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Rohdatenformat (Fotografie)

Als Rohdatenformat oder RAW (englisch raw = roh) bezeichnet man ein jeweils modellabhängiges Dateiformat bei Digitalkameras, bei dem die Kamera die Daten nach der Digitalisierung weitgehend ohne Bearbeitung auf das Speichermedium schreibt.

Obwohl sich die Funktionsweise der digitalen Bildsensoren verschiedener Hersteller und Modelle im Allgemeinen nicht wesentlich unterscheidet, sind die abgespeicherten RAW-Formate zueinander nicht kompatibel.

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise

Die digitalen Rohdaten liegen nach dem Aufnehmen und Speichern in einem proprietären Format vor, das, wenn es nicht durch Reverse-Engineering entschlüsselt wurde, nur mit der Software des jeweiligen Herstellers oder einigen speziellen Anwendungen von Drittanbietern verarbeitet werden kann. Aktuelle Bildbearbeitungssoftware besitzt jedoch integrierte RAW-Konverter für das Einlesen von Rohbildern, jedoch ist dies und deren Verarbeitung sehr ressourcenintensiv und zeitraubend. Viele Kameras binden ein Vorschaubild als JPEG in die Datei ein, das kameraintern für die Bildkontrolle benutzt wird und auch am Computer eine schnelle Vorschau ermöglicht.

Gebräuchliche JPEG-Varianten erlauben pro Farbkanal nur 256 Helligkeitsabstufungen, demgegenüber enthalten Rohdatenformate meist 10, 12 oder 14 Bit an Helligkeitsinformation, was 1.024 bis 16.384 Helligkeitsabstufungen erlaubt. Aufgrund der Charakteristik des üblicherweise eingesetzten Bayer-Sensors, bei dem vor jedem Bildpunkt ein Filter für eine der drei Grundfarben liegt, ist jedoch erst eine aufwändige Interpolation notwendig, um bei voller Auflösung die resultierenden Farben zu errechnen.

Vorteile

Die wesentlichen kameraseitigen Gestaltungsparameter bei Verwendung von RAW sind Belichtungszeit und Blende sowie ISO und Objektivfilter. Während bei JPEG-Aufnahmen weitere qualitätsentscheidende Parameter wie Weißabgleich, Farbsättigung, Kontrast, Schärfung, Auflösung und Kompressionsrate im Moment der Aufnahme festgelegt und bei der Speicherung angewandt werden, kann man beim Fotografieren mit RAW diese Einstellungen später bei der Konvertierung kontrollieren und gegebenenfalls korrigieren. Bildbearbeitungsprogramme können zwar auch an fertigen JPEG-Bildern Korrekturen vornehmen, der Verlust an Bildinformation durch die Bayer-Interpolation, die Farbumwandlung in den RGB-Farbraum mit Weißabgleich, Kontrast- und Tonwertkorrektur, das Entrauschen, die Umwandlung in die 8-Bit-Helligkeitswerte sowie die anschließende JPEG-Komprimierung schränken aber Umfang und erzielbare Qualität einer solchen Nachbearbeitung ein.

In der Praxis wirkt sich das vor allem auf sehr helle und sehr dunkle Bildbereiche wie Himmel und Wolken sowie dunkle Schatten aus. Versucht man, Details in solchen Helligkeitsextremen durch eine nachträgliche Tonwertkorrektur sichtbar zu machen, erhöhen RAW-Dateien den Spielraum zwischen Detailgrad und Stärke des Bildrauschens. Die Beschränkung des Kontrasts innerhalb des hellen oder dunklen Bereichs als Folge der nur 256-stufigen Farbhelligkeitsunterteilung und die besonders starke Datenkompression innerhalb eines solchen kontrastschwachen Bereichs lassen bei der Restaurierung eines JPEG-komprimierten Bildes stark sichtbare Kompressionsartefakte hervor treten, während bei RAW-Bildern meist nur das Rauschen des Bildsensors verstärkt wird.

Vorteile des Rohformats im Vergleich zu JPEG:

Bei einer (guten) RAW-Konverter-Software sind diese Probleme kompromissbehafteter Algorithmen schwächer und seltener, jedoch gibt es (analog zu Kameramarken) auch hier sichtbare Qualitätsunterschiede.

nachträglicher Weißabgleich

Das folgende Beispiel zeigt, dass man beim Rohdatenbild den Weißabgleich nachträglich anpassen kann.

kamerainterner Weißabgleich
manuell 6000K
manuell 3500K

Beispiele für die Auswirkung eines Weißabgleichs:

Nachteile

Der Informationsgehalt eines RAW-Bildes hat jedoch auch Nachteile:

Eigenheiten der Hersteller

Kameraseitig vorbearbeitete RAW-Bilddaten

Im Widerspruch zur strengen Auslegung von RAW-Dateien als ein Abbild der Rohdaten des Bildsensors, führen Hersteller zunehmend eine kamerainterne Bildbearbeitung auch auf RAW-Dateien durch, deren Details jedoch, ähnlich der internen Bildbearbeitung von JPEG-Dateien, i.d.R. nicht offengelegt werden. Folgende Gründe kommen in Betracht:

Abgesehen von dem Qualitätstäuschungseffekt vermindern Kameraseitige RAW-Vorverabeitungen, die immer auch einen Informationsverlust mit sich bringen, das Potential für den Einsatz überlegener Software für Bildqualitätskorrekturen (mit aufwändigeren Algorithmen und motivabhängiger Steuerbarkeit).

