit nur für LDR-Bilder. Eine Ausnahme stellt lediglich die KDE-Bildbearbeitung Krita dar.

Moderne Digitalkameras wiederum verwenden Sensoren, die Helligkeiten in den RGB-Kanälen mit mindesten 10, meistens aber 12 Bit pro Kanal aufnehmen. Einige besonders teure Kameras lösen Helligkeiten auch mit 14 oder 16 Bit auf. Damit tritt ein interessantes Problem auf: Die aufgenommenen 12 bis 16 Bit müssen über geeignete Verfahren auf die ausgegebenen 8 Bit umgerechnet werden. Das kann nicht linear erfolgen, sondern muss kleine Veränderungen bei den Helligkeiten bevorzugen, wenn diese nicht verschwinden sollen.

Diesen Prozess bezeichnet man als Tonemapping. Genau hier setzt die HDR-Fotografie an: Sie nutzt verschiedene Algorithmen, sogenannte Tonemapping-Operatoren, für diese Umsetzung. Die dabei angewendeten Methoden untergliedern sich grob in drei Gruppen. Verfahren, die den gesamten Kontrast des Bildes berücksichtigen, nennt man globales Tonemapping. Solche, die das nur "lokal" (für einen bestimmten Bereich) umsetzen, heißen entsprechend lokales Tonemapping. Schließlich existieren eine ganze Reihe weiterer Verfahren, die ganz unterschiedliche Methoden einsetzen.

Luminance HDR installieren

Binärpakete zu Luminance finden sich in den Repositories aller gängigen Distributionen, allerdings nicht immer solche der aktuellen Version 2.3.1. Manchmal erweisen sich die Versionen sogar als so alt – etwa unter Ubuntu 12.04 LTS – dass die Software dort noch den alten Namen Qtpfsgui trägt.

Abhilfe zumindest für DEB-basierte Distributionen schafft hier der Fundus von Getdeb.net: Dort finden sich fertige Pakete des aktuellen Luminance-Release. Um diese mittels der gewohnten Paketmanagement-Werkzeuge zu installieren, binden Sie das Getdeb-Repo als Paketquelle ein.

Ein Übersetzen von Luminance aus den auf Sourceforge erhältlichen Quellen gestaltet sich aufgrund zahlreicher Abhängigkeiten so knifflig, dass das Luminance-Projekt normalen Benutzern davon abrät.

Praxis

Luminance HDR [1], das früher den wesentlich unhandlicheren Namen Qtpfsgui trug, ist ein Programm zu Erstellen von HDR-Bildern. Es fasst diverse Tonemapping-Operatoren zusammen und erlaubt, diese auf ein Bild oder eine Belichtungsreihe aus mehreren Bildern anzuwenden.

Die besten Erfolge mit Tonemapping-Operatoren erzielen Sie, indem Sie als Eingangsbild ein RAW-Bild verwenden: Nur ein solches liefert sämtliche Belichtungsinformationen des Sensors. Alternativ stellen Sie den erweiterten Helligkeitsbereich über eine Belichtungsreihe bereit. Bei einer solchen nimmt die Kamera drei, fünf oder mehr Bilder in schneller Folge mit unterschiedlichen Belichtungen auf (typischerweise: 0EV, +1EV, -1EV, etc.). Falls Sie die Wahlmöglichkeit haben, stellen Sie die Belichtungsreihe so ein, dass die Belichtungszeit und nicht die Blende variiert. Das Verändern der Blende führt zu unterschiedlichen Schärfentiefen, was sich später beim Kombinieren der Bilder als Unschärfe bemerkbar macht.

Beim Start öffnet Luminance sein Hauptfenster. Beim Laden eines einzelnen Bilds – oder wenn Sie ein (RAW-)Bild aus dem Dateimanager auf die linke Seite des Hauptfensters fallen lassen – zeigt Luminance die Ansicht aus Abbildung 1. Laden Sie mehrere Bilder aus einer Belichtungsreihe mit Neues HDR-Bild, aktiviert dies automatisch einen Assistenten. Dieser führt Sie in drei Schritten durch die Vorbereitungen für das Kombinieren der Bilder.

Abbildung 1: Das Hauptfenster von Luminance besteht aus drei Teilen: Links stellen Sie die Tonemapping-Operatoren und deren Parameter ein, in der Mitte sehen Sie die Vorschau und rechts davon eine sehr ungenaue Vorschau, wie die anderen Tonemapping-Operatoren das Bild darstellen würden.

Zunächst lädt Luminance die Quellbilder und präsentiert sie Ihnen als Liste. Nun lassen sich die Belichtungen für die Bilder separat justieren, sofern dies nicht automatisch schon richtig erfolgte. Normalerweise eignen sich die automatisch ermittelten Belichtungen besser für die weitere Bearbeitung als selbst gewählte. Das gilt auch dann, wenn Luminance andere als die bei der Kamera eingestellten Werte anzeigt.

