1.1 Das RAW-Format. Kapitel 1. Rohdaten

Transkript

1 1.1 Das RAW-Format Den meisten digital Fotografierenden dürften die beiden typischen Standard- Dateiformate JPEG (Joint Photographic Experts Group) und TIFF (Tagged Image File Format), die eine Digitalkamera in der Regel zum Speichern von Bilddaten anbietet, recht gut bekannt sein. Weniger bekannt dürfte vermutlich die Tatsache sein, dass heute bereits ein Großteil aller Digitalkameras im mittleren und oberen Preissegment die Option bietet, Bilder auch im kameraeigenen RAW-Format (anstelle von JPEG oder TIFF) zu speichern. Das RAW-Format war lange Zeit praktisch in Vergessenheit geraten und hatte für die elektronische Bildverarbeitung auch keinerlei Bedeutung. Erst mit dem Aufkommen der digitalen Fotografie wurde es wieder zu neuem Leben erweckt. Heute erfreut sich das RAW-Format (Kamerarohdaten) zunehmender Beliebtheit; insbesondere professionelle Fotografen schätzen die große Flexibilität, die Kontrolle bei der Bildbearbeitung und das hohe Maß an Qualität, die ihnen damit zur Verfügung stehen. Hinweis Das Buch beschreibt die Mac-Versionen von CameraRaw. Für Windows-Anwender gelten grundsätzlich die gleichen Tastaturbefehle, das heißt, es besteht lediglich ein kleiner Unterschied bei der Benennung weniger Tasten. So entspricht die Befehltstaste (Ü) auf dem Mac der (Strg)- Taste bei Windows. Die Optionstaste (Ö) auf dem Mac entspricht der (Alt)-Taste bei Windows und die auf dem Mac verwendete (Crtl)-Taste für den Aufruf von Kontextmenüs bei gedrückter Maustaste entspricht der rechten Maustaste bei Windows. Kurztastenbefehle für die Werkzeuge sind auf beiden Plattformen identisch. Rohdaten Grundsätzlich ist RAW ein sehr flexibles, pixelorientiertes Dateiformat. Die Kameradaten werden als»rohdaten«bezeichnet, weil die Bilder zwar aufgenommen wurden, aber kameraintern sozusagen noch nicht»entwickelt«sind, wie das beim Erzeugen einer JPEG- oder TIFF-Datei der Fall ist. Eine RAW- Datei enthält lediglich die vom Kamerasensor erfassten Helligkeitswerte eines jeden Bildpixels sowie die Kameraeinstellungen als so genannte Metadaten bzw. EXIF-Daten, die den Inhalt der Datei, ihre Entstehung und ihre Verwendungsweise beschreiben (z. B. Belichtungszeit, Blende, Weißabgleich, Schärfe usw.). Die EXIF-Daten sind dabei gewissermaßen der Schlüssel bei der späteren Konvertierung in ein TIFF oder JPEG. Diese simplen Binärdaten sind eigentlich nichts anderes als das digitale Äquivalent eines analogen Filmnegativs in Form von weitgehend unbearbeiteten Sensorinformationen, die erst später in einem speziellen RAW-Editor (der digitalen Dunkelkammer) auf dem Computer»entwickelt«bzw. auf kontrollierte und vom Fotografen präzise gesteuerten Art und Weise in ein TIFF oder JPEG konvertiert werden. Dieses digitale und qualitativ hochstehende»rohmaterial«bietet die größtmögliche Pixelauflösung des jeweiligen Bildsensors und die höchst mögliche Farbtiefe, die der A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) für die Digitalisierung der analogen Sensorinformationen verwendet; sie bewegt sich in der Regel in einer Größenordnung zwischen 10, 12 oder 14 Bit pro Kanal, was verglichen mit einer 8-Bit-TIFF- oder JPEG-Datei ein Mehrfaches an Helligkeitsinformationen pro Kanal bedeutet. Die noch»rohen«sensordaten werden also 1:1 ohne jegliche Interpretation und Kompression auf die Speicherkarte der Kamera übertragen. Beide Eigenschaften schlagen sich natürlich in Form von erhöhtem Speicherplatzbedarf nieder. Einige moderne Digital-Spiegelreflexkameras 10 RAW-DATEN-WORKFLOW

