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Bildrauschen ist eine besondere Art des Rauschens und ein prinzipielles technisches Problem bei der Digitalisierung von Bildern (siehe auch Digitalfotografie und Scanner).
[[Bild:Bildrauschen.jpg|framed|Aufnahme in der Dämmerung. Typisch für Nacht- und Dämmerungsaufnahmen zeigt es sichtbares Rauschen schon bei geringer Vergrößerung. Gut sichtbar ist dies in den dunklen Bereichen, während in den hellen Bereichen kein Rauschen sichtbar ist. Die Graufärbung der Aufnahme ist nicht typisch, sondern wurde nur zur Differenzierung der hervorgehobenen Bildbereiche für dieses Beispiel hinzugefügt. ]]
In Digitalkameras werden die Helligkeitswerte des Bildes mit lichtempfindlichen Sensoren (in den Pixeln) „gemessen“ und in digitale Werte (= Zahlen) umgewandelt. Bei diesem Prozess entsteht nicht nur ein Nutzsignal, sondern auch Störungen. Diese Störungen sind Ursache des Bildrauschens. Das Resultat ist vergleichbar mit dem so genannten „Korn“ bei der analogen Fotografie.
Jedes Digitalfoto verfügt über ein gewisses Grundrauschen, welches im Normalfall vom Betrachter nicht wahrgenommen wird. In manchen Bildern wird das Bildrauschen auch zur künstlerischen Gestaltung herangezogen.
Verschiedene Aufnahmebedingungen führen aber zu einem wahrnehmbaren und ab einem gewissen Grad störenden Bildrauschen. Besonders gut sichtbar wird das Bildrauschen in dunklen oder blauen Bildbereichen. Dieses kann sich in den dunklen Bildbereichen zudem verstärken, wenn diese am Computer nachträglich gezielt aufgehellt werden.
Der Umfang des Bildrauschens ist abhängig von der Qualität der Digitalkamera.
- Größe der Pixel (großer Sensor mit geringer Packungsdichte der Pixel zieht im allgemeinen geringeres Rauschen als ein kleiner Sensor und hoher Packungsdichte nach sich)
- Qualität der analogen Signalverarbeitung und der Analog-Digital-Wandlung.
und folgenden Faktoren:
- Belichtungsdauer
- wenig Licht (insbesondere Nachtaufnahmen)
- hohe ISO-Einstellung (Filmempfindlichkeit). Erhöhung der „Empfindlichkeit“ bedeutet Verstärkung des Signals der Pixel und damit auch der Störungen.
- hohe Sensortemperatur
- hoher Vergrößerungsgrad der Aufnahme
- Motiv
Pink.noise.col.png | Pink.noise.b.w.png Reines Rauschen ist dann gegeben, wenn keine Bildinformation vorhanden ist. Die nebenstehenden Bilder geben zweidimensionale Beispiele für reines Farbrauschen (Chorminanzrauschen) und reines Helligkeitsrauschen (Luminanzrauschen) mit einer typischen spektralen Leistungsdichteverteilung, bei der die Signalamplituden mit einer 1/f-Charakteristik abnehmen (1/f-Rauschen).
Very low frequency noise.jpg Neben dem beschriebenen Pixelrauschen tritt bei vielen Digitalkameras ein weiteres, zufälliges Rauschmuster mit sehr niedriger Frequenz auf (very low frequency noise), das sich insbesondere bei homogenen Flächen in mittleren und dunkleren Bildbereichen in Form wolkiger Farbmuster störend bemerkbar machen kann.
Chrominanzrauschen
Chrominanzrauschen (auch Farbrauschen) ist dann gegeben, wenn in den Farbkanälen eines digitalen Bildes unabhängige Zufallssignale vorhanden sind. Das nebenstehenden Bild gibt ein zweidimensionales Beispiel für reines Chrominanzrauschen mit einer typischen spektralen Leistungsdichteverteilung, bei der die Signalamplitude mit einer 1/f-Charakteristik abnimmt (1/f-Rauschen).
Verfahren zur Rauschunterdrückung
Störendes Bildrauschen kann durch verschiedene Verfahren reduziert werden. Bei den meisten Verfahren nimmt der Fotograf jedoch Einbußen anderer Qualitätsmerkmale (beispielsweise Bildschärfe) einer Fotografie in Kauf.
Folgende Verfahren werden üblicherweise eingesetzt:
- Kameraseitige Unterdrückung des Bildrauschens: Während der Speicherung der Fotografie werden spezielle Algorithmen angewendet, welche das Bildrauschen minimieren.
- Verwendung von Sensoren geringer Packungsdichte (zum Beispiel in digitalen Spiegelreflexkameras)
- Belichtung auf die „rechte Seite des Histogramms“. Dabei wird das Bild derart belichtet, dass das Bild möglichst hell abgebildet wird. Unter der Annahme eines „konstanten“ Rauschpegels des Sensors werden somit die gefährdeten dunklen Stellen gemieden. Dabei ist natürlich zu vermeiden, dass bildrelevante Teile überbelichtet werden (dies gilt auch für einzelne Farbkanäle rot, grün, blau). Ein eventuell zu helles Bild kann noch nachträglich abgedunkelt werden.
- Bildbearbeitungsprogramme : Eine spezielle Funktion in Bildbearbeitungprogrammen (beispielsweise Adobe Photoshop) erlaubt die Reduzierung des Bildrauschens. Der Vorteil bei einer Verarbeitung nach der eigentlichen Aufnahme liegt darin, dass der Benutzer die Rauschunterdrückung selbst, angepasst auf die Aufnahme, optimieren kann. Außerdem bleibt die Originaldatei erhalten. Ein professioneller Fotograf wird die kameraseitige Optimierung kaum bevorzugen.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass es noch weitere Optimierungsverfahren gibt, welche aber meist nur im professionellen Bereich oder in speziellen Aufnahmesituationen (Nachtaufnahme) verwendet werden, da sie sehr aufwändig sind (Sensorkühlung).
Wenn fehlerhafte Bildpunkte aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten oder Defekten im Bildsensor auftreten, spricht man von Hotpixeln.
| Dynax 7D iso100.jpg | Dynax 7D iso200.jpg | Dynax 7D iso400.jpg | Dynax 7D iso800.jpg | Dynax 7D iso1600.jpg | Dynax 7D iso3200.jpg |
| Beispiele für die Auswirkung der ISO-Einstellung bei einer digitalen Spiegelreflexkamera (Konica Minolta Dynax 7D) mit CCD-Sensor in APS-C-Größe. | |||||
Weblinks
- Zusammenhang von Bildrauschen, Sensorgröße und resultierender Bildqualität bei den verschiedenen Kameraklassen
- Reduktion des Bildrauschens mit dem Gimp, Anleitung 1
- Reduktion des Bildrauschens mit dem Gimp, Anleitung 2
- Zusammenhang zwischen Sensorgröße und Bildrauschen
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"Bildrauschen"
