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Warum wenig Licht nicht gleichbedeutend mit hohem Bildrauschen ist – Funktionen zur Rauschreduzierung bei den Canon EOS und Cinema EOS Kameras.

Du musst keine Angst vor unverhältnismässigem Bildrauschen haben, wenn du Aufnahmen bei wenig Licht machst. Canon Experten erklären die Technologien und Optionen zur Rauschreduzierung bei den neusten Canon EOS und Cinema EOS Kameras.
Mann in Seitenansicht, der eine Kamera vor sein Gesicht hält, seine Silhouette zeichnet sich gegen einen orangefarbenen Himmel bei Sonnenuntergang ab.

Aufnahmen mit hoher ISO-Empfindlichkeit bei wenig Licht sind für Bildrauschen prädestiniert. In vielen Situationen bedeutet jedoch die Stabilität, die durch die Kombination aus Objektiv mit optischen Bildstabilisator und integrierter Bildstabilisierung in der Canon EOS R5 erreicht wird, dass man die ISO-Empfindlichkeit nicht zu hoch ansetzen muss. „Führer bestand die Lösung oft in einem Stativ“, sagt Mike Burnhill von Canon Europe. „Doch Stative sind nicht immer praktikabel. Die Möglichkeit, aus der freien Hand mit einer längeren Verschlusszeit und einer niedrigeren ISO-Empfindlichkeit zu fotografieren, eröffnet eine ganze Reihe von Möglichkeiten“.

Bildrauschen ist ein immerwährendes Problem für Foto- und Videografen, wenn sie Aufnahmen bei wenig Licht machen. Aber lass dich nicht von der Angst vor Bildrauschen abhalten – dank der Technologien und Funktionen in Canon EOS und Cinema EOS Kameras ist das sehr gut in den Griff zu bekommen.

Machen wir uns nichts vor: Eine willkürliche „Körnigkeit“ oder visuelle Statik gibt es in jedem digitalen Bild, diese ist jedoch präsenter, wenn du eine hohe ISO-Empfindlichkeit (oder Signalverstärkungseinstellung) oder eine Langzeitbelichtung verwendest, denn unter Aufnahmebedingungen, in denen diese Einstellungen nötig sind, gibt es ein schlechteres Verhältnis zwischen Bildinformationen und -rauschen. Eine Erhöhung der ISO-Empfindlichkeit verstärkt sowohl die Information als auch das Rauschen, wodurch das Rauschen erkennbarer wird. Auf gleiche Weise erzeugt die Wiederherstellung von Schattendetails in der Nachbearbeitung scheinbar Bildrauschen, doch eigentlich macht es nur das Bildrauschen sichtbar, das schon immer im Bild vorhanden war. Schatten sind Bereiche in denen per Definition weniger Licht den Sensor erreicht hat, und daher gibt es weniger Bilddaten im Verhältnis zum Bildrauschen.

Ist es also möglich, das Rauschen bei Bildern und Videos, die bei wenig Licht aufgenommen wurden, zu minimieren oder reduzieren? Im Folgenden findest du einen kurzen Leitfaden zu den Technologien und Optionen zur Rauschunterdrückung, insbesondere zu den kamerainternen Funktionen der Canon Kameras.

„Im Wesentlichen gibt es zwei Kategorien von Bildrauschen“; sagt Mike Burnhill, Senior Product Specialist bei Canon Europe. „Zunächst ist da die Kategorie, in der das Rauschen im Vorfeld der Aufnahme erzeugt wird, nämlich durch inhärente elektromagnetische Phänomene wie Photon-Schrotrauschen oder Überlagerung. Bei Canon sind wir stets darum bemüht, diese Art von Rauschen zu reduzieren, indem wir Sensoren neu konzipieren, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu optimieren.

„Dann gibt es noch die Kategorie, in der das Rauschen bei der digitalen Bildverarbeitung erzeugt wird. Es lässt sich in Farbrauschen und Helligkeitsrauschen unterteilen.“ Diese zwei Arten des Rauschen können mithilfe der Rauschreduzierung behoben werden, die entweder kameraintern oder mithilfe von Software angewendet werden kann. Funktionen zur Rauschreduzierung in den aktuellen Canon EOS und Cinema EOS Kameras sind fortschrittlicher als je zuvor. Und die Verarbeitungsleistung, die du mit einem Computer und Software wie dem kostenlosen Digital Photo Professional (DPP) von Canon erhältst, ermöglicht weitere Ergebnisse bei der Rauschreduzierung.
Aufnahme einer Landschaft bei wenig Licht, die den Blick über ein Gewässer hin zu hohen Bergen lenkt. Die rechte Hälfte wurden mit einer hohen ISO-Empfindlichkeit aufgenommen und zeigt deutlich mehr Bildrauschen.

