Mike King

Was ist RAW, technisch?


Roh Datei format Foto

Aus technischer Sicht, was genau ist RAW und wie unterscheidet es sich von JPG oder Bitmap-Bildern? Ich frage nicht nach den Vor- / Nachteilen im Vergleich zu einem anderen Format, sondern nach dem RAW-Format, nach der Art der gespeicherten Daten, nach dem Unterschied zu JPG (abgesehen von der fehlenden Komprimierung) und nach dem Unterschied zur Bitmap.

Antworten


thomasrutter

RAW sind Daten, die in einem früheren Verarbeitungsstadium aus der Kamera extrahiert werden .

Dies ermöglicht es, später auf einem Computer eine weitere Verarbeitung nach Belieben durchzuführen. Insbesondere werden die verlustreichen Verarbeitungsschritte wie Demosaicing , Schärfen / Rauschreduzierung und JPEG-Komprimierung , die permanent auf die resultierende Bilddatei angewendet werden, bevor sie die Kamera verlässt, vermieden.

Wenn Sie ein Foto machen:

Hier erfahren Sie, was passiert, wenn Sie ein Foto machen und in welchen Verarbeitungsstufen RAW- und JPEG-Bilder extrahiert werden.

  1. Bayer-Filter

    Der Verschluss öffnet sich und Licht tritt in die Kamera ein. Das Licht wird durch einen Bayer-Farbfilter gefiltert, so dass jedes Pixel auf dem Sensor nur entweder rotes, grünes oder blaues Licht empfängt. Dies ist erforderlich, da der Sensor ohne Monochrom ist.

  2. Sensor

    Das Licht trifft auf den Sensor (oft durch winzige Mikrolinsen, die mehr Licht in den empfindlichen Teil des Pixels sammeln). Es wird dann in Millionen von analogen Impulsen umgewandelt, von denen jeder einem Pixel entspricht.

  3. Analog-Digital-Konvertierung

    Die analogen Impulse werden entsprechend der gewählten Empfindlichkeit (ISO-Bewertung) auf den richtigen Wert verstärkt und anschließend in einer bestimmten Bittiefe mit einem Analog-Digital-Wandler in digitale Werte umgewandelt. Nach dieser Phase haben Sie Millionen von (typischerweise 12 oder 14 Bit) digitalen Werten in einem Stream.

    Beachten Sie, dass das Verfahren zur Analog-Digital-Wandlung bei CMOS- und CCD-Sensoren sehr unterschiedlich ist. Zum Beispiel enthält ein CMOS-Sensor einen Transistor in jedem Pixel , um dies zu unterstützen, aber es genügt zu sagen, dass Sie am Ende immer noch eine Menge digitaler Werte erhalten.

  4. Schwarzpegeleinstellung

    Die Kamera muss den korrekten Schwarzwert bestimmen, da der Sensor für schwarze Pixel nicht unbedingt Null zurückgibt. Zum Beispiel kann die Umgebungshitze des Sensors ein Signal verursachen. Dies wird häufig dadurch korrigiert, dass Sensordaten von einigen Kantenpixeln gelesen werden, die permanent abgedeckt sind, so dass Licht sie nicht erreichen kann. Dann subtrahiert es einen geeigneten Wert von den anderen Ergebnissen. Es kann andere Korrekturen an den digitalen Daten vornehmen - es kann versuchen, einige Arten von Rauschen zu reduzieren, wie etwa Hintergrundgeräusche, die durch den Sensor verursacht werden.

    Manchmal können die digitalen Werte weiter multipliziert oder geteilt werden, um den richtigen Empfindlichkeits (ISO) -Wert zu erreichen, wenn Sie einen ISO-Wert verwenden, den Ihr Sensor nativ nicht tut.

    Hier werden RAW-Daten extrahiert.

    Wenn Sie RAW aufnehmen, wird keiner der unten aufgeführten Schritte permanent auf die Bilddatei angewendet, wenn diese aus Ihrer Kamera kommt, sodass Sie sie nach Belieben in Ihrer RAW-Software anwenden können.