2 1.1 Das RAW-Format (DSLR) bieten auch ein verlustlos komprimiertes RAW-Format an unter Beibehaltung der vollen Farbtiefe oder ein so genanntes»duales Dateiformat«, das neben einer RAW-Datei gleichzeitig eine niedrigauflösende JPEG-Datei auf die Speicherkarte schreibt. Was natürlich noch weit mehr Speicherplatz für ein einzelnes Bild beansprucht. Dennoch hat eine RAW-Datei im Vergleich zu einer TIFF-Datei eine geringere Dateigröße (bei vergleichbarer Qualität), die aber größer ist als die einer JPEG-Datei in maximaler Qualität. Im RAW-Format speichert man also immer dann, wenn es auf höchstmögliche und kompromisslose Bildqualität ankommt. Das Kamera-RAW-Format Trotz der einheitlichen Bezeichnung des Formats sind grundsätzlich proprietäre, herstellerspezifische Formate und daher auch nicht für den Datenaustausch geeignet. Da es bisher keine standardisierte Format-Spezifikation für Kamera- gibt oder zumindest noch keine, die sich herstellerweit etablieren konnte hat jede Kamera ihr eigenes RAW-Format. Jeder Kamerahersteller kocht sein eigenes Süppchen und kennzeichnet»seine«mit einem eigenen Dateisuffix, wie zum Beispiel: b Nikon b Canon b Olympus b Minolta.nef.crw /.cr2.orf.mrw Der Individualismus bei den Formaten geht sogar so weit, dass modellspezifisch sind. Zugriff auf die verborgenen»geheimnisse«einer RAW- Datei hat man in der Regel nur mit dem speziellen RAW-Editor des Kameraherstellers, der zum Lieferumfang der Kamera gehört. Mit einer gewöhnlichen Bildbearbeitungssoftware kann man einer RAW-Datei nichts von ihrem Reichtum entlocken; sie lässt sich nicht öffnen, denn die Art und Weise, wie die Sensorinformationen gespeichert werden, sind von Kamerahersteller zu Kamerahersteller und von Modell zu Modell sehr verschieden. Das Lesen solcher Daten ist nur speziellen RAW-Konvertern oder RAW-Editoren vorbehalten. Das Problem proprietärer RAW-Formate Das RAW-Format wurde von den Kameraherstellern entwickelt, um damit professionellen Anwendern ein Dateiformat an die Hand zu geben, das ihnen ein Höchstmaß an Qualität und absolute Kontrolle über die Erstellung der endgültigen Bilddaten bietet. Die eigentliche»entwicklung«der Bilder wurde damit auf den Zeitpunkt verschoben, wenn die Kameradaten bzw. die Sensordaten von der Speicherkarte auf den Computer übertragen werden. Mit einem speziellen RAW-Editor werden nun die Daten in aller Ruhe aufbereitet und bearbeitet, in ein typisches Austauschformat wie TIFF oder JPEG konvertiert, und die originalen Kameradaten archiviert oder gelöscht. RAW-DATEN-WORKFLOW 11

3 Das hört sich ja noch alles sehr simpel und praktikabel an. Solange man die nur dazu verwendet, um die Aufbereitung der Daten selbst vorzunehmen und diese entscheidenden Prozessschritte nicht einfach der Kameraelektronik überlassen will, ergeben sich auch keine weiteren Probleme. Bei professionellen Fotografen ist es aber nichts Ungewöhnliches, dass man wertvolle Bilddaten längerfristig archiviert. Genauso wie man auch ein analoges Filmnegativ oder ein Diapositiv nicht einfach wegwirft, wenn man sich einen Papierabzug