Bildrauschen ist ein bekanntes Problem bei Aufnahmen mit hoher ISO-Empfindlichkeit. Die linke Hälfte des Bildes wurde mit ISO100 und einer Verschlusszeit von 2,6 Sekunden aufgenommen, aber die Langzeitbelichtung hat dazu geführt, dass das sich bewegende Wasser unscharf ist. Die rechte Hälfte wurde bei 1/125 Sekunden aufgenommen – aber um bei dieser Verschlusszeit genug Licht zu erfassen, wurde die ISO-Empfindlichkeit auf 25.600 erhöht. So konnten viel mehr Details der Wasseroberfläche eingefangen werden, doch das Bildrauschen ist erheblich schlechter, dies wird besonders am Himmel deutlich. Beide Aufnahmen wurden mit einer Canon EOS 850D mit einem Canon EF 16-35mm f/2.8L II USM Objektiv (mittlerweile ersetzt durch das Nachfolgemodell EF 16-35mm f/2.8L III USM) bei 23 mm und Blende 1:8 aufgenommen.

Canon EOS R6 Canon Kamera ohne Objektiv mit sichtbarem Vollbildsensor.

Ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis sorgt für schärfere Bilder, wobei das „Signal“ die Bildinformation ist, die von der Kamera erfasst wird. „Grundsätzlich kommt es auf die Pixel-Grösse an – die tatsächlichen Fotorezeptoren oder „Lichtflächen“ auf dem Sensor“, sagt Burnhill. „Bei einem Vergleichssensor gilt, je grösser die Lichtfläche, desto mehr Photone kann sie absorbieren und desto besser ist das Signal-Rausch-Verhältnis“. Das ist ein wichtiger Grund für die herausragende Leistung der Canon EOS R6 bei wenig Licht: Der Vollbildsensor mit 20,1 Millionen Bildpunkten hat weniger über den Sensorbereich verteilte Pixel als zum Beispiel ein Vollbildsensor mit 45 Millionen Bildpunkten, was bedeutet, dass sie grösser sind.

Verwendung der kamerainternen Rauschreduzierung

Die neusten EOS Kameras wie die Canon EOS R5 und EOS R6 verfügen über drei Arten der integrierten automatischen Rauschreduzierung: hohe ISO-Geschwindigkeit, Multi-Shot und Langzeitbelichtung.

Trotz des Namens kann eine High ISO Rauschreduzierung bei allen ISO-Einstellungen verwendet werden, obwohl die Effekte bei höheren ISO-Einstellungen spürbarer sind. „Jede Kamera verfügt über Farb- und Helligkeitsmuster, die im System abgebildet sind“, erklärt Burnhill. „Diese von unseren Ingenieuren entwickelten Voreinstellungen basieren auf den Sensor- und ISO-Einstellungen. Im Grunde genommen teilen sie der Kamera bei der Aufnahme eines JPEG mit einer bestimmten ISO-Empfindlichkeit mit, dass ein bestimmter Wert für die Rauschreduzierung angewendet werden muss.“

Man kann die Gesamtstärke der High ISO Rauschreduzierung in drei Stufen einstellen, aber die Farb- und Helligkeitseinstellungen kann man nicht auf dieselbe Weise feinabstimmen wie mit einer Software, z. B. in DPP. „Aus Gründen der Geschwindigkeit müssen die Voreinstellungen zuvor im System abgebildet werden“, sagt Burnhill. „Wenn du zum Beispiel ein Fussballspiel mit einer Canon EOS R3 mit 30 B/s. aufnimmst, dann musst du eine fixe Einstellung haben, damit der ganze Prozess ohne Verzögerung abläuft.“
Screenshot von Digital Photo Professional, der einen Baum vor einem violetten Himmel zeigt, mit Optionen zur Rauschunterdrückung auf der rechten Seite.

Mit den Optionen zur Rauschreduzierung der Canon Software Digital Photo Professional kannst du Farbrauschen (Farbe) getrennt vom Helligkeitsrauschen (Helligkeit) bearbeiten. Diese Optionen sind nützlich, ganz gleich, welche Kamera du verwendet hast. „Wenn du Bilder mit einer hochauflösenden Kamera aufnimmst, ist es ratsam, etwas mehr Helligkeitsrauschunterdrückung anzuwenden, da die Auflösung Verluste hinnehmen kann“, schlägt Burnhill vor. „Aber wenn du eine Kamera mit niedriger Auflösung hast, kann die Helligkeitsrauschunterdrückung dazu führen, dass du mehr Details verlierst“.

