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7.
Sep
2007

HDR [263.857 x gelesen]

Was ist HDR?

markt HDR ist die Kurzform fĂŒr „high dynamic range“, zu Deutsch „hoher Dynamikumfang“ und umschreibt ein Verfahren der digitalen Bildbearbeitung. Mit dieser Technik ist es möglich ein allgemeines Problem der Fotografie zu lösen. Denn anders als reale Tageslichtszenen, welche ein KontrastverhĂ€ltnis von bis zu 100.000:1 besitzen, können herkömmliche Kameras gerade einmal ein VerhĂ€ltnis von 1000:1 darstellen.

Der Wert des KontrastverhĂ€ltnisses gibt Auskunft ĂŒber den relativen Helligkeitsunterschied zwischen Schwarz und Weiß eines Bildes. Je höher ein solcher Wert ist, desto kontrastreicher und somit farben- und wirklichkeitsgetreuer kann das Bild wiedergegeben werden. Das VerhĂ€ltnis resultiert also aus dem Quotient der maximalen und minimal darstellbaren Leuchtdichte. HĂ€ufig findet man solche Angaben auch beim Kauf eines Fernsehers oder TFT’s. Ein guter Plasmabildschirm erreicht heute sogar schon ein KontrastverhĂ€ltnis von 10.000:1. Die nun immer populĂ€r werdenden OLED’s (engl.: organic light-emitting diode) sollen angeblich schon ein VerhĂ€ltnis von ca. 1.000.000:1 schaffen und wĂŒrden demnach sogar der RealitĂ€t weit ĂŒberlegen sein.

Ein Beispiel fĂŒr das Auftreten schlechter KontrastverhĂ€ltnisse ist die Aufnahme einer Person, welche von einer aus dem Hintergrund befindlichen Lichtquelle angestrahlt wird. Im Realem wĂŒrde das menschliche Auge aufgrund seines hohen KontrastverhĂ€ltnisses das Gesicht oder einzelne Details der Person erkennen. Bei einer Fotoaufnahme ist dies jedoch nicht der Fall. Wie oben erwĂ€hnt reduziert die Kamera aufgrund ihres geringen Kontrastbereiches die eigentlichen Lichtinformationen auf bestimmte Werte. Dadurch sind kaum noch einzelne Konturen des Gesichtes zu erkennen bzw. der Hintergrund wird aufgrund der Lichtquelle hĂ€ufig ĂŒberstrahlt dargestellt.Folgend zwei weitere Beispiele fĂŒr niedrige Kontrastwerte:

window window
Beispiel fĂŒr schlechte KontrastverhĂ€ltnisse. Links: Die Strukturen der GebĂ€ude werden auf dunkle FlĂ€chen reduziert. Rechts: Die Welt außerhalb des Fensters ist im Gegensatz zur Inneneinrichtung nicht erkennbar.

Ein HDR Bild hat nun jedoch die Eigenschaft mit einfachen Mitteln ein hohes KontrastverhĂ€ltnis im Bild darzustellen und ermöglicht es der RealitĂ€t so nahe wie möglich zu kommen. Weiterhin lassen sich mit Hilfe dieser Technik reale Motive in einer oft bizarren, ungewöhnlichen, teils kĂŒnstlichen Art darstellen. Dem Fotografen eröffnen sich mit dieser Methode ganz neue Möglichkeiten, was jedoch mit ein wenig Aufwand verbunden ist. Folgendes Tutorial soll daher einen kurzen Einblick in das Thema HDR geben und anhand von Beispielen zeigen wie man mit einfachsten Mitteln zu einem erfolgreichen HDR Bild kommt.

Das Prinzip von HDR!

