Er JPEG et alternativ til Raw?

 

Ovenstående titel er inspireret af den diskussion, som af og til finder sted mellem tilhængere og modstandere af JPG formatet.

Der er fordele og ulemper ved alting. Det følgende er ikke et forsøg på at besvare ovenstående spørgsmål med et ja eller et nej. I stedet kommer der her nogle fakts på bordet om JPG formatet. Det er så op til den enkelte selv at afgøre om JPG er det ideelle til alle opgaver.

Bemærk endvidere, at når meget komplicerede ting skal forklares i tekst og i kort form, så er det umuligt at få alt med! Den højere matematik er bevist udeladt og enkelte emner er blevet simplificeret for at gøre stoffet nemmere at kapere.

For de der gerne vil lidt dybere ned i materien er der ekstra kapitler med supplerende materiale, der har relation til emnet her.

Alle digitale billeder starter ud som en Raw fil. Konverteringen til et JPG billede kan ske uden for kameraet i en såkaldt Raw konverter, eller i selve kameraet.

Hastighed og fremkaldelseskvalitet afhænger af datakraft og den software der anvendes. Slutresultatet er bedst i de professionelle og semiprofessionelle kameraer, hvor der sædvanligvis er stor processorkraft til rådighed, og hvor der også er anvendt gode objektiver. Intet er som bekendt bedre end det svageste led. Det bedste resultat opnås altid, når Raw filen fremkaldes uden for kameraet i en god Raw konverter.

I de bedre kameraer er det heldigvis muligt, sideløbende med en JPG, at gemme en Raw fil. Er der i kameraet kun valgt JPG, så slettes Raw filen automatisk, når JPG billedet er blevet genereret. JPG billedet bliver leveret i den kvalitet, som kameraet er indstillet til. Bevares Raw filen, så har man en kopi af det ”billede” som sensoren fangede ind og det er en dejlig sikkerhedsventil, hvis JPG billedet ikke lever op til forventningerne.

En Raw konverter arbejder så effektivt i dag, at tidsforbruget ikke er en afgørende faktor, når valget står mellem Raw eller JPG . Med få indstillinger og kombineret med avancerede batch funktioner er ”fremkaldelsen” af Raw filer uden for kameraet blevet en leg.

Leica, kendt for sin høje kvalitet, hvad angår kameraer og objektiver, er også kendt for at levere dårlige (ud af kameraet) JPG billeder. De fleste Leica ejere foretrækker derfor at fotografere i Raw og fremkalde billederne i en god Raw konverter. Software er ikke Leicas spidskompetence. Det er kun de helt store på markedet, som f. eks. Nikon og Canon, som virkelig behersker alle discipliner.

JPEG er en forkortelse af Joint Photographic Experts Group. Forkortelsen henviser i det daglige til en filtype, men er i virkeligheden en digital standard, en metode til at komprimere fotografiske billeder på.  Teknikken benyttes i så og sige alle kommercielle kameraer i dag, og er ligeledes udbredt på Internettet. Den anvendte kompressionsteknik benyttes ikke kun til stilbilleder, men er i dag også alt dominerende inden for videokompression, hvor det optræder i mange forskellige afskygninger.

Desværre er det sådan, at nogle af de billedinformationer, som kameraets sensor registrerer, ved kompression vil gå tabt, og der findes desværre ingen ”Reverse Engineering's” metode, eller en redningskrans, der kan hente det tabte tilbage. Der er med andre ord ingen indbygget fortrydelsesret!

Når man vælger kompression, vælger man også billedkvalitet. I et kamera kan man vælge forskellige kompressioner. Jo hårdere man komprimerer, jo mere taber man i billedkvalitet.Vælger man en lav kvalitet ( kraftig kompression) får man ofte tydelige artefakts i form af kunstigt frembragte detaljer, især i de områder af billedet, hvor der er mange detaljer og høj kontrast. Det er især de små farvernuancer, som bliver markant reduceret ved en kraftig kompression.

Et JPG billede kan godt redigeres! Farvebalance, kontrast, lys og gamma m. m kan justeres, men der betales altid en pris i form af en dårligere opløsning. Er JPG valgt som eneste format i kameraet, så vælg altid den højeste kvalitet, som hensynet til alt andet tillader.

Hvis man åbner og gemmer et JPG billede gentagne gange, selv uden at ændre noget som helst i billedinformationerne, er der hver gang et lille tab. Det er sædvanligvis et tab, som kun vanskeligt kan registreres af øjet, men tab er der altid!

