Bildrauschen

Diese Störungen treten dabei nicht durch die tatsächliche Be­lichtung der Aufnahme hervor, sondern durch eine nicht störungsfreie Übertragung der Informa­tionen durch den Sensor.

Als Analogie kann der Lautstärke-Drehknopf an einer Stereoanlage gesehen werden. Wird die Musik leise wiedergegeben ist diese klar und deutlich zu hören. Verstärkt man nun aber das Signal, indem man den Lautstärkeregler voll aufdreht verzerrt die Anlage und die Musik ist nun nicht mehr klar und schön. Ähnlich verhält es sich bei einem Kamerasensor. Durch die Verstärkung bei einer erhöhten Lichtempfindlichkeit entstehen im Sensor „falsche“ Elektronen (die nicht durch die Belichtung selbst ausgelöst wurden) und verfälschen so das Bildsignal.

Dieses Rauschen macht sich besonders durch Helligkeitsunterschiede in den dunklen Bildbereichen bemerkbar. Störend wird auch das sogenannte Farbrauschen wahrgenommen, das durch einen immer vorhandenen „Dunkelstrom“ auch bei farblosen Motiven (schwarzes Auto) plötzlich farbige Pixel produziert.

Beeinflussende Faktoren

1. Pixelgröße

Grundsätzlich gilt: Je größer der Sensor desto weniger Bildrauschen tritt auch bei hohen ISO Emp­findlichkeiten auf. Ganz so einfach ist es leider doch nicht. Denn grundsätzlich ist nicht die Sen­sorgröße, sondern die Größe der einzelnen Photodioden für das Bildrauschen verantwortlich.

Bei kleinen Sensoren werden oft auch die Pixel selbst stark verkleinert, um trotz der kleineren Sensorfläche auf eine hohe Pixelanzahl zu kommen. Kleinere Fotozellen können aber auch weniger Licht sammeln, ihr Signal muss also zusätzlich verstärkt werden. Grundsätzlich kann man sagen, dass erst ab einer Einzelsensorgröße von 6 Micrometern von rauscharmen Bildern sprechen kann. Aus diesem Grund neigen kleinere Sensoren mit kleineren Fotozellen stärker zum Rauschen als größere Sen­soren. Jedoch können, gerade im vorherrschenden Megapixel-Wahn der Hersteller auch größere Vollformatsensoren stark zum Rauschen neigen.

2. Kameratemperatur

Auch die Umgebungs- und damit auch Kameratempe­ratur hat einen deutlichen Einfluss auf das Bildrauschen. Bei höheren Temperaturen steigt die Ladungsdichte im Kamerasensor und damit auch der Dunkelstrom, wel­cher Rauschen verursacht. Zusätzlich wird gerade bei Langzeitbelichtungen auch der Sensor an sich stark er­wärmt.

Das führt bei Langzeitbelichtungen zu Hotpixeln, also extrem helle Pixel, die das Bild stark beeinflussen können. Die kamerainterne Option „Rauschreduzierung bei Langzeitbelichtung“ rechnet diese Hotpixel im An­schluss an eine Langzeitbelichtung heraus. Dazu wird nach der eigentlichen Belichtung eine weitere Aufnahme bei geschlossenen Verschlussvorhang angefertigt. Die Hotpixel sind auf diesem „Schwarzbild“ besonders deutlich zu erkennen. Die Kamera rechnet anhand dieses Schwarzbildes dann die Fehlpixel in der eigentlichen Aufnahme heraus. Professio­nelle Kameras oder spezialisierte Astrokameras kühlen sogar ihren Sensor, um Bildrauschen zu vermeiden.

Bei heutigen Vollformat-Kameras ist der Sensor hinterlüftet gebaut. Das bedeutet, Luft kann hinter den Sensor strömen und ihn somit kühlen. Daher ist das Hitze-bedingte Bild­rauschen bei modernen Kameras kaum noch vorhanden.

