Unerklärliche Pixelstrukturen/Artefakte

[mjh]

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Rauschen im blauen Himmel ist völlig normal. Es wird aber schon seit Jahren immer wieder bemängelt, auch wenn es in der Praxis nur stört, wenn man den Kontrast stark anhebt. Ein in Pixel gerastertes Bild zeigt blockartige Strukturen, wenn man es übermäßig vergrößert, also so weit, dass man einzelne Pixel mit bloßem Auge erkennen kann. Das ist nun mal so und als Digitalfotograf muss man sich damit arrangieren (Analogfotografen haben andere Probleme).

[Gast]

Rauschen im blauen Himmel ist völlig normal. [...]

 

Hallo Michael,

 

das ist mal eine Aussage.

 

D.h. auch bei ISO 200 gibt es im Blau des Himmel Farbrauschen, welches hier sichbar wird?

Gibt's dazu eine pysikalische Begründung?

 

Gruß

[mjh]

D.h. auch bei ISO 200 gibt es im Blau des Himmel Farbrauschen, welches hier sichbar wird?

Gibt's dazu eine pysikalische Begründung?

Hier spielen mehrere Faktoren zusammen. Der für geringes Rauschen günstigste Fall wäre eine farblose, graue Szene, so dass alle Sensorpixel unabhängig von ihrer Farbempfindlichkeit gleichmäßig belichtet werden. Der ungünstigste Fall sind dementsprechend maximal gesättigte Grundfarben, also Rot, Grün oder Blau. Rot und insbesondere Blau sind noch einmal im Nachteil gegenüber Grün, weil die rot- und blauempfindlichen Sensorpixel immer etwas weniger empfindlich als die grünempfindlichen Pixel sind. Da zudem nur jede vierte Sensorpixel rot- beziehungsweise blauempfindlich ist, werden monochrom rote und blaue Texturen auch noch gröber abgebildet als solche, die auch einen Grünanteil haben.

 

Beim blauen Himmel hat Blau den größten Anteil; danach kommt Grün und am Ende Rot. Nun sind die aus den rot-, grün- und blauempfindlichen Pixeln ausgelesenen Werte noch nicht geeignet, dass man sie direkt als RGB-Werte interpretieren könnte; dazu ist eine Umrechnung nötig, in die zur Berechnung jedes der drei RGB-Kanäle die Werte aller Pixel eingehen. In den Blauwert eines Bildpixels gehen also auch die Werte rot- und grünempfindlicher Pixel ein, aber eher negativ als positiv – solche Werte werden vom Blauwert abgezogen. Die Subtraktion von verrauschten Signalen verstärkt aber leider den Rauschanteil.

 

Im blauen Himmel haben wir also ein dominierendes Blau, das vom Rauschen her von vornherein schon mal schlechter abschneidet als ein gleich helles dominierendes Grün. Dann werden noch einmal die Werte rotempfindlicher Pixel abgezogen, die schwächer sind und noch stärker rauschen, womit das resultierende Rauschen wächst.

 

Dazu kommt noch ein subjektiver Effekt: Wenn wir es mit fein texturierten Oberflächen zu tun haben, können wir ein mäßiges Rauschen kaum von der echten Textur unterscheiden. Beim Himmel wissen wir aber sicher, dass er keine feine Textur hat, so dass alles, was nach Textur aussieht, zwangsläufig Rauschen sein muss – das Rauschen springt daher besonders ins Auge.

[tabbycat]

D.h. auch bei ISO 200 gibt es im Blau des Himmel Farbrauschen, welches hier sichbar wird?

Gibt's dazu eine pysikalische Begründung?

 

Schrotrauschen, Photonenrauschen, Poissonrauschen, Shot-Noise - da gibt es viele Begriffe für das gleiche Phänomen. Wenn es denn wirklich nur Rauschen ist. Dein Himmel erinnert mich nämlich schon eher an die Maze-Pattern. 

 

mfg tc

[mjh]

Dein Himmel erinnert mich nämlich schon eher an die Maze-Pattern.

Hier spielt aber auch unsere Neigung zur Apophänie eine Rolle – wir sehen immer Strukturen, auch wenn es bloß Rauschen ist. Ausgehend von einem bestimmten Bildpixel wird es oft Nachbarpixel geben, die diesem Pixel ähnlicher als die übrigen Pixel in der Umgebung sind, und dann neigen wir dazu, diese beiden Pixel als Teil einer Struktur zu sehen. Genauso wie wir drei Mal die 6 als Glückssträhne beim Würfeln sehen, die Folge 2, 5 und 1 aber als zufälliges Ergebnis – obwohl 6 6 6 ebenso wahrscheinlich wie 2 5 1 ist. Wir haben etwas merkwürdige Vorstellungen vom Zufall, denen echter Zufall nicht standhalten kann.