At det i det hele taget er muligt at komprimere et billede, uden synlige kvalitetstab for betragteren, skyldes udelukkende, at man udnytter øjets begrænsninger i farveopfattelse, specielt når det gælder de små detaljer. Øjet er generelt mere følsom over for ændringer i luminansen ( billedets S/H indhold ) end over for ændringer i farvetone og mætning.

Det analoge farveTV, som har en menneskealder på bagen, udnytter ligesom JPG billedet øjets dårlige farveopfattelse, til at reducere billedinformationerne og dermed reducere den nødvendige båndbredde. Det betyder flere kanaler i de enkelte frekvensbånd. Det koncept har ikke ændres sig selvom det analoge billede er blevet digitaliseret.

 

1) Farver i store arealer og større detaljer kan kun reproduceres korrekt ved samtidig anvendelse af de 3 primære farver rød, grøn og blå.

2) Mindre detaljer behøver kun at blive reproduceret i orange eller blå-grønne nuancer.

3) De fine detaljer kræver ikke nogen farve, fordi øjet kun opfatter små detaljer i sort/hvid.

 

Billedkompression udnytter også øjets begrænsninger eller manglende evne til at opfatte små lysforskelle. Det er derfor, at det er muligt, udover at reducere i billedes farveinformationer, at komprimere billedindholdet yderligere.

Sammenligner vi et JPG billede med det billede som blev registreret af kameraets sensor, så er der en ikke ubetydelig forskel, men uden en direkte sammenligning på pixelniveau, bliver de farver og detaljer, som er ændret eller fjernet i JPG billedet, ikke registreret af øjet. Tilsyneladende mangler der ikke noget!

 


 

JPG komprimering

 

Hvorfor er det så vigtigt at kunne komprimere billedinformationerne, når vi ved, at en kompression næsten altid giver tab i en eller anden størrelsesorden?

Det tager tid at flytte data fra et medie til et andet, små datamængder kan flyttes hurtigere, og når vi taler video, kan flere informationer overføres på den samme tid, hvis de er komprimeret. Komprimering er essentiel for den måde vi udveksler billeddata på. Uden effektiv komprimering ville udbudet og kvaliteten inden for video og TV ikke have nået det nuværende høje stade.

Hvordan griber vi det an, når vi skal komprimere et billede? Det gøres nemlig ikke bare pixel for pixel! Et rent RGB signal kan i praksis ikke komprimeres nævneværdigt, så RGB farvemodellen skal nødvendigvis ændres til et noget mere hensigtsmæssigt farverum for at kunne komprimeres. Vi skal have adskilt luminans og farveinformationerne, fordi det primært er farveinformationerne vi kan ændre og reducere i forbindelse med en komprimering, som skal være uden synlige tab i billedkvalitet.

Y', Cb og Cr er de 3 komponenter vi omdanner RGB dataene til. Y' er den enkelte pixels lysstyrke (luminans). Cb og Cr er krominansen (farveinformationerne: Farvetone og farvemætning) repræsenteret ved en blå og rød akse.

Det første der sker efter at RGB billedet er konverteret til Y'CbCr er en downsampling af krominansen (også kaldet chroma subsamling). Lidt forenklet kan man sige at farveinformationernes opløsning reduceres i forhold til luminansens opløsning.

Hvis farveopløsningen reduceres horisontalt med en faktor 2 bruger vi udtrykket  4:2:2. Det betyder at 8 farvenuancer reduceres til 4 på en måde så det modsvarer øjets manglende evne til netop at skelne de små farveforskelle. Øjet er mere kritisk over for fravær af farver i rød/grøn spektret end for blå/gul og det udnyttes blandt andet.

En downsampling til 4:2:0, som bruges af JPG formatet, angiver at her er farveopløsningen reduceres med en faktor 2 både horisontalt og vertikalt.

Downsampling af krominansen  4:2:0 kan også forklares ved at se på hvordan pixelfordelingen er for  henholdsvis luminans og krominans.

Luminansen registreres for hver pixel, hvorimod krominansen er et filtreret gennemsnit af 4 pixel. Det svarer til at farveopløsning i  billedet er faldet til 1/4 del, sammenlignet med luminansens opløsning

Når man reducerer farveopløsningen, er der færre farver og den nødvendige datamængde er dermed tilsvarende mindre, men der skal meget mere til, hvis billedfilens størrelse skal reduceres markant!

