Op deze pagina Top Definitie Sensordata Voordelen Nadelen Speciaal TIFF
Digitale bestandsformaten
Het gedigitaliseerd signaal van de sensor
Het RAW formaat
Fotografie » TechTalk » Fysica » RAW
Fotografie » Computer » RAW
We hebben het hier over de technische aspekten van (modellen)fotografie:
dus geen g star raw maar een formaat voor het opslaan van foto's.

Definitie van het RAW formaat

Bij het raw formaat worden de gegevens die afkomstig zijn van de sensor zelf, dus zonder bijkomende bewerkingen opgeslagen. Het is het zuivere, natuurgetrouwe signaal afkomstig van de individuele pixels. Omdat het dataformaat zo afhankelijk van de sensorconstruktie is er niet één raw formaat, maar hanteert ieder fabrikant zijn eigen versie. Koop je een nieuwe camera (van dezelfde fabrikant) dan moet je de nieuwere versie van het bewerkingsprogramma op je PC installeren.

Het raw formaat kan niet gestandardiseerd worden omdat het afhankelijk is van de sensorconstruktie.

Van sensordata naar foto

Van sensordata naar foto

Stappen 1 tot 3 gebeuren bij het verwerken en het opslaan van iedere foto (dus òòk een foto in raw formaat).
Stappen 4 tot 6 gebeuren enkel bij het opslaan in het jpg formaat.
Dit zijn de stappen die het signaal ondergaat:
  1. Dark current correction: pixelvariaties worden opgevangen door de black current af te trekken (er wordt een tweede foto genomen met gesloten sluiter). Vooral CMOS sensoren vertonen grote signaalvariaties tussen pixels onderling.
  2. Digitalisering: ieder gecorrigeerd pixelsignaal wordt omgezet in een binair getal, van 8 bits voor consumer-toestellen tot 14 bits of meer voor high end reflextoestellen.
  3. Pixel mapping: het schrappen van de dode pixels of pixels die manifest een verkeerde informatie afleveren. Omdat vòòr de sensor een zogenaamde 'blurfilter' geplaatst wordt zijn scherpe signaalovergangen onmogelijk: het signaal kan niet van 1.5V naar 4.5V en dan terug naar 1.5V springen: de middelste pixel is duidelijk defekt. Sommige CMOS sensoren hebben een correctietabel die na de fabrikage ingevuld wordt.
    Dit signaal vormt nu het raw formaat, dat na eventuele compressie (lossless: meestal een vorm van TIFF-compressie) op het geheugenkaartje geschreven wordt.
  4. Verwijderen van de mozaiek: het signaal van ieder pixel is onbruikbaar zonder het signaal van naburige elementen. De algoritme hangt af van de gebruikte sensor. Men bekomt een helderheidssignaal en kleursignalen (een beetje zoals bij televisie of het Lab-formaat in Photoshop, Luminantie en twee kleurverschilsignalen a en b). Het helderheidskanaal heeft een hogere resolutie zowel spatiaal (megapixels) als in amplitude (meer bits). Soms wordt er hier niet met het Lab-formaat gewerkt, maar met het RGB formaat.
  5. Witbalans en andere correcties: dit zijn de bewerkingen die toegepast worden om het opgenomen beeld (reeel beeld) om te zetten naar een gevoelsmatig beeld: namelijk wat wij verwachten. Er wordt een sharpening toegepast om het effekt van de blurfilter tegen te gaan, de witbalans wordt uitgevoerd, gamma correctie wordt toegepast.
  6. Omzetting naar extern formaat: Het is in deze stap dat het beeld het meest aan informatie verliest: het intern formaat wordt omgezet in RGB en het aantal bits wordt beperkt. De foto kan op het kaartje in TIFF formaat weggeschreven worden, of omgezet naar JPEG (met een lichte verlies aan informatie).
Stap 4, 5 en eventueel 6 worden specifiek het “ontwikkelen” van de foto genoemd als die op een externe computer gebeuren.

Voordelen van het raw-formaat


Adverteren op mijn sites voor 20€ per maand.


Onderbelichte foto wordt helderder gemaakt

De bron is JPEG 8 bits en 256 helderheidsniveaus
De informatie is geconcentreerd in het donkere deel van het beeld, er wordt slechts 1/4 van de bits gebruikt.
Als de bitwaarden uitgestrekt worden (foto helderder gemaakt) dan ontstaan er gaten in de histogram, goed te zien als “banding”.


De bron is RAW met 14 bits (16.384 niveaus)
Als de lage bitwaarden uitgestrekt worden, is dat niet te zien op de afdruk.
Zelfs al worden slechts 1/4 van de bits gebruikt, dit zijn er nog altijd veel meer dan bij het JPEG formaat!

