Bildverbesserung

Sammelbegriff für alle Manipulationen, die ein Bild für den Betrachter (subjektiv) oder für die maschinelle Auswertung (objektiv) besser nutzbar machen. Dazu gehört auch das Erkennen und Beheben von Artefakten.

Subjektiv vs. objektiv

• Subjektiv: originalgetreuer Eindruck, richtige Graustufen und Farben, Detailschärfe, keine Störungen.
• Objektiv: optimiert für die Maschine: lokale Gammakorrektur, Rauschunterdrückung, Projektion, Detailkontrasterhöhung, Segmentierungsvorbereitung, Morphologie (Quelle - Bildverarbeitung Zusammenfassung).

Grundeichung (immer zuerst)

• Gradation: Übertragungsfunktion der Helligkeitsstufen. Sie wird doppelt-logarithmisch als Dichte über log(Belichtung) aufgetragen. Die Steigung im Mittentonbereich ist das Gamma: steil bedeutet kontrastreich, flach bedeutet weich. Bereiche: Tiefen (D > 1.6), Mitteltöne (D ≈ 0.5–1.5), Lichter (D ≈ 0.1–0.4).
• Grundabgleich: Licht- und Tiefenpunkt an die Enden des Wertebereichs (0–255) legen, also die Luminanz linear spreizen.
• Neutralbalance / Weissabgleich: Die Gradationskurven der Farbkanäle müssen zusammenfallen, sonst entsteht ein Farbstich. Das Auge ist in den Mitteltönen besonders empfindlich dafür.
• Histogramm-Ausgleich: Grauwerte gleichmässiger verteilen. Kennzahlen sind Mittelwert, Varianz, Schiefe und Exzess.

Korrekturarten

Unscharfmaskierung (USM): Ursprünglich wurde ein unscharfes Negativ mitkopiert. Heute ist es ein Hochpass mit einem Umfeld von meist 5×5 oder 7×7 Pixeln. Es erhöht den Detailkontrast und ähnelt im Prinzip dem Laplace-Filter → Bildfilter.

Artefakte und Bildfehler

• Aliasing / Moiré: Ein periodisches Muster wird zu grob abgetastet. Es entsteht ein Schwebungsmuster mit f = |f(Raster) − f(Abtastung)|. Abhilfe: höhere Auflösung oder Anti-Aliasing-Filter.
• Abrisse (Contouring): Stufen in Verläufen bei zu wenigen Graustufen. Abhilfe: mehr Signalauflösung oder Dithering.
• Passerfehler: Farbauszüge liegen nicht übereinander, dadurch entstehen Farbsäume.
• Brumm/Banding, Randabfall (bis 25 % akzeptiert), Verzeichnung (tonnen- oder kissenförmig), Jitter, Hotspot, Rote-Augen-Effekt, Blooming.
• Rauschen: v.a. thermisches Sensorrauschen. Es wächst mit der Belichtungszeit, deshalb werden Sensoren z.B. mit Peltier-Elementen gekühlt. Unterdrückung durch mehr Licht, Korrektur durch kantenerhaltende Glättung.
• Metamerie: Kamerasensoren haben andere Spektren als das Auge, deshalb werden manche Farben grundsätzlich anders wiedergegeben → Farbmetrik.
• Bewegtbilder: Flackern (Abhilfe: ≥ 90 Hz), Bildunruhe, Bewegungsunschärfe, Bildfolgen-Moiré (rückwärts drehende Speichenräder); bei analoger Übertragung zusätzlich Schnee, Echos und Farbsäume.

Aus den Abbildungen der Quelle

• Gradationskurve (S. 25): Dichte (Schwärzung) über log(Belichtung). Sie zeigt einen Schleier (Grunddichte) unten, den steilen Mittentonbereich und die Sättigung oben. Die Steigung Gamma bestimmt das Kontrastverhalten, getrennt für Rot, Grün und Blau. Nur wenn die drei Kurven zusammenfallen oder parallel liegen, ist die Neutralbalance gegeben.
• Abrisse (S. 27): Ein Verlauf mit 256 Stufen erscheint glatt, einer mit effektiv nur 48 Stufen zeigt sichtbare Stufen (Banding).
• USM-Kennlinie (S. 30): Aus dem Kantenverlauf (1) und dem Negativ der Unscharfmaske (2) entsteht eine Dichtekurve (3) mit Über- und Unterschwingern an der Kante. Das ist die sichtbar erhöhte Schärfe.
• Fernsehübertragung (S. 39): RGB → YUV → Modulation von Y + C. Ein Farbfernseher decodiert daraus wieder RGB, ein Schwarz-Weiss-Gerät filtert nur Y heraus. Das ist die Abwärtskompatibilität von FBAS zu BAS.
• Prüfungsbeispiele (S. 136–145): Grundabgleich durch Setzen von Tiefen- und Lichterpunkt (Ausspreizung der Gradation = höheres Gamma), Farbtonverschiebung von Grün nach Rot mit Sättigungs- und USM-Erhöhung, eine Bearbeitungskette Gradation → Schwellwert-Segmentierung nach Farbe (Braun, Hautfarbe) → Erosion zur Freistellung einer Person („Zauberstab“).

Verwandt

• Bildfilter – die Werkzeuge für Glättung und Schärfung
• Farbmetrik, Colour-Management – Farbtreue
• Digitale Bildverarbeitung – Stufe „Vorverarbeitung“ im Stufenmodell
• Bildsegmentierung – die nächste Stufe