  5. Demosaicing

    Jeder Wert ist entweder ein roter, grüner oder blauer Wert. Sie benötigen jedoch für jedes Pixel alle drei Farben - Rot, Grün und Blau - für das endgültige Bild. Daher muss ein Demosaicing-Algorithmus die anderen zwei Farbanteile für jedes Pixel erraten, und zwar basierend auf der Kenntnis umgebender Pixel. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Demosaicing-Algorithmen mit unterschiedlichen Qualitäten, und es ist ein verlustreicher Prozess. Wenn dies in der Kamera passiert, bleiben Sie mit dem eingebauten Algorithmus der Kamera stecken.

  6. Farbraum-Konvertierung

    Rot, Grün und Blau im Bayer-Filter haben nicht unbedingt den gleichen Farbton wie Rot, Grün und Blau im Standard-sRGB-Farbraum. Die Kamera führt dann eine Farbkorrektur durch, um die Farben in den gewünschten Farbraum zu konvertieren, der normalerweise sRGB ist.

  7. Weißabgleich

    Die Weißabgleichkorrektur wird angewendet, um verschiedene Farbtemperaturen von Lichtquellen während der Aufnahme zu korrigieren.

  8. Gamma-Korrektur

    Es wird eine Gammakorrektur angewendet, die von den linearen Werten in gammakorrigierte Werte umwandelt, wie sie von digitalen Bilddateien benötigt werden. Diese Korrektur ist keine direkte Gammakorrektur; Eine Kontrastkurve wird angewendet, um sicherzustellen, dass Spitzlichter und schwarze Stellen sich gut abzeichnen, wodurch ein schönes filmähnliches Aussehen entsteht.

  9. Schärfen und Lärmminderung

    Ein angemessenes Maß an Schärfe und Rauschreduzierung wird angewendet, um das Bild zu verbessern und zu versuchen, störendes Rauschen zu unterdrücken. Es gibt verschiedene Schärfungs- und Rauschreduzierungsalgorithmen, und dies ist ein verlustbehafteter Vorgang. Wenn dies in der Kamera ausgeführt wird, sind Sie mit der von der Kamera angewendeten Schärfung und Rauschreduzierung beschäftigt.

  10. JPEG-Komprimierung

    Die resultierenden Bilddaten werden als JPEG komprimiert. Dies ist natürlich auch ein verlustreiches Verfahren.

    Hier würde eine JPEG-Datei erzeugt werden.

Mehr zum RAW-Format

Um die RAW-Datei zu erstellen, werden Rohdaten aus den Schritten 1 bis 4 in ein Dateiformat zusammengestellt, bei dem es sich normalerweise um ein proprietäres, herstellerspezifisches Dateiformat handelt, das auf dem TIFF-Format basiert. Die Daten werden manchmal mit einem einfachen verlustfreien Komprimierungsalgorithmus komprimiert und manchmal ist ein Teil davon auch verschlüsselt.

Innerhalb der RAW-Datei speichert die Kamera eine große Menge an Metadaten mit allen Informationen, die für die späteren zusätzlichen Verarbeitungsschritte gemäß den Kameraeinstellungen erforderlich sind. Dazu gehören Informationen wie Weißabgleich, Schärfe und Kontrast in der Kamera ausgewählt sind. RAW-Software kann dann entscheiden, diesen Ratschlägen zu folgen oder sie zu ignorieren.

