Aktualisiert
02.12.2012

BEARBEITUNG

Inhaltsverzeichnis

A) Verbesserung der Schärfe
B) Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung
C) Kontrastregelung
D) Rauschen
E) Farbwiedergabe
   Verschobene Farben
   Unerwünschte Farben
   Drehen oder Kanaltausch
   Tonabrisse Hot Spots
F) Bildgröße

Es ist ein absoluter Glücksfall, wenn digitale Infrarotbilder straight out of the box so gut sind, dass sie nicht mehr bearbeitet werden müssen. Wir gehen von passenden Bildbearbeitungsprogrammen aus, ohne uns auf konkrete Anbieter oder Versionen zu beziehen und hoffen, dass die geschilderten Abhängigkeiten und vorgeschlagenen Schritte mit der beim Anwender vorhandenen Software umgesetzt werden können.
Welche Detailprobleme erwarten uns mit Infrarotaufnahmen?

A) Schärfe
Es gibt die Definition: Schärfe ist der Kontrast feiner Details. Wie kann man nun Schärfe steigern? Der klassische Weg ist unscharfe Maskierung. Keine komfortablen "Fertiggerichtpackungen" der Software anklicken, sondern eigene Unscharfmasken anlegen, nach folgenden Kriterien:

generell für die Wirksamkeit der Maske einen kleinen Schwellenwert eingeben, zum Beispiel 5 Stufen. Schwelle Null erhöht das Rauschen und Artefakte zu sehr.
mit mehreren aufeinanderfolgenden Scharfmasken arbeiten: Schwelle bleibt, Radius und Stärke werden gegenläufig variiert, nach folgendem Prinzip:

die höchste einstellbare Stärke einstellen und dazu einen sehr kleinen Radius wählen, bei dem (vom kleinsten einstellbaren Radius ausgehend) erstmals ein schärferes Ergebnis (immer bei 100% Grösse beurteilen) entsteht. Ein typisches Werteset ist z.B. 500% rad 0,2.
evtl noch eine weitere Scharfmaske mit einem minimal vergrösserten Radius und schon deutlich verringerter Stärke anwenden, wie z.B. 100% rad 0,3.
Jegliche Schärfemasken um den Radius 1 px vermeiden, Rauschgefahr
Mit einem deutlich grösseren Radius als 1 px, je nach Kameraauflösung (bei einer 8MP Kamera eher rad = 7, bei einer 14 MP rad = 10 zum Beispiel) eine mittelkleine Stärke anwenden, z.B. 20%.
Andere Bildbearbeitungsschritte vornehmen bis Farbe und Kontrast weitgehend stimmen; zum Ende der Bildbearbeitung, wenn alle Details noch in der Zeichnung sind, eine letzte Unscharfmaske erwägen mit dem grösstmöglichen Radius und kleiner Stärke, zum Beispiel 10% rad 250.

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B) Gleichmässigkeit der Ausleuchtung
Abwedeln und Nachbelichten sind die Begriffe. Häufig sind folgende Standard-Eingriffe angebracht, vor allem bei Weitwinkelaufnahmen:

Aufhellen der Ecken: ein grosses Abwedelpaddel wählen, eine kleine Abwedelstärke, das Bild auf dem Monitor klein stellen mit viel Umfeld aussen und kreisend das Bild umrunden, dass nur die Ecken überfahren werden. Stärke des Abwedelpaddels so klein stellen, dass man 1,5 bis 3 Umrundungen braucht, bis die Ecken hell genug sind. Jede Runde fährt man bewusst oder unbewusst einen minimal anderen Kurs, so dass eine gleichmässigere (gemittelte) Wirkung entsteht.
Abdunkeln des Zentrums zu zwei verschiedenen Zwecken:

Nachbelichten der Tiefen/Schatten in der unteren Bildmitte mit einem grossen Nachbelichter zur Reduzierung des Kontrastverlustes bei evtl Hot Spots
Nachbelichten der Lichter in der oberen Bildmitte mit einem grossen Nachbelichter zur Verbesserung der Lichterzeichnung in Wolken und Laub

