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Bildformate: RAW-Format

Raw-Dateien bieten eine Erweiterung der kreativen Spielräume und bestmögliche Qualität. Gegen sie spricht die eher mühsame Handhabung mit speziellen Programmen. Zudem birgt die Zersplitterung in zahllose nicht öffentlich do­kumentierte Unterformate erheb­liche Risiken für die langfristige Ar­chivierung. Wegen der fehlenden Standardisierung rät die Redaktion von RAW-Formaten als Standardlösung ab.   

Mit vielen Digitalkameras lassen sich Bilder im RAW-Format abspeichern. Damit ist nicht das Bildformat mit der Dateierweiterung „.raw" gemeint, das vor allem im wissenschaftlichen Bereich verwendet wird, sondern ein „Camera RAW“, das je nach Hersteller mit verschiedenen Erweiterungen verwendet wird. Diese Dateien enthalten dann die „rohen" Daten, wie sie vom Sensor und den nachfolgenden Analog-/Digital-Konvertern erzeugt wurden. Das bedeutet einerseits, dass jede Information, die die Kamera erfasst hat auch in der fertigen Datei steckt. Andererseits ist ein RAW-Bild noch kein komplettes Bild, sondern lässt sich am ehesten mit dem latenten Bild im unentwi­ckel­ten Sil­berfilm vergleichen.

Grund­sätz­lich liefern alle Kamera­sen­soren nur farbabhängige Hel­lig­keits­in­for­mationen zu den einzelnen Pixeln, aus denen dann die Kamera- oder eine PC-Software das Bild berechnet: Zunächst erzeugt der CCD je Pixel ein analoges elektronisches Signal, das der Analog-/Digital-Wandler digitalisiert und das die Kamerasoftware anschließend – ge­mäß einer dem Betrachter meist un­bekannten und unverständlichen Regel – interpretiert und abspeichert. Bei JPEG- oder TIFF-Bildern führen diese Regeln zu irrever­siblen Berechnungen und gegebenenfalls Datenverlusten, gemäß den Kame­ra­einstellungen etwa zu Weißabgleich, Kontrast, Nachschärfung oder Farbabstimmung. Das bedeutet: Alle gleich justierten Mo­nitore zeigen das eine JPEG-Bild auch nahezu identisch.

Bild vergrößern 937 805 http://img2.magnus.de/RAW-Datei-r937x805-C-9e4e59e7-19361310.jpg Die RAW-Datei der Kamera speichert zu jedem Bildpunkt nur eine Farbinformation. Aus diesem Stückwerk berechnet erst der RAW-Konverter ein vollständiges Bild.

Die RAW-Datei der Kamera speichert zu jedem Bildpunkt nur eine Farbinformation. Aus diesem Stückwerk berechnet erst der RAW-Konverter ein vollständiges Bild.

Beim RAW-Format unterbleiben der­artige Berechnungen, damit ist aber zugleich auch das Bild nicht eindeutig festgelegt: Ob die weiße Wand nun leicht gelb, bläulich oder rein weiß ist, muss der Fotograf bei jedem Öffnen der Datei neu entscheiden oder den Stan­dard­einstellungen seines RAW-Kon­verters überlassen. Ein anders eingestellter RAW-Konverter stellt ein entsprechend anders aussehendes Foto am Monitor dar. In der RAW-Datei fehlen wesentliche Informationen zu Weißabgleich, Kontrast, Farbsättigung und Nach­schärfung, was die Einstellmöglichkeiten des Fotografen entsprechend erweitert. Er kann alle diese Punkte in Ruhe am Rechner entscheiden und muss dies weder beim Fotografieren erledigen noch der Kameraautomatik überlassen. Ein in der Kamera falsch eingestellter Weißabgleich kann eine ganze TIFF- oder JPEG-Bildsequenz unbemerkt beschädigen. Der gleiche Fehler ist am Rechner direkt sichtbar und betrifft nicht das Original, sondern eine TIFF- oder JPEG-Kopie des unverändert gelassenen RAW-Files. Unter dem Strich bietet das Raw-Format dem Fotografen also mehr verlustfreie Einstellmöglichkeiten als ein TIFF oder JPEG. Ein wesentlicher Grund ist, dass die Kameras mit ihren CCDs nur jeden dritten Farbwert erfassen und der Rest hinzuberechnet werden muss. Während nun bei TIFF und JPEG diese interpolierten Werte fester Bestandteil des Bildes sind, speichert das RAW-Format nur die tatsächlich von der Kamera erfass­ten Daten.

