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© Benjamin Simeneta, 123RF

Durchgehend scharfe Makrofotos unter Linux erstellen

Scharfe Sache

Durch das Verschmelzen mehrerer Bilder zu einem Gesamtergebnis erzeugen Sie Makrofotos mit hoher Schärfentiefe. Als Werkzeug dazu eignet sich beispielsweise Enfuse, alternativ funktioniert es aber auch mit Gimp.

Die Makrofotografie fasziniert viele Betrachter, zeigt sie doch oft übersehene Details und hebt diese ins rechte Licht. Allerdings gelingt es meist nicht, über das gesamte Objekt scharfe Makrofotos zu erzeugen. Das liegt vor allem an der geringen Schärfentiefe aufgrund der optischen Eigenschaften der Kamera und des Objektivs.

Je größer der Sensor der Kamera und die Brennweite des Objektivs, umso geringer fällt die Schärfentiefe aus. Das geht so weit, dass die Kamera bei offener Blende oft nur wenige Millimeter scharf abbildet. Diese optischen Eigenschaften zeichnen auch dafür verantwortlich, dass Kompaktkameras mit kleinen Sensoren und Objektiven sich oft erstaunlich gut für Makroaufnahmen mit großer Schärfentiefe eignen. Allerdings reicht ihre Bildqualität bei Weitem nicht an die ihrer größeren Vettern heran.

Aber auch durch starkes Abblenden lässt sich die Schärfentiefe in einem gewissen Umfang verbessern. So bieten heutige Objektive nur eine maximale Blendengröße von 22. Früher gab es zwar Objektive mit größeren Blendenzahlen, was aber schnell zu Beugungsunschärfen führte. Damit erweist sich die Alternative des Abblendens in vielen Fällen nicht als die beste Wahl, da sie gleich mehrere Probleme mit sich bringt.

So bleibt auch beim starken Abblenden die Schärfe auf einen relativ schmalen Bereich begrenzt. Durch die verlängerten Belichtungszeiten kann man zudem selbst sich langsam bewegende Motive oft nicht mehr fotografieren. Schließlich fällt das Foto durch Beugungseffekte umso unschärfer aus, je kleiner Sie die Blendenöffnung wählen.

Schon früh kamen Fotografen daher auf die Idee, das Problem der geringen Schärfentiefe zu lösen, indem sie mehrere Bilder des gleichen Objekts mit unterschiedlichen Fokuspunkten kombinierten. Dabei überdecken jeweils nur die scharfen Bildteile die unscharfen. Das setzt voraus, dass Sie neben den geeigneten Bildern auch über das passende Werkzeug verfügen, um aus Bildern kleine Teile auszuschneiden.

Bildbearbeitungsprogramme wie Gimp bieten hierfür Masken an. Abhängig von der verwendeten Maskenfarbe blenden diese gekennzeichnete Bildbereiche ein oder aus. So bewirkt Weiß, dass der Ebeneninhalt erscheint, Schwarz macht ihn unsichtbar. Um aus verschiedenen Fotos ein scharfes Gesamtbild zu erzeugen, gilt es, alle Teilbilder als Ebenen in einer Datei zusammenzufassen.

Programme wie Darktable und Rawtherapee verfügen zudem über Indikatoren, die scharfe Bildbereiche markieren (Abbildung 1) und so die Arbeit im Vorfeld erleichtern.

Abbildung 1: Rawtherapee zeigt auf Wunsch scharfe Bildbereiche an. Sie aktivieren diese Funktion über den markierten Button.

Focus Stacking und Mikroskopie

Ursprünglich wurde Focus Stacking für mikroskopische Aufnahmen entwickelt: Dort betragen die Schärfentiefen teils nur wenige Mikrometer. Entsprechend lassen sich durchgängig scharfe Bilder in den meisten Fällen nur mit dieser Methode erzeugen. So verwundert es auch nicht, wenn einige der besten Anleitungen und Informationssammlungen sich auf den entsprechenden Seiten finden [7].

Das richtige Ausgangsmaterial

Um gute Ergebnisse zu erzielen, müssen Sie schon beim Fotografieren einiges beachten. Ein Stativ gehört dabei zur Grundausstattung: Algorithmen allein genügen nicht, um größere Unterschiede aus den Teilbildern herauszurechnen, wie sie schon minimale Bewegungen der Kamera während der Serienbildaufnahmen verursachen. Dabei bleiben Artefakte zurück und verderben den Spaß.

Viele Focus-Stacking-Bilder entstehen darüber hinaus im Studio oder in Laborbedingungen, denn schon kleinste Luftbewegungen stören die häufig extrem leichten Objekte. Ebenso beeinflussen abweichende Lichtverhältnisse das Ergebnis negativ. Es stellte sich daher als nützlich heraus, nicht nur die Kamera, sondern auch die Lichtquellen auf Stativen zu platzieren. Bei der Verwendung von Kamerastativen empfiehlt es sich, eventuell vorhandene Bildstabilisatoren auszuschalten.