davon gemacht hat. Man hebt es sorgfältig auf, um damit auch in Zukunft immer wieder weitere Abzüge zu machen. Das Gleiche gilt für digitales Bildmaterial. Schließlich ist auch ein totaler Datenverlust durch unbeabsichtigtes Löschen oder sonst eine unerfreuliche Computerpanne im digitalen Zeitalter nichts Außergewöhnliches, und man kann sich wohlig zurücklehnen, wenn man in der glücklichen Lage ist, auf ein vorsorgliches Backup der Originaldaten zurückzugreifen. Für die Wahl des Datenformats beim Archivieren oder für das Backup gibt es zwei Möglichkeiten. Entscheidet man sich für das standardisierte TIFF-Format, hat man sicher eine gute Wahl getroffen, denn die Wahrscheinlichkeit, dass ein Standardformat wie TIFF in den nächsten 10 Jahren nicht mehr unterstützt wird und man die Daten nicht mehr öffnen kann, ist sehr gering bis unwahrscheinlich. Man beraubt sich aber damit weitreichender Vorteile, die das Archivieren der bietet als Äquivalent eines Filmnegativs. Die Wahrscheinlichkeit ist sehr groß, dass es bereits in naher Zukunft noch weit bessere Softwareprodukte und Algorithmen zum Konvertieren und Aufbereiten von Rohdaten geben wird, die in puncto Technik und Bildqualität dem heutigen Stand weit überlegen sind. Angesichts der beinahe unüberschaubaren Vielfalt an proprietären RAW-Formaten deren Spezifikationen nicht öffentlich dokumentiert sind, hat man dabei aber keine Garantie, dass ein älteres RAW-Format von modernen Konvertierungsprogrammen der Kamerahersteller oder unabhängiger Softwarehersteller noch unterstützt wird. Somit wird ein Bildarchiv, das aus kameraspezifischen besteht, ziemlich schnell nutzlos. Das keineswegs zu unterschätzende Problem herstellerspezifischer, proprietärer RAW-Formate beim Archivieren ließe sich nur entschärfen, wenn sich alle Kamerahersteller auf eine einheitliche RAW-Format-Spezifikation einigen würden, nämlich das von Adobe entwickelte DNG- Format. Die Digital-Negative-Spezifikation (DNG) Adobe hat das Problem erkannt und die so genannte Digital-Negative-Spezifikation veröffentlicht. Die Formatspezifikation beschreibt eine generalisierte Methode zum Speichern von, die von einer x-beliebigen Kamera erzeugt wurden. So könnten beispielsweise Digitalkameras das DNG-Format als Standardformat oder als optionales RAW-Format unterstützen. Denkbar wäre auch, dass sich Kamerahersteller für die Integration eines RAW-Konverters entscheiden, der ihr proprietäres RAW-Format in eine DNG-Datei konvertiert. Bis heute unterstützen nur Hasselblad und Leica das DNG-Format als natives Kameraformat. Bisher konnte sich das DNG-Format bei Hard- und Softwareprodukten allerdings noch nicht durchsetzen. 12 RAW-DATEN-WORKFLOW

4 1.2 Rohdaten Basis für JPEG und TIFF Adobe hat bereits den Digital-Negative-Konverter auf den Markt gebracht, der mehr als 100 verschiedene Kamera-RAW-Formate unterstützt die gleichen, wie das hauseigene Photoshop-Plug-in, um damit proprietäre in DNG-Dateien zu konvertieren. Das Camera-Raw-Plug-in von Photoshop kann zudem DNG-Dateien problemlos öffnen, womit auch bereits eine Software zur Verfügung steht, die Digital-Negative-fähig ist. Als Kameraformat unterstützt das DNG-Format zudem auch alle zusätzlichen privaten Metadaten der Hersteller, die vom Digital-Negative-Konverter nicht unbedingt in vollem Umfang übernommen werden. Adobe stellt den Digital-Negative-Konverter kostenlos auf der Website zur Verfügung ( Die DNG-Spezifikation könnte in Zukunft ein Bildarchiv unter einem einzigen und öffentlich dokumentierten Dateiformat vereinen, so dass man über kurz oder lang nicht vor einem riesigen Haufen inkompatibler steht. 