FOVEON Quattro-Sensor: Beseitigung des Aquarell-Effektes

[AB-AndreasBeck]

Hallo Leute,

im folgenden Thema möchte ich beispielhaft zeigen, wie man unter dem Raw-Converter Sigma Photo Pro (SPP) den Aquarell-Effekt vermeiden kann. Ausprobiert habe ich es bei der SIGMA sd Quattro H, vermutlich funktioniert es bei der sd Quattro ohne H und wahrscheinlich bei anderen Kameras mit dem Quattro-Sensor gleich oder ähnlich.

Hier das fertige Bild nach meiner Methode:



Es folgen noch zwei weitere Einführungsbeiträge, bitte noch etwas Geduld bis dahin.

Andreas

 

[AB-AndreasBeck]

Schritt 1: Bearbeitung in SPP

Öffnet man die zugrundeliegende X3F-Datei (RAW-Datei) in SPP und belässt es bei der Grundeinstellung (insbesondere Rauschreduzierung Luminanz "Mittel", Schärfe = 0,0) zeigt sich Folgendes (Ausschnitt aus dem RAW-Bild):



Besonders im Wald, aber auch in den Felsstrukturen und auf dem Dach sind alle Details zerlaufen wie bei einer Aquarell-Malerei (daher die Bezeichnung).

Als ersten Schritt setze ich die Rauschreduzierung Luminanz auf minimal (Chrominanz kann man belassen) - und es geschieht das erste Wunder:



Plötzlich sind alle Strukturen bis in den Pixelbereich da, wenn auch ziemlich verrauscht. Dies zeigt, dass der in SPP verwendete Algorithmus zur Rauschunterdrückung nicht für den Quattro-Sensor geeignet ist. Dies gilt -nebenbei gesagt- auch für alle anderen Rauschfilter mit der im Weiteren gezeigten Ausnahme - jedenfalls für die, die ich selber ausprobiert habe.

Zweiter Schritt: Ich setze den Schärferegler auf -2,0. Die klaren Strukturen verschwinden, aber auch Dark Pixels und viele andere Artefakte:



Die Weichheit der Konturen ist kein Fehler, sondern ganz typisch für ein unbearbeitetes RAW-Bild. Wer die nachfolgende Weiterbearbeitung sparen will oder nicht durchführen kann, sollte hier vielleicht den Schärferegler auf einen Zwischenwert nahe -2,0 einstellen. Einfach ausprobieren und dabei berücksichtigen, dass die endgültige Schärfung hier noch nicht durchgeführt werden darf. Erst nach dem Samplen auf die Ausgabegröße ist eine finale Unscharfmaskierung durchzuführen.

Zwischenbemerkung: Schärfe = 0,0 bedeutet nicht, dass das RAW-Bild unverändert bleibt und keine Schärfung durchgeführt wird - es ist nur eine irgendwie definierte "Normalstellung", die bei Merrills und älteren Sensoren auch ganz gut funktioniert, ebenso wie die Mittelstellung der Rauschregler.

Bei der Weiterverarbeitung mit der NIK Software ist es aber wichtig, dass vorher keinerlei Schärfung durchgeführt wurde (was der Bildprozessor in der Kamera anstellt - das haben wir leider nicht im Griff).

In diesem Zustand konvertieren wir das RAW-Bild in TIFF zur endgültigen Bearbeitung. Natürlich müssen in der Praxis auch die anderen Einstellungen in SPP durchgeführt werden, das spare ich mir bei dieser Demo.

Bevor jetzt Nicht-Sigmarianer ins Grinsen ausbrechen: Das ganze spielt sich auf sehr hohem Niveau ab - durch die Konzentrierung und die Ausschnitte wirken die Effekte übersteigert. Und sollen das natürlich auch, damit gleich zu sehen ist, was abläuft.

 

[AB-AndreasBeck]

Schritt 2: Weiterbearbeitung in NIK Software Collection

Hier nochmal der Ausschnitt aus dem Bild, das wir aus SPP exportiert haben:



Als erstes öffnen wir Dfine2, um als Vorbereitung für die Schärfung das Sensorrauschen so weit wie möglich zu eliminieren. Wir schalten auf "Methode Manuell" und suchen uns eine gleichmäßige, strukturlose Stelle im Himmel und setzen dort ein Kontrollkästchen:



und klicken dann auf "Rauschen messen". Die Platzierung des Kontrollkästchens ist äußerst kritisch. Sollten sich dort geringe, vielleicht kaum sichtbare Bildstrukturen (hier z.B. Federwölkchen) befinden, wird das gesamte Bild zerstört. Am besten, man lässt alles rekursibel, zum Beispiel, in dem man Dfine als Smartfilter in Photoshop einsetzt. Dann kann man Fehler korrigieren, ohne wieder von vorne beginnen zu müssen.

