Was ist HDR?

HDR ist die Kurzform für “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 Kontrastverhältnis von bis zu 100.000:1 besitzen, können herkömmliche Kameras gerade einmal ein Verhältnis von 1000:1 darstellen.

Der Wert des Kontrastverhältnisses gibt Auskunft über 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 Verhältnis resultiert also aus dem Quotient der maximalen und minimal darstellbaren Leuchtdichte. Häufig findet man solche Angaben auch beim Kauf eines Fernsehers oder TFT’s. Ein guter Plasmabildschirm erreicht heute sogar schon ein Kontrastverhältnis von 10.000:1. Die nun immer populär werdenden OLED’s (engl.: organic light-emitting diode) sollen angeblich schon ein Verhältnis von ca. 1.000.000:1 schaffen und würden demnach sogar der Realität weit überlegen sein.

Ein Beispiel für das Auftreten schlechter Kontrastverhältnisse ist die Aufnahme einer Person, welche von einer aus dem Hintergrund befindlichen Lichtquelle angestrahlt wird. Im Realem würde das menschliche Auge aufgrund seines hohen Kontrastverhältnisses das Gesicht oder einzelne Details der Person erkennen. Bei einer Fotoaufnahme ist dies jedoch nicht der Fall. Wie oben erwähnt 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 häufig überstrahlt dargestellt.Folgend zwei weitere Beispiele für niedrige Kontrastwerte:

Beispiel für schlechte Kontrastverhältnisse. Links: Die Strukturen der Gebäude werden auf dunkle Flächen 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 Kontrastverhältnis im Bild darzustellen und ermöglicht es der Realität so nahe wie möglich zu kommen. Weiterhin lassen sich mit Hilfe dieser Technik reale Motive in einer oft bizarren, ungewöhnlichen, teils künstlichen 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 Kontrastverhältnisse von (Digital-) Kameras auszumerzen. Ziel ist es also soviel Information über die unterschiedlich auftretenden Lichtverhältnisse 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 überbelichtet (z.B.: Zeichnungen von Schatten werden deutlicher) und unterbelichtet (z.B.: Zeichnungen von Glanz bzw. Leuchtquellen werden deutlicher) werden. Zusätzlich wird noch ein „normalbelichtes“ Bild als „Verbindungsstück“ 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 später näher eingehen möchte, kann nun die Information aller Bilder zu einem Gesamtwerk vereinigt werden. Üblicherweise wird diese resultierende Datei auch als *.hdr bezeichnet.

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 gängige Monitore sind hinsichtlich der Darstellung des Kontrastumfanges anders als in der Realität auch nur auf wenige meist ca. 255 Helligkeitswerte beschränkt. Monitore die einen hohen Kontrastumfang nicht darstellen können reduzieren ihn bei der Ausgabe daher meist automatisch. Gleiches gilt übrigens auch für andere Ausgabemedien wie LCD’s oder auch Papier. Demzufolge müssen 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 Realität 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 künstlerich wertvoller Bilder geschaffen werden. Besitz man jedoch das nötige Kleingeld, so würde der Schritt des tone-mappings entfallen, denn es gibt auch sogenannte HDR-Displays, die ein weitaus höheres Kontrastverhältnis (60.000:1) darstellen können als übliche Ausgabegeräte wie TV oder TFT’s.

Was benötigt man für HDR?

Für die recht einfache Erzeugung benötigt man eigentlich keine komplizierten oder extrem teuren Geräte. Im Grunde genommen reichen folgende Utensilien. Jedoch haben die Profi-Werkzeuge oft kleine Vorteile gegenüber der einfachen Variante:

	Aufnahme	Zubehör	Software
Standard
	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
	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 für jeglich Bildbearbeitung. Erzeugt auch HDR-Files, Vorteil: unbegrenzte Nachbearbeitung der Bilder	“Photomatix” eigenständiges HDR-Programm (Shareware) oder auch als Plugin für Photoshop CS3

In diesem Tutorial arbeite ich hauptsächlich mit „Photoshop CS3“ und einem extra dafür zu installierende “tone-mapping” Plugin von “Photomatix”. Es ist aber auch möglich mit dem eigenständigen 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 präferiere 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 für einen Erfolg

Für die Erzeugung eines wirklich guten HDR-Bildes müssen einige Kriterien erfüllt werden. Im Folgenden möchte ich kurz ein paar Hinweise diesbezüglich 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 Bäume 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 während der Bilderserie zu minimieren.

Alle Bilder der Bilderserie müssen also deckungsgleich sein. Ideal wäre 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 durchzuführen um konstante Werte für 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 hauptsächlich aus 3 Einzelbildern besteht (ein unterbelichtetes, ein normalbelichtetes und ein überbelichtetes). 3 Bilder dürften 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 äquivalent sind. Bei richtigen Profi Kameras lassen sie diese Werte unabhängig 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 häufig davon abgeraten, da die von der Kamera festgelegten Intervalle oft nicht auf die Belichtungsverhältnisse 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 müssen 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 überbelichtetes mit einem EV-Wert von +3.0 bzw. +2.0. Hier sollte man jedoch zusätzlich darauf achten, dass das Bild nicht zu sehr überbelichtet wird und dabei Gegenstände zu sehr überstrahlt 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 für die Erzeugung des eigentlichen HDR-Bildes.