3. ISO-Empfindlichkeit

Eine höhere ISO Einstellung führt zwangsläufig zu präsenteren Bild­rauschen. Das liegt an der Verstär­kung des eingehenden Bildsignals, also einem höheren Grundrauschen. Nimmt das Grundrauschen zu, ver­kleinert sich der Abstand von Grund­rauschen und dem ursprünglichen Bildsignal. Im Grunde werden dann Teile vom Grundrauschen durch die kamerainterne Bildverarbeitung in die eigentliche Aufnahme mit einbezogen und Rauschen tritt auf. Bei zu hohen Empfindlichkeiten über­schreitet das Grundrauschen die Schwelle des A/D Wandlers und die entstehenden Bilder rauschen ext­rem stark.

Das Bild wurde mit ISO 6400 aufgenommen. Trotz des dunklen Saales und der extrem kurzen Verschlusszeit von 1/500 Sekunde konnte so das Bild aufgenommen werden.

Rauschen verhindern oder abmildern

Kamerahersteller arbeiten aber auch gegen das störende Bildrauschen mit verbesserten Sensoren und kamerainter­ne Software. Je besser der Sensor verarbeitet ist desto rei­bungsloser funktioniert die elektronische Signalverarbeitung und desto weniger Bildrauschen wird letztendlich sichtbar. Interne Bild­bearbeitung wie etwa Weichzeichner sorgt mit einer extremen Weichzeichnung bei JPG Aufnahmen dafür, Rauschen gar nicht erst sichtbar werden zu lassen. Nach­teil dieser Methode ist die teilweise ins bodenlose stürzende Bildqualität und Schärfe.

Eine weitere Alternative ist die nach­trägliche Bearbeitung über PC Software wie Adobe Photo­shop oder Lightroom. Die Rauschreduzierungs-Algorithmen sind mit den Jahren der Entwicklung bereits sehr mächtig ge­worden. Jedoch kann aus einem stark rauschenden Bild bei ISO 25.000 nie ein nicht rauschendes bei ISO 100 werden.

Bildrauschen kann zwar auch als gestalterisches Mittel, etwa bei alten Farblooks eingesetzt wer­den, deutlich häufiger stört es aber sowohl die Bildwirkung als auch die Bildqualität. Rauschen setzt die Auflösung von Kameras subjektiv stark herab, die Bilder wirken unscharf und wenig detailreich. Auch der kamerainterne Weichzeichner, der bei JPGs versucht, das Rauschen zu reduzieren hilft hier wenig. Denn obwohl das Rauschen in der Tat reduziert wird, die Bildqualität wird durch das Weichzeichnen deutlich in Mitleidenschaft gezogen. Letztendlich gilt aber, ein Bild ist besser als kein Bild. Höhere Empfindlichkeiten haben also durchaus ihre Berechtigung, sollten aber mit Bedacht gewählt werden.

Beispielaufgaben

Sie haben den Auftrag, in einer schlecht ausgeleuchteten Bar eine Reportage zu fotografieren. Da zeitgleich Videoaufnahmen stattfinden dürfen Sie keinen Blitz verwenden. Die Bilder sollen im Anschluss in einer Hochglanz-Broschüre gedruckt werden, dafür muss die Bildqualität entsprechend hoch und das Rauschen entsprechend niedrig sein.

a) Welche Kamera wählen Sie für diesen Auftrag und wieso?

Canon EOS 80D - APSC, 24 Megapixel

Canon EOS 6D - Vollformat 20 Megapixel

Canon EOS 5D MK IV - Vollformat, 30 Megapixel

Canon EOS 5DSR - Vollformat, 50 Megapixel

b) Was stellen Sie an der Kamera ein, um trotz der schlechten Lichtverhältnisse gute Bilder produzieren zu können?

c) Was können Sie zusätzlich tun, um das Bildrauschen in Ihren Ergebnisbildern zu reduzieren?