Bildrauschen bei Digitalbildern

Bei Digitalkameras werden mit dem aus der Akustik stammenden Begriff Rauschen optische Störungen bezeichnet: Jedes Digitalfoto zeigt ein Grundrauschen, aber erst ab einer gewissen Stärke fällt das Rauschen im Bild auf in Form von vereinzelten Punkten mit deutlich falschen Helligkeits- oder Farbwerten. Optisch ähnelt das Helligkeitsrauschen in seiner Wirkung grobem Filmkorn, während das Farbrauschen vor allem in Form von bunten Flecken sichtbar wird. Maßgebend für die Bildqualität einer Digitalkamera: Wie viel mal stärker ist das Nutzsignal im Verhältnis zum Störsignal. Deshalb prüft und bewertet ColorFoto im Labortest der Digitalkameras das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) als eigenes Kriterium.

Rausch-QuellenUrsachen für das Rauschen gibt es mehrere. Die Pixel sind von Hause aus nicht alle hundertprozentig gleich empfindlich. Fotografiert man nun eine einfarbige Fläche, wird daraus kein homogenes Bild, sondern eine mehr oder weniger ausgeprägt pixelige Struktur, dieses "Fixed pattern noise" oder auf deutsch das "statische Rauschen".

Rauschen entsteht aber auch temperaturbedingt. So, wie bei höheren Temperaturen chemische Prozesse schneller ablaufen, werden auch die Sensorpixel mit steigenden Temperaturen aktiver. Sie produzieren elektrische Ladung, auch wenn gar kein Licht auftrifft. Dieser Effekt wird als "thermisches Rauschen" bezeichnet.

Während das statische Rauschen eines Sensors nahezu gleich bleibt, sorgt das Thermorauschen für zufällige, von Mal zu Mal unterschiedliche Störungen. Daher wird es "dynamisches Rauschen" genannt und kann nicht ohne weiteres wie das statische Rauschen kameraintern korrigiert werden.

Schließlich kann Rauschen auch durch nicht optimale Signalverarbeitung entstehen, z. B. bei der Umwandlung des elektrischen Signals in RBG-Bilder.

Kleine Ursache - berauschende WirkungWie stark das Rauschen ausfällt , ist von mehreren Faktoren abhängig. Als erstes spielt die Größe der Pixel eine Rolle. Je größer ihre Oberfläche, desto lichtempfindlicher sind sie, desto weniger muss ihr Signal und damit auch das Rauschen elektronisch verstärkt werden. Darum haben Kompaktkameras mit kleinen Sensoren und hoher Pixelzahl stärker mit dem Rauschproblem zu kämpfen als digitale Spiegelreflexkameras mit ihren größeren Sensoren.Auch eine höhere Empfindlichkeitseinstellung an der Digitalkamera bedeutet mehr Signalverstärkung und stärkeres Rauschen. Längere Belichtungszeit ist leider keine Alternative, denn auch dabei steigt das Rauschen an.

Im Bild tritt das Rauschen verstärkt in dunklen Partien auf, da dort wenig Licht auf die Pixel trifft. Hinzu kommt, dass in Helligkeit oder Farbe abweichende Pixel vor dunklem Bildhintergrund besonders auffallend hervortreten. Speziell gefährdet sind zudem blaue Bildbereiche.

Bislang spielte auch der Sensortyp - CCD oder CMOS - eine vorentscheidende Rolle beim Rauschen. CCD-Sensoren zeichneten durch ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis gegenüber CMOS-Sensoren aus. Die technische Entwicklung der jüngsten Zeit hat diese Unterschiede so weit verringert, dass es bei digitalen SLR-Kameras allein vom Sensortyp her keine eindeutigen Präferenzen mehr gibt.

Kampf dem RauschenDie Kamerahersteller versuchen mit den verschiedensten Tricks dem Rauschen schon bei der Aufnahme entgegenzuwirken. Besonders gut ist das z. B. Fuji mit den Super-CCDs der jüngsten Generation und der nachgeschalteten "Real-Photo"-Prozessor-Software-Kombination gelungen, wie das Beispiel FinePix F10 zeigt. Diese Kompaktkamera kommt in ihrem Rauschverhalten Spiegelreflexkameras deutlich näher als viele Konkurrenten.

Anspruchsvollere Digitalkameras sind oft mit einer Rauschunterdrückungsfunktion bei Langzeitaufnahmen ausgestattet. Dabei erfolgt nach der eigentlichen Langzeitbelichtung eine zweite Schwarzbild-Aufnahme, ohne den Verschluss zu öffnen. Das einzige Signal, das die Blindaufnahme liefert, ist das aktuelle Rauschen. Die Software erkennt das Störsignal im Schwarzbild und rechnet es dann aus der Aufnahme heraus. Dadurch verlängert sich natürlich die Aufnahmeprozedur für jedes Bild. Deswegen sollte man diese Option nur wählen, wenn sie wirklich benötigt wird. Gegen das statische Rauschen in homogenen Farbflächen setzen die Hersteller eine Weißkalibrierung ein. Die speziellen Algorithmen bei der Rauschunterdrückung gehören zu den gut gehüteten Geheimnissen eines jeden Herstellers.

Als eine Rauschunterdrückung der anderen Art kann man den optischen Bildstabilisator von Panasonic sehen. Damit lässt sich die Freihandgrenze bei Langzeitaufnahmen soweit verschieben, dass man zwei Empfindlichkeitsstufen über damit mögliche längere Belichtungszeiten gewinnt.

Fertige Fotos entrauschenMit Bildbearbeitungsprogrammen lässt sich Rauschen in gewissen Grenzen nachträglich reduzieren. Mittel der Wahl sind hier Weichzeichnen und Helligkeitsinterpolation bis hin zur getrennten Bearbeitung des roten, grünen und blauen Kanals. Photoshop bietet die Filter "Störungen entfernen" oder "Störungen reduzieren", mit dem sich das Rauschen reduzieren lässt. Mit Hilfe der RGB-Kanäle kann man es auch gezielt in den einzelnen Farbbereichen bearbeiten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, im Lab-Farbmodus mittels Gaußschem Weichzeichner dem Farbrauschen zu Leibe zu rücken. Der Vorteil einer nachträglichen Rauschreduzierung ist, dass der Fotograf ihren Grad selbst bestimmt. Außerdem kann man immer wieder auf Basis eines unveränderten Originals arbeiten. Der Nachteil: schärfer werden die Fotos dadurch in keinem Fall. So bleibt als bestes Mittel gegen das Rauschen, es von Anfang an so gering wie möglich zu halten.