Erzeugung einer HDR-Datei am Rechner

Für die Erzeugung eines HDR-Files aus den Bilderserien gibt es im Internet eine Menge von Software die diese Aufgabe übernehmen. 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 –> Schaltfläche “Neues HDR”	Photoshop öffnen –> Datei –> Automatisieren –> Zu HDR zusammenfügen
Im folgenden Fenster die vorher kopierten Bilder hinzufügen und auf “weiter”	Im folgenden Fenster die vorher kopierten Bilder hinzufügen
Hier können unterschiedlich Profile (Algorithmen) ausgewählt werden wie das zukünftige HDR zusammengesetzt werden soll. Im Normalfall sollte das Profil 1 ausreichen und zum Erfolg führen. Ansonsten muss hier etwas mit den Einstellungen gespielt werden. Ist dies erledigt erneut auf die Schaltfläche “weiter” Das HDR Bild wird nun erzeugt	Die Bilder werden nun von Photoshop zu einem Bild zusammengefügt 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 übernehmen. anschließend mit OK bestätigen
Das HDR muss nun noch als solches gespeichert werden. Dazu einfach auf die Schaltfläche “HDR speichern unter…”	Jetzt müssen wir nur noch die Bildkomposition speichern. Dazu gehen wir auf Datei –> Speichern unter –> Hier geben wir einen Dateinamen und den Speicherort für die HDR Datei an (gewöhnlich im Ordner der original Einzelbilder). Bei Dateiendung sollte unbedingt das Format *.HDR ausgewählt werden um später 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 nämlich 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 lädt sich bereits erstellte *.hdr Dokumente in Qtpfsgui (Schaltfläche “HDR öffnen”) Als nächsten Schritt klickt man auf die Schaltfläche “Das HDR farbabbilden”. Hier befindet sich das eigentliche Herzstück des Porgramms und des zukünftigen 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 Intensität 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 zukünftigen HDR’s sehen. Für 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 Schaltfläche “Resultat Größe” kann das Ausgabeformat bestimmt werden. Für anfänglich grobe Einstellungsproben empfehle ich eine geringe Auflösung von ca. 512x 384. Denn je kleiner desto schneller die Vorschau. Weitere Anpassungen hinsichtlich der Farbstufen können über die Schaltfläche “Stufen anpassen” getroffen werden. Ist die passende Einstellung gefunden kann das Bild direkt über die Schaltfläche “Speichern” als *.jpg gespeichert werden. Der Dateiname enthält dabei standardmäßig nocheinmal alle Grundeinstellungen des jeweiligen Algorithmuses.	Im Gegensatz zu “Qtpfsgui” bietet das Photomatix-Plugin für Photoshop die meisten Einstellmöglichkeiten zur Erzeugung von guten HDR’s. Leider ist dieses Programm nur kostenpflichtig oder als Testverison erhältlich. Das eigenständige gleichnamige Programm “Photomatix Pro” bietet die gleichen Einstellungen wie das Plugin und ist ähnlich aufgebaut.Hat man es installiert so lädt man die vorher erzeugte HDR-Datei in Photoshop. Über das Menü “Filter” –> “Photomatix” –> “Tone Mapping” gelangt man nun zu den eigentlichen Einstellungen für 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 für ein perfektes HDR kann man leider nicht geben. Je nachdem ob das zukünfitge Bild eher realistisch oder mehr künstlich aussehen soll, erhöht man die “strenght” und die “color saturation”. Für 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 verkünstilchen, 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 Qualität (*.tif; *.tiff; *.psd) als Speichermöglichkeit zu Verfügung. Möchte man das Bild jedoch auch als *jpeg oder *.bmp speichern so stellt man unter Menü “Bild” –> “Modus” auf 8-bit-Kanal. Wobei man bei der Umstellung zusätzlich 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 ungefähren Eindruck vermitteln was mit HDR möglich ist. Eine Vielzahl von HDR Bildern findet man direkt über die Google-Bildersuche oder über 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, Münzgasse Datum: 06.01.2007 Fotograf: Sven M.. Kamera: DMC-FZ20 Einstellungen: F/2,8; 0,77 sek.; 3 Aufnahmen
Ort: Dresden, Stadttot, Fürstenzug Datum: 06.01.2007 Fotograf: Sven M. Kamera: DMC-FZ20 Einstellungen: F/2,8; 2 sek.; 3 Aufnahmen
Ort: Dresden, Brühlsche Terrasse Datum: 06.01.2007 Fotograf: Sven M. Kamera: DMC-FZ20 Einstellungen: F/2,8; 4 sek.; 3 Aufnahmen
Ort: Pohrsdorf, Nähe 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