Um also ein relativ wirklichkeitsgetreues Abbild einer Szenerie zu bekommen, ist es notwendig das Manko der niedrigen KontrastverhĂ€ltnisse von (Digital-) Kameras auszumerzen. Ziel ist es also soviel Information ĂŒber die unterschiedlich auftretenden LichtverhĂ€ltnisse der zu fotografierenden Szenerie festzuhalten. Dazu bedient man sich eines relativ einfachen Tricks. Mit Hilfe einer Belichtungsreihe vom gleichen Motiv können sowohl Zeichnungen einzelner Glanzlichter aber auch detailierte Zeichnungen von Schatten festgehalten werden. Dazu muss das Motiv lediglich bewusst ĂŒberbelichtet (z.B.: Zeichnungen von Schatten werden deutlicher) und unterbelichtet (z.B.: Zeichnungen von Glanz bzw. Leuchtquellen werden deutlicher) werden. ZusĂ€tzlich wird noch ein „normalbelichtes“ Bild als „VerbindungsstĂŒck“ beider Bilder angefertigt. Alle drei Bilder enthalten nun die wichtigsten Informationen der realen Lichtszenerie.

Mit Hilfe von speziellen Bildbearbeitungssoftwares wie „Photoshop“, „Photomatix“ oder „Qtpfsgui“, auf die ich spĂ€ter nĂ€her eingehen möchte, kann nun die Information aller Bilder zu einem Gesamtwerk vereinigt werden. Üblicherweise wird diese resultierende Datei auch als *.hdr bezeichnet.

example
Autor: Dean S. Pemberton, Aufnahmedatum: 2006:02:21; Einstellungen: f8 – 1/40 1/10 1/2 1″ 6″ 25″; 6 Aufnahmeschritte

Dennoch gilt es ein weiteres Problem zu lösen. Denn gĂ€ngige Monitore sind hinsichtlich der Darstellung des Kontrastumfanges anders als in der RealitĂ€t auch nur auf wenige meist ca. 255 Helligkeitswerte beschrĂ€nkt. Monitore die einen hohen Kontrastumfang nicht darstellen können reduzieren ihn bei der Ausgabe daher meist automatisch. Gleiches gilt ĂŒbrigens auch fĂŒr andere Ausgabemedien wie LCD’s oder auch Papier. Demzufolge mĂŒssen die entstandenen HDR-Bilder einer weiteren Behandlung unterzogen werden. Dabei werden die Daten mit Hilfe eines „tone-mapping“ (dt.: Dynamikkompression) Programms auf ein Bereich innerhalb der darstellbaren Werte herunter gerechnet. Es entsteht nun ein Bild, welches der RealitĂ€t im Grunde genommen in nichts nachsteht.


Endresultat mit Tone-mapping, das fertige HDR.

Durch ein wenig Spielerei mit einer solchen Software können aus solchen HDR-Files oft auch kĂŒnstlerich wertvoller Bilder geschaffen werden. Besitz man jedoch das nötige Kleingeld, so wĂŒrde der Schritt des tone-mappings entfallen, denn es gibt auch sogenannte HDR-Displays, die ein weitaus höheres KontrastverhĂ€ltnis (60.000:1) darstellen können als ĂŒbliche AusgabegerĂ€te wie TV oder TFT’s.

Was benötigt man fĂŒr HDR?

FĂŒr die recht einfache Erzeugung benötigt man eigentlich keine komplizierten oder extrem teuren GerĂ€te. Im Grunde genommen reichen folgende Utensilien. Jedoch haben die Profi-Werkzeuge oft kleine Vorteile gegenĂŒber der einfachen Variante:

  Aufnahme Zubehör Software  
Standard digi stativ glu  
  einfache Digital-Kamera mit manueller Lichtwert- (EV) Einstellung, EV-Intervall meist -2.0/+2.0 einfaches Stativ, passt in jede Hosentasche „Qtpfsgui“ (Freeware) HDR Software mit Tone-mapping, nur begrenzte Einstellungsmöglichkeiten  
Profi digi2 stativ2 photoshop photomatix
  Digital-Spiegelreflexkamera mit hohem EV-Intervall (>-3.0/+3.0) und automatischer Belichtungsserie Profi-Stativ mit Fernauslöser, hohe Standfestigkeit und Ausrichtung in alle Richtungen „Photoshop CS3“, Profiwerkzeug fĂŒr jeglich Bildbearbeitung. Erzeugt auch HDR-Files, Vorteil: unbegrenzte Nachbearbeitung der Bilder „Photomatix“ eigenstĂ€ndiges HDR-Programm (Shareware) oder auch als Plugin fĂŒr Photoshop CS3

In diesem Tutorial arbeite ich hauptsĂ€chlich mit „Photoshop CS3“ und einem extra dafĂŒr zu installierende „tone-mapping“ Plugin von „Photomatix“. Es ist aber auch möglich mit dem eigenstĂ€ndigen Programm „Photomatix Pro“, welches kostenpflichtig ist, zu arbeiten.

