Photographie & Bildverarbeitung

Bilder sind eines der zentralsten Medien der visuellen Kommunikation. Sie ermöglichen die Vermittlung von Informationen und Emotionen, von Stimmungen und Sachverhalten, können über Zusammenhänge und Eigenschaften von Dingen informieren und Schrift und Sprache bereichern.

Im digitalen Zeitalter sind (digitale) Photographien und Graphiken wichtige Vertreter dieser Kategorie. Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen ist leicht ersichtlich: Photographien fangen durch optische Projektion Sachverhalte der realen Welt ein; Graphiken werden aus Einzelbestandteilen zusammengesetzt, um etwas Bestimmtes darzustellen.
Bei genauerer Betrachtung sind die Grenzen zwischen den beiden Gruppen allerdings fließend: auch Photographien werden unter Auswahl und Einsatz bestimmter Techniken, Verfahren, Aufstellungen, Lichtsituationen etc. und zur Erfüllung eines bestimmten Zwecks angefertigt; und auch Graphiken beziehen sich auf Elemente der realen Welt, die sie in strukturierter Form darzustellen versuchen.
Die Entscheidung zwischen Photographie und Graphik erfolgt zweck- und mittelgebunden und orientiert sich an den gewünschten Bildinhalten, Botschaften und Vermittlungskontexten. Wählt man zur Präsentation eines Objekts eine Photographie, dürfte man zur Illustration von Migrationszusammenhängen eher eine schematische Graphik heranziehen. Sollen bestimmte Aspekte eines Objekts hervorgehoben oder erläutert werden, bietet sich eine Kombination beider Techniken an.

Um den Bedürfnissen der visuellen Kommunikation und Wissensvermittlung gerecht zu werden, ist bei der Erstellung digitaler Bilder gleich welcher Art hohe Sorgfalt, Planung und Dokumentation geboten. Nur so kann die Kommunikation gelingen und das Bild die intendierten Botschaften vermitteln.

Digitalphotographie

Digitalphotographie basiert wie ihr Vorläufer, die analoge Photographie, auf der optischen Projektion von Licht auf ein Speichermedium. Das in einer Situation vorhandene natürliche und/oder künstliche Licht trifft auf die Oberflächen der vorhandenen Objekte und geht Wechselwirkungen mit ihr ein. Das von der Oberfläche zurückgeworfene Licht enthält durch diese Wechselwirkungen Informationen über die Objektoberfläche.

Erreicht das Licht das menschliche Auge oder eine Kamera, werden diese Informationen wahrgenommen und können (durch den menschlichen Kognitionsapparat und/oder die Hard- und Software der Kamera) "ausgelesen", gespeichert und verarbeitet werden.

Anders als bei der analogen Photographie werden die Lichtdaten nicht durch chemische Reaktionen auf ein Speichermedium eingebrannt, sondern durch einen Bildwandler in digitale Signale umgewandelt. Die auf dem Bildsensor auftreffenden Informationen werden in einzelne Pixel zerlegt und in dieser Form gespeichert. Farbfilter erlauben das Erfassen der durch das Licht übermittelten Farbinformationen.

Verschiedene Filterungen und Wandlungen korrigieren und optimieren die Bildinformationen, damit ein möglichst fehler- und rauschfreies, scharfes Bild erstellt werden kann. Dieses wird (in komprimierter und/oder nicht komprimierter Form) gespeichert und/oder an ein externes Gerät ausgegeben.

Objektive, Farbwerte und Sensoren

Kameras sind (wie alle Geräte des täglichen Gebrauchs) Umwelteinflüssen ausgesetzt. Ihre Hardware verschleißt, Mechaniken können ausleiern und Bauteile können beschädigt und verschmutzt werden. Sind die optischen Bauteile der Kamera betroffen, entstehen teils massive Auswirkungen auf die angefertigten Bilder. Beschädigte und/oder verschmutzte Hardware sollte sofort ersetzt bzw. gereinigt und die betroffenen Bilder wiederholt werden. Ist dies nicht möglich, lassen sich zumindest einige störende Elemente in den Bildern während der Nachverarbeitung verbessern oder entfernen. Um die Aussagekraft der Bilder nicht zu beeinträchtigen, sollte bei diesen Schritten allerdings sehr vorsichtig und nach dem Prinzip "So viel wie nötig, so wenig wie möglich" vorgegangen werden.

Auf seinem Weg zu den Sensoren der Kamera durchschreitet das Licht die im Kameraobjektiv angebrachten Linsen. Durch ihre Krümmung und die Lichtbrechung entstehen bei den Übergängen zwischen den einzelnen Bauteilen und der Umgebungsluft perspektivische Verzerrungen, deren Ausprägung von der Beschaffenheit des Objektivs abhängt. Auch wenn sich viele dieser Einflüsse während der Nachverarbeitung korrigieren lassen, spielt die Wahl des geeigneten Objektivs nicht nur für die Größe des photographierten Bildausschnitts, sondern auch für die Beschaffenheit der späteren Bilder eine wichtige Rolle. Steht/stand das passende Objektiv für eine Aufnahme nicht zur Verfügung, lassen sich während der Nachverarbeitungen der Bilder einige Korrekturen vornehmen.