InterpolationEin „normales" Farbbild enthält für jeden Bildpunkt drei Farbin­for­mationen für Rot, Grün und Blau, aus denen sich alle Farbtöne darstellen lassen. Doch eine Digitalkamera hat – von der Foveon-Sonderlösung abgesehen – nicht drei Sensoren für jeden Bildpunkt, sondern je Bildpunkt nur einen. Bei einer 6-Megapixel-Kamera werden also statt der gesuchten 18 Mio. nur 6 Mio. Farbwerte erfasst. Vor jedem Pixel kann ja immer nur ein Grün-, Blau- oder Rot-Filter sitzen. In der Regel bekommt Grün als diejenige Farbe, die das Helligkeits­empfinden des Auges am stärksten prägt, die Hälfte der Pixel, Blau und Rot je ein Viertel. Bei einer 6-Megapixel-Kamera macht dies 3 Mio. Grün-  sowie je 1,5 Mio. Rot- und Blau-„Pixel“. Die Helligkeit eines Bildpunktes wird anhand der Daten aller drei Farbkanäle errechnet, die fehlenden Werte für die nicht erfassten 12 Mio. Farben (zwei Farben je Pixel fehlen) werden interpoliert, also als Zwischenwerte anhand der Nachbarpixel errechnet. Wegen dieser Interpolationen bleibt die Farb­auflösung deutlich hinter der Schwarzweiß-Auflösung zurück. Das ist in der Regel aber kein Problem, weil auch das menschliche Auge Farb­unterschiede schlechter auflöst als Helligkeitsdifferenzen. Die erforderliche Rechenarbeit über­nimmt im Normalfall ein spezieller Prozessor der Kamera, der bei cleverer Auslegung die Bild­qua­lität erheblich verbessern kann, wenn das Wissen über die exakte Anordnung und Eigenschaften der Sensorelemente geschickt in die Berechnungen eingebettet wird.

Farben und WeißabgleichGerade die Bestimmung der Farbe ist komplizierter, als es auf den ers­ten Blick scheint: Zwar gibt es Werte für Rot, Grün und Blau, doch ist Rot nicht gleich Rot. Die Farbfilter, die vor den Pixeln sitzen, unterscheiden sich je nach Technik in ihren spektralen Eigenschaften. Diese müssen zur Umrechnung der kamerainternen Farben in die zumindest halbwegs  allgemeingültigen Farben der Datei bekannt sein. Meist werden die linearen Ausgangswerte der Bildwandler in den der menschlichen Wahrnehmung besser angepass­ten CIE xyz-Farbraum umgerechnet. Dabei ist auch der Weißabgleich wesentlich. Denn wäh­rend das menschliche Auge dank der Adaptionsleistung des Gehirns Weiß unter verschiedenen Lichtverhältnissen als Weiß erkennt, kann der Sensor dies nicht. Ein Blatt Papier im Licht einer Glüh­lampe ist tatsächlich eher gelb und im Schatten unter freiem Him­mel eher blau. Um befriedi­gen­de Bilder bei Kunstlicht zu bekommen, müssen andere Sensorsignale als „Weiß" interpretiert werden als bei Tageslicht.

Bild vergrößern 937 932 http://img1.magnus.de/Adobe-r937x931-C-da35021c-19361313.jpg Adobe möchte mit DNG die Vielfalt der Hersteller-RAW-Formate ersetzen. Allerdings haben sich bisher nur wenige Hersteller für DNG entschieden.

Adobe möchte mit DNG die Vielfalt der Hersteller-RAW-Formate ersetzen. Allerdings haben sich bisher nur wenige Hersteller für DNG entschieden.