Schnittansicht einer Canon EOS R3 Kamera mit RF Bajonett und Kamerasensor.

Der von hinten beleuchtete Sensor der Canon EOS R3 ermöglicht es, einen grösseren Teil der Prozessorschaltung in den Sensor selbst zu verlegen. „Die Möglichkeit, den A/D-Wandler näher an das Signal zu bringen, bedeutet, dass es wahrscheinlich weniger Störungen gibt und mehr Rauschen erzeugt wird, bevor du es in ein digital verarbeitetes Signal umwandelst“, erklärt Burnhill.

Genauso wie die High ISO Rauschreduzierung kann die Multi-Shot-Rauschreduzierung nur bei JPEGs kameraintern angewendet werden. „Es handelt sich um eine Technik, die mit RAW-Dateien funktionieren könnte, aber es geht darum, den gesamten Prozess einfacher und schneller zu gestalten“, sagt Burnhill.

Die Multi-Shot-Rauschreduzierung funktioniert ähnlich wie das „Focus-Stacking“ da mehrere Bilder erforderlich sind, die aus derselben Position heraus aufgenommen und dann überlagert und verglichen werden. Die Kamera kann dann das willkürliche Rauschen entfernen, indem nur die Daten behalten werden, die sich bei jedem Bild an gleicher Stelle befinden.

„Das ist der Grund, warum diese Art der Rauschreduzierung eigentlich für feststehende Objekte konzipiert wurde. Alles, was sich zwischen den Bildern bewegt, könnte als Rauschen angesehen und daher eliminiert werden.“
Die Rauschunterdrückung bei Langzeitbelichtung kann sowohl für JPEGs als auch für RAW-Dateien verwendet werden. Es erfordert eine zweite, kamerainterne Belichtung, um das bei einer Langzeitbelichtung entstehende Rauschen zu korrigieren. „Der Prozess ist im Wesentlichen eine moderne Version der Darkframe-Subtraktion“, erklärt Burnhill. „Diese erfordert, dass zwei Bilder jeweils nacheinander aufgenommen werden, wobei bei einer der Aufnahmen der Objektivdeckel angebracht ist. Im Fall der aktuellen EOS Kameras wird die Blende bei der zweiten Belichtung jedoch automatisch verschlossen.“ Wenn kein Licht den Sensor erreicht, enthält diese Aufnahme nur Rauschmuster.

„Die Kamera vergleicht das Rauschen der dunklen Aufnahme mit dem Bild, sodass sie festsitzende Pixel oder Rauschen, das zufällig vom System und nicht von der Kamera erzeugt wird, ausfindig machen kann.“

Die Hitze, die von der Kamera während einer Langzeitbelichtung erzeugt wird, ist eine potenzielle Störquelle, und Burnhill rät, die Kamera zwischen den Aufnahmen etwas abkühlen zu lassen. „Eine einfache Sache wie das Ausklappen des Bildschirms kann dazu beitragen, dass die Kamera etwas kühler bleibt", fügt er hinzu.
Ein Techniker mit weissen Handschuhen reinigt den Sensor einer Canon Kamera.

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Blick durch die Wedel hoher Palmen auf den Nachthimmel mit Sternen und Milchstrasse.

Astrofotografie ist ein Bereich, in dem man Aufnahmen mit einer relativ geringen ISO-Empfindlichkeit machen und das Bildrauschen bei der Bildaufnahme minimieren muss. „Bei der Astrofotografie sollte das Bildrauschen nicht überbearbeitet werden, denn das kann Sterne buchstäblich auslöschen“, sagt Burnhill. Aufgenommen mit einer Canon EOS R6 mit einem Canon RF 16mm F2.8 STM Objektiv, Verschlusszeit 25 Sek., Blende 1:2,8 und ISO 6400.

Nahaufnahme von Blumen auf einem Feld mit einem Histogramm, das zur rechten Seite (helle Bildbereiche) stark ansteigt.

Bei Standbildern kann die Verwendung der ETTR-Technik (Exposing to the Right, Belichtung nach rechts) dazu beitragen, das Bildrauschen in dunkleren Bereichen einer RAW-Datei zu verringern, die bei Tageslicht aufgenommen wurde. Der Prozess erfordert, dass die Schatten kameraintern überbelichtet werden, damit diese Bereiche so wenig Bildrauschen wie möglich beinhalten, und die Belichtung wird nachträglich mithilfe einer RAW-Bearbeitungssoftware wie Digital Photo Professional (DPP) von Canon korrigiert.