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C) Kontrastregelung

Wenn das Bildbearbeitungsprogramm über einen speziellen Dynamikregler (Tiefen/Lichter) verfügt, diesen bevorzugt benutzen. Schattenaufhellung ist meistens unproblematischer als Lichterabdunklung. Vorsicht: wenn in der Bilddatei Flächen sind, bei denen einzelne oder alle drei Kanäle den Pixelwert von 255 erreichen, hilft ein Lichterabdunkeln nicht weiter. Wo nix ist, kommt nix sinnvolles mehr hin! Deshalb sind stets Belichtungsreihen bei der Aufnahme empfohlen, und die Auswahl des endgültigen Bildes soll streng danach entschieden werden, welche Belichtung die nötige Lichterzeichnung hat. Eine Schattenpartie ist tolerant, ob sie nun vorerst 5, 10 oder 20 Pixelwerte als Helligkeit bekommt. Lichter oberhalb von 250 Pixelwerten sind meistens nicht rettbar.
Wenn Lichter und Tiefen / Schatten an die richtigen Stellen gebracht wurden, mit der Tonwertkorrektur die mittlere Bildhelligkeit richtig einstellen. Ein primär richtig belichtetes Bild braucht dazu meistens nur Korrekturen eng um den Wert 1 herum, also 0,9 - 0,95 - 1 - 1,05 - 1,1. Eine Arbeitsweise, primär leicht dunklere Belichtungen auszuwählen und an dieser Stelle es auf eine "eingebaute" Korrektur von 1,05 oder 1,1 (Mittenanhebung) ankommen zu lassen, hat sich in der digitalen Fotopraxis bewährt.
Zu geringe Kontraste sind auf zwei Arten gut kompensierbar:

Unscharfmaske mit maximalem Radius und dann passend gewählter Stärke, z.B. 25% rad 250
Tonwertkorrektur durch Eingeben von Lichter- und Tiefengrenzen, z.B. aus alt Tiefe 20 macht neu Tiefe 0, aus alt Licht 225 macht neu Licht 250.

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D) Rauschen

ist ein ernsthaftes Problem, das optimal so früh wie möglich minimiert werden soll.

Ist in der Kamera eine unnötig hohe Schärfung voreingestellt? Generell ist die Rechenleistung einer Kamera kleiner als die Rechenleistung eines PC. Eine Kamera kann deshalb häufig nicht so leistungsfähig schärfen wie ein flexibles Bildbearbeitungsprogramm. Als grobe Richtschnur kann gelten, in der Kamera nur bis zur zweithöchsten Schärfungsstufe zu gehen.
Wurde mit auto ISO fotografiert? Für ernsthafte IR-Fotografie muss ausgetestet werden, bei welchen ISO-Einstellungen welches Himmelsrauschen zu erwarten ist. Für eine Samsung EX1 beispielsweise ist ISO 80 sehr ordentlich, ISO 100 gut und ISO 200 akzeptabel. Empfindlichkeiten 400plus ist eine NoGoArea.
Welche Kanäle rauschen? Mit einem Filter IR 720 rauscht meistens Blau, mit einem Hebo Blau B03 in 2mm rauscht eher Grün. Farbkanäle einzeln in SW-Ansicht kontrollieren und wenn möglich, die Aufnahmefilterung so ändern, dass die Intensitätsdifferenzen zwischen den Einzelkanälen R,G,B kleiner werden.
Häufig rauscht nur der Himmel störend. Es gibt komplexe Entrauschungsprogramme. Diese können aber Schärfe kosten. In jedem Fall sinnvoller ist es, mit geeigneten Massnahmen zuerst im Bild eine Auswahl vorzunehmen. Himmel, die nach Punkt B) und C) optimiert sind, lassen sich mit geeigneten Werkzeugen gut auswählen. Dann besteht die Möglichkeit
a) eine Entrauschung nur über diese Zone laufen zu lassen, auf Gestaltung der Auswahlkante achten, die (weiche) Auswahlkante ÜBER den Horizont setzen, nicht drauf oder darunter
b) ein Glattpinseln des Himmels mit moderater Stärke, z.B. 25% und einem mittleren / harmonischen Farbwert. Der ursprüngliche Charakter von Helligkeit und Farbe bleibt, wird nur gering modifiziert / angeglichen, das Rauschen wird deutlich weniger und die Schärfe wird schlecht. Dem Himmel ist das aber vollkommen egal!