 

(Als Gerhard Richter vor zehn Jahren seine farbigen Fenster für den Kölner Dom entwarf, benutzte er einen Zufallsgenerator, um die Farben der kleinen Quadrate festzulegen. Das Ergebnis war ihm aber nicht „zufällig“ genug, so dass er es per Hand noch änderte, um insbesondere die Entstehung scheinbarer Strukturen zu verhindern. Natürlich wurde das Muster dadurch tatsächlich weniger zufällig.)

[Rico Pfirstinger]

Bei X-Trans kommt erschwerend hinzu, dass sogar nur etwas mehr als jeder fünfte Pixel blau ist. Und auch nur etwas mehr als jeder fünfte Pixel rot, was dann beim erneut den Weg vom Himmel in die Hölle pflastert.

[MightyBo]

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Hier spielen mehrere Faktoren zusammen. ...

 

 

Wichtig ist hierbei, dass die Erklärung von Michael ein generelles Phänomen beschreibt, welches bei allen Digitalkameras auftritt. Also nicht eine exklusive Eigenschaft des X-trans Sensors oder der Fuji Modelle.

 

Peter

[tabbycat]

Hier spielt aber auch unsere Neigung zur Apophänie eine Rolle – wir sehen immer Strukturen, auch wenn es bloß Rauschen ist. 

 

Möglich, "erinnert mich" sollte das auch nicht überbewertet darstellen. Allerdings erscheint mir eine solche Linienbildung, teilweise über 7, 8 Pixel hinweg, und das zig-fach in dem kleinen Ausschnitt, auch nicht mehr zufällig genug. Gefühlt ist die halbe Fläche von diesem komischen Zufall betroffen. 

 

mfg tc

[Gast]

Möglich, "erinnert mich" sollte das auch nicht überbewertet darstellen. Allerdings erscheint mir eine solche Linienbildung, teilweise über 7, 8 Pixel hinweg, und das zig-fach in dem kleinen Ausschnitt, auch nicht mehr zufällig genug. Gefühlt ist die halbe Fläche von diesem komischen Zufall betroffen. 

 

mfg tc

 

Wir sehen ja an den Beispielen von flysurfer, dass hier das Demosaicing mit hineinspielt. Ich konnte mich an das alte Bild nur deshalb so gut erinnern, weil ich mir den Effekt nicht erklären konnte, das OOC-Jpeg aber diese Spuren nicht (so deutlich) zeigte. Im Vergleich zu CameraRaw scheint hier das Demosaicing von RawTherapee in Kombination zum Default-Preset seinen Teil dazu beizutragen. Dieses Pattern ist bei CameraRaw nicht so deutlich sichtbar. Das Histogramm könnte zu dem passen, was Michael ausgeführt hat:

 

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[mjh]

Allerdings erscheint mir eine solche Linienbildung, teilweise über 7, 8 Pixel hinweg, und das zig-fach in dem kleinen Ausschnitt, auch nicht mehr zufällig genug.

Auffällig finde ich hier höchstens das Vorherrschen waage- und senkrechrechter Strukturen gegenüber diagonalen Strukturen – falls nicht auch das eine Illusion ist. Das könnte ein Artefakt des Demosaicing sein, vielleicht sogar eine bewusste Priorisierung, weil ja in typischen Motiven tatsächlich waage- und senkrechte Strukturen vorherrschen – man erinnere sich an das SuperCCD-Konzept, das genau darauf beruhte. Aber auch diese scheinbaren Strukturen verteilen sich wiederum zufällig; es ist nicht etwa so, dass man hier irgendwo ein X-Trans-Muster durchscheinen sähe.

[Gast chironer]

So sieht ein völlig unbearbeitetes X-Trans RAW aus, alles Andere ist das Resultat einer recht komplizierten Berechnung

Ansicht 200% in RawTherapee

Auch diese Ansicht zeigt ein interpretiertes RAW. Nur eben falsch interpretiert.

[tabbycat]

Aber auch diese scheinbaren Strukturen verteilen sich wiederum zufällig; es ist nicht etwa so, dass man hier irgendwo ein X-Trans-Muster durchscheinen sähe.