I næste trin deles det downsamplet 4:2:0 billede op i blokke på 8 x 8 pixel. Hver pixel består forsat af 3 komponenter Y', Cb og Cr. Men ved hjælp af  DCT ( Discrete Cosine Transform) afrundes og grupperes værdierne i blokken på en måde, så blandt andet unødvendige gentagelser fjernes. Den samlede informationsmængde er derved yderligere blevet kraftig reduceret.

En kvantisering, som bygger på øjets begrænsning til at kunne se små forskellig i lysstyrke, især i detaljen, gør at værdierne i blokken på 8 x 8 pixel kan afrundes til nærmeste heltal og ofte endda reduceres til et 0. Det kræver langt færre bit at gemme heltal i forhold til decimaltal og især hvis man kan afrunde en værdi til et 0.

Til slut udføres der en tabsfri data kompression af det hele, som reducerer den samlede størrelse yderligere med typisk 5 -10 %.

Det er downsampling og kvantisering der giver den største kompression. Det er uheldigt, men ikke særlig overraskende, at de trin  som virkelig reducerer størrelsen, også fører til det største tab af billedkvalitet. Man kan komprimere et billede så meget, at især de 8 x 8 pixel blokke, som JPG billedet er opdelt i, træder frem og giver billedet et ”pixeleret” eller ”firkantet” udseende.

I Photoshop kan man visuelt  kontrollere hvor meget en given kompression påvirker billedkvaliteten, og skrue lidt op eller ned om nødvendigt. Har man brug for at billedet ikke fylder for meget, men samtidig ønsker en  passende kvalitet, så bør billedkvaliteten kontrolleres ved 100%. Kompressionens bivirkninger kommer tydeligst frem i små billeder.

En komprimering med en faktor 4 eller mindre giver en kvalitet, som er så tæt på det originale RGB billede, at der i praksis ikke vil være tale om en tydelig forskel.

For god ordens skyld skal det lige nævnes at når vi åbner den komprimerede JPG billedfil, skal vi for at komme tilbage til et RGB billede igen, igennem en del af processen endnu en gang, men nu i omvendt rækkefølge. Det er mindre kompliceret den modsatte vej, fordi der udelukkende er tale om en matematisk konvertering tilbage til RGB værdier.

Fordele ved JPG:

Filen fylder mindre. Der kan være flere billeder  på hukommelseskortet og harddisken.

Det er hurtigere at transmittere en lille billedfil kontra en stor.

JPG filen kommer fiks og færdig ud af kameraet. Minimal efterredigering. Sparer tid.

Ved moderat komprimering er billedkvaliteten tilstrækkelig til de fleste ting.

Formatet kan læses af alle programmer, også i fremtiden.

Ulemper ved JPG:

Der er altid tab af billedkvalitet ved komprimering.

8 bit farvedybde pr kanal og en gammakurve på 2.2. gør formatet mindre velegnet til efteredigering.

Hvidbalancen skal være præcist valgt ved eksponeringen. På grund af gammakurven kan hvidbalancen ikke efterfølgende ændres på en ordentlig måde.

Kameraets 4096 lysniveauer (ved 12 bit) ændres for altid til kun 256 bit pr. farvekanal.

Selv en mindre overeksponering fører til uigenkaldelig tab af billedinformationer.

De første blændetrin i skyggen indeholder kun få lysniveauer. ”Lukker” man skyggen op er der kun få detaljer og meget støj. Begrænset dynamikområde.

Ingen fortrydelsesret, når først billedkvaliteten er valgt.

Fordele ved Raw:

Det er det tætteste vi kan komme på det analoge negativ. Det er de rå og uforarbejdede data direkte fra sensoren. Alle kameraindstillinger er til orientering udelukkende vedhæftet filen som en information (tag).

Det er muligt at forbedre billedkvaliteten af eksisterende optagelser ved hjælp af nye og mere avancerede Raw konvertere engang i fremtiden.

Raw er det tabsfrie format, som fylder mindst af alle.

16 Bits farvedybde pr kanal, stor gamut og en lille ekstra eksponeringsreserve er en kæmpe fordel redigeringsmæssigt.

Ulemper ved Raw:

Rawfiler er proprietære og skal derfor kendes af redigeringsprogrammet for at kunne blive konverteret.