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E) Farbkorrekturen

Verschobene Farben

Insgesamt verschobene Farben werden vorzugsweise über die Farbbalance zurückgeholt. Die Farben sollten ohne besondere Notwendigkeit nicht einzeln /selektiv bearbeitet werden. Das Verschieben von Farben (=Farbbalance) ist rechnerisch einfacher und erzeugt deshalb weniger nachträgliches (Rechen-)Rauschen. Die Möglichkeit, Farbe generell zu verschieben kann gezielt und getrennt für Lichter, Mitteltöne, Tiefen angewendet werden. Manchmal ist es notwendig oder interessant, Lichter und Tiefen gegenläufig zu verschieben, also Lichter in Richtung blau-cyan, Tiefen in Richtung gelb-rot. Diese Massnahmen sind weitgehend nebenwirkungsfrei und dadurch günstiger als das Drehen von Farben. Wie weiter unten detailiert beschrieben, besteht beim Drehen grundsätzlich ein höheres Rauschrisiko als beim Verschieben/Farbbalance.

Selektive Korrekturen

Eine selektive Farbkorrektur wird da optimal ansprechen, wo die Sättigung der Ausgangsfarbe hoch ist. Schwache Farben selektiv anzupacken, ist mühsam. Deshalb erwägen, die schwache Farbe durch Massnahmen aus E) zuerst stärker zu machen, damit sie anschliessend besser "gefunden" wird. Häufig ist es gewünscht, cyane Himmel blau zu färben. Zuerst das cyan blauer machen, noch etwas purpur dazu, dann die veränderten Flächen nochmals als Blau ansprechen und weiter blauer machen, wieder mit leichter Purpur-Dreingabe. Selektive Farbverschiebungen mögen es, an möglichst vielen verschiedenen Beinchen immer nur kleine Beträge gezupft zu werden, statt mit einem Regler das Ergebnis in einem Zug erzwingen zu wollen. Übermässiges Rauschen wäre die Folge.
Will man Grün selektiv anpacken, immer zuerst daran denken: wo Grün ist, ist auch Gelb. Zuerst das Gelb selektiv anwählen, das Gelb grüner machen, und siehe da: das Grün wird grüner. Im Zweiten Schritt das erstarkte Grün nochmals richtig als Grün ansprechen und nochmals nachhelfen. Wer Grün reduzieren will, kann ebenso über das Gelb beginnen (Voraussetzung ist immer: das Gelb stört sich nicht dran). Grün ist erfahrungsgemäss schlecht zu packen, deshalb der Umweg/die Mithilfe über Gelb.
Eine gängige Praxis ist der Kanaltausch. Er ist rauschmässig günstig, da komplette Kanalpakete weitgehend zu 100% ausgetauscht werden können, nur mit neuen "Hausnummern" versehen. Alles, was an Farbe nicht "gedreht" werden muss, ist rauschmässig im Vorteil. Wer Farbe dreht, muss an alle RGB Werte dran, alles auf viele Stellen genau umrechnen. Wer viel rechnet, macht viele Fehler. Wer Kanäle tauscht, braucht nur einem roten Pixel mit Wert 123 zu sagen: Du heisst jetzt Blau 123, ganz grob gesagt.

Drehen oder Kanaltausch
Besonders Falschfarbenaufnahmen geben die primär physikalisch aufgenommenen Kanäle manchmal nach erfolgtem Weissabgleich so wieder, wie wir es aus ästhetischen Gesichtspunkten NICHT wünschen, grasgrüne Himmel gehören dazu. Zwei zentrale Methoden der Änderung sind DREHEN des Farbtones und KANALTAUSCH. Worin liegt der Unterschied?

