Fotografie: het raw file formaat

Raw file formaat

Fotografie » TechTalk » Fysica » Index digitaliseren » 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.

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. Er zijn wel pogingen ondernomen om een gestandardiseerde versie te maken: de sensorconfiguratie wordt in de header opgenomen zodat de ruwe data gedecodeerd kan worden. Maar in de praktijk gebruiken de fabrikanten dit DNG formaat niet (DNG = digital negative)

De spanningen die door de sensor afgeleverd worden moeten omgezet worden naar een digitaal signaal: dit is het digitaliseren. Hier gebeurt veel meer dan het omzetten van een electrisch signaal in een reeks bytes. Als je deze fase niet begrijpt, dan kan je niet weten wat de verschillen zijn tussen het JPEG en het RAW formaat.

Het is belangrijk te weten dat bij het omzetten naar JPEG de lineaire bits van de sensor omgezet worden naar "gevoelsmatige" bits (zie ook de gamma curve). Iedere stap geeft eenzelfde waarneming: er orden dus geen bits verspild aan niveauverschillen die we toch niet kunnen waarnemen.

Voordelen van het raw-formaat

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. Alle aanpassingen (zoals 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).

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! Een foto in RAW veroudert sneller dan een slecht ontwikkeld negatief!
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!
Geen in-body correctie De high end fototoestellen kunnen de kleine lensfouten automatisch corrigeren vanaf de optische lensparameters (opening, brandpuntsafstand en afstand tot het onderwerp). Deze correctie is in staat de meeste fouten te reduceren zodat ze niet meer zichtbaar zijn. Deze correctie wordt enkel uitgevoerd bij het opslaan in JPEG. De correctie kan natuurlijk ook achteraf uitgevoerd worden, maar dit vergt een extra stap in de nabehandeling, terwijl dit een stap is die het fototoestel extreem goed kan doen.

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.

Opslaan in TIFF

Sommige oudere 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 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. Hoewel TIFF de mogelijkheid biedt om afbeeldingen in 16 bits per kanaal op te slaan wordt die niet toegepast in de praktijk.

Snelle monitortest

Kijk naar de grijsvlakken rechts. Dit is een digitaal gerealiseerd beeld dat uit 256 grijsvlakken bestaat. Van de ene lijn op de andere is de stapgrootte 16 bits. Horizontaal zijn de niveaus verweven: 0 F 2 D 4 B... met grotere stap aan de zijkanten en een kleinere stap naar het centrum toe. Aan de zijkanten moeten de verschillen zichtbaar zijn, en dit op alle niveau's.

Als je monitor deze waarden niet correct kan weergeven, dan is het zinloos om foto's te bewerken in 16 bits, als je monitor zelfs geen beeld in 8 bits (256 niveaus) kan weergeven.

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)

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.

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.

Ieder fabrikant van fototoestellen gebruikt zijn eigen RAW formaat die niet compatibel is, en dit terwijl er een standaard-alternatief beschikbaar is het DNG formaat (digital negative).

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren