Rauschfreie Fotos durch Stacking/Stapeln

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In Zusammenarbeit mit SIGMA
Jeder hat das Bestreben, dass Fotos die bestmögliche Qualität haben und wird versuchen die Einstellungen schon vor der Aufnahme zu optimieren. Nun gibt es aber Situationen, in denen es besser ist, ein Foto unter schlechten Bedingungen zu machen, als keines. Deshalb geben wir immer die Empfehlung, die Kamera, wenn sie nicht in Gebrauch ist, in einen Automatikmodus zu stellen, die spontane Aufnahmen ermöglicht. Auto-ISO, Autofokus für bewegte Ziele, automatischer Weißabgleich, Speicherformat auf RAW+JPG in maximaler Qualität und natürlich den Modus Programmautomatik aktivieren. Warum? Falls spontan ein UFO landet und Ihr die einzigen seid, die eine Kamera dabei haben – wer denkt in solchen Momenten an die richtigen Einstellungen?

Soviel Scherz steckt gar nicht in diesem Gedanken. Allzu oft ist es mir persönlich passiert, dass ich die Kamera aus einem Shooting nicht zurückgesetzt habe und ich dann etwas schnell „knipsen“ musste, ohne die großen Fünf der Fotografie zu überprüfen (Zeit, Blende, ISO, Schärfe, Speicherformat). Hat man mit ISO-Automatik fotografiert, kommt es oft zu hohem Rauschen, da eine feste Zeit wie 1/125 Sekunden und ein lichtschwaches Zoomobjektiv zu hohen ISO-Werten führen. Wie geht man mit dem daraus resultierenden starken Signalrauschen um?

Was ist Rauschen

Durch die Änderung des ISO-Wertes der Kamera ändert sich die Lichtempfindlichkeit des Sensors nicht, vielmehr verändert sich die Signalverstärkung. Leider wird neben dem gewünschten Signal auch das vorhandene Rauschen des Sensors verstärkt.

Neben der eingestellten Verstärkung des Bildsignals aufgrund der eingestellten ISO-Werte, ist das Rauschen elementar von der Umgebungstemperatur abhängig. Insbesondere der durch Wärme hervorgerufene Dunkelstrom verdoppelt sich etwa alle 7 °C. Auch bei Langzeitbelichtungen, vielen Reihenaufnahmen in schneller Folge oder langer Aktivierung der Livebild-Funktion kann die Sensorerwärmung das Rauschen negativ beeinflussen und verstärken. Diese Effekte sind aber im Vergleich zu dem Verstärkungsrauschen relativ klein.

Herkömmliche Rauschreduzierung

Da das Rauschen von Foto zu Foto variiert, machen heutige Kameras einfach ein zusätzliches Foto ohne Licht.  Sie machen einen Dunkelabzug des Sensors. Danach verrechnen sie den Dunkelabzug und das eigentliche Bild und eliminieren damit das sogenannte Dunkelrauschen fast gänzlich.

Durch Software-Lösungen kann man das restlichen Rauschen gut reduzieren. Hier werden aber statistische Verfahren genutzt, die die umgebenen Pixel mit betrachten. Das Verfahren des Stacken/Stapeln hat hier Vorteile. Höhere Detailschärfe und nicht durchgeweichte Flächen.

Rauschreduzierung durch Stacking / Stapeln

Ein Trick um Rauschen zu verringern besteht darin, das Rauschen nicht orts- und stärkenkonstant ist. Wenn also ein Signalfehler, und nichts anderes ist Rauschen, bei ein und dem selben Pixel bei verschiedenen Auslösungen immer unterschiedlich auftritt, könnte man ja durch das exakte Stapeln vieler Fotos den Durchschnitt jedes Pixels berechnen und so die Störung abmildern. Man könnte sogar mit der guten alten Gaußschen Normalverteilungskurve Ausreißer eliminieren und dann die verbleibenden Signal/Farbwerte mitteln.

