Von Zeit zu Zeit möchte ich mich hier auf meinem Blog auch mit der trockenen Theorie der Fotografie beschäftigen. In meinem Beitrag Hilfe! Mein Foto rauscht! habe ich mit der übertriebenen Angstmacherei rund um Bildrauschen und Pixelpeepen aufgeräumt. Aber gehen wir doch gemeinsam einen Schritt weiter und betrachten wir das Thema Bildrauschen im Detail.
Definition „Rauschen“
Unter Rauschen versteht man eine Verschlechterung der Bildqualität bei digital aufgenommenen Bildern. Oftmals handelt es sich um Störungen, welche Bildinformationen in Farbe und Helligkeit verändern, oder Bildinformationen gänzlich entfernen. Je höher der Anteil an nicht vorhandenen oder veränderten Bildinformationen im Gesamtbild, umso höher ist das Bildrauschen.
Einflüsse auf das Bildrauschen
Es gibt unterschiedliche Arten von Rauschen, die auch unterschiedliche Ursachen haben. Bei elektronischem Rauschen entsteht hauptsächlich Dunkelrauschen. Dieses tritt ohne Beteiligung von Licht auf. Dafür verantwortlich ist Dunkelstrom. Darunter versteht man die spontane Entstehung von geladenen Teilchen durch Wärme in lichtempfindlichen Halbleitern. Zu beachten ist, dass sich das Dunkelrauschen von Pixel zu Pixel unterscheidet.
Allerdings gibt es auch Rauschen, das von der aufgenommenen Lichtmenge abhängt. Das sogenannte Photonenrauschen entsteht durch die zufällige Verteilung der Anzahl der Photonen, die auf einem Pixel auftreffen und durch zufällige Schwankungen der Lichtempfindlichkeit der einzelnen Pixel.
Einen großen Einfluss auf das Bildrauschen hat die Qualität der Kamera. Zum Tragen kommen hier sowohl die Pixeldichte/-größe, sowie die analoge Signalverarbeitung und die Wandlung von analogen auf digitale Signale.
Warum ist die Pixelgröße wichtig? Je größer nun der einzelne Pixel ist, umso mehr Licht kann er aufnehmen. Die Sensorgröße allein bestimmt allerdings noch nicht die Pixelgröße. Erst gemeinsam mit der Auflösung ergibt sich die Größe eines einzelnen Pixels.
| Auflösung | Sensorgröße | Pixelgröße |
|---|---|---|
| 100 MP | Medium Format | 4,6 Mikrometer |
| 50 MP | Medium Format | 5,3 Mikrometer |
| 50 MP | KB | 4,1 Mikrometer |
| 36 MP | KB | 4,9 Mikrometer |
| 24 MP | APS-C | 3,9 Mikrometer |
| 20 MP | KB | 6,56 Mikrometer |
| 20 MP | APS-C | 4,3 Mikrometer |
| 20 MP | MFT | 3,3 Mikrometer |
| 16 MP | APS-C | 4,7 Mikrometer |
| 16 MP | MFT | 3, 75 Mikrometer |
Mit Blick auf die obige Tabelle lässt sich schnell erkennen, dass die Pixel bei einem Kleinbild-Sensor („Vollformat“) doppelt so groß wie bei einem Micro-Four-Thirds-Sensor sind. Dementsprechend kann jeder einzelne Pixel in der gleichen Zeit die doppelte Menge Licht aufnehmen.
Ich empfehle einen Blick in den Artikel Complete Guide To Image Sensor Pixel Size, wer noch tiefer in die Materie eintauchen möchte.
Natürlich spielt auch der Sensor-Typ eine Rolle. So haben beispielsweise BSI-CMOS Sensoren (Back Side Illuminated) im Vergleich zu normalen CMOS-Sensoren oder CCD-Sensoren, keine Verdrahtung, wodurch mehr Platz für Pixel bleibt, welche dadurch mehr Licht erhalten.
Eine weitere wichtige Rolle spielt die Sensor-Temperatur. Je wärmer der Sensor ist, desto höher ist das Rauschen.
Schlussendlich erhöht sich Rauschen durch eine längere Belichtungszeit.
Klassifizierung des Rauschens
Beim Farbrauschen verteilen sich viele bunte Pixel auf dunklen, gleichmäßigen Flächen. Das Luminanzrauschen stellt den farbneutralen Anteil des Rauschens dar. Erkennbar wird es, wenn eine Umwandlung in Graustufen erfolgt. Dabei sind hellere oder dunklere Bildpunkte in Flächen gleicher Helligkeit sichtbar.
Rauschen reduzieren
Das oben beschriebene Dunkelrauschen lässt sich mit Hilfe eines Dunkelbildes (Darkframe) entfernen. Dabei wird ein Foto mit abgedecktem Sensor bei gleicher Belichtungszeit und Betriebstemperatur wie das RAW-Foto aufgenommen. Das darauf erkennbare Bildrauschen durch Dunkelstrom kann mit diesen Informationen aus dem RAW-Foto herausgerechnet werden. Hauptsächlich wird dies bei Langzeitaufnahmen durchgeführt und wird von vielen Kameras angeboten („Rauschreduzierung bei Langzeitbelichtung“).
Farbrauschen und Luminanzrauschen können hingegen mit gängigen RAW-Konvertern verringert werden.
Eine weitere Möglichkeit sind Mehrfachbelichtungen und dem anschließenden verrechnen. Damit kann eine wesentliche Verbesserung herbeigeführt werden.
Zum Thema Rauschreduzierung folgt ein weiterer Artikel, der die Möglichkeiten und Umsetzung detailliert erklärt. Dran bleiben lohnt sich also 🙂
Sichtbeispiel
Nachfolgend siehst du eine 300%-Vergrößerung einer ISO-Reihe (in der Vergrößerung stehen auch die entsprechenden ISO-Werte):
Sehen wir uns nun im Vergleich dazu dieselben Fotos mit einer Auflösung von 1600 x 1067 Pixel an:
Hier ist schön zu sehen, dass bei übermäßiger Vergrößerung bei ISO 12800 sehr viele Details fehlen, in einer gerade auch für soziale Medien üblichen Größe fällt dies bei weitem nicht mehr in diesem Ausmaße ins Gewicht.
In diesem Sinne: Gut Licht und hab keine Angst vor Bildrauschen.