1.2 Rohdaten Basis für JPEG und TIFF Um noch etwas besser zu verstehen, was sind oder besser, was sie (noch) nicht sind und was ihre Vorzüge in puncto Qualität ausmacht, sind einige grundlegende Kenntnisse über JPEG und TIFF (die beiden anderen für Digitalkameras typischen Speicherformate) sowie den Entstehungsprozess in der Kamera notwendig. JPEG-Format (JPEG-EXIF) Das in Digitalkameras mit Abstand am häufigsten verwendete Dateiformat ist JPEG. Es trägt das Dateisuffix.jpg oder.jpe im Dateinamen und ist besonders bei Amateur- und Freizeitfotografen beliebt. Obschon eine JPEG-Datei von einer Digitalkamera das gleiche Suffix erhält wie eine JPEG-Datei, die auf einem Computer erzeugt wurde, unterscheidet sie sich dennoch deutlich von einer»normalen«jpeg-datei. Digitalkameras erzeugen so genannte JPEG- EXIF-Dateien im RGB-Modus (mit 8-Bit Datentiefe pro Kanal) und speichern zusätzliche Informationen (Metadaten bzw. EXIF-Daten) im Header der Datei, die eine Zusammenarbeit zwischen Digitalkamera, Fotodrucker und Software gewährleisten sollen (siehe die Abschnitte»EXIF-Standard«und»IPTC-Standard«in Kapitel 3). Ursprünglich ist JPEG eigentlich gar kein Dateiformat, sondern ein verlustbehafteter (lossy) Kompressionsalgorithmus, der je nach gewünschter Bildqualität mehr oder weniger Informationen aus den vom Bildsensor ursprünglich erfassten Daten (Rohdaten) unwiderruflich eliminiert. Ein wahrer Segen für alle»vielknipser«, denn die Speicherplatzansprüche einer JPEG-Datei sind im Vergleich zu einer TIFF- oder RAW-Datei sehr bescheiden, wodurch sich eine Speicherkarte (32 MB, 64 MB, 128 MB, 256 MB, 1 GB) auch ordentlich vollpacken lässt! Doch je bescheidener die Platzansprüche, desto bescheidener RAW-DATEN-WORKFLOW 13

5 ist auch die Bildqualität. Je stärker die Kompression, desto augenfälliger sind auch die für JPEG typischen Artefakte. Für alltägliche Fotomotive reicht allerdings die beste oder zweitbeste Qualität durchaus. Abbildung 1.1 JPEG-Qualitätsstufen Stark, Mittel, Hoch (von links nach rechts) Digitalfotos, die im JPEG-Format gespeichert werden, sind gut für einen Datenaustausch geeignet und lassen sich problemlos mit (fast) jeder Software und Hardware nutzen. Was sie hingegen gar nicht lieben, ist ein offener Transport als -Anhang. In den meisten Fällen muss man sie stillschweigend»entsorgen«und nochmals Duplikate anfordern, mit der Bitte, sie als»dateiarchiv«(.sit oder.zip) auf die Reise zu schicken. Das Speichern im JPEG-Format ermöglicht es der Kamera zudem, auch schnelle Bildfolgen zu realisieren, da die Bilddaten wesentlich weniger Speicherplatz im Datenpuffer belegen als eine TIFF- oder RAW-Datei. Ob und in welchen Aufnahmesituationen ein JPEG genügt, hängt weitgehend von der erforderlichen oder gewünschten Bildqualität ab. Ursprünglich wurde das JPEG-Format als speicherplatzschonendes und schnell übertragbares Pixelformat für Online-Anwendungen entwickelt. TIFF-Format (TIFF-EXIF) Wer ganz ohne Datenverluste speichern will und eine gehobenere