Filerne fylder relativt meget i forhold til JPG.

Der er altid en risiko for at et proprietært billedformat kan gå i den store ”glemmebog”

Skal altid konverteres til et RGB billede før redigering kan finde sted og skal efterfølgende gemmes i et nyt format.

 


 

Billedbehandling

 

Når man vælger en kompression, låser man sig også til en given billedkvalitet. Det er i sig selv ikke et problem, så længe kvaliteten matcher det man vil opnå, men skal billedet f. eks. justeres, så kan det give problemer. Det værste problem er Color Banding

Color Banding opstår, når  de oprindelige lysniveauer reduceres. At det går så galt skyldes primært det faktum, at JPG  billeder, som udgangspunkt kun er i 24 bits farve mode, svarende til 8 bits ( 256 lysniveauer ) i hver kanal. De 3 kanaler repræsenterer henholdsvis farverne rød, grøn og blå.

De 256 lysniveauer i hver farvekanal er i sig selv fuldt tilstrækkeligt til at kunne gengive et flot billede, hvis ikke der er gået for hårdt til komprimeringen, men kraftige justeringer fører nemt til en sammenpresning og dermed en reduktion i antallet af lysniveauer i den enkelte kanal  og det er ensbetydende med en dårligere opløsning. Derfor er JPG ikke det bedste valg, hvis et billede skal redigeres.

Adobes Raw konverterne  har som primær opgave, at hente mest muligt ud af en Raw fil, men både JPG og TIFF filer kan importeres, og det giver os et nyt justeringsværktøj til JPG og Tiff filer, som er noget nær unikt.

JPG filens billeddata flyttes nemlig ved import ind i et stort farverum ( ProPhoto RGB ), farvedybden ændres fra  8 til 16 bit pr. kanal og gammakurven fjernes, så der kan arbejdes med lineære farvekanaler.  Alle de nye justeringsmuligheder, herunder korrektion af de fejl som skyldes objektivet, er til rådighed også for disse formater.

Det er nok den mest professionelle behandling, man kan give et JPG billede, som trænger til lidt finpudsning. De 16 bit pr. kanal og det store arbejdsrum modvirker tendensen til posterization. Man kan bagefter vælge at gemme det justerede billede som JPG, Tiff eller Adobes eget DNG format. Det oprindelige billede forbliver uændret.

Skarphed og farvemætning kan indstilles i de fleste kameraer. Det gode råd må være at indstille kameraet så neutralt som muligt, hvis hensigten er at efterjustere et JPG billede. Især skarphedsindstillingen i kameraet skal man ikke overdrive.

Et JPG eller Tiff billede kan stadigvæk åbnes direkte i Photoshop uden om Raw konverteren, men hvis kvalitet betyder noget, må det anbefales, at alle de justeringer, som kan udføres i Camera Raw, udføres der.  At arbejde med billedet som Smart Objects er også en valgmulighed i Camera Raw.

En god regel er, aldrig at ændre i originalbilledet. Man kan uforvarende komme til at overskrive den originale fil, hvis  man ikke er opmærksom på, hvad det er man siger ja til. Det sker sjældent i Camera Raw og Lightroom, men er dog ikke helt umuligt.

Hvis det redigerede billede skal gemmes midlertidigt, så gem det i et andet format end JPG. Formatet PNG, som gemmer billedet tabsfrit og med den aktuelle farvedybde og farveprofil i behold, er et velegnet format. Redigeringen kan også fortsættes på et senere tidspunkt, hvis billedet er gemt i Photoshops eget format eller f. eks. den tabsfrie udgave af Tiff.

PNG billeder har den fordel, at de kan gøres transparente og der kan vælges Interlacing, som er en metode til at tegne  billedet i flere omgange. Interlacing kendes fra analog TV hvor det enkelte billede tegnes i 2 omgange. Først de lige linier, dernæst de ulige linier. I alt består et analogt TV billede af 625 horisontale linier. Det giver mindre flimmer på et TV.

Interlacing har ikke stor betydning i vore dage hvor computerne kan tegne et stilbillede lynhurtigt. Den gang computerne var langsomme have det betydning for oplevelsen, at et billede tilsyneladende kom hurtigere frem på skærmen. I PNG tegnes billedet i 7 omgange, men allerede efter få omgange kan man se hvad billedet indeholder og det opleves på den måde som værende hurtigere.