Luminance nutzt den von Hugin [2] verwendeten Ansatz, mehrere Bilder automatisch so auszurichten, dass sie sich möglichst gut überlagern. Damit lassen sich auch Bilder kombinieren, die nur annähernd zusammenpassen, weil sie beispielsweise nicht mit einem Stativ aufgenommen wurden.

Im nächsten Schritt haben Sie Gelegenheit, die Qualität der Ausrichtung zu kontrollieren und gegebenenfalls noch zu verbessern. Der letzte Dialog wandelt die Quellbilder intern in ein von Luminance bearbeitbares HDR-Bild um. Jetzt geht es an die eigentliche HDR-Bearbeitung. Wählen Sie dazu am besten zuerst links unten (mit Ausgabegröße unter Vorgang) eine kleine Bildgröße aus, da Sie zunächst nur eine Vorschau erstellen werden. Zu klein sollte sie allerdings auch nicht ausfallen, da die Effekte erst ab einer gewissen Größe zum Vorschein kommen. Eine Bildbreite von rund 1000 Pixeln eignet sich hier sehr gut.

Anwenden erzeugt die Vorschau für den oben links unter Dynamikkompression angegebenen Tonemapping-Operator. Abhängig vom Rechner und den gewählten Optionen dauert dies eine gewisse Zeit. Sofern Sie den Haken bei Aktuelles LDR-Bild aktualisieren nicht entfernen, erzeugt Luminance immer nur ein Ausgabebild beziehungsweise aktualisiert dieses immer wieder.

Möchten Sie stattdessen die Resultate verschiedener Operatoren vergleichen, deaktivieren Sie diese Option. Luminance merkt sich die Parameter, mit denen ein Bild erstellt wurde, und verwendet diese beim Speichern als Dateiname. Ein solcher hat etwa folgende Form:

Name_pregamma_1_fattal_alpha_1_beta_0.9_saturation_1_noiseredux_0...

Speichern als ... schreibt das aktuell in der Vorschau dargestellte Bild auf die Platte. Vor dem endgültigen Speichern sollten Sie aber seine Größe noch einmal kontrollieren respektive anpassen und das Bild gegebenenfalls neu berechnen. Haben Sie mehrere Varianten eines Bildes erzeugt, ist Alle speichern die richtige Wahl: Luminance erlaubt dann, ein Verzeichnis für die Bilder anzulegen. Auch hier verwendet Luminance wieder die langen Dateinamen.

Verfahren vergleichen

So einfach die Anwendung von Luminance auch scheint: Bis zu einem guten HDR-Bild ist es ein weiter Weg. Zunächst gilt es den geeigneten Tonemapping-Operator zu bestimmen. Das erweist sich meist als nicht ganz einfach, da sich die Ergebnisse der Operatoren in der Regel erheblich unterscheiden. Luminance präsentiert zwar am rechten Fensterrand eine kleine Vorschau der zur Verfügung stehenden Operatoren, jedoch fallen diese Bilder meist nicht gut genug aus, um das optimal Verfahren auszuwählen. Sie werden mit der Zeit ein Gefühl dafür entwickeln, welche Operatoren bei einem Bild infrage kommen und welche Sie sich nicht näher anzusehen brauchen (siehe auch Kasten "Die Algorithmen").

Die Algorithmen

Die von Luminance HDR bereitgestellten Algorithmen lassen sich grob in vier Kategorien aufteilen: lokal, global, gradientenbasiert, sowie Mantiuk und andere.

Zu den lokalen Operatoren zählt Ashikhmin. Er versucht die relevanten Faktoren der visuellen Wahrnehmung in die Dynamikkompression einzubeziehen. Eine Variation des Filterradius' versucht den Kontrast im Bild zu erhalten. Oft benötigt dieser Operator eine Helligkeitsanpassung mittels der Werte.

Zu den globalen Operatoren gehört der Drago-Operator. Auch er versucht das menschliche Auge auf logarithmischer Basis zu simulieren. Dazu komprimiert er hellere Bereiche stärker als dunklere. Oft benötigt auch er eine Helligkeitsanpassung mittels der Werte. Die von Reinhard und anderen veröffentlichten globalen Methoden basieren auf dem Zonensystem, Auch hier erfolgt in den hellen Bereichen ein stärkere Kompression.

Der zur Riege der gradientenbasierten Operatoren gehörende Tonemapping-Operator Fattal zeigt oft eine sehr gute Wirkung. Er erhält feine Helligkeitsunterschiede sehr gut und erzeugt so realistische, detailreiche Bilder. Zusätzlich erlaubt er, das Rauschen zu reduzieren. Achtung: Dieser Parameter kann auch den gesamten Bildeindruck einschließlich der Farben erheblich beeinflussen. Wichtig ist auch die Einstellung Version 2.3, da nur diese garantiert, dass das Ergebnis bei verschiedenen Bildgrößen gleich bleibt.