(uitleg over de histogram met voorbeeldfoto's)

Niet beperkt tot 8 bits per kanaal

Bij high end toestellen loopt het jpeg formaat tegen zijn grenzen. Het struikelblok is niet zozeer de compressie (compressieartefakten kan je nagenoeg vermijden door het bestand nauwelijks te comprimeren), maar het beperkt aantal bits per kanaal (helderheidsniveau's). Het dynamisch bereik van de sensor ligt hoger dan wat het JPEG formaat kan opnemen. Bij het omzetten van het sensorsignaal naar het jpeg formaat moet de camera een keuze maken: een deel van de informatie gaat verloren. Men moet de dynamiek comprimeren (om in de taal van de audio-mensen te spreken). RAW naar JPEG zou je kunnen vergelijken met een CD dat je op cassette opneemt. Voor dansmuziek (weinig dynamiek) zal je het verschil niet horen, maar bij een symphonie zal je vooral ruis horen in de stille passages.

Tegenwoordig levert een high end sensor met bijhorende AD omzetter een nauwkeurigheid van 14 bits per pixel; de laatste chip van Fuji is bijvoorbeeld uitgerust met twee sensoren per pixel: een grote sensor dat zeer lichtgevoelig is, en een tweede dat minder gevoelig is maar ook minder snel overstuurd zal worden (oversturing is één van de problemen van digitale fotosensoren). Deze 14 bits zijn niet echt noodzakelijk (de meeste toepassingen gebruiken 8 bits per kanaal), maar komen wel van pas als er 'onzichtbare informatie' naar boven gehaald moet worden. Een foto is bijvoorbeeld onderbelicht, zodat de interessante delen veel te donker zijn. Van de 256 helderheidsniveau's worden slechts de 50 onderste stappen gebruikt (2 stops onderbelicht). Worden deze donkere delen helderder gemaakt, dan heb je allerhande storingen zoals banding en compressieartefakten. Deze storingen zouden niet optreden had men met het raw formaat gewerkt, want het formaat heeft wèl de nodige reserve (in dit voorbeeld: 128 niveau's) om de donkere delen zichtbaar te maken.

Dit probleem wordt gedeeltelijk opgevangen door slimme compressie: meer aandacht voor de helderheidsniveau's waarvoor onze ogen het meest gevoelig zijn.

Aparte beeldbewerking en correctie

Een ander voordeel is dat er geen camera-correcties toegepast worden. Zowel het ontwikkelen (omzetten van RAW naar RGB) als de witbalans worden door externe software uitgevoerd, en niet door de firmware in de camera. Bij het gebruik van het RAW formaat ka je steeds terugvallen op de bron, mocht een ontwikkelfase niet tot het gewenste resultaat komen. En je zit niet vast aan wat de camera voor jou beslist heeft.

Ontwikkelen
De algoritmen voor het omzetten van een raw beeld met bayer-mosaiek naar een RGB-signaal zijn heel complex. De software in de camera (firmware) moet noodzakelijk een compromis zijn tussen de beeldverwerkingssnelheid en de nauwkeurigheid van de omzetting. Een omzetting op de computer (fotografen gebruiken vaak de benaming “ontwikkelen”) mag meer tijd in beslag nemen. Doorgaans leveren alle fabrikanten van high end fototoestellen software om de foto's in RAW te ontwikkelen. De fotograaf is echter niet beperkt tot de software van de fabrikant, maar kan open source software gebruiken (zoals DCRAW), vaak met betere resultaten dan die van de meegeleverde software van de fabrikant.

Witbalans
Bij het omzetten van sensordata naar jpeg zal de camera gissen onder welke lichtomstandigheden de foto genomen werd. Het is best mogelijk dat de camera de verkeerde instelling gebruikt heeft, waardoor er subtiele nuances verloren zijn gegaan (alweer door de beperkte resolutie van 8 bits). Ik gebruik hier het woord resolutie in zijn technische betekenis: oplossend vermogen, dat kan zowel de optische resolutie zijn (aantal pixels) als de signaalresolutie (aantal signaalniveaus).

Het RAW formaat is vooral aangewezen daar waar je weinig controle hebt op het licht, bijvoorbeeld een modeshow. Zelfs met je flitsers kan je moeilijk voor egaal licht zorgen omdat de modellen niet op dezelfde plaats blijven. Het is onvermijdelijk dat de mensen onder- of overbelicht zijn. Dankzij zijn grotere dynamiek kan het RAW formaat dit beter opvangen.

