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1 Digitalfotografie von Eberhard Gronau Das Histogramm Version 1.0 Unser gute Freund, das Histogramm Die Sensoren heutiger Digitalkameras haben meist einen mässigen Dynamikumfang. Das heißt, dass die Bildsensoren bei hohen Kontrasten oft überfordert sind. Ihre lineare Funktionsweise führt dazu, dass wir unsere Belichtungstechnik umstellen müssen. Das Histogramm der Kamera gibt uns wichtige Hinweise auf die korrekte Belichtung unserer Fotos. Es ist ein sonniger Tag. Am blauen Himmel stehen kräftige weiße Wolken. Ein prima Fotowetter, wie geschaffen, um die neue Digitalkamera auszuprobieren. Bei so einem Licht kann ja gar nichts schief gehen. Denkste. Der Sensor der Kamera ist vom Kontrast der Szenerie überfordert. Und wir müssen uns entscheiden, was wichtiger ist: die Person im Vordergrund oder der imposante Himmel. Stimmen wir unsere Belichtung auf den Vordergrund ab, wird der Himmel zu hell wiedergegeben, er wird nahezu weiß. Belichten wir auf den Himmel, wird der Vordergrund im Bild viel zu dunkel; die Personen verschwinden in den Schatten. Wer schon öfter in der digitalen Dunkelkammer war, sprich mit einem Bildbearbeitungsprogramm versucht hat, solche Fotos zu retten, weiss, dass das gar nicht so einfach, manchmal sogar unmöglich ist. Doch unser guter Freund ist nicht weit. Der LCD-Bildschirm der Digitalkamera kann uns bei der Aufnahme helfen, Belichtungsfehler zu vermeiden. Damit meine ich nicht das dunkle, unscharfe Bild, welches das gerade gemachte Bild im Sonnenlicht mehr verbirgt als offenbart. Ich meine die Funkion des Histogramms, das inzwischen viele Kameras auf dem Display anzeigen. Das Histogramm gibt uns die Möglichkeit, unser Foto unmittelbar nach der Aufnahme zu beurteilen. Es zeigt an, ob ein Bild korrekt bz. unter- oder überbelichtet ist. Zunächst ist es ungewohnt, das Bild als Verteilungskurve von Helligkeitswerten zu betrachten. Doch das Histogramm tut genau das: es zeigt die Verteilung und Häufigkeit der Helligkeitswerte (oder Graustufen) von 0 (schwarz) bis 255 (weiß) im Bild. Warum ausgerechnet 255? Wir haben es mit binären Systemen zu tun. Im einfachsten Computersystem beschreiben zwei Bit, ein Pixel auf dem Bildschirm: null oder 1, Strom oder nicht Strom zeichnet das Pixel schwarz oder weiss. Mit zwei Bit könnten wir nur Strichzeichnungen aufzeichnen: Ein Punkt ist entweder Schwarz oder Weiß. Bei einer digitalen Kamera (im Modus jpg) wird ein Bildpunkt von 8 Bit beschrieben. Das bedeutet 2 hoch 8 oder 256 mögliche Grauabstufungen. Im Raw-Format sind sogar 10 oder 12 Bit möglich, was 1024 oder 4096 Graustufen entspricht und eine noch feinere Wiedergabe er- 1!!