Bildqualität bevorzugt, der findet vorwiegend in teureren Digitalkameras mit manuellen Einstellmöglichkeiten das Speicherformat TIFF. Ursprünglich als Ausgabeformat für Scannerdaten entwickelt, unterscheidet sich auch das TIFF-Format einer Digitalkamera von einem gewöhnlichen TIFF einer Scanner- oder Bildbearbeitungssoftware. Eine kameraeigene TIFF-Datei unterstützt den EXIF-Standard und speichert zusätzlich die Metadaten einer Bilddatei. Eine Option für die verlustfreie Komprimierung eines TIFFs (z. B. LZW oder ZIP) findet man bei einer Digitalkamera nicht. Eine TIFF-Datei wird grundsätzlich ohne jegliche Datenkompression gespeichert, und zwar als RGB-TIFF mit 8-Bit Datentiefe pro Kanal (obschon die TIFF-Spezifikation auch eine 16-Bit-Codierung unterstützt). Infolgedessen beansprucht eine TIFF-EXIF-Datei auch wesentlich mehr kostbaren Speicherplatz. Für Schnappschüsse und für schnelle Bildfolgen ist TIFF sicher nicht das geeignete Speicherformat, denn eine TIFF-Datei nimmt sich reichlich Zeit, bis sie auf dem Speichermedium ist. In dieser Zeit sind auch die meisten Kameras 14 RAW-DATEN-WORKFLOW

6 1.2 Rohdaten Basis für JPEG und TIFF nicht willig, weitere Bilddaten aufzunehmen, da ihr»herzstück«(der Bildprozessor) mit anderen Dingen beschäftigt ist. Ausnahmen gibt es natürlich immer. So hat beispielsweise die Spiegelreflexkamera»Olympus E-1«mit schnellen Bildfolgen im TIFF-Format gar keine Probleme. Sie bewältigt bis zu 12 Serienaufnahmen mit der unglaublichen Geschwindigkeit von 3 Bildern pro Sekunde. Diese außergewöhnliche Leistung wird möglich durch einen internen Datenpuffer von 128 MB und eine außerordentlich schnelle Datenverarbeitung, die von drei ASIC-Prozessoren parallel abgewickelt wird (1. Bildverarbeitung, 2. Schnittstellenverarbeitung, 3. Kamerasteuerung). Ein TIFF ist hauptsächlich für professionelle Zwecke ideal, wo man keine Qualitätseinbußen toleriert und wo feine Strukturen und Details wichtig sind. Als typisches standardisiertes Austauschformat wird TIFF auch von jeder Layoutund Bildbearbeitungssoftware problemlos unterstützt. Eine TIFF-Datei ist in puncto Qualität durchaus eine Alternative zu einer RAW-Datei, weshalb sie aber im Grunde genommen gar nicht notwendig ist, denn das RAW-Format ist in jeder Hinsicht abgesehen von der Dateigröße wesentlich vielseitiger und besser. Kamerainterne Bildverarbeitung Digitalkameras im Highend-Segment bieten meistens mehrere Formate an, um digitale Bilddaten zu speichern. Alle Kameraformate basieren aber letztlich auf den Rohdaten (RAW) des Bildsensors dem CCD- oder CMOS-Sensor und seinen gespeicherten Helligkeitsinformationen. Im Unterschied zu den Rohdaten, die man als RAW-Datei in (fast) unverarbeiteter Form speichert, um sie außerhalb der Kamera und ohne Hilfe der Kamerasoftware zu interpretieren und zu»veredeln«, durchläuft eine JPEG- oder TIFF-Datei umfangreiche kamerainterne Bildverarbeitungsprozesse, auf die man als Anwender nur bedingt (über das Menü) Einfluss hat. Man muss sich also mit den Bildbearbeitungsfunktionen der internen Software zufrieden geben. Die vom Sensor gespeicherten elektrischen (und analogen) Spannungsladungen das eingefangene Licht werden in einem ersten Schritt vom Analog/ Digital-Wandler (A/D-Wandler) in digitale Helligkeitswerte umgesetzt (Quantisierung). Bei einem 