Das Ergebnis sieht dann folgendermaßen aus:



Der Unterschied zu oben ist nicht groß, aber man muss bedenken, dass alles Restrauschen durch die folgenden Schärfungsschritte wieder verstärkt werden.

Um die verwaschenen Strukturen des RAW-Bildes zu restaurieren, ist der das zweite Programm der NIK Software-Collection, der RAW-Presharpener da. Ich spare mir den Screenshot, nach Anwendung der Vorgaben sieht der Bildausschnitt so aus:



Spätestens jetzt sollte die die Bilddatei archiviert werden. Noch aber besitzt das Bild nicht die endgültige Schärfe, diese wird erst nach Einstellung der endgültigen Bildgröße (z.B. für einen Tintenstrahl-Druck oder für das Hochladen hier im Forum) mit dem NIK Output-Sharpener eingestellt.



Durch die 100% Ausschnitt-Vergrößerung sieht das vielleicht ein wenig pixelig aus - aber keine Angst, beim Printen zerläuft das - das Ergebnis wirkt wesentlich detailreicher als ohne die Ausgabeschärfung. Der Bildschirm bei 100% ist nicht die Referenz für eine gute Fotografie.

Hier noch mal der Vergleich SPP-Grundeinstellung und hier beschriebene Methode im 100%-Ausschnitt aus dem Gesamtbild im Anfangsbeitrag:



wobei nur die Grundfunktionen genutzt sind. Mann kann auch partiell entrauschen und schärfen, andere Parameter wählen oder weitere Parameter aktivieren und mehr.

Was mir wichtig ist: Das Problem des Aquarell-Effektes ist verursacht von den "eingefahrenen" Algorithmen der Rauschunterdrückung - offenbar nicht nur in SPP, wie meine weiteren Versuche gezeigt haben. Sie alle sind auf den Quattro-Sensor nicht anwendbar. Der manuelle Modus in Dfine2 ist die Ausnahme (dass jemand noch andere findet, mal vorbehalten). Der Automatikmodus in Dfine2 funktioniert übrigens auch nicht, man muss manuell die Kontrollkästchen setzen und, falls das mangels homogener Flächen im Bild nicht geht, auf gespeicherte Profile ähnlich belichteter und entwickelter Bilder zurückgreifen.

Das ist leider alles etwas aufwändig, aber wenn man den gesamten Zeitaufwand bei der Bildverarbeitung und der Verschlagwortung betrachtet, so schlimm auch wieder nicht. Es lohnt sich.

Andreas

 

[Mike Hope]

Danke für das tolle Tutorial!

Habe zwar keinen Quattro Sensor, aber auch beim Merrill stelle ich Rauschen und Schärfe auf Minimum (-2) und verarbeite das exportierte TIFF in anderen Programmen (meist LR/PS) weiter.
Werde Deinen Weg bei Gelegenheit mal ausprobieren (in den letzten paar Jahren lag die Merrill nur im Schrank).

 

[AB-AndreasBeck]

Beim Merrill-Sensor gehe ich, was die SPP-Einstellungen angeht, nicht so rigoros wie hier beschrieben vor.
Die Schärfe setze ich auf -0,4, die Rauschreduzierung belasse ich auf Mittelstellung. Die NIK-Geschichte wende ich dann zusätzlich (in TIFF) an.

Das ist zwar theoretisch falsch, aber mein erster Auftraggeber war von den Bildern so begeistert, dass ich den Workflow fürderhin so belassen habe.

Das schließt also nicht aus, dass es noch besser geht.

Jedenfalls funktioniert die SPP-Rauschreduzierung beim Merrill (und früher), beim Quattro nicht.

Andreas

 

[Stoneage]

Quattro hat mit zwei Problemen zu kämpfen:

1. Der Top-Layer rauscht deutlich stärker als der Merrill Top-Layer.
2. Die ganze Luminanz-Information wird lediglich aus dem "blauen" Top-Layer ermittelt, während Merrill alle 3 Schichten dafür her nimmt.
Das ergibt bei Quattro ein weniger mikro-kontrastreiches Bild, welches SPP zu kompensieren versucht.

Dass Sigma sich der Problematik bewusst ist, sieht man an der dauernden Anpassung (Je nach SPP Version) der Stärke des Luminanz Rauschunterdrückung, sowie dem Implementieren eines "Detail" Reglers.
Hingekriegt haben sie es leider nicht wirklich.

