Was genau ist RAW aus technischer Sicht und wie unterscheidet es sich von JPG- oder Bitmap-Bildern? Ich frage nicht nach den Vor- und Nachteilen gegenüber einem anderen Format, sondern was das RAW-Format ausmacht, wie werden die Daten gespeichert, wie unterscheidet es sich von JPG (außer fehlender Komprimierung) und wie unterscheidet es sich von Bitmap?
RAW sind Daten, die in einem früheren Stadium der Verarbeitung von der Kamera extrahiert werden .
Dadurch kann eine spätere Weiterverarbeitung auf einem Computer beliebig erfolgen. Insbesondere werden die verlustbehafteten Verarbeitungsschritte Demosaikierung , Schärfen/Rauschunterdrückung und JPEG-Komprimierung vermieden , die dauerhaft auf die resultierende Bilddatei angewendet werden, bevor sie die Kamera verlässt.
Wenn Sie ein Foto machen:
Folgendes passiert, wenn Sie ein Foto aufnehmen, und in welchen Phasen der Verarbeitung die RAW- und JPEG-Bilder extrahiert werden.
Bayer-Filter
Der Verschluss öffnet sich und Licht fällt in die Kamera. Das Licht wird durch einen Bayer-Farbfilter gefiltert, sodass jedes Pixel auf dem Sensor nur entweder rotes, grünes oder blaues Licht empfängt. Dies ist erforderlich, da der Sensor ohne sie monochrom ist.
Sensor
Das Licht trifft auf den Sensor (häufig durch winzige Mikrolinsen, die helfen, mehr Licht in den empfindlichen Teil des Pixels zu sammeln). Es wird dann in Millionen von analogen Impulsen umgewandelt, von denen jeder einem Pixel entspricht.
Analog-Digital-Wandlung
Die analogen Impulse werden entsprechend der gewählten Empfindlichkeit (ISO-Wert) auf den richtigen Betrag verstärkt und dann mit einem Analog-Digital-Wandler in einer bestimmten Bittiefe in digitale Werte umgewandelt. Nach dieser Phase haben Sie Millionen von (normalerweise 12- oder 14-Bit-) Digitalwerten in einem Stream.
Beachten Sie, dass die Methode zur Analog-Digital-Wandlung bei CMOS- und CCD-Sensoren sehr unterschiedlich ist. Ein CMOS-Sensor enthält beispielsweise einen Transistor in jedem Pixel , um dies zu unterstützen, aber es genügt zu sagen, dass Sie am Ende immer noch eine Reihe digitaler Werte erhalten.
Anpassung des Schwarzpegels
Die Kamera muss den korrekten Schwarzwert bestimmen, da der Sensor für schwarze Pixel nicht unbedingt Null zurückgibt. Beispielsweise kann die Umgebungswärme des Sensors ein Signal verursachen. Dies wird häufig korrigiert, indem Sensordaten von einigen Kantenpixeln gelesen werden, die dauerhaft bedeckt sind, damit Licht sie nicht erreichen kann. Dann subtrahiert es einen entsprechenden Wert von den anderen Ergebnissen. Es kann andere Korrekturen an den digitalen Daten vornehmen – es kann versuchen, einige Arten von Rauschen zu reduzieren, wie z. B. vom Sensor verursachtes Hintergrundrauschen.
Manchmal können die digitalen Werte dann weiter multipliziert oder geteilt werden, um den richtigen Empfindlichkeitswert (ISO) zu erreichen, wenn Sie einen ISO-Wert verwenden, den Ihr Sensor nicht nativ macht.
Hier werden RAW-Daten extrahiert.
Wenn Sie RAW aufnehmen, wird keiner der Schritte unten dauerhaft auf die Bilddatei angewendet, wenn sie aus Ihrer Kamera kommt, sodass Sie sie stattdessen nach Belieben in Ihrer RAW-Software anwenden können.
Demosaicing
Jeder Wert ist tatsächlich entweder ein roter, grüner oder blauer Wert. Für das endgültige Bild muss jedoch jedes Pixel alle drei Farben – Rot, Grün und Blau – haben. Daher muss ein Demosaicing-Algorithmus die anderen beiden Farbteile für jedes Pixel erraten, und er tut dies basierend auf der Kenntnis der umgebenden Pixel. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Demosaicing-Algorithmen mit unterschiedlichen Qualitäten, und es ist ein verlustbehafteter Prozess. Wenn dies in der Kamera auftritt, bleiben Sie beim integrierten Algorithmus der Kamera hängen.