Alternativ stelle ich hier noch das kostenlose Programm „Qtpfsgui“ vor, welches ebenfalls ohne „Photoshop“ auskommt. Ich persönlich prĂ€feriere die „Photoshop“ Variante, da dieses Programm eh immer auf meinem Rechner installiert ist und weitere wichtige Bildbearbeitungstools besitzt.

Links zum Softwaredownload:
Photoshop CS3, kostenpflichtig oder 30-Tage Testversion www.adobe.com
Photomatix Pro 2.4.1, FreeTrial (standalone) www.hdrsoft.com
Photomatix Tone Mapping Plugin 1.1, FreeTrial www.hdrsoft.com
Qtpfsgui 1.8.9, Freeware www.qtpfsgui.sourceforge.net
 

Grundregeln fĂŒr einen Erfolg

FĂŒr die Erzeugung eines wirklich guten HDR-Bildes mĂŒssen einige Kriterien erfĂŒllt werden. Im Folgenden möchte ich kurz ein paar Hinweise diesbezĂŒglich geben:

Bei der Wahl eines Motives sollte darauf geachtet werden das möglichst wenig bewegliche Elemente vorhanden sind. z.B.: Personen, Autos oder sich durch Wind stark bewegende BÀume oder daher ziehende Wolken.

Das Motiv sollte von Grund auf einen hohen Anteil von unterschiedlichen Licht- und Schattenspielen mit sich bringen z.B. heller Himmel, mit dunklen Wolken, Vordergrund im Schatten oder umgekehrt
 es sind auch Nachtaufnahmen möglich. Dabei sollte der ISO-Wert so niedrig wie möglich gehalten werden um lange Belichtungszeiten zu erzielen.

Die Kamera sollte idealer Weise auf einem Stativ oder wenn nicht möglich auf einem festen Untergrund aufgebracht werden um jegliche Verschiebung wÀhrend der Bilderserie zu minimieren.

Alle Bilder der Bilderserie mĂŒssen also deckungsgleich sein. Ideal wĂ€re dabei ein Fernauslöser welche u.a. bei den etwas teureren Kameras zu finden ist. Trotz der schönen neuen Welt der „Automatik“ empfehle ich möglichst alle Einstellungen an der Kamera manuell durchzufĂŒhren um konstante Werte fĂŒr alle Bilder der Bilderserie zu erhalten. So sollte zumindest der ISO-Wert, Autofokus, Weißabgleich festgelegt und der Blitz ausgeschaltet werden.

Anleitung zum erstellen eigener HDR-Bilder

Vorbereitung: Anfertigen von Bilderserien

Hat man alle Vorkehrungen bzw. Einstellungen wie oben beschrieben getroffen so kann es auch schon losgehen. Im Folgenden wird also eine Bilderserie eines Motives gemacht, welches hauptsĂ€chlich aus 3 Einzelbildern besteht (ein unterbelichtetes, ein normalbelichtetes und ein ĂŒberbelichtetes). 3 Bilder dĂŒrften im Normalfall ausreichend sein. Es können aber auch 5 oder mehr Bilder angefertigt werden. Zuerst wird also ein Bild des Motives geschossen, welches unterbelichtet wird. Dazu stellt man in den Kameraoptionen den Wert „EV“ (engl.: exposure value), zu Deutsch Lichtwert (LW) auf den niedrigsten Wert. Bei einigen Kameras liegt dieser Wert bei -3.0 bei anderen nur bei -2.0. Dieser Wert umschreibt eine Kombination von Blende und Belichtungszeit die zueinander Ă€quivalent sind. Bei richtigen Profi Kameras lassen sie diese Werte unabhĂ€ngig voneinander individuelle einstellen. Ebenfalls als Luxusgut anzusehen sind Profikameras, welche von sich aus eine Belichtungsserie durch einen Knopfdruck erzeugen. Dabei werden automatisch die Belichtungsintervalle durch die Kamera festgelegt. Dennoch wird hĂ€ufig davon abgeraten, da die von der Kamera festgelegten Intervalle oft nicht auf die BelichtungsverhĂ€ltnisse der einzelnen Motive abgestimmt sind.