Den "Trick" mit der Schärfe -2.0 und Luminanz NR "Off" gibts schon seit der Merrill und auch 2014, als die dp2Q erhältlich war, wurde darüber debattiert.
Dazu kann man noch den Portrait Modus bemühen, was nochmal ein paar Prozent "Sauberkeit" gibt.
Für mich gibt es bei der Quattro (oder besser: gab es) immer nur Luminanz NR komplett links und Schärfe runter, alles andere ist für mich inakzeptabel. Insbesondere weil die Luminanz NR in den neusten SPP Versionen stärker eingreift als in früheren Versionen.

 

[Klaus-R]

(...)
2. Die ganze Luminanz-Information wird lediglich aus dem "blauen" Top-Layer ermittelt, (...)

-Hmmm ... das würde ja bedeuten, dass die Luminanzwerte total falsch (weil durch ein Blaufilter gesehen) aufgezeichnet würden???

-Wie sollen dann denn Luminanzunterschiede von z.B. grünen Bereichen überhaupt aufgezeichnet werden (dass da Schwächen zu konstatieren sind, wird ja oben deutlich aber es geht ja nicht GAR NICHT.)

Grüße

Klaus

 

[Stoneage]

Da lediglich der Top-Layer über die volle Auflösung verfügt, kann nur diese Schicht für die "Luminanz-Auflösung" zuständig sein. Und der Top-Layer des Foveon erfasst ja bekanntlich die Wellenlängen des ganzen Lichtspektrums, halt nicht in jedem Wellenbereich mit der selben Qualität.

Die Macher des alternativen X3F-DNG Konverter "Kalpanika" haben dies so gelöst,
dass sie für die Farbberechnung die 19.6MP des Top-Layers zuerst auf die Auflösung der unteren beiden Schichten verkleinern (4.9MP) und dieses korrekt berechnete 4.9MP Farbbild auf 19.6MP hoch skalieren und dann das originale 19.6MP Top-Layer Bild als Luminanz-Bild über das hochskalierte Bild legen. Aber eben nicht als "bläuliches" Bild, sondern schwarz-weiss.

Das kann man selber in Photoshop simulieren in dem man ein Foto auf 1/4 runter skaliert, dann wieder hochskaliert und über dieses nun "unscharfe" Bild das hochauflösende Originalbild in schwarz/weiss als Ebene im Modus "Luminanz" drüber legt.
Das Resultat ist sauber und scharf, obwohl die Farbauflösung lediglich 1/4 der Luminanzauflösung beträgt.

 

[AB-AndreasBeck]

Der Top-Layer rauscht deutlich stärker als der Merrill Top-Layer.

...und der mittlere und untere Layer weniger (danke für das Stichwort). Es ist nichts anderes zu erwarten, da das Signal-zu-Rausch-Verhältnis mit der Pixelgröße korreliert.

Und hier ist das imho einzige wirkliche Problem: die Funktion der bei digitalen Bildsensoren immer notwendigen Rauschunterdrückung.

Alle Software-Rauschfilter basieren auf Algorithmen, die irgendwann einmal von irgendwelchen mathematischen Uni-Instituten entwickelt wurden. Die Programmierer wenden diese an, verstehen sie aber nicht. Das ist das nächste Problem.

Diese Filteralgorithmen gehen offensichtlich so vor, dass sie als allererstes das RGB-Signal in Luminanz und Chrominanz aufsplitten (1). Das ist aber informationsphysikalisch nur zulässig, wenn das Rauschprofil in allen drei RGB-Schichten gleich oder zumindest ähnlich ist. Und genau das ist, wie oben erläutert, beim Quattro-Sensor aufgrund seiner unterschiedlichen Pixelgrößen nicht der Fall. Und so ist es auch kein Wunder, wenn die konventionelle Rauschreduzierung nicht funktioniert.

Das ist zwar "nur" eine Hypothese, aber sie erklärt mir alles, was ich so beobachten kann.

Warum Dfine im Unterschied zu anderen recht ordentlich funktioniert (ich kann und will nicht sagen "optimal"), sehe ich in der Tatsache, dass es die einzige mir bekannte Software ist, wo ich das Rauschprofil (bzw. die Rauschprofile) im jeweils zu bearbeitenden Bild exakt messen kann - vorausgesetzt es steht wenigstens eine winzige Referenzfläche zur Verfügung. Und wo keine da ist, stört Restrauschen auch nicht so.