12-Bit-Wandler ergeben sich dabei 4096 mögliche Tonwertstufen auf einer Werteskala, bei einem 14-Bit-Wandler wären es bereits mögliche Tonwertstufen pro Farbkanal. Anschließend erfolgt eine Interpolation der Daten, um die»lücken«bzw. die jeweils fehlenden Farbinformationen (bei jedem Pixel) in den einzelnen und somit unvollständigen Farbkanälen zu füllen, so dass sie zusammen einen vollständigen Kanal (RGB) ergeben. Solche Informationslücken entstehen zwangsläufig aus dem in Digitalkameras vorherrschenden Prinzip der Farbwerterfassung (siehe Kapitel 2, Abschnitt»Der Bildsensor«). Gleichzeitig werden auch einige Einstellungen, die man vor dem Fotografieren festgelegt hat, angewendet. Im weiteren Verlauf der kamerainternen»bildentwicklung«folgen nun zahlreiche verschiedene Korrekturschritte, wie beispielsweise Belichtungskorrektur, Gamma-Korrektur, Farbsättigung, Kontrast, Farbraum (Adobe RGB oder srgb), Schärfen, Rauschunterdrü- RAW-DATEN-WORKFLOW 15

7 ckung usw. Alle diese Schritte erfolgen unter Berücksichtigung der festgelegten Kameraeinstellungen in der Kameraelektronik bzw. dem ASIC-Chip oder Image Prozessor und der Kamerasoftware; der Prozess wird als»imaging-prozess«bezeichnet. Zu all diesen Bearbeitungsschritten gehört schließlich auch die Reduktion der Datentiefe von beispielsweise 12 Bit auf 8 Bit pro Kanal. Denn eine Digitalkamera überträgt ihre Bilddaten (mit Ausnahme der RAW- Daten) nur mit einer Datentiefe von 8 Bit pro Kanal (24-Bit RGB) auf das Speichermedium, was letztlich wieder eine Frage des verfügbaren Speicherplatzes ist (siehe Kapitel 3, Abschnitt»Farbtiefe und Dateigröße«). Wird eine JPEG- Datei gespeichert, werden die Daten zusätzlich noch einer Datenkompression unterzogen. Viele Kameraeinstellungen haben also im Moment der Bildaufnahme noch keine Auswirkungen darauf, wie das Bild erfasst wird. Sie wirken sich erst bei der abschließenden Konvertierung oder»entwicklung«in das JPEG- oder TIFF-Format auf die Daten aus. Eine RAW-Datei dagegen enthält die unvollständigen Farbkanäle, wie sie vom Sensor erfasst wurden, sowie die EXIF- Daten mit den Kameraeinstellungen, die man später bei der Bildverarbeitung am Computer nutzen kann. Der große Vorteil gegenüber einer kamerainternen Bildverarbeitung besteht aber darin, dass man sich nachträglich problemlos noch für eine andere Weißbalance, eine andere Schärfe usw. entscheiden kann und keineswegs die voreingestellten Werte bei der Aufnahme verwenden muss. Man hat damit also unglaublich viele Möglichkeiten, das visuelle Ergebnis einer Bilddatei zu beeinflussen. Zudem ist das Speichern bzw. Auslesen einer RAW-Datei die einzige Möglichkeit, eine Bilddatei mit einer höheren Farbtiefe zu erhalten, denn sie hat noch die volle Farbtiefe, die der interne A/D- Wandler ermöglicht. Möchte man die Bildverarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt doch noch der Kameraelektronik überlassen, gibt es auch Digitalkameras, die es ermöglichen, die RAW-Datei nachträglich kameraintern in ein JPEG oder TIFF zu konvertieren. Eine Digitalkamera muss also einen vollständigen RAW-Konverter als Teil der Firmware besitzen das ist fest einprogrammierte Software, die man nicht ohne weiteres ändern kann. Die Firmware kann bei den meisten Digitalkameras mittels Update aktualisiert werden. 16 RAW-DATEN-WORKFLOW