Die Kamera bettet auch eine JPEG-Datei in die RAW-Datei ein, die sie dann verwenden kann, wenn sie das Bild im "Wiedergabe" -Modus in der Kamera wiedergibt. Dieses eingebettete JPEG fügt etwas zur Größe der RAW-Datei hinzu, aber es bedeutet, dass die Kamera nicht jedes Mal, wenn das Bild im Wiedergabemodus betrachtet wird, all diese Verarbeitung anwenden muss. RAW-Verarbeitungssoftware auf Computern ignoriert weitgehend das eingebettete JPEG, obwohl einige Software es für einen schnellen Vorschaumodus oder zum Erzeugen schneller Miniaturansichten verwenden kann. Im Allgemeinen handelt es sich um JPEG mit relativ niedriger Qualität, das nur für die Vorschau ausreicht.

mattdm
Beachten Sie, dass einige Kameras in Schritt 4 tatsächlich eine Rauschreduzierung anwenden (z. B. Sony A850).

thomasrutter
Hinweis: Im Allgemeinen werden Demosaicing-Algorithmen (Schritt 5) auch etwas Schärfung als Teil der Demosaicing machen. Dies wird oft zusätzlich zu einer weiteren Schärfung in Schritt 9 durchgeführt.

thomasrutter
Einige Kameras wenden die Objektivkorrektur in der Kamera an. Bei allen Kameras, die ich verwendet habe, ist bei der RAW-Datei nicht die Objektivkorrektur voreingestellt, so dass die Kamera dies nach diesem Schritt getan hat.

Michael Clark
Punkt # 1 - Bayer-Filter ändern die Empfindlichkeit für verschiedene Wellenlängen des Lichts. Aber etwas grünes Licht kommt durch die roten und blauen Filter und etwas rotes und blaues Licht durchdringt die grünen Filter.

thomasrutter
Das stimmt, aber das ist auch gleichbedeutend mit der Aussage "jeder Wert ist ein" roter "," grüner "oder" blauer "Wert in einem gegebenen Farbraum, dessen Definition von Rot, Grün und Blau durch den Bayer-Filter definiert ist es nicht?

Edd

Raw-Dateien sind keine eigentlichen Bilder, sondern die Daten direkt vom Sensor der Kamera. Ich denke daran, dass der Zustand der Kamera unmittelbar nach der Belichtung eingefroren wird und in einer Datei gebündelt wird, normalerweise mit einer Art verlustfreier Komprimierung. Der Wikipedia-Artikel liefert eine Menge Details über die Art von Dingen, die aufgezeichnet wurden, aber als Leitfaden würde ich sagen:

  • Alle Pegel werden vom Sensor abgelesen
  • Einige Informationen über den Sensortyp (so weiß der Raw-Konverter die Sensordaten zu interpretieren)
  • Alle Einstellungen, die derzeit für die Kamera gelten
  • Die Zeit und andere EXIF-Typ-Metadaten, die dem Bild zugeordnet sind
  • Möglicherweise ein JPEG-Miniaturbild

Denken Sie daran, dass es kein einzelnes Raw-Format gibt, und alle Kamerahersteller können diese Art von Daten auf ihre eigene Art und Weise bündeln. Adobe versucht, das von mir persönlich verwendete DNG-Format (Digital Negative) als Standard-RAW-Format zu bewerben. Einige Kameras können DNG ausgeben, aber die meisten müssen konvertiert werden. Ich mache dies beim Import in Lightroom, als einer der Vorteile ist, dass es Lr bearbeiten Daten in der Datei speichern kann, und keine XML-Sidecars erfordern. Ein weiterer Vorteil von DNG besteht darin, dass es zu kleineren Dateigrößen als native Raw-Dateien führt.

Ich könnte mir vorstellen, dass aufgrund der Art und Weise, wie die meisten Sensoren mit einem Bayer-Filter- Design aufgebaut sind, die Daten vom Sensor nur die Pegel von jedem Foto-Standort auf dem Sensor enthalten. Eine Bitmap hätte zum Beispiel die RGB-Seiten zu einem einzigen Pixel zusammengefasst.

Eruditass
Adobes Versuch, RAW-Formate zu standardisieren: en.wikipedia.org/wiki/Digital_Negative_(file_format) RAW-Dateien werden oft auch unkomprimiert komprimiert.

Michael Clark
DNG ist eher ein Container als ein tatsächliches Format. Der Rohkonverter muss immer noch die Eigenschaften des Sensors, der die Aufnahme gemacht hat, kennen und die entsprechende Demosaikierung für diesen speziellen Sensor anwenden.