Nadelen van het raw-formaat

  • De data is onbruikbaar en er zijn extra stappen nodig: er kan niet snel-snel-snel een foto uitgeprint worden want het formaat is niet gestandardiseerd (hangt af van de sensorconfiguratie) en niet gevoelsmatig gecorrigeerd (kleurbalans).

  • Het formaat is redundant: omdat de camera niet gaat gissen wat relevant is en wat 'ruis' is, bevat de datastroom precies wat de sensor afgeleverd heeft. Een raw bestand is daarom zeer groot in vergelijking met een JPEG (zelfs met matige compressie). De camera heeft meer tijd nodig om de data weg te schrijven en de geheugenkaarten raken sneller vol.

  • Geen standaard: fotografen zijn bang dat hun foto's opgeslagen in een RAW formaat later niet meer gelezen zullen kunnen worden als de software voor het ontwikkelen niet meer op de nieuwe generatie computers kan draaien. Het RAW-formaat is namelijk fototoestel-specifiek. Kan jij nog 10 jaar oude Pagemaker of Wordperfect bestanden openen? Zonder het origineel programma kan je deze bestanden niet meer lezen! En deze programma's (mocht je de floppies uit die tijd nog terugvinden) draaien niet op een Vista-computer! En dit terwijl Wordperfect dè norm was!

  • JPEG is zo slecht niet: RAW werkt wel met 14 bits, maar bij de omzetting van RAW naar JPEG heeft de camera een slimme curve (transfer funktie) gebruikt, zodat je het verschil niet ziet tussen de RAW data en de JPEG. RAW werkt met 14 lineaire bits (de sensorgevoeligheid is namelijk lineair), terwijl de werkelijkheid niet-lineair is (alle fysiologische schalen zoals dB (decibel=geluidssterkte) en EV (exposure value=belichtingswaarde) zijn niet-lineair.

  • Afhankelijk van de fabrikant: stel je voor: je doet een firmware-update van je camera en je kan de gemaakte RAW-beelden niet meer inlezen in je fotobewerkingsprogramma! Nikon codeert de meta-data van het RAW formaat (NEF bij Nikon), zodat gebruikers verplicht worden de software van Nikon te gebruiken (enkel bij bepaalde toestellen).

  • Zijn deze 14 bits wel relevant? bij de huidige technologie (2010 met zijn mega-miljoenen pixels) zit men aan de grens van het haalbare. Naast de vlucht vooruit naar meer pixels heeft men ook een trend naar meer bits. Als je de foto waarvan het histogram boven te zien is (2 stops onderbelicht) zou bekijken, dan valt vooral de sterke ruis op. En eigenlijk is de ruis meer zichtbaar op de raw foto dan op de jpeg foto!
Als je van origine de foto correct belicht en rekening houdt met de basisregels van de fotografie (een gezicht half in de schaduw en half in volle zon zal je nooit kunnen corrigeren), dan hoef je geen RAW. Iemand met een beetje inzicht in de fotografie kent de beperkingen van zijn fototoestel. Vaak wordt de kreet geüit: “ik fotografeer in raw, dus ik moet mij niet aantrekken van het licht”. Fout natuurlijk: het correct uitlichten blijft belangrijk. Als je op een autosnelweg fotografeert (geel monochromatisch licht), dan heb je geen kleuren, ook niet als je in raw zou werken. Maar ook onder TL-licht bekom je slechte foto's, zelfs in raw: bepaalde kleuren ontbreken namelijk.

Eigenaardigheden van het raw-formaat

Het NEF-formaat is het RAW formaat van Nikon (Nikon Electronic Format), maar met extra mogelijkheden. Het is niet enkel een cameraformaat want beeldwijzigingen kunnen toegepast worden (kleurcorrectie, niveau's aanpassen en dergelijke). Het opmerkelijke is dat het origineel beeld bewaard blijft, de wijzigingen worden gewoon als handelingen opgeslagen. Iedere keer dat de foto gewijzigd wordt, wordt het bestand dus wat groter (met de parameters van de handeling) en duurt het openen van de foto langer omdat alle handelingen iedere keer opnieuw afgespeeld moeten worden.

Opslaan in TIFF

Sommige fototoestellen kunnen de foto's opslaan in TIFF. Dit formaat is gestandardiseerd en er is dus geen conversie nodig op de computer. Fotoshop (of windows zelf) kunnen de bestanden openen. Maar je kan meestal niet direkt een afdruk bekomen (in een kiosk via PictBridge) want deze apparaten ondersteunen enkel JPEG. Het enig voordeel van TIFF ten opzichte van JPG is dat het beeld niet gecomprimeerd wordt. Het aantal bits (dynamiek) wordt echter wel teruggebracht tot 8. Er is weinig verschil tussen een foto in JPG (met laagste compressie) en een foto in TIFF.