Hintergrund: HDR-Bilder (High Dynamic Range)
- warum 16.777.216 Farben eigentlich zu wenig sind
Was bedeutet Dynamikumfang bei Bildern?
Der Dynamikumfang (Dynamic Range) eines Bildes ist das Verhältnis des Tonwerts
des dunkelsten Bildpunktes zum Tonwert des hellsten Bildpunktes.
Für die technische Qualität des Bildes ist weiterhin wichtig,
wieviele Zwischenwerte sich zwischen diesen beiden Extremen darstellen lassen.
Fotografen stellen den Dynamikumfang üblicherweise nicht als Quotienten dar (z. B. 1:4000),
sondern in Lichtwert-Einheiten (LW). Der Lichtwert ist ein Maß für die auf den
Bildsensor fallende Lichtmenge, abhängig von der Verschlusszeit und dem Blendenwert der Kamera.
Es ist ein logarithmischer Wert. Eine Verdoppelung der Lichtmenge erhöht den LW um eins.
Ein Dynamikumfang von 1:4000 entspricht ca. 12 LW.
Ein paar Richtwerte für den Dynamikumfang:
| Papierbild matt | 5 - 6 LW |
| Papierbild glänzend | 7 - 8 LW |
| Farbnegativ-Film | 8 - 10 LW |
| Diafilm | 6 - 9 LW |
| Digitalkamera-Sensor | 7 - 11 LW |
| LCD-Bildschirm | 10 - 18 LW |
| Tageslicht mit Sonnenschein | 15 LW |
| Menschliches Auge, sofort sichtbar | 10 LW |
| Menschliches Auge, nach Gewöhnung (Adaptation) | 20 LW |
| Definition HDR | > 10 LW |
Grafik-Speicherformate
Die Helligkeitswerte von Bildern werden üblicherweise als Ganzzahlen (Integer)
unterschiedlicher Größe gespeichert.
Beispiele:
| Schwarzweiß | 1 Bit pro Pixel |
| Graustufen | 8 Bits pro Pixel |
| Palettenfarben | 1 bis 8 Bits pro Pixel, mit Farbtabelle |
| RGB 5/6 | 5 oder 6 Bits pro Farbkanal, 16 Bits pro Pixel |
| RGB 8 | 8 Bits pro Farbkanal, also 24 Bits pro Pixel |
| RGBA 8 | 8 Bits pro Farbkanal + Alpha, also 32 Bits pro Pixel |
| RGB 16 | 16 Bits pro Farbkanal, also 48 Bits pro Pixel |
Das heute am weitesten verbreitete Format für Fotos ist RGB 8.
Die gespeicherten Werte sind als logarithmische Werte zu interpretieren,
die über den sog. Gamma-Wert (z. B. 2.2) in ihre physikalische Leuchtdichte überführt werden können.
Im Unterschied zu den oben genannten Formaten setzt HDR für die Speicherung auf Fließkommazahlen.
Auf diese Weise kann ein erheblich größerer Dynamikumfang mit einer feineren Abstufung
kombiniert werden. Bei geschickter Definition erhöht sich der Speicherbedarf nicht wesentlich.
HDR-Speicherformate sind - anders als die heutigen Raw-Formate der Kameras -
Hersteller-unabhängig.
HDR könnte längerfristig im Bereich der professionellen Bildverarbeitung
die 16-Bit-Integer-Formate ablösen!
Herstellen von HDR-Bildern
HDR-Bilder lassen sich - bis zu einem gewissen Dynamikumfang - aus Kamera-Raw-Daten erstellen.
Bei höherwertigen Kameras gibt es einen klaren Trend hin zu Bildsensoren mit höherem Dynamikumfang.
Für richtig großen Dynamikumfang lassen sich mit spezieller Software
HDR-Bilder durch Überblenden mehrerer unterschiedlich belichteter Einzelbilder erstellen
(Exposure Blending).
Was ist der praktische Nutzen?
HDR-Bilder lassen sich auch in Zukunft nur in wenigen Fällen direkt darstellen -
z. B. auf HDR-tauglichen Bildschirmen oder mittels eines HDR-tauglichen Viewers (s. u.).
Betrachet man solche Bilder aber als Rohmaterial,
erschließen sich weitere interessante Anwendungsbereiche:
- Herstellung von sog. Environment Maps. Das sind sphärische oder kubische Panoramabilder,
die als Hintergrundbilder für 3D-Rendering eingesetzt werden;
beispielsweise für Filmproduktionen, Werbegrafik oder Computerspiele.
- Herstellung künstlerischer Bilder, die Details aus weit auseinander liegenden
Helligkeitsbereichen enthalten. Dazu werden sog. Tonemapping-Verfahren eingesetzt.