Beim Drehen aller Farbtöne bleibt zumindestens rechnerisch die Farbtrennung des Originals erhalten, auch wenn alle Farbtöne verändert werden (ihr relativer Abstand zueinander bleibt aber bestehen). Der Farbraum wird als Gesamtes gedreht. Praktisch stellt sich dabei häufig ein stärkeres Bildrauschen ein, wenn Einzelkanäle ( zum Beispiel Blau oder Rot ), die vor der Drehung zwar im Prinzip rauschten, aber unauffällig waren, durch die Farbtondrehung plötzlich auffälliger werden, in Farbton- und Helligkeitsbereiche kommen, in denen dieses Rauschen stärker stört. Dazu kommt noch ein rechnerisch verursachtes Rauschen: alle RGB-Werte müssen hochgradig miteinander verrechnet werden, dabei entstehen Rechenungenauigkeiten, die Rauschen zur Folge haben. Als Grundregeln möchten wir nennen: kleine Drehwinkelbeträge, zum Beispiel 5 oder 10 Grad, sind häufig förderlich für die Farbwiedergabe und weitgehend "nebenwirkungsfrei". Grössere Drehwinkel können grausig rauschen, besonders bei hoher ISO und/oder dunklen Bildern. Ausnahme: Drehung um exakt plus oder minus 120 Grad. Für diese Operationen braucht das Programm fast nicht zu rechnen, keine Interpolationen, keine Rechenfehler, sondern sauberes 1:1 Austauschen der alten R,G,B-Werte gegeneinander. Also ein reiner Kanaltausch, durchgeführt unter dem Schritt "Drehen".
Im Gegensatz zum Farbtondrehen ist der vollständige oder partielle Kanaltausch ( "Kanalmixer" ) für die Bildverarbeitungssoftware weniger Rechenarbeit und das Ergebnis ist in Schärfe und Rauschen der Farbtondrehung meistens überlegen. Der Rechner tut weniger, der Bediener muss aber mehr tippen / komplexere Schritte eingeben.

der klassische Kanaltausch Blau-Rot: Eingangsfarbe Blau wird Wiedergabefarbe Rot, Eingangsfarbe Rot wird Wiedergabefarbe Blau. Anwendung: IR-Aufnahmen mit Kantenfiltern 720 und 760 nm. Die in der Bearbeitungssoftware einstellbaren Intensitäten / Austauschraten können als Startwert mit plus 100% eingegeben werden.
Kanaltausch als qualitativer Ersatz für eine eigentlich gewünschte Farbtondrehung, aber mit mehr Erhalt der Bildqualität, Beispiel:
Eingang 50% Rot + 50% Blau = Wiedergabe Rot
Eingang 50% Grün + 50% Rot = Wiedergabe Grün
Eingang 50% Blau + 50% Grün = Wiedergabe Blau
Werden nach diesem Schema alle Kanäle berücksichtigt und alle mit gleichen Prozentbeträgen versehen, ( z.B. 50+50, 75+25, 25+75 usw.) ist das Ergebnis eine saubere Drehung ohne Zusammenlegung von Farbtönen, die im Original getrennt waren. Die Farbabstände bleiben bestehen, auch wenn die Sättigung etwas zurückgehen kann, diese ist aber rekonstruierbar.
Kanalmixer mit den Zielen: Veränderung der Farbwiedergabe plus Verbesserung von Schärfe und Rauschen unter Hinnahme eines Verlustes an Farbtrennung
Grundsätzlich ist vor allen "Kanalarbeiten" sinnvoll, sich die Einzelkanäle R,G,B im Hinblick auf Schärfe und Rauschen genau anzusehen. Je nach verwendeter Filterkombi ist manchmal der Blaukanal stark verrauscht, manchmal der Rotkanal, manchmal beide. Der Rotkanal ist häufig weniger scharf; der Grünkanal hat oft die beste Bildqualität, aber die geringste IR-Information. Die Aufgabe ist, den IR-Charakter des Bildes zu erhalten oder zu steigern, die Farbwiedergabe nach ästhetischen Gesichtspunkten zu steuern und die Bildqualität zu verbessern. Die Möglichkeiten dazu sind äusserst komplex, da die Farbregler häufig nicht nur von 0-100%, sondern von minus 200 bis plus 200% geschoben werden können, eine Unzahl an Kombinationen also. Um durch dieses Dickicht zu steigen, eine stilisierte Fallstudie zum systematischen Begreifen der Mechanismen:
Ausgangspunkt sei ein Falschfarben-Bild mit cyanem Himmel und purpurroter Vegetation, der Blaukanal rauscht, der Infrarot-Charakter ist mässig und könnte deutlicher ausfallen. Was tun?
Erster Schritt: Wiedergabe Blau rekrutieren aus 75% Grün plus 25% Blau. Das rauschige Blaubild wird so durch ein gutes Grünbild zu 75% ersetzt, (kann auch zu 100% erfolgen) und ein Teil (25%) der spektralen Information des Blaubildes wird fortgeführt, was dem Erhalt von Farbtrennung dient. Dieser Schritt hat auch die Hauptaufgabe, den Himmel von Cyan in Richtung Blau zu ändern.
Zweiter Schritt: Wiedergabe Grün rekrutieren aus 75% Grün plus 25% Rot. Da das Grünbild häufig wenig IR-spezifisch ist, das Rotbild aber sehr stark IR-Information trägt, wird der IR-Anteil an der Gesamtwiedergabe erhöht. Die gute Bildqualität des ursprünglichen Grünbildes verkraftet die Beimischung des unschärferen Rotbildes praktisch gut. Die purpurrote Vegetation geht dadurch in Richtung Gelb-Orange.
Dritter Schritt: wenn die IR-Wirkung des Bildes ok ist, braucht der dritte Schritt nicht zu erfolgen. Möchte man die Vegetation weiter betonen: Wiedergabe Rot rekrutieren aus 120% Rot minus ca. 15% Grün.
Diese Wirkung kann aber auch anders erreicht werden: selektive Farbkorrektur, Ansprechfarbe Rot, Rotwert erhöhen.
Vierter Schritt: falls der Himmel noch zu cyan, nicht blau genug ist, nach dem erfolgten Kanalmixer / Tausch an anderer Stelle den Farbton noch um 5, maximal 10 Grad drehen. Dies beeinflusst jedoch ALLE Farben. Im Unterpunkt "selektive Farbkorrektur" kann der Himmel, als Cyan angesprochen, natürlich einzeln bearbeitet werden: höherer Blauwert, leichten Magenta-Anteil zugeben.