AJ Finch

RAW ist eine Kopie der Daten vom Sensor. JPEG wurde verfeinert.

Zusammenfassung

Eine RAW-Datei ist eine direkte Kopie der Daten, die die Kamera aufnimmt.
Eine JPEG-Datei wurde aus diesen RAW-Daten durch einen Vorgang des Scharfzeichnens, der Farbkorrektur und der Komprimierung abgeleitet.

Detail

Das Herz einer Digitalkamera ist ein lichtempfindlicher Chip, der als Sensor bekannt ist.
Eine RAW-Datei ist eine Kopie der Daten direkt von diesem Chip, wenn ein Bild aufgenommen wird. Daher ist die Bilddatei nicht ohne weiteres als Bild erkennbar, weil:

  • Es ist kein allgemein anerkanntes Dateiformat
  • es wurde in keiner Weise verfeinert

Eine JPEG-Datei hingegen ist ein Standarddateiformat und wurde auf das Bild etwas verfeinert, um es besser aussehen zu lassen. Zu diesen Verfeinerungen gehört das Korrigieren von Weißabgleich und Scharfzeichnung. Ein JPEG hat in der Regel eine gewisse Komprimierung verursacht. Der Prozess zum Erstellen eines JPEGs verwirft also Daten, die ursprünglich auf dem Sensor vorhanden waren und in einer RAW-Datei erhalten bleiben.

Sowohl eine RAW-Datei als auch ein JPEG sind Arten von Bitmaps (sie repräsentieren beide einzelne Pixel).

Viele Kameras können für jedes Bild sowohl eine JPEG- als auch eine RAW-Datei erzeugen.

Wann man jedes benutzt

JPEG ist besser wenn

  • Sie möchten eine brauchbare Datei direkt von Ihrer Kamera
  • Platz auf Ihrer Speicherkarte ist ein Premium
  • Sie möchten Bilder schnell hintereinander aufnehmen

RAW ist besser, wenn

  • Sie möchten die Datei nachbearbeiten
  • Sie möchten Ihre Optionen für Belichtung oder Weißabgleich offen halten
  • Sie wollen die höchstmögliche Detailgenauigkeit (ich könnte mich irren - hängt von der Kamera ab)

Haftungsausschluss

Ich habe hier einige Details übersprungen (siehe Kommentare), um die Grundlagen zu verdeutlichen.

Erica Marshall
Die Kamera wendet weiterhin die gesamte Nachbearbeitung auf die RAW-Datei an, sie speichert sie nur reversibel. Um dies zu demonstrieren, können Sie Ihre Kamera (in RAW) in den Schwarz-Weiß-Modus versetzen, ein Foto machen und ein Schwarz-Weiß-Bild erhalten, obwohl Ihre Kamera ein Farbfoto aufgenommen und dann konvertiert hat. Diese allgemeine Demo zeigt die Flexibilität von RAW, da Sie die B & W RAW-Datei in Software öffnen und den Kameramodus auf "Normal" ändern und die Farbversion zurückbekommen können. Wenn es in JPG gedreht wurde, würden Sie die Farbversion verlieren.

Erica Marshall
Vollständige Offenlegung: Ich habe mich nicht rechtzeitig daran erinnert, zu bearbeiten: In RAW wird nicht die gesamte Nachbearbeitung angewendet, sondern Farbverstärkung und -korrektur wie Weißabgleich. Dinge wie Schärfe und Rauschunterdrückung werden nicht angewendet. Entschuldigung für den doppelten Kommentar.