Verwenden Sie einen einfarbigen, möglichst schwarzen Hintergrund, um gute Konturen und Kontraste zu erhalten, und leuchten Sie diesen nicht direkt an. Mit Streiflicht vermeiden Sie zu harte Schatten und zu grelle Lichter, was die Dreidimensionalität des Objekts herausarbeitet. Außerdem empfiehlt es sich, die Belichtungskorrektur um mindestens eine Blendenstufe zu reduzieren. Das dunkelt den Hintergrund zusätzlich ab, ohne dass dabei das Objekt zu dunkel wird.

Zu den Faktoren, die die Schärfentiefe der Aufnahme beeinflussen, zählen der Abstand zwischen Objektiv und Objekt, die Brennweite, die Sensorgröße sowie die Blendenöffnung. Es gibt mehrere Varianten, um für das Focus Stacking geeignete Bilder zu erzeugen.

Fokussieren Sie zunächst manuell den vordersten Teil des Objekts, und machen Sie ein Bild. Dann fahren Sie mit der nächsten, etwas weiter entfernten Ebene fort und so weiter. Der Vorteil dieser Methode: Bereits beim Aufnehmen erhalten Sie einen ersten Eindruck, was auf welcher Schärfeebene liegt. Der Nachteil: Wenn Sie eine Schärfeebene auslassen, lassen sich die fehlenden Bilder kaum noch nachträglich erstellen.

Viele moderne Kameras lassen sich über den Touchscreen scharfstellen und auslösen. Das vereinfacht im Vergleich zum manuellen Fokussieren das Erstellen der Bilder und verringert das Risiko, Bereiche zu vergessen. Aber auch hier gilt: Schießen Sie lieber ein paar Bilder zu viel als zu wenig. Die Genauigkeit dieser Methode, bestimmte Bereiche zu treffen, ist allerdings begrenzt.

Gute, moderne Kameras implementieren bereits spezielle Focus-Stacking-Funktionen. Bei einer Variante von Olympus legen Sie die Schrittweite sowie die Anzahl der Schritte fest und fixieren dann den vordersten Punkt des Objekts. Beim Auslösen erzeugt die Kamera die eingestellte Anzahl von Bildern in den eingestellten Schritten. Es bedarf jedoch einiger Erfahrung, um die richtigen Parameter zu ermitteln.

Da Makroaufnahmen sehr empfindlich auf Verwackler reagieren, empfiehlt es sich, mit Spiegelvorauslösung zu arbeiten, sofern Ihre Kamera eine solche Funktion mitbringt. Sie sollten dem ersten Bild von vorn besondere Aufmerksamkeit widmen: Es enthält oft die meisten sichtbaren Teile, die am präsentesten im Vordergrund stehen. Hier fallen Fehler besonders auf. Es erweist sich auch als nützlich, für zusätzliche manuelle Korrekturen neben einer Stacking-Reihe ein weiteres, normales Bild aufzunehmen (Abbildung 2).

Abbildung 2: Vier Ebenen und etwas Kantenschärfe genügen, um dieses Objekt durchgängig scharf abzulichten. Das liegt unter anderem an dem im Vergleich zur Bildgröße relativ kleinen Objekt.

Machen Sie zumindest zu Beginn viele Fotos. Versuchen Sie unterschiedliche Varianten, idealerweise mit zwölf oder mehr Bildern. Es dauert, bis Sie einen Blick für die richtigen Winkel, Belichtungen und so weiter entwickeln.

Bilder kombinieren

Egal, ob Sie die Bilder automatisch oder manuell weiterverarbeiten: Immer müssen Sie die Teilbilder so ausrichten, dass die Ebenen möglichst exakt übereinanderliegen. Selbst wenn Sie bei den Aufnahmen ein Stativ verwenden, erweist sich das in der Praxis als schwieriger, als es klingt. Bei Makrofotos fallen selbst kleinste Fehler sofort auf (Abbildung 3).

Abbildung 3: Selbst kleine Fehler beim Ausrichten der Aufnahmen fallen bei der Kombination deutlich auf. Größere Fehler wie auf diesem Bild lassen sich allerdings nicht mehr automatisch reparieren, sondern bedürfen manueller Arbeit.

In vielen Fällen lässt sich diese Aufgabe mit dem Befehlszeilenprogramm align_image_stack aus der Programmsuite Hugin erledigen. Das Tool liest die Eingabedateien ein, analysiert sie und gibt sie als nummerierte Ausgabedateien (eventuell mit einem Präfix) im aktuellen Verzeichnis aus. Dabei berücksichtigt der Befehl die Verschiebungen und Verzerrungen zwischen den Eingabedateien und erzeugt die Ausgabedateien soweit möglich deckungsgleich. Eine Auflistung sämtlicher Schalter liefert der Aufruf align_image_stack --help, eine detaillierte Beschreibung der Befehl man align_image_stack.

Außer den Optionen -m (erzeugt einen optimierten Sichtbereich, mit Ausnahme des ersten Bilds), -a (Präfix) und eventuell -v (ausführliche Meldungen) benötigen Sie bei guten Eingabedateien keine weiteren Schalter, um eine ausreichend gute Ausrichtung zu erzielen. Ein typisches Praxisbeispiel:

$ align_image_stack -v -m -a align *jpg

Dieser Aufruf erzeugt ausgerichtete Dateien mit dem Namen align000*.tif, bei null beginnend. Das Ausgabeformat TIFF unterstützt einen Alphakanal, den wiederum Enfuse in der späteren Bearbeitungskette nutzt.

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