Durch die Aufnahmetechnik von Digitalkameras werden die Farben der realen Welt in digitale Stellvertreter "übersetzt". Da digitale Farbräume mit einer zwar umfangreichen, aber dennoch begrenzten Palette an Farben arbeiten (müssen), wird der Farbreichtum der realen Welt selbst im Idealfall leicht verändert.
Deutlich größere Probleme ergeben sich bei der Nutzung nicht farbkalibrierter Kameras und/oder dem Verzicht auf einem Farb- bzw. Weißabgleich und/oder einer nicht ausreichenden Berücksichtigung des Umgebungslichts bei der Anfertigung von Aufnahmen. Unter Umständen kann es zu deutlichen Farbabweichungen kommen, die ohne Referenzwert bei der Nachverarbeitung kaum noch verlässlich korrigiert werden können. Ein Rückgriff auf subjektive Eindrücke auf einem unter Umständen ebenfalls nicht farbkalibrierten Monitor kann auf anderen Geräten und insbesondere bei wissenschaftlichen Anwendungen zu großen Problemen führen. Abhilfe schaffen die Nutzung möglichst umfangreicher Farbräume, Farbkalibrierungen und eine umsichtige Nachverarbeitung. Müssen (beispielsweise für Drucke) Änderungen beim Farbraum vorgenommen werden, kann auf entsprechende Farbrechnungen zurückgegriffen werden.

Bildformate und Bildkompression

In der Welt der Digitalgraphik existiert eine sehr umfangreiche Fülle an Bildformaten, von proprietären Formaten wie Rohdaten-Formaten der Kameraherstellern über wenig genutzte nicht-proprietäre Formate bis hin zu den allgemein gebräuchlichen JPEGs, TIFFs und PNGs.

Die Wahl des geeigneten Bildformats hängt nicht zuletzt mit der genutzten Hardware zusammen. Rohdatenformate von Kameras lassen sich nicht verändern, sondern nur im Nachhinein in ein anderes Format umwandeln. Soll das von der internen Software vieler Kameras genutzte JPEG-Format umgegangen werden, lassen sich die Rohdaten durch geeignete Software in andere Bildformate umwandeln. Nicht alle Endgeräte und Programme können alle Bildformate auslesen. Die Kompatibilität spielt bei der Umwandlung eine wichtige Rolle.

Auf den ersten Blick scheint sich ein als JPEG gespeichertes Bild nicht von seinem Pendant im TIFF-Format zu unterscheiden. Auf der Datenebene existieren jedoch deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Bildformaten. Nicht alle unterstützen Transparenzen und alle Farbräume, Umfang und Beschaffenheit der gespeicherten Metadaten unterscheiden sich teils massiv. Während einige Grafikformate sehr komplexe Strukturen aufweisen und daher sehr viel Speicherplatz beanspruchen, greifen andere auf Datenkomprimierungsverfahren zurück. So kann der Speicherplatzbedarf reduziert werden, allerdings gehen auch Bildinformationen verloren. Dieser Verlust kann (beispielsweise bei Photogrammetrie-Verfahren) deutliche Auswirkungen auf spätere Anwendungen der Bilder haben. Zur Wahl des geeigneten Bildformats sollte sowohl die zur Verfügung stehende Hard- und Software inklusive der Speicherkapazitäten als auch die spätere Bildnutzung berücksichtigt werden.

Aufbau und Equipment

Bildqualität und -inhalt werden nicht nur durch eine möglichst hochwertige Kamera bestimmt. Durch die Nutzung geeigneter Aufbauten lässt sich die Qualität von Digitalaufnahmen deutlich verbessern und die Bilder können auf die Dokumentation bestimmter Inhalte ausgerichtet und optimiert werden.

Beschwerte Stative verhindern ein Verwackeln der Kamera und ermöglichen Aufnahmen mit geringen ISO-Werten, was nicht nur qualitätvollere Bilder liefert, sondern auch die Resultate photogrammetrischer Verfahren deutlich optimiert.

Durch eine gezielte Ausleuchtung lässt sich wahlweise eine pathetische oder eine sachliche Wirkung eines Objekts erzielen. Durch Streiflicht können kleine Details und Spuren auf dem Objekt sichtbar gemacht werden. Ein Lichtzelt ermöglicht die Reduktion von Schatten und sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung. Damit ist es für die gleichmäßige Texturierung von 3D-Modellen unerlässlich.

Zweckorientierte Nachverarbeitung

Die Nachverarbeitung von Digitalbildern ist auf einen bestimmten Zweck ausgerichtet. Photogrammetrische Berechnungen stellen andere Anforderungen an Digitalphotographien als deren Nutzung in einem Katalog oder einer Digitalpräsentation.
Zumeist werden Photographien zur ästhetischen Optimierung nachverarbeitet. In Einzelfällen kann es hilfreich sein, Bildmanipulationen vorzunehmen, die den zuvor geschilderten Idealen radikal entgegenstehen. Beispielsweise kann eine "Überbetonung" der Kanten nachdrücklich zum Erfolg einer Photogrammetrie-Pipeline beitragen - sofern die derart überarbeiteten Bilder nur zur Erstellung des Geometrie-Modells herangezogen werden. Für die Texturierung lassen sich die Bilder in einem separaten Nachverarbeitungsschritt auf die gewünschte Texturqualität hin optimieren. Auf ähnliche Weise können mit bloßen Auge kaum sichtbare Spuren auf Artefakten und Manuskripten (z.B. Archivalien mit Wasserschaden) zum Vorschein gebracht werden.

Photogrammetrie und Texturierung von 3D-Modellen

Digitalphotographien können zur Erstellung dreidimensionaler Visualisierungs- und Messverfahren herangezogen werden und sie unterstützen.
Durch mathematische Verfahren können aus einer ausreichend hohen Anzahl Digitalbilder eines Artefakts, Gebäudes oder einer Landschaft photogrammetrische 3D-Modelle, Karten und Pläne erstellt werden, die nicht nur visuell, sondern auch messtechnisch anwendbar sind.
Durch 3D-Scanning aufgenommene 3D-Modelle erhalten durch die Kombination mit hochwertiger Digitalphotographie eine verbesserte Textur.

Näheres finden Sie auf unserer Seite zum 3D-Scanning.