Nach dem also das erste Bild im Kasten ist, stellt man den EV-Wert auf 0.0, was dem Standard entspricht (normalbelichtet). Vorsicht! Kamera sollte dabei möglichst nicht bewegt werden! Möchte man mehr als 3 Bilder pro Serie erzeugen so mĂŒssen noch Bilder mit weiteren EV- Abstufungen gemacht werden z.B.: -3.0 –> -1.5 –> 0.0 –> +1.5 –> +3.0

Ist auch das zweite Bild im Kasten, erfolgt die letzte Aufnahme, ein ĂŒberbelichtetes mit einem EV-Wert von +3.0 bzw. +2.0. Hier sollte man jedoch zusĂ€tzlich darauf achten, dass das Bild nicht zu sehr ĂŒberbelichtet wird und dabei GegenstĂ€nde zu sehr ĂŒberstrahlt werden. Hier sollte man notfalls auch mit etwas weniger EV von 0 < EV < +3.0 auskommen.

Sind alle Bilder der Bilderserie im Kasten so kann noch einmal in der „Bildvorschau“ das Werk im Schnelldurchlauf betrachten werden um eventuelle Verschiebungen oder Verwackler zu erkennen um gegebenenfalls das „shooting“ zu wiederholen.

Sollte dies nicht der Fall sein so geht es nun an den Rechner fĂŒr die Erzeugung des eigentlichen HDR-Bildes.

Erzeugung einer HDR-Datei am Rechner

FĂŒr die Erzeugung eines HDR-Files aus den Bilderserien gibt es im Internet eine Menge von Software die diese Aufgabe ĂŒbernehmen. Die einen mehr, die anderen weniger gut. Im Folgenden möchte ich anhand zweier Programme kurz die Erzeugung eines solchen HDR-Files beschreiben.

Qtpfsgui (Freeware) Photoshop CS3
Die auf der Kamera befindlichen Bilder einer Serie in einen beliebigen Ordner auf der Festplatte kopieren Die auf der Kamera befindlichen Bilder einer Serie in einen beliebigen Ordner auf der Festplatte kopieren

Qtpfsgui öffnen –> SchaltflĂ€che „Neues HDR“

Photoshop öffnen –> Datei –> Automatisieren –> Zu HDR zusammenfĂŒgen
Im folgenden Fenster die vorher kopierten Bilder hinzufĂŒgen und auf „weiter“ Im folgenden Fenster die vorher kopierten Bilder hinzufĂŒgen
Hier können unterschiedlich Profile (Algorithmen) ausgewĂ€hlt werden wie das zukĂŒnftige HDR zusammengesetzt werden soll. Im Normalfall sollte das Profil 1 ausreichen und zum Erfolg fĂŒhren. Ansonsten muss hier etwas mit den Einstellungen gespielt werden. Ist dies erledigt erneut auf die SchaltflĂ€che „weiter“ Das HDR Bild wird nun erzeugt
Die Bilder werden nun von Photoshop zu einem Bild zusammengefĂŒgt Im weiteren Dialog kann mann nun noch etwas an der Weißpumkteinstellung spielen oder and der Bittiefe bzw. bestimmte Bilder aus der Gesamtkomposition ausschließen. Ich empfehle jedoch alle getroffenen Einstellungen von Photoshop zu ĂŒbernehmen. anschließend mit OK bestĂ€tigen
Das HDR muss nun noch als solches gespeichert werden. Dazu einfach auf die SchaltflĂ€che „HDR speichern unter…“ Jetzt mĂŒssen wir nur noch die Bildkomposition speichern. Dazu gehen wir auf Datei –> Speichern unter –> Hier geben wir einen Dateinamen und den Speicherort fĂŒr die HDR Datei an (gewöhnlich im Ordner der original Einzelbilder). Bei Dateiendung sollte unbedingt das Format *.HDR ausgewĂ€hlt werden um spĂ€ter die Datei auch in andere HDR Programme zu importieren. Sollte anschließend gleich mit dem „Tone-mapping“ Plugin von Photomatix in Photoshop weiter gearbeitet werden, so empfehle ich dennoch die eben erzeugte Datei zu schließen und die gespeicherte HDR Datei neu in Photoshop zu laden. (mir ist nĂ€mlich aufgefallen, dass Photoshop sonst andere Farbwerte des Bildes bei Anwednung des tone-mapping tools verwendet)
   