Rauschreduzierung bei Videos

Das Aufnehmen von Videos kann auch ziemlich viel Hitze erzeugen, und Bildrauschen bei bewegten Bildern ist noch schwerer in den Griff zu bekommen. „Mit einigen EOS Kameras kannst du RAW-Videos aufnehmen, sodass du zu einem späteren Zeitpunkt mehr Verarbeitung vornehmen kannst“, sagt Burnhill. „Videos zu bearbeiten, ist allerdings gar nicht so leicht, weil es so viele Bilder gibt. Daher ist es sinnvoll, eine möglichste niedrige ISO-Empfindlichkeit zu wählen und dann die kamerainterne Rauschreduzierung zu nutzen, um das Rauschen bereits an der Quelle zu verringern.“

Aron Randhawa, Pro Video Marketing Specialist bei Canon Europe, stimmt zu, dass die kamerainterne Rauschreduzierung ein wichtiger Aspekt der Videoproduktion ist. „Bediener von Videokameras haben weniger Möglichkeiten, die Belichtung über die Verschlusszeit zu steuern, und Rauschmuster können sich in den Bildern stärker bemerkbar machen, wenn sie sich bewegen. Darüber hinaus ist es für Videokameras mittlerweile unerlässlich, das Rauschen zu minimieren, um den erweiterten Dynamikbereich für die Bereitstellung von HDR-Inhalten zu ermöglichen.“
Ein Diagramm des Konzepts der DGO Sensor-Technologie von Canon: Eine Lesung mit hoher Verstärkung wird mit einer Lesung mit niedrigerer Verstärkung kombiniert, um ein einziges HDR-Bild zu erzeugen.

Bei der DGO (Dual Gain Output) Sensor-Technologie von Canon, die in den professionellen Videokameras EOS C300 Mark III und EOS C70 integriert ist, wird jedes Pixel auf dem Sensor mit zwei Verstärkungsstufen ausgelesen, diese beiden Lesungen werden dann zu einem Einzelbild zusammengefügt. Das höhere Verstärkungssignal erfasst kleinste Details in den dunklen Bildbereichen und reduziert das Bildrauschen, während die niedrigere Verstärkung Details in den hellen Bildbereichen optimiert. Diese Kombination schafft herausragende, klare HDR-Aufnahmen.

„Die Rauschreduzierung unserer Cinema EOS Kameras arbeitet Hand in Hand mit Hardware und Software“, sagt Randhawa. „Was die Hardware angeht entwickelt Canon kontinuierlich hochmoderne Bildsensortechnologie, um sicherzustellen, dass Licht mit möglichst wenig Rauschen eingefangen wird.

„Seit der Einführung der ersten Canon EOS C300 haben wir das innovative Design der Dual Pixel CMOS-Technologie genutzt, um die Rauschreduzierung zu optimieren. Dazu wird Licht mit zwei separaten Fotodioden pro Pixel eingefangen, wodurch der Sensor diese Lesungen normalisieren und damit potenzielles Rauschen reduzieren kann.“

Die Videosensortechnologie von Canon wurde mit der Canon EOS C300 Mark III und der EOS C70 kontinuierlich weiterentwickelt. Beide Kameras verfügen über den revolutionären DGO-Sensor (Dual Gain Output) von Canon. „So werden zwei Bilder produziert, die bei unterschiedlichen Verstärkungsstufen ausgelesen und dann zusammengeführt werden, um ein Bild mit wenig Rauschen und 16 Stufen Dynamikumfang zu produzieren“, erklärt Randhawa.
Kameramann Ben Sherlock filmt mit der Canon EOS C300 Mark III eine ländliche Gegend mit Büschen und Wasser im Hintergrund.

Ein revolutionärer Sensor – DGO

Erfahre, wie die EOS C300 Mark III und die EOS C70 dank der revolutionären neuen Sensortechnologie von Canon mehr als 16 Stufen Dynamikumfang und weniger Bildrauschen bieten.
Nahaufnahme des LCD-Monitors einer Canon EOS C70, die zwei Menschen zeigt, die gefilmt werden, sowie die verwendeten Einstellungen.