Konvertierung des Farbraums
Rot, Grün und Blau im Bayer-Filter haben nicht unbedingt den gleichen Farbton wie Rot, Grün und Blau im Standard-Farbraum sRGB. Die Kamera führt dann eine Farbkorrektur durch, um die Farben in den gewünschten Farbraum umzuwandeln, der normalerweise sRGB ist.
Weißabgleich
Die Weißabgleichkorrektur wird angewendet, um unterschiedliche Farbtemperaturen von Lichtquellen während der Aufnahme zu korrigieren.
Gamma-Korrektur
Es wird eine Gamma-Korrektur angewendet, die von den linearen Werten in Gamma-korrigierte Werte umwandelt, wie es für digitale Bilddateien erforderlich ist. Diese Korrektur ist keine reine Gammakorrektur; Eine Kontrastkurve wird angewendet, um sicherzustellen, dass Lichter und Schwarz sich gut abrunden, was ihm ein schönes filmähnliches Aussehen verleiht.
Schärfen und Rauschunterdrückung
Ein angemessenes Maß an Schärfung und Rauschunterdrückung wird angewendet, um das Bild zu verbessern und störendes Rauschen zu unterdrücken. Es gibt verschiedene Schärfungs- und Rauschunterdrückungsalgorithmen, und dies ist ein verlustbehaftetes Verfahren. Wenn dies in der Kamera erfolgt, bleiben Sie bei der von der Kamera angewendeten Schärfung und Rauschunterdrückung hängen.
JPEG-Komprimierung
Die resultierenden Bilddaten werden als JPEG komprimiert. Auch dies ist offensichtlich ein verlustbehaftetes Verfahren.
Hier würde eine JPEG-Datei generiert werden.
Mehr zum RAW-Format
Um die RAW-Datei zu erstellen, werden Rohdaten aus den obigen Schritten 1 bis 4 zu einem Dateiformat zusammengesetzt, das in der Regel ein proprietäres, herstellerspezifisches Dateiformat auf Basis des TIFF-Formats ist. Die Daten werden manchmal mit einem einfachen verlustfreien Komprimierungsalgorithmus komprimiert und manchmal wird ein Teil davon auch verschlüsselt.
In die RAW-Datei bettet die Kamera eine ganze Reihe von Metadaten ein, mit allen Informationen, die für die späteren zusätzlichen Verarbeitungsschritte gemäß den Kameraeinstellungen erforderlich sind. Dazu gehören Informationen wie der Weißabgleich, die Schärfe und die Kontrasteinstellungen, die in der Kamera ausgewählt sind. Die RAW-Software kann dann entscheiden, diesem Rat zu folgen oder ihn zu ignorieren.
Die Kamera bettet auch eine JPEG-Datei in die RAW-Datei ein, die sie dann verwenden kann, wenn sie das Bild im kamerainternen „Wiedergabe“-Modus wiedergibt. Dieses eingebettete JPEG erhöht die Größe der RAW-Datei ein wenig, bedeutet aber, dass die Kamera diese Verarbeitung nicht jedes Mal anwenden muss, wenn das Bild im Wiedergabemodus angezeigt wird. RAW-Verarbeitungssoftware auf Computern ignoriert das eingebettete JPEG weitgehend, obwohl einige Software es möglicherweise für einen schnellen Vorschaumodus oder zum Erstellen schneller Miniaturansichten verwendet. Es ist im Allgemeinen ein JPEG von ziemlich niedriger Qualität, das nur für die Vorschau gut genug ist.
RAW-Dateien sind nicht wirklich Bilder als solche, sondern die Daten direkt vom Sensor der Kamera. Ich stelle mir das so vor, als würde der Zustand der Kamera unmittelbar nach Abschluss der Belichtung eingefroren und in einer Datei gebündelt, normalerweise mit einer Art verlustfreier Komprimierung. Der Wikipedia-Artikel enthält ziemlich viele Details über die Art von Dingen, die aufgezeichnet werden, aber als Leitfaden würde ich sagen:
Denken Sie daran, dass es kein einzelnes Raw-Format gibt und es allen Kameraherstellern freisteht, diese Art von Daten auf ihre eigene Weise zu bündeln. Adobe versucht, sein DNG-Format (Digital Negative) , das ich persönlich verwende, als Standard-RAW-Format zu fördern. Einige Kameras können DNG ausgeben, die meisten müssen jedoch konvertiert werden. Ich mache das beim Import in Lightroom, da einer der Vorteile darin besteht, dass Lr-Bearbeitungsdaten in der Datei gespeichert werden können und keine XML-Sidecars erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil von DNG besteht darin, dass es tendenziell zu kleineren Dateigrößen führt als native Raw-Dateien.