Raw – Für und WiderWenn der Prozessor in der Kamera das Bild aus den Aufnahme­daten komplett berechnet, geben die Hersteller die Parameter vor, die sie für optimal halten. Bei vielen Modellen kann der Fotograf einzelne Parameter zwar beeinflussen, doch speichert die Kamera – ob TIFF- oder JPEG-Bild – anschließend immer ein fertiges Ergebnis. Nur bei den RAW-Dateien wird diese Arbeit auf den Rechner verlagert, und der Zugriff auf viele Einstellungen liegt in der Hand des Anwenders. Er sieht am Rechner, was passiert und kann vom Originalmaterial ausgehen. Wer dagegen ein bereits fertig berechnetes Bild deutlich verändern will, muss meistens Datenverluste in Kauf nehmen. Vor allem Profis nutzten deswegen schon immer die Möglichkeit, neben dem fertig bearbeiteten Bild auch die unbearbeiteten Rohdaten zu speichern. So lässt sich über den nachträglichen Weißabgleich die Farbstimmung präzise kontrollieren, und häufig findet sich in abgesoffenen Schatten und ausgefressenen Lichtern im Raw-Format noch etwas Zeichnung, die dem JPEG bereits fehlt. Welche „Stellschrauben" hier zur Verfügung stehen, hängt dabei von der Software ab, und hier geht jeder Hersteller seinen eigenen Weg,  ­genau wie bei der Da­teinamen­er­wei­terung.

Für das RAW-Format spricht der im Vergleich zu TIFF geringere Speicherbedarf auf der Kamerakarte, da ja zwei Drittel der Farb­informationen noch fehlen, gegen RAW das noch kompaktere JPEG-Format. Problematischer ist die fehlende öffentliche Dokumenta­tion der RAW-Formate: Dass die RAW-Formate der einen Firma nicht zu denen der anderen kompatibel sind, ist bedauerlich, entspricht aber den Erwartungen. Eine Konsequenz der unterschiedlichen Formate ist jedoch, dass man meist einen speziellen RAW-Konverter braucht, um die Dateien zu öffnen. Unterwegs ist ein derartiger Konverter aber nicht unbedingt auf jedem Rechner verfügbar, und es besteht nicht immer die Erlaubnis einen zu installieren. Zwar können einige Programme wie Photoshop CS2 auch direkt RAW-Bilder öffnen, doch mit einer neuen Kamera bringen viele Hersteller auch gerne das nächste RAW-Format auf den Markt. Die drei Monate alte Bildsoftware und der alte RAW-Konverter können dann das neue Format nicht mehr lesen. Allerdings öffnet der beiliegende neue Konverter auch die älteren Fotos. So weit ist das alles auf den ersten Blick noch akzeptabel, wenn auch lästig. Nur­ – kann auch der Konverter aus dem Jahr 2015 noch die RAW-Formate von 2000 lesen? Und läuft der alte Konverter – wenn überhaupt noch erhältlich – auf dem dann aktuellen Betriebssystem? Welche Anwendergruppe knackt ein nicht dokumentiertes pro­prietäres Format, wenn der Hersteller dieses nicht mehr unterstützt? Was passiert, wenn ein Hersteller – wie jüngst Kyocera – seine Kamerasparte eliminiert? Wer schreibt 2015 den dann längst nötigen neuen RAW-Konverter für Kyocera-Bilder? Dagegen wird wohl auch die 16. Photo­shop-Version ein TIFF oder JPEG öffnen können.

RAW mit Photoshop & Co.Die meisten RAW-Konverter dienen nicht nur zum Öffnen, sondern auch zum Einstellen der Bilder. Wer die meist unbekannte Firmen-Software nicht nutzen will, kann statt dessen sein vertrautes Bildprogramm nutzen, wenn dieses das spezielle RAW-Format erkennt oder eine entsprechende Erweiterung verfügbar ist. Adobe bietet deswegen ein Photoshop-Plug-in namens „Camera Raw" an, wobei allerdings Adobe davor warnt, dass einzelne Informationen aus der Originaldatei verlo­ren­gehen könnten.

Das Anpassen der Datei ist mit den insgesamt 20 Reglern, die Photoshop anbietet, jedoch nicht ganz trivial. Und wer die RAW-Datei mit den Kamera-Standardeinstellung öffnet, kann auch gleich in der Kamera ein TIFF oder JPEG abspeichern. Paintshop Pro 9 macht es etwas einfacher und begnügt sich mit der Anpassung des Weißabgleichs und einer Helligkeitskorrektur.

Mehr als 100 Formate Das eigentliche Problem ist also nicht, dass der eine Hersteller seine RAW-Daten mit der Datei­namenerweiterungen „.nef" und der andere mit „.crw" versieht. We­sentlich problematischer ist, dass hinter so einer Endung wieder die unterschiedlichsten inkompatiblen Daten stecken. Einige Programmierer von Bild-Browsern verbringen ihre Zeit damit die proprietären, also nicht standardisierten, Formate zu enträtseln, damit sie die Bilder richtig darstellen können. Dabei handelt es sich teilweise um zumindest theoretisch verbotenes „reverse engineering“. Auf gut Deutsch: Die Formate werden gehackt.