2 möglicht. Angezeigt werden im Histogramm aber immer nur 256 Graustufen, da diese Darstellung einfacher zu handhaben ist. Im Histogramm sehen wir links die dunklen Bereiche dargestellt, rechts die Lichter. Es handelt sich hierbei um ein reines Luminanzhistogramm. D.h. die Werte der einzelnen Farbkanäle Rot, Grün und blau werden zusammengefasst und als Helligkeitswert angezeigt. Einige wenige und teure Kameras zeigen inzwischen Histogramme der einzelnen Farbkanäle an, was es einfacher macht, problematische Farben einzugrenzen. Wozu braucht man das Histogramm? Das Post-Aufnahme Histogramm Die meisten Kameras erlauben es, das Histogramm gleich nach der Aufnahme im Bild zu betrachten. Hier ist ein Beispiel der Nikon D1X: Das Histogramm zeigt hier ganz deutlich, dass noch Belichtungsspielraum vorhanden ist. Ich würde eine zweite Aufnahme mit einer Belichtungskorrektor von 0,7 Blenden vornehmen, um die Kurve weiter nach rechts zu verschieben. Dieses Post-Histogramm hilft nur weiter, wenn man die Aufnahme oder eine ähnliche sofort wiederholen kann. Dies ist nicht der Fall bei Action, Sport, Tieren oder anderen bewegten Motiven. Wir überprüfen das Histogramm ständig. Wenn die Belichtung stimmt, und sich die Lichtverhältnisse nicht verändern, kontrollieren wie das Histogramm nur ab und an. Die exakte Belichtung ist der Schlüssel zu hochwertigen Bildern und zu einem schnellen Workflow. Sind die Bilder der Kamera schon richtig belichtet, muss später am Rechner weniger Zeit aufgewendet werden. Generell ist eine Überbelichtung problematischer als die Unterbelichtung: Wenn ein Bild überbelichtet wird, wird in den Sensoren des Chips zu viel Spannung gemessen. Es kommt zum Überfließen dieser überschüssigen Spannung, dem sogenannten Blooming, auf andere benachbarte Sensoren. Das bedeutet nicht nur, dass in relativ großen Bereichen des Bildes keine Information enthalten ist sondern auch, dass hässliche Farbsäume entstehen. Dort, wo keine Informationen vorhanden sind, können wir während der Bildbearbeitung nichts verbessern. Wir könnten lediglich zu Montagetechniken greifen. Eine Unterbelichtung hat mehrere Effekte. Die Lichter werden richtig oder zumindest so wiedergegeben, dass wir sie bearbeiten können. Allerdings ist das Grundrauschen des Chips in den Schattenbereichen stärker vorhanden. Bearbeiten wir ein unterbelichtetes Bild, kann es passieren, dass wir dieses Rauschen auf die Mittenbereiche des Bildes ausdehnen. Trotzdem tendieren einige Fotografen zur Unterbelichtung ihrer Fotos, aus Furcht, das Bild in den Lichtern zu beschneiden. Doch das ist der falsche Weg. So verschenkt man genau den Aufnahmebereich der Kamera, der die meisten Informationen aufnehmen kann: die Lichter. Der Grund ist einfach. Heutige digitale Kameras arbeiten linear. Das heißt, dass von den 256 möglichen Graustufen die Hälfte, also 128 für den Bereich ganz rechts im Histogramm, für die Lichter zuständig ist. 64 Grauwerte kann die Kamera in der nächsten Stufe aufnehmen, 32 im übernächsten. Bleiben für die Schatten nur 16 Graustufen übrig! Wenn man in der Bildbearbeitung dann die Schatten hochzieht (aufhellt), verstärkt man mehr das Rauschen als Bilddetails zu verdeutlichen. 2!!

3 Was ist nun ein gutes Histogramm? Das ist nicht einfach zu beantworten. Jedes Motiv ergibt eine andere Verteilung der Information. Beispielsweise wird ein weißer Eisbär im Schnee ein Histogramm erzeugen, das die schlimmsten Befürchtungen weckt. Doch das Bild wird gut aussehen. Es gibt aber typische Histogramme deren Darstellung wir uns merken sollten. Schauen wir uns einige Histogramme an: Histogramm 1: starke Überbelichtung Gesamteindruck des Fotos, würde ich die Aufnahme wiederholen. Histogram 3: Das Bild ist deutlich unterbelichtet. Die Zeichung in den Schatten ist verloren gegangen. Das ist nicht das einzige Problem, denn digitale Kameras erzeugen in den dunklen Partien mehr Rauschen als in anderen. Die Korrektur des Bildes würde das Rauschen auch auf die Mitten ausdehen. Das Bild ist nur im Notfall zu gebrauchen. Die Lichter, sichtbar auf der rechten Seite des Histogramms, sind fast komplett ins Weiß gestoßen. Dieses Foto wäre ein Kandidat für den Mülleimer. Sicher kann man das Bild mit einigen Bildbearbeitungstechniken retten, doch wird es kein brillantes Bild ergeben. Histogramm 2: Das Histogramm zeigt eine potentielle Überbelichtung. Hier ist nur ein kleiner Anstieg in den Lichtern festzustellen und es hängt vom Bild ab, ob das ein Problem darstellt oder nicht. Wenn dieser Anstieg reines Weiss repräsentiert, kann das Bild in Ordnung sein. Wenn nicht, deutet der steile Anstieg auf gesättigte Farben hin, die Probleme machen können. In diesem Fall, würde ich mir im Display der Kamera auch die überbelichteten Partien im Bild anzeigen lassen. Sind diese wichtig für den Histogramm 4: Ein optimales Histogramm. Eine gute Belichtung, die Lichter sind in Ordnung und es wurde an keinem Ende der Kurve etwas abgeschnitten. Wir haben zwar ein wenig Dynamik verloren, weil wir links und rechts der Kurve keine Informationen haben, aber das kann bei der Bildbearbeitung behoben werden. Histogramme wie dieses sind anzustreben. Prinzipiell sollte man das Histogramm so weit wie möglich nach rechts rücken, ohne die Lichter ins Weiss schiessen zu lassen. Damit vermeidet man, das Bildrauschen des Chips zu verstärken. Die Regel Belichte nach Rechts Bis hier haben wir gelernt, dass das optimale Histogramm keine Überbelichtung anzeigen sollte, da sonst Zeichnung in den Lichtern verloren geht. keine Unterbelichtung anzeigen sollte, da sonst Schattendetails verloren gehen und das digitale Rauschen zunimmt. 3!!