Im Prinzip liegt dem Quattro-Sensor eine geniale Idee zugrunde: Der Streubereich ist aus physikalischen Gründen in der grünen und der roten Schicht größer als in der blauen. Und es bringt nix, die Pixel wesentlich kleiner zu machen als diesen Streubereich. Siehe die "Mucken" des Merrill-Sensors.

Es fehlt also eigentlich nur die passende Rauschunterdrückungs-Software, die in den RAW-Konverter integriert ist. Sie müsste ja eigentlich zwischen das RAW-Bild und die Reglerebene eingeschleift werden (dann wären die Parameter nur von ISO-Einstellung und Belichtungszeit abhängig; man könnte sie, einmal bestimmt, über die EXIF-Daten automatisch laden), was bei der Bearbeitung mit Dfine in Verbindung mit SPP ja nicht möglich ist. Das macht meine Methode für den Anwender etwas aufwändig.

Andreas

(1) weil das Luminanz-Signal wesentlich kritischer ist als das Chrominanz-Signal (siehe letzter Beitrag von Stoneage). Die Bearbeitung soll ja auch möglichst schnell ablaufen. Man achte nur mal darauf, wie lange Dfine im Vergleich zu anderen Rauschfiltern braucht. Da kann schon manch einer ungeduldig werden .

 

[oz75]

Schönes Tutorial! Ich hatte mal so etwas für mich mit NeatImage ausgetestet. Das Ergebnis war auf jeden Fall besser - jedoch stellt sich auch irgendwie die Frage, warum man sich den Aufwand antun möchte. Die Basis-Software sollte passabel liefern.

...und der mittlere und untere Layer weniger (danke für das Stichwort). Es ist nichts anderes zu erwarten, da das Signal-zu-Rausch-Verhältnis mit der Pixelgröße korreliert.

Das Signal-Rausch-Verhältnis korreliert auch mit der Signalstärke. Die unteren Ebenen rauschen im Bezug zu einem "obersten Äquivalent" (angenommen gleich großes Pixel, d.h. 1:1:1) mehr.

Meines Erachtens ist ein Problem mit der obersten Ebene gegeben, was sich -nicht- nur durch Rauschen erklären lässt.

https://www.bilderforum.de/t28582-sd-quattro-500-a.html

Da ist etwas anderes. Etwas, was diese "Tetris-Strukturen" erzeugt. Signalrauschen ist hingegen ein stochastisches Phänomen.

Gruß,
Oz

 

[AB-AndreasBeck]

Lieber Oz,

ganz herzlichen Dank für Deine Ergänzungen. Ich stimme Dir im Wesentlichen zu.

Die "Tetris-Strukturen" sehe ich auch bei hoher Vergrößerung auf dem Bildschirm. Ich habe sie aber deshalb nicht erwähnt, weil ich darin kein Problem sehe.

Vielleicht habe ich die folgende Geschichte schon mal erzählt. Aber sie passt einfach hier her:

Ich hatte mal eine Ausstellung, zu der eines Tages ein nahezu kompletter Fotoclub aus der weiteren Umgebung erschien. Ich kannte die Leute, die mich aber nicht. Ich konnte mich also unauffällig in die Nähe stellen. Und beobachten.

Es gab anfangs wohlgefälliges Gemurmel, u.a. ob der klasse Schärfe der ausgestellten Bilder. Dann zieht einer - wohl der Wortführer - eine Lupe aus der Tasche und betrachtet ein Bild aus nächster Nähe. Dann geht er kopfschüttelnd zum nächsten, schließlich dreht er sich um und vermerkt laut: "Die Bilder sind überschärft!!" Die Lupe wandert von Hand zu Hand, schließlich verlässt die ganze Gruppe die Veranstaltung, man hört wieder Gemurmel in der Richtung "Wie kann man solche Bilder ausstellen??"

Was ich mit der Geschichte sagen will: Für mich ist die Referenz für Bildqualität eine großformatiger Print aus normaler Betrachtungsentfernung, vielleicht auch etwas näher, um in den Details des Bildes "spazieren zu gehen". Und da machten sich bei mir diese Tetris-Strukturen (bisher wenigstens) noch nie störend bemerkbar. Ebenso wenig, wenn ich Bilder für das Internet oder die Beamerschau heruntergesampelt habe.

Die Aquarell-Verläufe dagegen stören mich extrem.

Eine 100%-Ausgabe auf dem Bildschirm ist jedenfalls keine schlaue Referenz für eine gute Bildqualität.

Diskutieren darf (und sollte) man das aber schon. Also: Hat jemand in der Praxis schon mal Probleme mit "Tetris" gehabt?

Das würde mich sehr interessieren.


Andreas