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High Dynamic Range

erweiterter Dynamikbereich der Luminanz
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High Dynamic Range (HDR) ist eine diffuse Bezeichnung für ein sehr hohes Kontrastverhältnis in einem Bild. Dieses liegt bei einem normalen Bild, einem sog. LDRI (Low Dynamic Range Image), bei ca. 10.000:1 (chemische Photographie) bzw. 1000:1 (Digitalphotographie), bei einem HDRI (High Dynamic Range Image) eigentlich beliebig hoch, in der Regel bei ca. 200.000:1.[1] HDR-Bilder besitzen keinen absoluten Weißpunkt wie dies zum Beispiel bei JPEG-Bildern, welche für das Internet bestimmt sind, definiert ist. Die Helligkeitswerte können an die vorhandenen physikalischen Werte des fotografierten Objektes angelehnt sein, welche mit der Darstellung auf einem Monitor oder auf Papier zunächst nichts zu tun haben. Das heißt aber auch, dass man nicht alle Intensitäten auf normalen Monitoren richtig darstellen kann. Dazu benötigt man spezielle HDR-Displays. Man kann jedoch einen Eindruck von HDR-Bildern auf normalen Monitoren gewinnen, indem man ein sog. Tone-Mapping-Tool benutzt, um die High Dynamic Range in einen Helligkeitsbereich innerhalb des darstellbaren Kontrastes aufzulösen.

HDR-Nachtaufnahme von New York
HDR-Aufnahme von Trenčín (Slowakei) bei Nacht.

Wie die obenstehenden Zahlen (10.000:1 Kontrastumfang bei chemischer Photographie, 1.000:1 bei Digitalphotographie) andeuten, war es dieser Dynamikumfang, der bisher den großen Vorteil analoger Photographie gegenüber ihrem digitalen Pendant auszeichnete. Gegenüber Film waren bis zum kürzlichen Aufkommen von HDR bei digitalen und Videobildern viele Bildbereiche zumeist stark über- und unterbelichtet bzw. war die Gefahr dafür wesentlich größer, sodass auch die Lichtverhältnisse während der Aufnahme eine wesentlich größere Rolle spielten als beim chemischen Film, um ein ausgewogen belichtetes Bild zu erzielen.

Verfahren

Der große Dynamikumfang von HDR wird ermöglicht, indem zum Beipiel mehrere Aufnahmen mit verschiedener Belichtung gemacht und danach zusammengesetzt werden, wobei für jeden unterschiedlichen Helligkeitsbereich des Bildes die optimal belichtete Version verwendet wird, sodass Über- und Unterbelichtung stark reduziert werden. Damit wird der Dynamikumfang von HDR-Bildern dem des menschlichen Auges angenähert.

Das teilautomatisierte Zusammensetzen der Aufnahmen wurde erst mit der digitalen Bildbearbeitung sinnvoll möglich, und insbesondere die Digitalfotografie ermöglichte durch ein Umgehen des bei der Analogfotografie noch notwendigen Einscan-Prozesses einen verkürzten Arbeitsprozess mit entsprechend weniger Qualitätsverlusten, insbesondere Verlust von Auflösung und Farbtreue in Abhängigkeit von Filmhersteller-Farbgeschmack, indiv. Farb(verfälschungs)-Ausprägung einer jeweils Film-Marke, Entwicklungsprozess(-Schwankungen), sowie vor allem der Medien-, somit Farbraum-Bruch zwischen Film und Scanner-Hardware (Optik, Farbsensoren).

Geräte, die HDR-Aufnahmen auf einmal herstellen können, sind meist in irgendeiner Form beschränkt oder sehr teuer und darum selten anzutreffen.

Schon in den 1950er Jahren experimentierte der amerikanische Fotograf Ansel Adams mit einem vergleichbaren Verfahren, um den von ihm wahrgenommenen grundsätzlichen Beschränkungen der Kontrastwiedergabe von analogem Film zu begegnen. Aufgrund des damit verbunden Aufwands hatte es darüber hinaus jedoch keine durchsetzende Verbreitung finden können.

Die Erstellung von digitalen HDR-Bildern ohne zusätzliche Software, d. h. mittels nur eines Knopfdrucks an der Kamera, ist bislang (Stand Februar 2007) nicht nur äußerst kostspielig, sondern ihre Belichtung mit mehreren Sekunden auch noch vergleichsweise lang, sodass wie in der frühen Pionierzeit der Photographie die Aufnahme von Bewegung und Personen noch auf gewisse Schwierigkeiten stößt. Eine Fixierung von Personen bei Porträtaufnahmen mittels Gestellen wie im 19. Jahrhundert wäre heute sicherlich unzumutbar.

Software

Zum Erstellen von HDR-Bildern existiert spezialisierte Software. Diverse automatische Funktionen zum Tonemapping erweisen sich als sinnvoll.

Kommerziell vertriebene Software:

Die Bildbearbeitungsprogramme Photoshop ab Version CS2 und CinePaint 0.20 besitzen spezielle Module zum Erstellen von HDR-Bildern aus einfachen Belichtungsreihen, ebenso das Shareware-Programm PhotoLine.

Auf dem Open-Source-Sektor findet sich das auf X-Plattformen und Windows lauffähige Qtpfsgui, das seit Herbst 2006 unter einer GPL-Lizenz entwickelt wird.

Des Weiteren gibt es mit Picturenaut ein Freeware Tool, welches das Erzeugen von HDRs sowie das Tonemapping beherrscht.

Ein Pseudo-HDR-Bild kann mit einem Verfahren namens Belichtungsüberblendung erzielt werden. Dabei wird das HDR-Bild übersprungen und alle Helligkeitsbereiche sind wie beim ToneMapping im Endbild enthalten. In üblichen Bildbearbeitungsprogrammen wie Photoshop oder GIMP können mit etwas Handarbeit solche kontrastverstärkten Bilder erstellt werden. Es müssen lediglich die Ebenentechnik und das Arbeiten mit Masken unterstützt werden.

Die Software von Ulead „Photo Impact“ ab Version 11 hat ebenfalls HDR im Programm. Es können nicht nur Mehrfachbelichtungen mit mindestens 3 Aufnahmen zusammengefasst werden, sondern zum Beipiel auch normale JPG Images.

Es bietet in einer Unterteilung die Möglichkeit, erstens im Bereich „Detail“ die „Lichter/Mitteltöne/Schatten“ zu regulieren, und zweitens das gesamte Foto in diesen Bereichen zu justieren. So können alte Fotos überarbeitet und damit aufgewertet werden. - Zu finden ist es unter „Foto“ und „Großer Dynamik Bereich“.

Siehe auch

Literatur

  • Reinhard, et al.: High Dynamic Range Imaging. Elsevier, San Franciso 2006, ISBN 0-12-585263-0. (Englisch)
  • Bloch, Christian: Das HDRI-Handbuch. Dpunkt Verlag, 2008, ISBN 3-89-864430-8. (Deutsch)

Quellen

  1. ↑ Alle Zahlenangaben stammen aus „Bonbons fürs Auge“, in: Der Spiegel, 12.2.2007
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