Vergleich zwischen Original, Entrauschen per Software (Photoshop) und durch Stacking (Stapeln)
Vergleich zwischen Original, Entrauschen per Software (Photoshop) und durch Stacking (Stapeln)

Quellen für Stacking / Stapeln

Eine simple Methode an eine Reihe von verrauschten, aber inhaltlich gleichen Fotos zu kommen, ist eine Filmaufnahme. Ein Film ist ja nichts anderes als schnell abgespielte Einzelaufnahmen. Ihr könnt also ein verrauschtes Handyvideo in ein rauschfreies Foto verwandeln. Voraussetzung ist allerdings, dass Ihr die Kamera nicht viel bewegt habt (Verwackeln ist in den meisten Fällen eher unkritisch). Eine kleine Rotation der Kamera ist unproblematisch, aber eine Veränderung aller anderen Freiheitsgrade führt zu keinem guten Ergebnis. Richtig optimal werden die Ergebnisse bei der Aufnahme von Fotos aus einer festen Position, von einem Stativ oder einer festen Auflage.

Film basiertes Stacking/Stapeln

Wenn Ihr Adobe Photoshop besitzt, ist das Extrahieren von einzelnen Frames einfach. Aber auch andere Programme bieten die Extraktion einzelner Frames oder Framebereiche an. Meist findet Ihr diese Option unter dem Menübefehl „exportieren“.

Öffnet das Video einfach in Photoshop und markiert in der Zeitleiste den Bereich mit weitestgehend wackelfreien Inhalt. Im Menü "Datei" findet ihr dann unter "Exportieren" die Option "Video rendern..."
Öffnet das Video einfach in Photoshop und markiert in der Zeitleiste den Bereich mit weitestgehend wackelfreien Inhalt. Im Menü “Datei” findet ihr dann unter “Exportieren” die Option “Video rendern…”
Im Dialog wählt man anstatt einer Videoausgabe eine Bildsequenz. Der Export in das JPG-Format anstatt verlustfreies BMP- oder TIFF-Format bietet einen trickreichen Vorteil auf den wir noch genauer eingehen.
Im Dialog wählt man anstatt einer Videoausgabe eine Bildsequenz. Der Export in das JPG-Format anstatt verlustfreies BMP- oder TIFF-Format bietet einen trickreichen Vorteil auf den wir noch genauer eingehen.

Reimport und Ausrichtung

Nachdem Ihr in Folge viele Einzelfotos gespeichert habt, müssen diese übereinander gelegt (gestapelt) werden, und zwar „inhaltsgenau“. Die Fotos müssen ausgerichtet werden. Selbst minimale Bewegung bei der Aufnahme würde die Technik des Stacken unbrauchbar machen.
Photoshop bietet dazu eine vorgefertigte Lösung an. Ich persönlich nutze aber lieber das Plugin von Dr. Brown. Damit kann ich die Bilder in der Bridge selektieren und per Menü alle Schritte automatisieren. Es ist aber nur eine andere Bedienungsoberfläche. Das Plugin nutzt die photoshopeigene Technik.

Manchmal kann Photoshop die Bilder nicht vernünftig ausrichten. Es muss genug Inhalt im Bild sein, damit die Automatik greift. Dieses Beispielvideo war zum Beispiel zu dunkel, ich hab es daher per Helligkeit/Kontrast aufgehellt und so konnte Photoshop genug Bildinhalte feststellen, um die Frames genau übereinander zu legen.

Unter dem etwas eigenartig erscheinenden Menüeintrag "Statistik" findet man die Möglichkeit Fotos zu stacken und auszurichten.
Unter dem etwas eigenartig erscheinenden Menüeintrag “Statistik” findet man die Möglichkeit Fotos zu stacken und auszurichten.
Sollen die Fotos als Ebenen übereinander gelegt werden oder direkt verrechnet? Für mich ist Letzteres der einfachere Weg.
Habt Ihr die Dr. Brown Services installiert und Eure Bilder in der Bridge selektiert, finde Ihr unter Werkzeuge -> Dr. Brown’s Services” den Menüpunkt “Stack-A-Matic”.
Sollen die Fotos als Ebenen übereinander gelegt werden oder direkt verrechnet? Für mich ist Letzteres der einfachere Weg.
Sollen die Fotos als Ebenen übereinander gelegt werden oder direkt verrechnet? Für mich ist Letzteres der einfachere Weg.
Das Interface des Dr. Brown Plugin.
Das Interface der Statistik

 