 

Ich persönlich weiß auch viel zu wenig über die Kanalaufteilung bei X-Trans, um seriös die Folgen verschieden starker Kanäle abschätzen zu können. Aber wenn X-Trans ebenso zu maze-pattern neigen könnte wie das Bayer-CFA, dann könnte ich mir das schon so ähnlich vorstellen (immerhin dürfte das Labyrinth-Raster halt größer sein und aus mehr Kanälen bestehen) und eben gar nicht so, wie es das Bild vom TO beispielsweise zeigt. Auf mehr wollte ich nicht hinaus. 

 

mfg tc

[chinoook]

In den Blauwert eines Bildpixels gehen also auch die Werte rot- und grünempfindlicher Pixel ein, aber eher negativ als positiv – solche Werte werden vom Blauwert abgezogen. 

 

Wieso das? Wenn doch das Himmelslicht Rot-und Grünwerte enthält, wieso werden die nicht einfach in den Farbwert einaddiert?

 

 

-chinoook

[outofsightdd]

Ich habe das Bild gewählt, weil man den Eindruck durch eine Kontrastanhebung sehr deutlich machen kann, Dann sieht man auch diese Kreuzchenstruktur...

Mit einer Kontrastanhebung dürften helle Flächen stärker rauschen, denn dein bei der Aufnahme festgesetzter ISO200-Wert ist dann nichts mehr wert, für die Mitten gilt er vielleicht noch.

 

RAW-Therapee hat eine zu Mustern neigende Bildverarbeitung in Standardeinstellung, die man erst durch die Konfiguration mehrerer Rauschreduktionsregler in den Griff bekommt. Es wäre dort sicher hilfreich, wenn sich die Nutzer dieses Tools mal zu einer Denkerwolke zusammenschließen und eine Grundvoreinstellung entwickeln, die das gröbste beseitigt. Diese Muster treten bei anderen Entwicklern eben einfach nicht auf, ob es nur an den Geldbeträgen der zahlenden Kundschaft liegt, wer weiß.

[tabbycat]

Wieso das? 

 

Weil alles, was anteilig nicht blau ist dafür sorgt, dass das Endergebnis eben weniger blau ist. Sprich Rotanteile sorgen für eine Verschiebung in Richtung Magenta, Grünanteile in Richtung Cyan. 

 

mfg tc

[mjh]

Wieso das? Wenn doch das Himmelslicht Rot-und Grünwerte enthält, wieso werden die nicht einfach in den Farbwert einaddiert?

Die Durchlasskurven der Farbfilter für die rot-, grün- und blauempfindlichen Pixel überlappen sich stark – und das müssen sie auch, damit feine Abstufungen von Farbtönen mit nur drei Grundfarben aufgelöst werden können. Das hat aber zur Folge, dass die aus dem Sensor ausgelesenen Werte nie eine maximale Sättigung zeigen werden, da immer auch die übrigen Grundfarben im Spiel sind, selbst wenn sie im Motiv gar nicht vorhanden waren. Bei der Umrechnung der Werte vom Farbraum des Sensors in einen definierten RGB-Farbraum müssen daher solche störenden Farbanteile herausgerechnet werden.

[Sunhillow]

Auch diese Ansicht zeigt ein interpretiertes RAW. Nur eben falsch interpretiert.

Natürlich wurde hier vollkommen unbegründet die Grundfarben des CFA für die jeweiligen Pixel hineininterpretiert und deren Helligkeit entspricht natürlich auch nur einer im A/D-Wandler stattgefundenen freien Interpretation der beim Auslesen detektierten elektrischen Ladung. Eine Matrix mit mehreren Millionen Zellen und darin den analog gemessenen µCoulomb-Werten habe ich leider nirgends gefunden.

[Gast chironer]

Natürlich wurde hier vollkommen unbegründet die Grundfarben des CFA für die jeweiligen Pixel hineininterpretiert und deren Helligkeit entspricht natürlich auch nur einer im A/D-Wandler stattgefundenen freien Interpretation der beim Auslesen detektierten elektrischen Ladung. Eine Matrix mit mehreren Millionen Zellen und darin den analog gemessenen µCoulomb-Werten habe ich leider nirgends gefunden.

Ein RAW dürfte lediglich aus binären Daten bestehen.

[MightyBo]

Ein RAW dürfte lediglich aus binären Daten bestehen.

 

 

Klar, für jedes Pixel, der Helligkeitswert, wahrscheinlich noch welcher Farbkanal, Pixelort und dann noch Metadaten. Ohne Konvertierungssoftware (Jpeg, BMP, TIFF usw) kann man nicht viel vom Bild erkennen.

 

Peter

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