Insofern muss diese Entwicklung sehr kritisch betrachtet werden, da sie Fotografen und Tester behindert bzw. entmündigt (keine Zugriffsmöglichkeit mehr auf ein wirklich unbearbeitetes "digitales Negativ").

Dateiformate

So wie die Daten der verschiedenen Hersteller in unterschiedlichen RAW-Formaten gespeichert werden, so unterschiedlich ist auch der Umgang der Hersteller mit der Offenlegung ihrer Programmcodes. Sigma legt alle Daten zum RAW-Format offen, während die meisten anderen wie Olympus und Canon ihre Rohformate nicht oder nicht vollständig dokumentieren. Nikon hat bei seinen Kameras den extremen Weg gewählt und verwendet (teilweise) verschlüsselte Informationen innerhalb der proprietären RAW-Datei, welche jedoch mit dem kostenlos erhältlichem SDK automatisch entschlüsselt werden können. Nikon hat Ende 2005 jedoch die verschlüsselten Weißabgleich-Informationen offengelegt, so dass auch von Nikon unabhängige Software in der Lage ist die Daten zu entschlüsseln. Nikons NEF-Format wird ebenfalls für Filmscanner und Bildbearbeitungssoftware aus dem Hause Nikon verwendet, da es neben den eigentlichen Bilddaten auch Bearbeitungsschritte und andere Einstellungen enthalten kann.

Mit der Einführung neuer Kameramodelle entstehen auch innerhalb derselben Kamerareihe eines Herstellers (z. B. Canon CRW…CR2) immer neue proprietäre RAW-Formate. Es gibt jedoch keine Garantie für die Verfügbarkeit von Konvertersoftware, d.h. archivierte Rohdaten könnten mit zukünftigen Programmen irgendwann eventuell nicht mehr gelesen werden.

Unter Openraw.org hat sich aus diesem Grund eine Interessengruppe gebildet, die die Kamerahersteller auffordert, die Rohdatenformate uneingeschränkt offen zu legen, was dem Anwender auch noch in vielen Jahren ermöglicht, seine RAW-Dateien verarbeiten und nötigenfalls selbst ein Programm zur Unterstützung seines mittlerweile veralteten Formats schreiben zu können. Auch der Softwarehersteller Adobe verfolgt dieses Ziel mit der Einführung des DNG. Leica war 2005 der erste Hersteller, der den offenen DNG-Standard unterstützte.

Vorläufer-Format TIFF

Vor RAW boten einige Hersteller zur Speicherung auch verlustloses TIFF als Alternative zum JPEG-Format an. Dem Grundprinzip nach hat TIFF aber einzig den Vorteil, dass die verlustbehaftete JPEG-Kompression entfällt. Bayer-Filter, Weißabgleich, Tonwertkorrektur und Rauschunterdrückung wurden ebenso auf die Bilddaten angewandt wie die Reduktion auf 8 Bit pro Farbkanal. Gleichzeitig aber erhöht sich der Bilddatenumfang signifikant: Während beispielsweise ein 5-Megapixel-Bild JPEG-komprimiert selbst bei geringer Kompressionsrate selten mehr als 2 Megabyte benötigt, liegt ein unkomprimiertes RAW-Bild mit 10 Bit Farbtiefe bei 50 Megabit und somit knapp über 6 Megabyte, ein 24-Bit-TIFF-Bild hingegen bei 15 Megabyte. Ein 48-Bit-TIFF-Bild, das beispielsweise nach der RAW-Konvertierung abgespeichert wird, benötigt 30 Megabyte.

Digitales Negativ

In Anlehnung an den Filmstreifen in der Analog-Fotografie spricht man bei RAW-Fotos manchmal auch vom digitalen Negativ.