Beispiel der Extraktion aus einem Video

Das Ergebnis einer Bearbeitung aus einem iPhone-Video. WIe Ihr seht, ist die Qualität des Stacks (rechts) gegenüber dem Einzelframe aus dem Video deutlich gestiegen.
Das Ergebnis einer Bearbeitung aus einem iPhone-Video. WIe Ihr seht, ist die Qualität des Stacks (rechts) gegenüber dem Einzelframe aus dem Video deutlich gestiegen.
Die Unterschiede der einzelnen Frames lassen sich bildlich darstellen. Einige Störungen lassen sich auf die Kompression in JPEG zurückführen. Gut zu erkennen ist, dass sie sich über das ganze Bild verteilen.
Die Unterschiede der einzelnen Frames lassen sich bildlich darstellen. Einige Störungen lassen sich auf die Kompression in JPEG zurückführen. Gut zu erkennen ist, dass sie sich über das ganze Bild verteilen.


Vergleich einer Verrechnung aus vielen Einzelaufnahmen (Fotografie)

Durch diese Technik erkennt man zum Beispiel auch Staub. Bei der Reduzierung von Rauschen in einem einzigen Fotos durch eine Software würde der Staub mit weg gerechnet.
Durch diese Technik erkennt man zum Beispiel auch Staub. Bei der Reduzierung von Rauschen in einem einzigen Fotos durch eine Software würde der Staub mit weg gerechnet.

Tipps

  1. Wenn Ihr Euch nach dem Export von Frames eines Videos in das JPG-Format das Verzeichnis anseht und die Liste nach Dateigröße sortieren lasst, könnt Ihr die kleineren Dateien auswählen. Kleinere JPG-Daten sind besser komprimiert worden – ergo ist ihr Inhalt bereits etwas rauschfreier.
  2. Vorsicht, nicht zu viele Frames auswählen! Die Rechenzeit des Ausrichtens und der Verrechnung ist enorm.
  3. Sichtkontrolle der ausgewählten Frames schadet nicht. Manchmal kann ein verwackeltes Frame diese Methode unwirksam machen.
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6 Kommentare

  1. Pingback: So gelingen Dir Fotos bei wenig Licht – Teil 1: Belichtungszeit – Fotoschule

  2. Andre
      Februar 2, 2017 at 5:31 AM
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    muss ich immer jpeg Bilder nehmen zum Stacken oder geht auch raw ?

    1. Norbert Eßer
        Februar 2, 2017 at 3:47 PM
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      Mir ist noch kein Programm bekannt das native mit RAW Stacken kann. Es gibt aber sehr viele und so könnte es welche geben…. nur ich kenne keins. Du kannst aber auch mit 16bit TIFF unkomprimiert arbeiten was dem RAW schon ziemlich nah kommt bei dem Output.

  3. Manfred Klag
      Dezember 2, 2015 at 12:25 PM
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    Hallo, eigeltich gefällt mir diese Methode sehr gut.
    Muss dazusagen, dass ich den Artikel nicht komplett durchgelesen habe.
    Warum?
    Es leuchtet mir nicht ein warum einige separate Aufnahmen gemacht werden.
    Warum nicht eine Aufnahme x-mal kopieren und dann verrechnen?

    Kapier’s einfach nicht :(

    1. Norbert Eßer
        Dezember 4, 2015 at 1:50 PM
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      Das ist so, Duplikate haben logischerweise auch an der selben Stelle Störungen. Nur wenn man mehrere unterschiedlioche Fotos mit unterschiedlichen Störungen hat kann man diese herausrechnen.

    2. Zander
        November 15, 2016 at 12:34 AM
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      Weil das Rauschen auf jedem Bild anders ist. Gut erkennt man das im Liveview der Kamera. Deshalb kann man auch nicht ein Foto vervielfältigen und dann stacken weil das Rauschen auf jedem Bild gleich wäre. Stell dir das mal in groß vor. Du hast ein Foto von einer Wiese. Das Rauschen simulieren wir in dem du ein paar Bälle auf der Wiese verteilst. Nach jedem Foto veränderst du die Position der Bälle. Die Bälle sollen das Rauschen sein. Aber wir wollen nur die Wiese fotografieren. Dadurch das die Bälle immer woanders liegen kann die Software die Bälle rausrechnen. Weil dort wo ein Ball lag auf dem nächsten Foto kein Ball mehr liegt.

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