Rezlaj
+1 diese Antwort verdient keine Degradierung. Die Kamera verarbeitet nur ein kleines JPEG als Thumbnail, um es dem Benutzer anzuzeigen. Es verarbeitet nicht die ursprünglichen Informationen, wenn RAW verwendet wird.

jrista♦
@Erica: Ich denke, was du versuchst zu sagen ist, dass die Kamera-Hardware eine Tonkurve auf rohe Bilddaten anwendet, was sie tun. Jeder Kanal wird durch Anwenden einer Tonkurve verarbeitet, die den richtigen Weißabgleich und Kontrast effektiv "hinzufügt". In Wirklichkeit wird jedoch keine echte Verarbeitung durchgeführt, die Tonkurve dämpft nur das Bild, wenn es auf einen Bildschirm gerendert wird. Wenn auf jeden Kanal eine lineare Tonwertkurve angewendet wird, kann der ursprüngliche Rohzustand weiterhin angezeigt werden (obwohl das Bild ziemlich eintönig aussehen würde).

Erica Marshall
@ jrista: Das Endergebnis ist, dass, wenn jemand das Bild auf ihrem Bildschirm öffnet, sie sehen, dass ein RAW-Bild, das nicht viel anders als das äquivalente JPG ist ... Ich habe nur versucht, den Unterschied in einem praktischen und zu klären weniger technischer Weg.

Rezlaj

Ich denke, dass diese Frage besser von Wikipedia für die technischsten Aspekte beantwortet werden kann: http://en.wikipedia.org/wiki/Raw_image_format .

Im Allgemeinen ist RAW die genaue Ausgabe des Sensors. Es kann komprimiert werden oder nicht, aber der Hauptunterschied zwischen JPEG und RAW ist, dass RAW ein verlustfreies Format ist. JPEG hat eine Tiefe von 8 Bit pro Pixel, während RAW so viele Bits wie der Sensor haben kann. Um von RAW zu JPEG zu kommen, müssen Sie eine Menge Informationen verlieren, um beispielsweise von 12 Bit pro Pixel zu 8 Bit pro Pixel zu kommen.

RAW-Formate verwenden Kameras. Danach, wenn Sie nachbearbeiten, würden Sie ein TIF-Format verwenden, um so viele Informationen wie möglich zu erhalten. TIF ist auch ein verlustfreies Format und behält die gleiche Bittiefe wie RAW.

Michael Clark
Aber die Demosaikierung, die verwendet wird, um das TIFF aus der Rohdatei zu erzeugen, wird irreversibel eingebrannt. Die tatsächlichen monochromatischen Luminanzwerte von jeder Pixelsenke in dem Sensor werden durch berechnete RGB-Werte für jedes Pixel ersetzt. Der Schwarzpunkt und die Farbtemperatur / wb, die zur Erzeugung dieser RGB-Werte verwendet werden, können später nicht mehr umgekehrt werden.

Erica Marshall

Wenn Sie sich das Bild ansehen, das Ihre Kamera anfängt, würden Sie enttäuscht sein. Nachdem ein Bild aufgenommen wurde, wird das Foto durch Nachbearbeitung in der Kamera durchlaufen, um Farbe, Kontrast, Schärfe usw. zu verbessern.

Wenn Sie in RAW aufnehmen, erhalten Sie ungefähr das gleiche Bild wie bei JPG, aber Sie erhalten alle notwendigen Daten, um alle diese Nachbearbeitung in der Kamera rückgängig zu machen, so dass Sie es selbst anders machen können, wenn Sie möchten.

Wenn Sie in JPG aufnehmen, zeichnet die Kamera die Daten auf, verarbeitet das Bild und löscht dann die "Rückgängig" -Daten, um Platz auf Ihrer Speicherkarte zu sparen.

Weitere technische Informationen finden Sie hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Raw_image_format

Oder wenn Sie sich für einen Abschluss in RAW und Kameraverarbeitung qualifizieren möchten, lesen Sie diese Videos im Google FotoTechEDU-Talk: http://www.youtube.com/watch#!v=7SuDOMhUUMg&feature=PlayList&p=F7C5C8C217CF2E13&index=1&playnext=1

mattdm
Wenn man es als "rückgängig machen" betrachtet, funktioniert es konzeptionell, ist aber technisch nicht korrekt. Und da sagt die Frage "technisch" ....
For any question please email answer.adv@gmail.com