Mit Cinema EOS Kameras hat man die Möglichkeit, Aufnahmen in Canon Log 2 oder Canon Log 3 zu machen – das Display bestätigt, das Letzteres hier bei einer Canon EOS C70 verwendet wird. „Canon Log 2 bietet den grössten Dynamikumfang, kann aber das Bildrauschen in dunklen Bereichen verstärken“, erklärt Randhawa. „Canon Log 3 erfordert weniger Bildbearbeitung bei der Nachbereitung. Doch Dank der Vorteile des neuen DGO-Sensors von Canon wird Canon Log 2 für alle zugänglicher – auch für all diejenigen, die eine schnelle Durchlaufzeit mit weniger Nachbearbeitung anstreben.“

Optionen zur Rauschreduzierung bei der Cinema EOS

„Unsere Camcorder verfügen über DIGIC DV-Prozessoren, die ausgefeilte Softwarealgorithmen nutzen, um Bildrauschen zu reduzieren, während die hohe Bildqualität gewährleistet wird“, fährt Randhawa fort. „In der Cinema EOS Serie kann diese Verarbeitung über den Raumfilter und die Optionen zur Rauschunterdrückung der Bildkorrelation komplett vom Benutzer kontrolliert werden. Der Raumfilter sorgt für einen minimalen Weichzeichnereffekt des Bildes, während die Bildkorrelation die Stufen des Bildrauschens zwischen verschiedenen Bildern vergleicht und diese Information dann nutzt, um das Rauschen zu reduzieren.“

Die neusten Cinema EOS Kameras bieten 1- bis 12-stufige Rauschreduzierung. Dafür nutzen sie die Raumfiltersteuerung und die 1- bis 3-stufige Bildkorrelation. Die Standardeinstellung für den Raumfilter variiert je nach Kamera. Bei der Canon EOS C500 Mark II zum Beispiel ist die Standardeinstellung Stufe 1, während sie bei der EOS C300 Mark III und der EOS C70 deaktiviert ist. „Das spricht Bände darüber, wie gut der DGO-Sensor im Hinblick auf die Rauschreduzierung ist“, sagt Randhawa. „Und natürlich wird bei der Aufnahme im RAW-Format keine Rauschreduzierung vorgenommen. So haben die Benutzer eine bessere Kontrolle über die Wiedergabetreue in der Nachbearbeitung.

„Bei der Cinema EOS Serie ist die Bildkorrelation standardmässig immer deaktiviert. Einer der Gründe dafür sind potenzielle Leistungsschwankungen bei verschiedenen Szenen. Möglicherweise gibt es einige Szenen, in denen die Bildkorrelation ziemlich stark arbeitet, da sie das Rauschen zwischen verschiedenen Bildern reduziert, wohingegen sie in anderen Szenen das subtile Rauschen weniger gut auffängt.“
Ein Kameramann filmt mit einer Canon EOS C300 Mark III auf einer Müllhalde, auf der überall Abfälle verteilt sind.

„Wenn du das obere Ende des Raumfilters einstellst – von 1 bis 12 –, ist der grösste Nachteil einer Cinema EOS Kamera, dass das Bild erheblich weicher wird“, sagt Randhawa. „Bei einer hochwertigen Kinoproduktion ist das möglicherweise ein Problem, aber wenn du als Dokumentarfilmer einen Fernsehfilm drehst, ist es wahrscheinlich akzeptabler.“ © Ron Batzdorff

Abgesehen von der Rauschreduzierung gibt es noch weitere Möglichkeiten, um das Risiko von Bildrauschen bei Videoaufnahmen zu reduzieren. „Eines der wesentlichen Elemente für hochwertiges Bildmaterial bei Videos und Fotos ist ein ausgewogenes Signal-Rausch-Verhältnis“, erklärt Randhawa. „Der erste Schritt, den du für ein solch ausgewogenes Verhältnis tun kannst, ist, die Szene angemessen auszuleuchten. Füge mehr Beleuchtung hinzu, bevor du über die Verstärkung des Bildes in der Kamera mit höherer ISO-Empfindlichkeit oder Signalverstärkung nachdenkst.

„Der nächste Schritt ist, die Blende zu öffnen, um mehr Licht in die Kamera zu lassen. Denke auch an die Verschlusszeit: Sind 1/25 Sek. akzeptabel oder musst du bei 1/50 Sek. bleiben? Schliesslich solltest du die Log-Gamma-Kurve von Canon Log 2 auf Canon Log 3 umstellen, wenn du die Schatten etwas klarer abbilden möchtest.

„Sobald du all diese Optionen ausgeschöpft hast, kannst du die ISO-Empfindlichkeit erhöhen.“

Die Kombination solcher Strategien mit den fortschrittlichen Technologien der aktuellen Canon Kameras – darunter bahnbrechende Sensoren und Bildprozessoren für ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis und eine leistungsstarke kamerainterne Rauschreduzierung – ermöglicht schärfere Bilder und Videos auch bei wenig Licht.

Verfasst von Marcus Hawkins


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