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.

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 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.

Werte-Werkzeug noch anpassen.” width=”300″ height=”230″ /> 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.

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

Kompletter Workflow

Einen Sonderfall stellt der Tonemapping-Operator Mantiuk ’06 dar. Er verursacht oft Probleme mit einfarbigen Flächen und deren Kanten – etwa bei Gebäudekanten vor einen “flauen” Himmel. In solche Fällen sollten Sie Mantiuk ’06 schlicht nicht einsetzten. Was aber, wenn gerade dieses Verfahren in anderen Bildteilen besonders gute Resultate zeigt? Nun, dann kombinieren Sie eben die Bereiche in mehreren Ebenen. Dazu eignet sich Gimp ganz besonders. Dort laden Sie zwei oder mehr fertig bearbeitete LDR-Aufnahmen als Ebenen in ein Bild. Anschließend entfernen Sie beispielsweise den Himmel dort, wo die Probleme auftreten.

Das klappt am einfachsten, indem Sie der Ebene, aus der Sie den Himmel entfernen wollen, einen Alpha-Kanal hinzufügen (Ebene | Transparenz | Alphakanal hinzufügen). Dann legen Sie diese über die Ebene, deren Himmel Sie verwenden wollen. Nun können Sie mit Radiergummi den Himmel “wegradieren”. Keine Sorge, wenn Sie aus Versehen zu viel entfernen: Mit der Einstellung Un-Radieren befördern Sie zu viel Entferntes schnell wieder ins Bild. Alternativ nutzen Sie eine Ebenenmaske, die gleiches möglich macht. Die erste Methode bietet allerdings den Vorteil, dass Sie anschließend über Ebene | Transparenz | Auswahl aus Alphakanal eine Auswahl aus der Ebene erzeugen und auf anderen Ebenen weiter verwenden können.

Sonderfälle

Neben RAW-Dateien verarbeitet Luminance auch HDR-Bilder in den Formaten OpenEXR, Radiance RGBE, TIFF (16/32 Bit, Float und LogLuv) sowie PFS und JPG. Das letzte mag etwas verwundern, da es sich ja dabei um ein typisches LDR-Format handelt. Die Ergebnisse fallen aber auch hier gar nicht so schlecht aus, wie Abbildung 5 zeigt.

Einen weiteren Sonderfall stellen Nachtaufnahmen dar. Als größtes Problem bei diesen Bildern erweist sich immer wieder das Rauschen der Sensoren, das sich in Form farbiger Muster – oft auch noch streifen- oder wellenförmig und damit sehr auffällig – im dunklen Hintergrund abzeichnet. Mit stark aufrauend wirkenden Operatoren wie Mantiuk ’06 erhalten Sie hier völlig unrealistisch wirkende Strukturen, die meist störend wirken (siehe Abbildung 2, oben links). Hier hilft oft der Fattal-Algorithmus weiter, der speziell die Rauschunterdrückung (Button Noise Reduction) unterstützt. Aber auch anderen Operatoren können mit geeigneten Parametern gute Resultate erzielen.

Fazit

Luminance HDR ist eine feine Software, die oft ganz erstaunliche Resultate erzielt. Allerdings setzt dies eine gewisse Erfahrung und Experimentierfreude voraus. Es dauert ziemlich lange, bis Sie mit einem Blick erkennen, mit welchen der angebotenen Tonemapping-Operatoren Sie das gewünschte Ergebnis erzielen. Da die RAW-Bearbeitung nicht-destruktiv erfolgt, können Sie jedoch immer wieder neue Versuche unternehmen.

Da Luminance dank Libraw RAW-Bilder direkt einliest, ersetzt das Programm auch die üblicherweise verwendeten RAW-Konverter. In diesem Sinne erfolgt hier die HDR-Fotografie als Variante bei der Belichtung von Bildern. Die Tonemapping-Operatoren machen dabei oft auch möglich, mit nur einem RAW-Bild (“Single Shot RAW”) ein gutes HDR-Bild zu erzeugen. Das ermöglicht dann auch HDR-Bilder von bewegten Objekten oder in Situationen, wo kein Stativ zur Verfügung steht.