Als erste Tonemapping-Verfahren präsentiert Luminance zwei Varianten des von Mantiuk entwickelte Operators. Diese kommen aufgrund ihrer prominenten Stelle im Programm besonders oft zum Einsatz, jedoch nicht unbedingt zurecht. Mantiuk '06 erweist sich dabei als besonders problematisch, da er oft flaue oder auch manchmal falsche Farben sowie überschärfte Bilder erzeugt. Zudem produziert er recht schnell Artefakte. Diese Probleme vermeidet die neuere Version Mantiuk '08 weitgehend.

Die weiteren Algorithmen [3] wie etwa jener von Pattanaik erzeugen nur in seltenen Fällen wirklich gute Ergebnisse [4].

Die Tonemapping-Operatoren unterscheiden sich in vielen Details. Sie sehen das schon bei der Auswahl der Operatoren in Luminance: Die beeinflussbaren Parameter unter Dynamikkompression variieren von gerade mal einem bei Drago bis zu fünf bei Reinhard 02. Probieren Sie zunächst die jeweiligen Voreinstellungen aus, da diese meist recht gute Ergebnisse generieren.

Auch die Wirkung fällt sehr unterschiedlich aus: So erzeugt Mantiuk '06 oft sehr blasse, "rauhe" (überschärfte) Ergebnisse, während die Resultate von Mantiuk '08, Fattal und Durand in der Regel wesentlich feiner erscheinen. Andererseits generieren Durand, Reinhard 02 und Reinhard 05 oft ziemlich helle Bilder. Einen Vergleich bei einer schwierigen Belichtungssituation zeigt Abbildung 2.

Etwaige Mankos können Sie allerdings nachträglich noch leicht korrigieren. Dazu klicken Sie den mit Werte anpassen beschrifteten Button an. Er öffnet eine vereinfachte Variante das Gimp-Werkzeugs Werte (Abbildung 3). Mit ihm beschränken Sie im oberen Bereich (Quellwerte) die Eingabewerte. Werte links vom linken Schieberegler bildet Luminance schwarz ab, analog erscheinen die rechts vom rechten Regler liegenden Werte weiß. Der mittlere (Gamma-)Regler verschiebt die mittleren Helligkeiten und beeinflusst damit die "Stimmung" des Bildes.

Abbildung 3: Nach Anwenden des HDR-Tonemapping Operators lassen sich die globalen Helligkeiten mit dem Werte-Werkzeug noch anpassen.

Bevor Sie die endgültigen Helligkeiten mittels der Werte anpassen, sollten Sie noch ausprobieren, welche Auswirkungen die Einstellung des mit Pre-Gamma benannten Schiebereglers hat. Dessen Wirkung hängt vom aktuellen Bild und insbesondere stark vom verwendeten Tonemapping-Operator ab. Manchmal zeigt diese Einstellung kaum Einfluss auf die Helligkeit, dafür aber auf die "Farbigkeit" der Ergebnisse. Daher ist es zumeist sinnvoll, drei Versionen eines Bildes für den aktuellen Operator zu berechnen, je eines mit normalem, reduziertem und erhöhten Pre-Gamma.

Erst wenn Sie sich für einen Operator und Pre-Gamma-Wert entschieden haben, sollten Sie mit den anderen Parametern die endgültige Variante erstellen. Dafür gibt es jedoch keine allgemein gültigen Regeln: Zu stark variieren die Ergebnisse für unterschiedliche Bilder und Tonemapping-Operatoren.

Luminance erlaubt, für Ihre Bilder besonders gut geeignete Parametersets abzuspeichern. Dazu dienen die drei rechts unter Dynamikkompressionsvorgaben vorhandenen Schalter. Damit legen Sie die Vorgaben entweder in einer internen Datenbank oder in einer externen Datei ab.

Im Batch-Betrieb – Sie erreichen ihn im Extras-Menü unter Stapel-Dynamikkompression – stehen die Parametersets später wieder zur Verfügung. Abbildung 4 zeigt den entsprechenden Dialog. Zunächst erzeugen Sie dafür aus den Quellbildern mittels HDR-Stapelverarbeitung ... (unter Extras) HDR-Bilder, die Sie in einem Verzeichnis ablegen. Anschließend konvertieren Sie diese mit dem gewünschten Parameterset in LDR-Bilder. Etwas einfacher und flexibler klappt das auch direkt auf der Shell (siehe Kasten "Die PFSTools").

Abbildung 4: Mehrere HDR-Bilder kann Luminance im Batch-Betrieb mit zuvor definierten Parametersets in LDR-Bilder umwandeln.