Ich würde mir vorstellen, dass die Daten vom Sensor aufgrund der Art und Weise, wie die meisten Sensoren mit einem Bayer-Filter- Design gebaut sind, nur Pegel von jeder Fotostelle auf dem Sensor enthalten. Eine Bitmap hätte beispielsweise die RGB-Sites zu einem einzigen Pixel zusammengefasst.
Eine RAW-Datei ist ein direkter Dump der Daten, die die Kamera erfasst.
Aus diesen RAW-Daten wurde durch Schärfen, Farbkorrektur und Komprimierung eine JPEG-Datei abgeleitet.
Das Herzstück einer Digitalkamera ist ein lichtempfindlicher Chip, der als Sensor bezeichnet wird.
Eine RAW-Datei ist so ziemlich eine Kopie der Daten direkt von diesem Chip, wenn ein Bild aufgenommen wird. Daher ist die Bilddatei nicht ohne weiteres als Bild erkennbar, weil:
Eine JPEG-Datei hingegen ist sowohl ein Standarddateiformat als auch wurde das Bild etwas verfeinert, damit es besser aussieht. Diese Verfeinerungen umfassen die Korrektur des Weißabgleichs und das Schärfen. Außerdem wurde bei einem JPEG normalerweise eine gewisse Komprimierung angewendet. Beim Erstellen eines JPEG werden also Daten verworfen, die ursprünglich auf dem Sensor vorhanden waren und in einer RAW-Datei aufbewahrt werden.
Sowohl eine RAW-Datei als auch ein JPEG sind eine Art von Bitmaps (beide stellen einzelne Pixel dar).
Viele Kameras können für jedes Bild sowohl eine JPEG- als auch eine RAW-Datei erzeugen.
JPEG ist besser, wenn
RAW ist besser, wenn
Ich habe hier einige Details übersprungen (siehe Kommentare), um die Grundlagen zu verdeutlichen.
tone curve
auf Rohbilddaten anwendet, was sie tun. Jeder Kanal wird
durch Anwenden einer Tonwertkurve verarbeitet , die effektiv den richtigen Weißabgleich und Kontrast „hinzufügt“. In Wirklichkeit findet jedoch keine wirkliche Verarbeitung statt, die Tonwertkurve dämpft lediglich das Bild, wenn es auf einen Bildschirm gerendert wird. Wenn auf jeden Kanal eine lineare Tonkurve angewendet wird, kann der ursprüngliche Rohzustand immer noch angezeigt werden (obwohl das Bild eher trist aussehen würde).Ich denke, diese Frage kann besser von Wikipedia für die meisten technischen Aspekte beantwortet werden: http://en.wikipedia.org/wiki/Raw_image_format .
Im Allgemeinen ist RAW die exakte Ausgabe des Sensors. Es kann komprimiert werden oder nicht, aber der Hauptunterschied zwischen JPEG und RAW besteht darin, dass RAW ein verlustfreies Format ist. JPEG hat eine Tiefe von 8 Bit pro Pixel, während RAW so viele Bits haben kann, wie der Sensor hat. Um also von RAW zu JPEG zu gelangen, müssen Sie eine Menge Informationen verlieren, um beispielsweise von 12 Bit pro Pixel auf 8 Bit pro Pixel zu gelangen.
RAW-Formate werden von Kameras verwendet. Danach würden Sie bei der Nachbearbeitung ein TIF-Format verwenden, um so viele Informationen wie möglich beizubehalten. TIF ist auch ein verlustfreies Format und behält die gleiche Bittiefe wie RAW.
Wenn Sie sich das Bild ansehen würden, das Ihre Kamera ursprünglich aufnimmt, wären Sie davon enttäuscht. Nachdem ein Bild aufgenommen wurde, wird das Foto einer Nachbearbeitung innerhalb der Kamera unterzogen, um Farbe, Kontrast, Schärfe usw. zu verbessern.
Wenn Sie in RAW fotografieren, erhalten Sie ungefähr das gleiche Bild wie bei JPG, aber Sie erhalten alle Daten, die erforderlich sind, um die gesamte Nachbearbeitung in der Kamera "rückgängig zu machen", damit 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 diese "Rückgängig"-Daten, um Platz auf Ihrer Speicherkarte zu sparen.
Weitere technische Informationen finden Sie hier: http://en.wikipedia.org/wiki/Raw_image_format
Wenn Sie sich für einen Abschluss in RAW und Kameraverarbeitung qualifizieren möchten, sehen Sie sich diese Videos aus dem Google PhotoTechEDU-Vortrag an: http://www.youtube.com/watch#!v=7SuDOMhUUMg&feature=PlayList&p=F7C5C8C217CF2E13&index=1&playnext=1
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