Dieses Bündel von Massnahmen ist natürlich in jeder Stufe fein-tunbar. Ein Nachteil ist, dass erst nach Fertigstellung des vierten Schrittes jede Einzelmassnahme sich in ihrer Dosierung als passend oder nicht ganz optimal herausstellt. Mit etwas Übung ist es aber möglich, pro Einzelschritt darauf zu achten, dass die Regler so weit oder so wenig bewegt werden, dass Farbtrennung und relative Neutralität nicht unnötig bei diesem Schritt verloren gehen.

unerwünschte Bildstörungen

Bestimmte IR-Kamerafilterungen neigen zu Tonabrissen, vor allem bei Aufnahmen mit hohem Kontrast / Himmel, wenn Blauviolettfilter ohne zusätzliches Gelbfilter zur Eindämmung der Blaudominanz verwendet werden. Eine Filterung, die bei bewölktem Wetter, evtl ohne Himmel im Bild, mit einem Hebo V03 in 1mm Stärke funktioniert, fliegt einem bei voller Sonne mit blauem Himmel um die Ohren. Da hilft manchmal nur der komplette Ersatz des Himmels durch einen Kunsthimmel. Wenn feines Geäst vor dem Himmel ist, hat man im Allgemeinen verloren. Es helfen drei Massnahmen:

Aufnahme auf keinen Fall überbelichten, das führt zu willkürlichen Farben im Himmel. Zu knappe Belichtung führt zu Bildrauschen in den digitalen Bearbeitungsschritten.
mit Gelbfilter das Blau partiell eindämmen (440nm - 455nm - bis 475nm ist Blau noch sicher an der Bildentstehung beteiligt).
einen Verlauf-Filter zusätzlich vor das Objektiv, um den Himmel abzudunkeln

An feinen kontrastreichen Strukturen wie Ästen vor Himmel kann es durch hohe Intensitäts-Divergenz der Kanäle R,G,B zu willkürlichen Farbrändern kommen. Dies sind keine Fehler im Sinne von chromatischer Aberration des Objektivs, sondern vom Kamera-internen Weissabgleich, der bei IR-Falschfarbenaufnahmen manchmal fürchterlich viel zu rechnen hat. Manchmal helfen kleine Änderungen in Filterung oder / und Belichtung, dies zu verringern. Auch hier ist tendentiell knappes Belichten angesagt. In der Bildbearbeitung hilft partielles und graduelles Entsättigen.

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F) Bildgröße
Ein fertig bearbeitetes Bild braucht im Allgemeinen nicht in voller Grösse abgespeichert zu werden. IR-Aufnahmen, die dies qualitativ hergäben oder erforderlich machen, sind eine Seltenheit. Einem gut bearbeiteten IR-Bild wird man vollkommen gerecht, wenn man es in exakt 50% Grösse archiviert ("mehr ist sowieso nicht drauf"). Das unbearbeitete Original bleibt natürlich immer in 100% Grösse bestehen.