Die PFSTools

Luminance-HDR hat den Code für die HDR-Tonemapping Operatoren direkt von den PFSTools [5] übernommen, einer Shell-Programmsuite für die HDR-Bearbeitung. Sobald es darum geht, automatisiert größere Mengen von HDR-Bildern mit variierenden Parametern zu erzeugen, erweisen sich diese Tools als erste Wahl. Die Anwendung in einer Pipe ist einfach:

$ pfsin Quellbild | pfstmo_Operator+Parameter --verbose  | pfsout Ausgabebild

Dabei liest pfsin die Bilder ein, pfstmo_Operator+Parameter bearbeitet sie, und pfsout schreibt schließlich das LDR-Bild auf die Platte.

Diesen Artikel als PDF kaufen

Express-Kauf als PDF

Umfang: 7 Heftseiten

Preis € 0,99
(inkl. 19% MwSt.)

LinuxCommunity kaufen

Einzelne Ausgabe
 
Abonnements
 

Ähnliche Artikel

  • Heft DVD-Inhalt 08/2013
  • Bilder im LAB-Modus entwickeln und bearbeiten
    Photivo schließt die Lücke zwischen RAW-Konvertern und einfachen Bildbearbeitungen. Damit macht es häufig das Nacharbeiten in anderen Programmen überflüssig.
  • HDR-Workflow ohne Stativ und Mausklicks
    HDR gilt als komplex und aufwändig: Ohne Stativ und ohne schwer zu bedienende Software geht nichts – so der Mythos. Doch freie Linux-Tools machen möglich, wovon Windows-Nutzer nur träumen können.
  • Bild, schöön!
    Die HDR-Fotografie soll die Lücke zwischen Fotografie und dem menschlichen Sehvermögen schließen. Wir zeigen Ihnen, wie Sie aus Ihren guten Fotos noch bessere Bilder machen.
  • Kontrastmittel
    Ein gut belichtetes Foto gelingt selten mit der ersten Aufnahme. Und besonders bei Motiven mit starken Helligkeitsunterschieden ist eine gleichmäßig belichtete Aufnahme fast unmöglich. Abhilfe schafft Qtpfsgui, das ein kontrastreiches HDR-Bild aus einer Belichtungsreihe zaubert.
Kommentare

Infos zur Publikation

LU 01/2015: E-Books im Griff

Digitale Ausgabe: Preis € 4,95
(inkl. 19% MwSt.)

Mit der Zeitschrift LinuxUser sind Sie als Power-User, Shell-Guru oder Administrator im kleinen Unternehmen monatlich auf dem aktuelle Stand in Sachen Linux und Open Source.

Sie sind sich nicht sicher, ob die Themen Ihnen liegen? Im Probeabo erhalten Sie drei Ausgaben zum reduzierten Preis. Einzelhefte, Abonnements sowie digitale Ausgaben erwerben Sie ganz einfach in unserem Online-Shop.

NEU: DIGITALE AUSGABEN FÜR TABLET & SMARTPHONE

HINWEIS ZU PAYPAL: Die Zahlung ist auch ohne eigenes Paypal-Konto ganz einfach per Kreditkarte oder Lastschrift möglich!       

Tipp der Woche

Ubuntu 14.10 und VirtualBox
Ubuntu 14.10 und VirtualBox
Tim Schürmann, 08.11.2014 18:45, 0 Kommentare

Wer Ubuntu 14.10 in einer virtuellen Maschine unter VirtualBox startet, der landet unter Umständen in einem Fenster mit Grafikmüll. Zu einem korrekt ...

Aktuelle Fragen

PCLinuxOS Version 2014.08 "FullMonty" Umstellung auf deutsch
Karl-Heinz Welz, 19.12.2014 09:55, 3 Antworten
Hallo, liebe Community, ich bin 63 Jahre alt und möchte jetzt nach Jahrzehnten Windows zu Linux...
ICEauthority
Thomas Mann, 17.12.2014 14:49, 2 Antworten
Fehlermeldung beim Start von Linux Mint: Could not update ICEauthority file / home/user/.ICEauth...
Linux einrichten
Sigrid Bölke, 10.12.2014 10:46, 5 Antworten
Hallo, liebe Community, bin hier ganz neu,also entschuldigt,wenn ich hier falsch bin. Mein Prob...
Externe USB-Festplatte mit Ext4 formatiert, USB-Stick wird nicht mehr eingebunden
Wimpy *, 02.12.2014 16:31, 0 Antworten
Hallo, ich habe die externe USB-FP, die nur für Daten-Backup benutzt wird, mit dem YaST-Partition...
Steuern mit Linux
Siegfried Markner, 01.12.2014 11:56, 2 Antworten
Welches Linux eignet sich am besten für Steuerungen.