Feintuning: „Tone-mapping“ – Ein HDR wird geboren

Qtpfsgui Photoshop + Tone-mapping (Photomatix)
Leider bietet „Qtpfsgui“ nicht allzu viele Einstellungen, dennoch kann man zu sehr guten HDR Ergbenissen gelangen. Nachdem man nun das HDR-file erstellt hat kann man direkt mit dem eigentlichen Erstellen eines HDRs‘ fortfahren oder man lĂ€dt sich bereits erstellte *.hdr Dokumente in Qtpfsgui (SchaltflĂ€che „HDR öffnen“)

Als nĂ€chsten Schritt klickt man auf die SchaltflĂ€che „Das HDR farbabbilden“. Hier befindet sich das eigentliche HerzstĂŒck des Porgramms und des zukĂŒnftigen HDR’s.

Das Programm besitzt verschieden Algorithmen (Fattal, Ashikhmin, Durand, Drago, Patanaik, Reinhard’02/ ’04) um das beste aus allen einzelnen Bildern der Serie herauszuholen. Jedoch erzielt meines erachtens „Fattal“ die besten Ergebnisse. Über den „Alpha“ und „Beta“ Regler kann die IntensitĂ€t der HDRs bestimmt werden. Hier muss jeder selber individuell entsprechend seines Motives die richtigen Einstellungen finden.

Ist dies vollpracht so kann man mit einem klick auf „Anwenden“ eine Vorschau des zukĂŒnftigen HDR’s sehen. FĂŒr jede neue Einstellung wird ein neues Fenster erzeugt, welches in der Titelliste nocheinmal die Einzelwerte aufzeigt.

Aus den verschiedenen bereits erzeugten HDR Vorschauen, kann man letztendlich das passende aussuchen um es in einer hohen Auflösung zu erzeugen.

Über die SchaltflĂ€che „Resultat GrĂ¶ĂŸe“ kann das Ausgabeformat bestimmt werden. FĂŒr anfĂ€nglich grobe Einstellungsproben empfehle ich eine geringe Auflösung von ca. 512x 384. Denn je kleiner desto schneller die Vorschau.

Weitere Anpassungen hinsichtlich der Farbstufen können ĂŒber die SchaltflĂ€che „Stufen anpassen“ getroffen werden. Ist die passende Einstellung gefunden kann das Bild direkt ĂŒber die SchaltflĂ€che „Speichern“ als *.jpg gespeichert werden. Der Dateiname enthĂ€lt dabei standardmĂ€ĂŸig nocheinmal alle Grundeinstellungen des jeweiligen Algorithmuses.