Adobe Systems Inc. bemüht sich um die Einführung eines offenen RAW-Formates. Zu diesem Zweck wurde das Adobe-DNG-Format (Digital Negative) entwickelt. Bereits heute lassen sich proprietäre RAW-Formate verlustfrei in DNG umwandeln. (Stand Ende August 2005)

Ende 2005 etabliert sich das öffentliche RAW-Format Adobe DNG immer stärker in der Fotoindustrie auch bei Kameraherstellern. Im semiprofessionellen Bereich sind die Marken Samsung (Pro 815) und Ricoh (GR Digital) die ersten, die kameraintern Adobe-DNG-Formate generieren können. Im professionellen Segment sind es Leica (Digital-Modul-R und Leica M8), sowie Hasselblad/Imacon (H2D). Zur Photokina 2006 stellte Pentax die neue K10D vor, die neben dem eigenen proprietären Pentax-Format PEF auch DNG unterstützt ebenso wie die Nachfolgemodelle K20D oder K200D.

Die Vorteile von DNG sind neben dem offenen öffentlichen Standard auch die verhältnismäßig geringe Datenmenge durch effektive verlustfreie Komprimierung von RAW-Daten. Die DNG-Daten haben im Gegensatz zu den herstellerspezifischen RAW-Formaten Vorteile bei der flexiblen Verarbeitung sowie sicheren Archivierung (keine Bindung an proprietäre Software oder Abhängigkeit von Reverse-Engineering). Für die Zukunft wird erwartet, dass noch mehr Hersteller Adobe DNG bei ihren Kameras implementieren, wodurch der RAW-Workflow für den Fotografen weiter vereinfacht und sicherer wird.

Dateierweiterungen

RAW-Unterstützung im Amateurbereich

Von den Kameraherstellern wird das Rohdatenformat als professionelle Funktion betrachtet, es ist Standard bei den digitalen Spiegelreflexkameras, sowie bei manchen semiprofessionellen kompakten Digitalkameras. Oft wird bei den günstigeren Kameramodellen nur eine eingeschränkte Software für die einfache RAW-Konvertierung angeboten.

Die Jahre 2001 bis 2004 waren davon geprägt, dass neben den digitalen Spiegelreflexkameras immer mehr kompakte und semiprofessionelle Digitalkameras mit RAW-Unterstützung ausgestattet wurden. In seinen Anfängen wurde das Rohdatenformat offenbar noch nicht als strategischer Mehrwert gesehen. Erst in späteren Jahren wird dieses Feature gezielt als Unterscheidungskriterium eingesetzt, als bereits viele Hersteller eine Rohdatenformat-Unterstützung außerhalb der Profi-Modelle anbieten.

Die Tatsache, dass Canon seine RAW-fähigen DIGIC-II- und DIGIC-III-Bildprozessoren gleichermaßen im semiprofessionellen wie im Einsteiger-Bereich verbaut, machen sich seit 2007 einige Hacker zunutze. Mit der gepatchten Firmware CHDK schalten sie neben erweiterten Aufnahme-Modi die Funktionen zur RAW-Speicherung in ihren Kompaktkameras frei[2]. Da in der Original-Firmware eine Backdoor zum Nachladen eines Programms von der Speicherkarte enthalten ist, muss der Kamera-interne Flash-Speicher für diesen Patch nicht geändert werden. Somit bleiben auch bei Verwendung von CHDK Gewährleistung und Garantie des Gerätes erhalten.

Rohdatenbearbeitung

Eine typische Software zur Rohdatenkonvertierung stellt u. a. folgende Funktionen zur Verfügung:

Rohdatenkonvertierungsprogramme können die Daten nach der Bayer-Interpolation, und der Umwandlung in den RGB-Farbraum unter Annahme eines vorläufigen Weißabgleichs auch ohne umfangreiche weitere Korrekturen in 48-bit TIFF-Dateien (16 Bit pro Farbe pro Bildpunkt) speichern. Die Korrekturen können dann in anderen Bildbearbeitungsprogrammen durchgeführt werden.

Software

Üblicherweise wird von den Kameraherstellern ein eigenes (proprietäres) Programm für Rohdatenbilder ausgeliefert oder zum Download angeboten. Mit diesem kann man normalerweise die Bilder mit einfachsten Funktionen bearbeiten und zumindest ins JPEG-Format umwandeln. Zahlreiche Bildbearbeitungsprogramme und Konvertierungsprogramme bieten auch den Import und die Bearbeitung von Rohdaten an. Die bekannteren sind:

Kommerziell vertriebene Software

Freie Software

Hardware

Es existieren auch wenige mobile Bildspeicher auf Festplattenbasis, die RAW-Files dekodieren und auf dem eingebautem Display anzeigen können. Somit ist Sortieren und Organisieren auch ohne PC oder Kamera möglich.

Literatur

Referenzen

  1. Luminous-Landscape.com: Artikel "Digicams vs. DSLRs" (engl.) "What about makers such as Canon that have admitted that they apply sharpening even to RAW files on some of their cameras"
  2. CHDK-Wiki Inoffizieller Firmware-Hack für DIGIC-II- und DIGIC-III-Prozessoren