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für Digitalkameras und CCD-erzeugte Bilder

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Artikel: Rauschunterdrückung statischer Szenen

Effektive Rauschunterdrückung statischer Szenen durch Vermittlung multipler Aufnahmen

Rauschen im Bild hat viele Ursachen. Die Lichtmenge die auf die Sensoren trifft ist niemals genau dieselbe, die Sensoren selbst haben eine Toleranz und liefern variierende Werte, die stufenlose Intensität des Lichtes (das wir logarithmisch sehen) wird in ein festes Raster unterteilt (das linear ist) usw. Dazu kommen zahlreiche weitere Faktoren die das Rauschen beeinflussen.

Das Verhältnis zwischen der maximalen Abweichung und dem tatsächlichen Wert oder Signal, ist der Signal/Rauschabstand.

Praktisch gibt es keine Möglichkeit anhand eines Bildes zu ermitteln wie groß die Abweichung eines Wertes ist, einfach weil der tatsächliche Wert nicht bekannt ist.

Die übliche Methode das Rauschen zu entfernen ist eine Filterung die das Konstrastverhältnis zwischen benachbarten Punkten durch eine Vermittlung verkleinert (Tiefpass). Diese Weichzeichnung kann im Besten Falle auf auf unterschiedliche Konstrastabstände reagieren, aber natürlich nicht zwischen Rauschen und wirklichem Signal unterscheiden.

Besteht die Möglichkeit den tatsächlichen Wert mehrfach zu messen, dann kann durch die Bildung eines Mittelwertes die Abweichung reduziert werden. Damit vergrößert sich der Signal/Rauschabstand und das Rauschen verringert sich, das tatsächliche Signal aber nicht.

Gerade den Digitalkameras fällt es sehr leicht in schneller Folge mehrere Fotos zu schießen, trotzdem eignet sich diese Methode natürlich nur für statische Szenen.

Wirkungsgrad

Der erreichbare Effekt ist logischerweise von der Anzahl der Bilder abhängig. Die Wirkung ist logarithmisch, d.h. am Größten mit dem ersten zusätzlichen Bild und dann mit jedem weiteren Bild abnehmend. Nach einer gewissen Anzahl ist der Effekt so gering das weitere Bilder keinen Sinn mehr machen.

Der Signal/Rauschabstand steigt mit der Quadratwurzel der Bildanzahl. Während sich die Anzahl jeweils verdoppelt, halbiert sich der Effekt.

Rausch/Signalabstand:

1:1 = 1 Bild
1:1.4 = 2 Bilder
1:1,73 = 3 Bilder

Sinnvolle Anzahl

1:2 = 4 Bilder
1:3 = 9 Bilder
1:4 = 16 Bilder

Hilfsprogramm
NoiseRemove

Um den Vorgang der Vermittlung multipler Bilder zu vereinfachen dient dieses kleine Hilfsprogramm.

Zur NoiseRemove-Seite

Diese digitale Aufnahme dient als Testbild, sie wurde mit etwas erhöhter Filmempfindlichkeit 16 mal aufgenommen.

Anschließend wurden die Bilder mit dem Hilfsprogramm NoiseRemove vermittelt.

Kamera: Canon Powershot G3
Blende: 2,8
Belichtungszeit: 1/20 Sec.
Empfindlichkeit: 200 ISO
Bildkompression: JPEG "Fein"
Bildgröße: 2272 x 1704 Pixel
Foto: Roland Ortner

Praktisches Beispiel

1 x einfaches Jpeg

Eine einzelne Aufnahme zeigt bei 200 ISO deutliches Rauschen in allen Bereichen. In der 200% Vergrößerung daneben sind auch blockartige Strukture der Jpeg-Kompression sichtbar. Dieses Bild eignet sich nicht besonders für eine vergrößerte Ausgabe.

4 x einfaches Jpeg

Bei vier Aufnahmen hat sich der Signal/Rauschabstand verdoppelt, das Resultat ist entsprechend besser, die Flächen wesentlich glatter. Von der Jpeg-Kompression bleiben in der Vergrößerung nur farbige Flecken.

16 x einfaches Jpeg

Bei 16 Aufnahmen hat sich der Signal/Rauschabstand verdreifacht, die Flächen sind ausreichend glatt, die Struktur der Fliese im Hintergrund ist wieder sichtbar. Auch in der Vergrößerung ist nur noch wenig Rauschen sichtbar. Dieses Bild würde sich gut für eine vergrößerte Ausgabe eignen.

1 x einfaches Jpeg

Hier ein anderer Ausschnitt desselben Bildes mit mittleren und helleren Tönen.

4 x einfaches Jpeg

 

16 x einfaches Jpeg

Auch hier gibt es mit dem Teppich eine dem Rauschen sehr ähnliche Struktur. Sie bleibt erhalten, bzw. kommt wieder zum Vorschein.

Original-Bild, unbearbeitet
Erste Aufnahme
JPEG, 1,26 MB

Misch-Bild, unbearbeitet
Vermittlung aus 16 Bildern,
Signal-Rauschabstand 1: 4
Erstellt mit ->
NoiseRemove
JPEG, 1,10 MB

Bilddateien

Sinnvolle Anwendungen

Besonders nützlich ist diese Methode bei der Objekt- und Produktfotografie, bei Still-Life und unbewegten Szenen wenn hochqualitative Abbildungen oder große Drucke gefordert sind.

Hier können mit entsprechend vielen Aufnahmen sehr hohe Qualitäten erzeugt werden, die sonst wesentlich teureres Equipment erfordern würden.

Eine digitale Kamera ist von Hause aus dazu prädestiniert mehrere Aufnahmen zu schiessen, es kostet nur Speicher und funktioniert schnell und automatisch.

In jeden Falle sollte ein Stativ benutzt werden, selbst wenn die Kamera schnell ist, bleibt die Gesamtzeit zu hoch um aus der Hand zu fotografieren, die Bilder sind dann nicht deckungsgleich.

Bei vier und mehr Bildern ist es möglich den eingestellten Kompressionsfaktor zu verringern, also z.B. von "Fein" auf "Normal" herabzusetzen.