I Camera Raw og Ligtroom husker programmerne selv hvor langt i redigeringsprocessen man er nået med et givent billede. Det betyder at redigeringen kan genoptages, der hvor man sidst slap, men det er også muligt at begynde helt forfra.

Camera Raw og Lightroom arbejder altid internt med en farvedybde på 16 bit i hver kanal. Farverummet er ProPhoto RGB ( altså størst muligt) og justeringerne udføres altid i samme sekvens med udgangspunkt i det lineære billede. Selv om vi springer rundt i justeringsmulighederne, så udfører Camera Raw og Lightroom altid justeringerne i samme rækkefølge og om nødvendigt helt forfra, hver gang et af parameterne ændres.

Datakraften i dagens computere er så stor at det ikke er noget problem. Man rører i virkeligheden ikke en eneste pixel i originalbilledet. Det er programmets indstillinger man gemmer sammen med Raw filen, og da Camera Raw og Ligthroom har de samme skydere og dermed indstillingsmuligheder, er det nok at notere sig skyderens position i klar tekst i en særlig fil (*.xmp) som begge programmer så kan få adgang til. Justeringsindstillingerne kan også noteret i en database.

Systemet med at gemme indstillingerne i en tekstfil gør at man faktisk kan påbegynde redigeringen i det ene program, flytte filen til det andet program, og her gøre billedet færdigt.

 


 

Luminansen og krominansen

 

Det kan lyde lidt underligt, at man med kun 2 krominansværdier i Y'CbCr modellen kan overføre 3 farver. Vi skal for at forstå det, først have fat i måden vi omsætter billedet farveinformationer til gråtoner på.

Hvid er en blanding ( addition) af farverne Rød, grøn og blå, hvad enten det er en ”gammeldags” monitor eller en fladskærm. De 3 benyttede primærfarver er for år tilbage blevet defineret meget præcist af kommisionen C.I.E med angivelse af hvilken bølgelængde de skal have, og det er fortsat international standard den dag i dag. Bølgelængderne er for Rød, Grøn og Blå henholdsvis 700, 546 og 436 mu

Hvis vi måler afstanden fra farvetrekantens koordinater ( x, y)  derfra hvor tallene for de 3 primærfarvers bølgelængde står skrevet og hen til det hvide punkt i farvetrekantens midte, så kan vi konstatere at luminansbidraget for rød farve er 30%, for grøn 59% og for blå  kun 11%, hvis vi sætter  luminansen til 100% i alt, Fordelingen svarer fint til øjets følsomhedskurve for de 3 farver.

Y (luminansen) i et farvebillede er pr. definition altid sammensat af de 3 primærfarver med ovennævnte procentfordeling og det skriver vi i en formel således her ” 0.3R + 0.59G + 0.11B ”. Procentfordelingen mellem de 3 kanaler ligger altså fast, men forskellige R, G og B værdier giver naturligvis forkellige gråtoner omsat til sort/hvid. Gråtoneskalaen går som sagt fra sort til hvid.

I Photoshop, nærmere bestemt med kanalmikseren, kan vi ændre de 3 farvekanalers procentvise bidrag til luminansen i et billede omsat til sort/hvid. Hvis vi vil undgå klipning af billeddetaljer, så må summen af de 3 kanaler ikke overstige 100%.

Det er tydeligt at et billede, omsat til sort/hvid efter formelen 0.3R + 0.59G + 0.11B, har en optimal gråtone fordeling.  Det skyldes som tidligere nævnt, at fordelingen for de 3 farvers vedkommende, svarer meget nøje til det, der kan udledes af øjets følsomhedskurve.

Indstiller vi rød til 100% og sætter de 2 andre kanaler til 0%, så svarer det til et særdeles kraftigt rødfilter foran objektivet og det reducerer selvsagt antallet af gråtoner ret så kraftigt. Fidusen med kanalmikseren er at vi kan illudere alle tænkelige filtre så præcist, at der reelt ingen grund er til at bruge farvede filtre overhoved ude i marken.

Vælg et billede i farver og bestem efterfølgende i kanalmikseren, hvilket farvet filter billedet skal udsættes for. De eneste filtre som påvirker farverne og som ikke kan reproduceres i kanalmikseren er stort set kun de polariserede filtre.

Når vi er inde på emnet sort/hvid foto, så skal det lige nævnes, at et sort/hvid foto frembragt ved at der skrues ned for farvemætningen er en meget dårlig metode, hvis målet er flest mulige gråtoner. Mange farver vil desværre få samme luminansværdi og det betyder at disse farver, side om side, omsat til gråtoner, vil flyde fuldstændigt sammen, og det koster opløsning i et sort/hvidt billede.

I Y'Cb Cr farvemodellen står Y for luminansen og Cb Cr tilsammen krominansen og  repræsenterer således farvetone og farvemætning. Cb kan også skrives som B-Y og Cr kan skrives som R-Y, idet der er tale om henholdsvis blå og rød kanal fratrukket luminansindholdet.

I Y'CbCr mangler vi nærmere betragtet tilsyneladende den grønne kanal ( G-Y)?

Analyserer vi B-Y (som er det samme som Cb), kan vi jævnført med formelen for luminans vise at B-Y indeholder  oplysning om den grønne kanal fordi Y, som tidligere nævnt, altid repræsenterer de 3 farvekanaler med en forud fastlagt procentfordeling.

B -Y = B – (0.30R + 0.59G + 0.11B) = - 0.30R – 0.59G + 0.89B

Y, Cb (B-Y) og Cr (R-Y) indeholder alle en information om den grønne farve og det betyder at G – Y med simpelt matematik kan beregnes f. eksempel med denne her formel.

G – Y =  - 0.30/0.59 * (R - Y) – 0.11/0.59 * (B – Y)

Essensen af det her er, at vi med Y'CbCr modellen kan separere luminans og farveinformation i RGB signalet og komprimere de 2 ting på hver sin effektive måde og konvertere til RGB igen, når vi skal se billedet. Det er i øvrigt rent matematisk forholdsvis nemt af omsætte fra RGB til Y'CbCr og omvendt.

Farvemodellen er ikke som Lab en absolut model, men den bruges inden for foto og video de steder hvor RGB modellen ikke er hensigtsmæssigt. I forbindelse med billedkompression skal vi nødvendigvis have billedet delt op, således at vi kan bearbejde farveinformationerne og luminansen, hver for sig

RGB er i øvrigt heller ikke velegnet, når der skal udføres justeringer i et redigeringsprogram. Farvetone og farvemætning kræver f. eks. farvemodellen HSB (svarer til HSL og HSV varianterne) hvor bogstaverne står for opdelingen i Hue, Saturation og Brightness. Farvemodellen er specielt udviklet til grafiske formål  blandt andet for at kunne justere nævnte parametre, hver for sig, på en nem måde.

 


 

Billedstøj

 

Den støj som optræder i et billede skyldes fortrinsvis de elektroniske kredsløb,som omsætter fotonerne (lyset) til et ækvivalent billedsignal. Alle forstærkerkredsløb støjer. Det gælder også kameraets sensor. Er der lys nok, så vil billedsignalet være meget kraftigere end grundstøjen. I så fald er der et gunstigt signal/støj forhold og billedet vil derfor fremstå rent og klart.

Under dårlige lysforhold sætter vi kameraets ISO værdi op. I praksis øger vi forstærkningen i kredsløbene, men  grundstøjen følger desværre proportionalt med op.  Afstanden mellem billedsignal og støj bliver på den måde mindre  og støjen en mere dominerende faktor i billedet.

I et ellers klart og rent billede kan vi konstatere at i skyggen eksisterer problemet støj i bedste velgående. I skyggen er der selvsagt færre fotoner til rådighed og forholdet mellem billedsignal og støj derfor ret ugunstigt. ”Åbner” vi skyggen i et redigeringsprogram for at se flere detaljer, så får vi af nævnte årsag også tilsvarende mere støj at se.

Uanset ISO indstilling, så er det forholdet mellem antallet af fotoner og grundstøjen som bestemmer hvor meget støj vi får at se i billedet. Under dårlige lysforhold kan signal/støj forholdet kun forbedres ved at sensoren modtager fotoner i en længere tidperiode ved at vælge en lav ISO og i stedet forlænge lukkertiden eller åbne blænden.

Når vi ser sne på et fjernsynsbillede, så er det primært ikke støj, som fanges ind af antennen. Et passivt element, som en antenne, bidrager ikke til støj i sig selv. Det er TV tunerens grundstøj vi ser, fordi signalet er for svagt i forhold til støjen.