4 Infolgedessen zeigt sich die perfekte digitale Belichtung im Histogramm als weit nach rechts gerückte Kurve, ohne dass diese die Lichter beschneidet. Im wirklichen Leben ist das nicht ohne Hilfsmittel zu bewerkstelligen. Polfilter, neutrale Grauverlaufsfilter oder ein Aufhellblitz helfen, den Kontrast zu reduzieren. Leider hat die allgemeine Form des Histogramms keine Bedeutung, da sie den tonalen Spielraum der fotografierten Szenerie kaum wiedergibt. In der Praxis ist es oft ratsam, das Bild leicht unterzubelichten, anstatt die Lichter abzuschneiden. Anmerkung 1: Nicht jede Kamera zeigt das reine unverfälschte Histogramm. Manche Kameras zeigen aus Vorsichtsgründen bereits ein Abschneiden der Lichter an, wenn diese noch wiedergegeben werden können! Andere schneiden die Daten wirklich ab wie angezeigt. Was die eigene Kamera tut, muss man selbst herausfinden. Anmerkung 2: Sogar das Histogramm in der RAW-Konvertierungssoftware kann sich von dem der Kamera unterscheiden. Der Grund dafür ist, dass die Software den EV O Wert unterschiedlich von der Kamera interpretiert. Auch die einzelnen Raw-Converter interpretieren den EV 0 Wert unterschiedlich. Farb-Kanal Clipping Wir haben erwähnt, daß die meisten Kamerahistogramme die Graustufen anzeigen. Doch da wir Farbbilder erzeugen, haben wir Histogramme aller drei RGB Kanäle. Auch wenn es im Luminanzhistogramm nicht sichtbar wird, können in einem oder zwei Farbkanälen die Lichter beschnitten werden. Das Histogramm im Adobe Raw Converter 2.4 zeigt deutlich die Problematik im Blaukanal. Da das Histogramm der Kamera den Durchschnitt aller drei Farbkanäle verwendet (meist wird ein so genanntes Luminanzhistogramm angezeigt, in dem die grünen Werte höher bewertet werden als die roten und blauen Werte), wurde die Überbelichtung im Blaukanal nicht angezeigt. Hier wäre es hilfreich, ein Histogramm für alle drei Kanäle zu haben ( Fuji S2 und S3, Canon 1D Mark II verfügen z.b. über eine solche Anzeige) wie unten zu sehen. 4!!

5 Mehr Informationen zum Thema finden Sie auf der Website: Darstellung des Histogramms der Canon 1D Mark II. Blaue, orange und gelbe Blumen sind gute Kandidaten für gesättigte Farben. Ebenso führen Stoffe aus Kunstfaser zu Problemen. In diesen Fällen ist es meist sicherer, nicht den gesamten Spielraum des Chips auszunutzen und konservativer zu belichten. Workshops zum Thema digitale Fotografie finden Sie unter: 2005, Eberhard Gronau. Alle Rechte vorbehalten. Das Prä-Aufnahme Histogramm Ideal wäre ein Histogramm, das vor der Aufnahme und anstelle des Belichtungsmessers angezeigt wird. Die digitalen Sucherkameras Konica Minolta DiMage, Sony F828 und Olympus 8080 können das zum Beispiel. Digitale Sucherkameras haben einen elektronischen Verschluss, der ständig geöffnet ist. Deshalb können sie nicht nur ein Histogramm vor der Aufnahme anzeigen, sondern auch kurze Filme aufnehmen. Die Integration von Prä-Aufnahme Histogrammen in digitale Spiegelreflexkameras ist schwieriger. Hier ist der Sensor hinter dem Spiegel versteckt. Eine Lösung könnten teildurchlässige Spiegel sein, wie sie seit längerem schon in analogen Spiegelreflexkameras Verwendung finden. Die Anzeige des Histogramms bereits vor der Aufnahme wäre ein wünschenswertes Feature künftiger Generationen digitaler Spiegelreflexkameras. Und auch in analogen Spiegelreflexkameras wäre die Einblendung eines Histogramms denkbar. Hier müßte allerdings die DX- Codierung des Films Informationen über das verwendete Filmmaterial und sein Reflexionsverhalten weiterleiten, damit das Histogramm verlässlich ist. 5!!

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