Zugleich ist die Kooperation der Hersteller höchst unterschiedlich: Sigma hat sein Raw-Format of­fen­gelegt, während Olympus gar nichts verrät. Bei Nikon kann es vorkommen, dass nach einem Firmware-Update der Kamera auch die NEF-Dateien nicht mehr komplett zu lesen sind. Jetzt haben die Japaner sogar die Weißabgleichsdaten verschlüsselt, um es Drittanbietern unmöglich zu machen, sie auszulesen. Die müssen ein Entwicklungspaket bei Nikon beantragen und bekommen dann Software-Bibliotheken, mit denen ein Viewer die Dateien öffnen kann.

Adobes DNG-FormatUm den Wildwuchs proprietärer RAW-Formate zu entwirren, hat sich Adobe als Marktführer bei der Bildsoftware aufgemacht, ei­nen offenen Standard zu etablieren, dessen Spezifikation sich jeder herunterladen kann (www. adobe.com/products/dng). Wie schon EXIF, so ist auch DNG eine Erweiterung des TIFF-Formats. Es werden einfach weitere Tags definiert, die festlegen, wie die Daten zu interpretieren sind. Das wird natürlich nur dann funktionieren, wenn auch genügend Kamerahersteller  DNG-Dateien schreiben. Doch danach scheint es den Großen in der Kamerabranche nicht zu sein… Momentan wandelt nur der DNG-Konverter von Adobe eine Anzahl von RAWs in DNG um. Um allen Kompatibilitätsproblemen aus dem Weg zu gehen, empfiehlt Adobe, die Originaldaten mit zu integrieren – eine speicherplatz­fressende Notlösung. DNG hält sich vollständig an den TIFF-Standard und erweitert ihn lediglich um die speziellen Informationen wie etwa die Anordnung der Pixel für die verschiedenen Farben. Beim Tiff-Tag Nummer 50706 geht es dann mit den speziellen DNG-Tags los. Ferner steht für die „privaten" Informationen der Kamerahersteller weiterer reservierter Platz bereit, und auch eine JPEG-Kompression wird unterstützt: Bei 8 Bit Farbtiefe ausschließlich als DCT komprimiert, ab 16 Bit nur verlustlos.

Maker NotesEines der Probleme der Tiff-Struktur sind die verschachtelten Verweise auf andere Stellen in der Da­tei. Nur wenn die komplette Datei gelesen ist, kann etwas Sinnvolles angezeigt werden, und ein Programm, das nicht wirklich alle Tags auslesen kann, zerstört Informationen, wenn es die Datei wieder schreibt. Hier helfen private Be­reiche, über die in den Tiff-Tags nur Beginn und Länge definiert werden. Sie sind sozusagen Datei in der Datei, denn sie dürfen keine Verweise auf Programmteile außerhalb enthalten und werden intern adressiert. Hier stehen häufig die Anmerkungen des Herstellers, die üblicherweise nicht dokumentiert sind und nur von dessen Software ausgelesen werden. Na­türlich findet Google schnell Seiten, auf de­nen die Geheimniskrämerei zumindest teilweise entschlüsselt wird.

Open RawSeit April diesen Jahres ist Open Raw online (www.openraw.org). Bislang wird hier vor allem die Offenlegung aller Raw-Formate gefordert, um auch in Zukunft ältere Dateien lesen zu können. Wer den Namen hört, könnte auch auf die Idee kommen, dass hier der Grundstein für ein Open-Source-Projekt wie Mozilla gelegt werden soll und ein neues Format entsteht. Aber auch das ist nur dann erfolgversprechend, wenn genügend Kamerahersteller mitziehen.

Vor jedem Pixel des CCD- oder CMOS-Sensors sitzt ein winziger roter, grüner oder blauer Farbfilter. Die Kurven zeigen die spektralen Durchlässigkeiten der drei Filter. Je nach Sensor- und Filtertyp können die Kurven aber leicht unterschied­lich ver­laufen. Da­­her muss der Raw-Konverter für die Berechnung der korrekten Farben den exakten Verlauf der Farb­filter­kurven „kennen“.