Det er ikke muligt at forstærke sig ud af et støjproblem. Men jo tidligere der sættes ind, jo bedre er det, alt andet lige. Der er ingen tvivl om at producenterne er blevet dygtigere på området. Sensorerne opbygges så de fanger mere lys end tidligere. I forbindelse med udlæsningen af billedsignalet fra sensoren er producenten også blevet bedre til at angribe støjen på kvalificeret vis. Hvordan er en mere eller mindre velbevaret hemmelighed. Sidst men ikke mindst er algoritmerne, som bruges til at filtre støjen væk med,  blevet mere sofistikeret.

Men træerne vokser som bekendt ikke ind i himmelen, og ved høj ISO er det tydeligt at støjundertrykkelsen går ud over opløsningen. I billige kompaktkameraer er støjundertrykkelsen ofte så kraftig, at billedet mere ligner en akvarel end et fotografi. Støjundertrykkelse koster i opløsning.

I forbindelse med komprimering af et JPG billede er det ikke muligt for algoritmen at skelne mellem støj og små detaljer i billedet, og alt andet lige er mange detaljer lig med en større JPG fil.

Den måde en JPG fil komprimeres på, betyder også at et skarpt og velbelyst billede ved samme komprimeringsfaktor fylder mere end et overbelyst og uskarpt billede. Der findes kameraer som udvælge det bedste billede ud af en serie ved at se på filens størrelse. Den største JPG fil forventes at indeholde det skarpeste og bedste billede.

Affotografer en testtavle eller et lignende fladt motiv ved  alle blændetrin, og sammenlign så størrelsen på de JPG billeder, der kommer ud af det. Den JPG fil som fylder mest i byte indeholder som regel også det skarpeste billede. Det er jo en nem måde at finde frem til det blændertrin, hvor et givent objektiv tegner det skarpeste billede. Det ses også tydeligt ved sådan en test, at allerede ved blænde 8 eller 11 begynder diffraktionen at påvirke skarpheden i negativ retning ved f. eks D-SLR kameraer med en sensor i APS-C størrelse. Jo større en sensor er, jo mere kan man blænde ned før diffraktionen påvirker opløsningen.

Her er nogle fakts vedrørende kamera støj.

Støjen benævnes ofte Hvidt støj. Hvidt støj indeholder pr. definition alle frekvenser ligeligt fordelt i frekvensspektret og støjen er tilfældig. Der er ikke et fast støjmønster, og det gør det meget vanskelig at filtrere for problemet.

En sensor består af mange små halvledere. Støjen i halvlederne er fortrinsvis af termisk natur, så jo koldere sensoren og tilhørende halvledere har det, jo mindre støj generes der. Der er ligeledes en anelse variation fra pixel til pixel i støjniveau, og enkelte pixel (Hotpixel) er defekte. Det søges mindsket ved pixel mapping og subtraktion af et korrigende støjbillede. Det fjerner ikke støjen, men reducerer dog støjniveauet lidt. Diverse algoritmer kan i forbindelse med udlæsning fra sensoren yderligere dæmpe støjen lidt. Hvordan er lidt af en fabrikshemmelighed, men vi kan konstatere at nogle producenter er bedre til det end andre.

Et kamera har ikke uanede kræfter når der skal sættes ind mod den resterende støj og ofte får vi ved høj ISO et JPG billede fra kameraet, som virker kunstigt og unaturligt, fordi der bogstavlig talt er blevet ”malet” og udglattet med en meget bred ”pensel”.

I Raw konverteren er der mulighed for at reducere den resterende støj på en mere rafineret måde. Hvor effektivt det kan ske er et spørgsmål om hvor godt redigeringsprogrammet kan skeldne mellem støj og billedinformation.

Tidsfaktoren er ikke særlig afgørende i en Raw konverter og med rigelig datakraft til rådighed, kan der derfor udføres mere nøjagtige analyser af støjbilledet, og det betyder at mere avancerede algoritmer kan tages i brug.

Det er ikke alt støj som generer ligemeget. Farvestøj er nok det der spinger mest i øjet, men heldigvis er det forholdsvis nemt at fjerne. Der skal en meget kraftig udglatning af krominanssignalet til, før det kan ses i billedet.

Med luminans støjen er det straks lidt sværere, fordi en kraftig støjreduktion så tydeligt påvirker billedets opløsning. Den blå kanal er ofte mere støjfuld end de 2 andre kanaler. De skyldes at forstærkningen i kanalerne ikke er ens.

Der er i virkeligheden ingen grund til at gå så kraftigt til værks over for luminansstøj. Lidt støj i billedet har ofte samme effekt som Dithering. Det glatte lidt ud, hvis der er en tendens til Color Banding, og er langt at foretrække frem for en reduktion i opløsning. Med dagens kameraer skal man op i meget store forstørrelser før det overhoved kan betale sig at fjerne en smule krominsstøj af den simple grund at det ikke ses på normal betragtningsafstand.

 


 

Hvidbalance og farvetemperatur

 

Det er ikke ligegyldigt i hvilken rækkefølge billedjusteringer udføres. Det er almindelig kendt at skarphedsjusteringer er det sidste der udføres. I den anden ende kan vi tage hvidbalancen, som altid er det første der bør justeres.

Hvidbalancen udføres bedst inden billedet får indlagt en gammakurve. En gammakurve gør farvekanalerne ulineære.

Når billedet i det hele taget skal have tilført en gammakurve (en ulineær justering af billedets kontrast), så skyldes det at øjet i modsætning til kameraet ikke opfatter lyset lineært. En indlagt gammakurve bevirker imidlertid at en hvidbalancejustering ikke kan udføres 100% præcis så alt i billedet fremstår med den korrekte farvetemperatur

Hvidbalancen bør altid være det første der indstilles! Camera Raw og Lightroom starter altid justeringerne  i den korrekte rækkefølge og for hvidbalancens vedkommemde uden gammakurve.

Raw billedets hvidbalance eller farvetemperatur indstilles først i Raw konverteren. Det betyder dog ikke at der er frit slag, og at indstillingen ikke kan påvirke billedkvaliteten. Et farvemæssigt fuldstændigt korrekt billede får man kun, hvis hvidbalancen indstilles til den farvetemperatur, som var gældende, da billedet blev eksponeret

Kameraerne afviger altid lidt i farveopfattelse og for at kunne behandle Raw filen fra det enkelte kamera optimalt skal kameramodellens farvesyn kortlægges meget præcist.

Hver gang der kommer et nyt kamera på markedet, som udover JPG også understøtter et Raw format, så skal der udarbejdes en specifik kameraprofil. Uden denne profil tilstede i  Raw konverteren, vil Raw filen ikke blive åbnet. Man kan sagtens komme ud for at en Raw konverter endnu ikke kender filen og derfor ikke kan åbne den. Det kan skyldes at der er tale om en Raw fil fra et helt nyt kamera eller manglende opdatering. En Raw konverter opdateres løbende og hvis der ikke p.t. foreligger en opdatering for et nyt kamera, kan man være sikker på, at den kommer ret hurtigt.

Set fra fotografens side, så ville det være smart, hvis der var enighed om et fælles Raw format. Et fælles format løser dog ikke alt, men Raw filerne vil i det mindste kunne åbnes i alle konvertere med en standard kameraprofil. Adobe har med sit ”åbne” DNG format gjort en ihærdig indsats, men kun få fabrikanter har taget imod muligheden? Panasonic og Leica er blandt dem som har adopteret Adobes DNG format.

Kameraernes farvesyn fastlægges altid ved en bestemt farvetemperatur, men lysets temperatur varierer i løbet af dagen og påvirkes også af omgivelserne. Det ideelle ville derfor være en kameraprofil specifik for kameraet ved den aktuelle farvetemperatur, men det er i praksis umuligt at operere med så mange farveprofiler.

I Adobes Raw konverter indstiller man  farvetemperaturen ud fra 2 kameraprofiler. En kameraprofil udarbejdet ved 2850 Kelvingrader og en kameraprofil dannet ved 6500 K. Når farvetemperaturen indstilles i Lightroom og Camera Raw er indstillingen en interpolering melllem de 2 kameraprofiler.

Adobe stiller uden beregning det nødvendige programmel til rådighed, hvis man selv ønsker at fremstille en kameraprofil eller tilpasse en eksisterende. Programmet hedder DNG Profile Editor. At DNG er en del af programmets navn skyldes at eventuelle testbilleder skal konverteres til Adobes Raw format DNG før de kan bruges i editoren.

Ved studieoptagelser med flashlys er det f. eks. ret oplagt at skræddersy en perfekt kameraprofil ved hjælp af DNG Profile Editoren.

Generelt kan man sige, at jo tidligere i ” fremkaldelsesprocessen” farverne tilpasses, jo bedre er det for slutbilledets farvekvalitet.