Im Gegensatz zu „Qtpfsgui“ bietet das Photomatix-Plugin fĂŒr Photoshop die meisten Einstellmöglichkeiten zur Erzeugung von guten HDR’s. Leider ist dieses Programm nur kostenpflichtig oder als Testverison erhĂ€ltlich. Das eigenstĂ€ndige gleichnamige Programm „Photomatix Pro“ bietet die gleichen Einstellungen wie das Plugin und ist Ă€hnlich aufgebaut.Hat man es installiert so lĂ€dt man die vorher erzeugte HDR-Datei in Photoshop. Über das MenĂŒ „Filter“ –> „Photomatix“ –> „Tone Mapping“ gelangt man nun zu den eigentlichen Einstellungen fĂŒr die Erzeugung eines HDR’s.
Wie man auf den ersten Blick sieht gibt es eine Menge an Schieberegler die es gilt auszuprobieren. Eine feste Vorgabe fĂŒr ein perfektes HDR kann man leider nicht geben. Je nachdem ob das zukĂŒnfitge Bild eher realistisch oder mehr kĂŒnstlich aussehen soll, erhöht man die „strenght“ und die „color saturation“.

FĂŒr Nachtaufnahmen empfiehlt es sich „micro smoothing“ so hoch wie möglich zu stellen um rauschen im „dunklem“ Himmel zu reduzieren. Niedrige „light smoothing“ Werte neigen eher dazu das Bild zu verkĂŒnstilchen, dennoch kommen auch dadurch manchmal sehr schöne Effekte zu stande.

Seine Lieblingseinstellungen kann man auch als *.xml Datei speichern oder andere Einstellung laden.

Sind alle Einstellungen getroffen und man ist mit der Vorschau zufrieden, so wird durch ein klick auf „Ok“ das eigentliche HDR Bild erzeugt.

Nun kann man die Datei speichern. Da das erzeugte Bild jedoch noch in einem 32-bit Modus vorliegt stehen nur Imagdateien hoher QualitĂ€t (*.tif; *.tiff; *.psd) als Speichermöglichkeit zu VerfĂŒgung.

Möchte man das Bild jedoch auch als *jpeg oder *.bmp speichern so stellt man unter MenĂŒ „Bild“ –> „Modus“ auf 8-bit-Kanal. Wobei man bei der Umstellung zusĂ€tzlich noch „Belichtung“ und „Gamma“ einstellen kann.

Ich empfehle jedoch die Standardwerte beizubehalten. Nun kann man das Bild durch „speichern unter“ als beliebige Bilddatei speichern.

 

Beispiele: HDR’s aus Bilderserien

Folgend hab ich ein paar HDR Bilder und deren Einzelbilder zusammengestellt. Dies soll nur einen ungefĂ€hren Eindruck vermitteln was mit HDR möglich ist. Eine Vielzahl von HDR Bildern findet man direkt ĂŒber die Google-Bildersuche oder ĂŒber den Bilderservice Flickr (Suchbegriff HDR). In Zukunft versuche ich diese Gallery weiter mit eigenen Motiven zu erweitern. Habt ihr auch gute HDR’s, so könnt ihr sie mir gerne schicken, ich werde die Besten mit in diese Gallery aufnehmen.

Einzelbilder

HDR Komposition

Ort: Berlin, Wedding Hinterhof Datum: 22.06.2007 Fotograf: Martin P. Kamera: Casio EX-S770 Einstellungen: F/4,8; 1/640 sek.; 3 Aufnahmen EV -2.0 – +2.0  
Ort: Dresden, MĂŒnzgasse Datum: 06.01.2007 Fotograf: Sven M.. Kamera: DMC-FZ20 Einstellungen: F/2,8; 0,77 sek.; 3 Aufnahmen  
Ort: Dresden, Stadttot, FĂŒrstenzug Datum: 06.01.2007 Fotograf: Sven M. Kamera: DMC-FZ20 Einstellungen: F/2,8; 2 sek.; 3 Aufnahmen  
Ort: Dresden, BrĂŒhlsche Terrasse Datum: 06.01.2007 Fotograf: Sven M. Kamera: DMC-FZ20 Einstellungen: F/2,8; 4 sek.; 3 Aufnahmen  
Ort: Pohrsdorf, NĂ€he Dresden Datum: 16.06.2007 Fotograf: Martin P. Kamera: Casio EX-S770 Einstellungen: F/4,3; 1/800 sek.; 3 Aufnahmen EV -2.0 – +2.0  

Kategorie: Fotografie