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Rohdatenformat

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Als Rohdatenformat oder RAW (englisch raw = roh) bezeichnet man ein jeweils modellabhängiges Dateiformat bei Digitalkameras, bei dem die Kamera die Daten nach der Digitalisierung weitgehend ohne Bearbeitung auf das Speichermedium schreibt.

Obwohl sich die Funktionsweise der digitalen Bildsensoren verschiedener Hersteller und Modelle im Allgemeinen nicht wesentlich unterscheidet, sind die abgespeicherten RAW-Formate zueinander nicht kompatibel.

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise

Die digitalen Rohdaten liegen nach dem Aufnehmen und Speichern in einem proprietären Format vor, das, wenn es nicht durch Reverse-Engineering entschlüsselt wurde, nur mit der Software des jeweiligen Herstellers oder einigen speziellen Anwendungen von Drittanbietern verarbeitet werden kann. Aktuelle Bildbearbeitungssoftware besitzt jedoch integrierte RAW-Konverter für das Einlesen von Rohbildern, jedoch ist dies und deren Verarbeitung sehr ressourcenintensiv und zeitraubend. Viele Kameras binden ein Vorschaubild als JPEG in die Datei ein, das kameraintern für die Bildkontrolle benutzt wird und auch am PC eine schnelle Vorschau ermöglicht.

Besonders in hellen Bildbereichen enthalten die Rohdaten feinere Abstufungen der Helligkeitswerte als dies bei JPEG möglich wäre, was den Möglichkeiten zur Nachbearbeitung zugutekommt. JPEG erlaubt pro Farbkanal nur 256 Helligkeitsabstufungen, demgegenüber enthalten Rohdatenformate meist 10, 12 oder 14 Bit an Helligkeitsinformation, was 1.024 bis 16.384 Helligkeitsabstufungen erlaubt. Aufgrund der Charakteristik des üblicherweise eingesetzten Bayer-Sensors, bei dem vor jedem Bildpunkt ein Filter für eine der drei Grundfarben liegt, ist jedoch erst eine aufwändige Interpolation notwendig, um bei voller Auflösung die resultierenden Farben zu errechnen.

Vorteile

Die wesentlichen kameraseitigen Gestaltungsparameter bei Verwendung von RAW sind Belichtungszeit und Blende sowie ISO. Alle anderen Parameter wie Weißabgleich, Farbsättigung, Kontrast, Schärfung usw. fallen beim Fotografieren mit RAW weg, weil diese Einstellungen erst später bei der Konvertierung vorgenommen werden.

Bei JPEG werden sämtliche bildrelevanten Parameter hingegen bereits im Moment der Aufnahme vorgenommen. Diese können jedoch auch bei JPEG sehr flexibel nachkorrigiert werden, jedoch tritt bereits je Bild und Aufnahmeparamentern bereits durch die Bayer-Interpolation, die Farbumwandlung in den RGB-Farbraum mit Weissabgleich und Kontrast- und Tonwertkorrektur, des Entrauschens sowie der Umwandlung in die 8-bit Helligkeitswerte des JPEG-Formats ein Verlust an Bildinformation ein, der den Umfang bzw. die Qualität der Nachbearbeitung einschränkt.

In der Praxis drückt sich das vor allem in sehr hellen und sehr dunklen Bildbereichen wie Himmel und Wolken sowie dunklen Schatten aus. Diese Helligkeitsextreme sind in RAW-Dateien oft noch vollständig vorhanden, während sie je nach Kamera im JPEG oft im Extrem eines farblich übersteuerten oder gar weissen Himmels verloren sein können.

Vorteile des Rohformats im Vergleich zu JPEG zusammengefasst:

  • Leichtere Überschaubarkeit beim Fotografieren (weniger Parameter zu beachten)
  • Höhere erreichbare Bildqualität und mehr Flexibilität in der Nachbearbeitung
  • Größerer Dynamikbereich der gespeicherten Bildinformation

nachträglicher Weißabgleich

Das folgende Beispiel zeigt, dass man beim Rohdatenbild den Weißabgleich nachträglich anpassen kann.

Bild:Minolta Dynax 7D RAW Camera White Balance.jpg
kamerainterner Weißabgleich
Bild:Minolta Dynax 7D RAW 6000K.jpg
manuell 6000K
Bild:Minolta Dynax 7D RAW 3500K.jpg
manuell 3500K

Beispiele für die Auswirkung eines Weißabgleichs:

  • Links: Kamerainterner Weißabgleich
  • Mitte: Weißabgleich manuell auf 6000K gestellt, kommt dem Vorschlag der Kamera recht nah.
  • Rechts: Durch Änderung des Weißabgleichs kann die Bildstimmung verändert werden, ohne (wie z.B. bei JPEG) Bildinformationen zu verlieren.

Nachteile

Der Informationsgehalt eines RAW-Bildes hat jedoch auch Nachteile:

  • Bildgröße: Während JPEG-komprimierte Bilder je nach Größe und Qualitätseinstellung, nur wenige Megabyte groß sind, benötigt ein Rohdatenbild je nach Kameramodell ein Vielfaches an Speicherplatz. Manche Hersteller setzen zwar bei der Speicherung von Rohdaten einen verlustfreien Kompressionsalgorithmus ein, der bei nicht allzu komplexen Bildinhalten die aufgezeichnete Datenmenge halbieren kann, jedoch liegt der Speicherplatzbedarf deutlich über dem eines JPG-Bildes. Dadurch multipliziert sich der Speicherverbrauch in allen Belangen: Auf der Speicherkarte, auf der Festplatte und im Hauptspeicher.
  • Rechenzeit: Die in Digitalkameras enthaltenen Bildprozessoren sind auf ihren Haupteinsatz optimiert: Das Umwandeln der Bildsensor-Rohdaten in das abzuspeichernde JPEG-Format. Während diese Bildprozessoren dafür speziell gebaut sind, dauert eine Rohdatenkonvertierung auf dem Computer deutlich länger und um die feineren Helligkeitsabstufungen verarbeiten zu können, müssen die Bilddaten mit 48 Bit pro Pixel verarbeitet werden, was nicht nur die Hauptspeicheranforderungen, sondern auch die Rechenzeiten nachteilig beeinflusst. Bildbearbeitungsprogramme mit integrierten RAW-Konverter wie Picasa benötigen oft bis zu einem Gigabyte an Hauptspeicher während der Verarbeitung von Rohbildern. Adobe Lightroom benötigt dafür sogar 2 GB RAM und schnelle High-End Prozessoren.
  • Rauschunterdrückung: Zusätzlich muss beachtet werden, dass in die Bildprozessoren moderner Kameras eine Rauschunterdrückung integriert ist, die bei der Speicherung im Rohformat ebenfalls nicht durchlaufen wird. Das bedeutet einerseits dass dadurch keine Detailinformation verloren geht, aber auch andererseits, dass je nach verwendetem ISO-Wert und verwendeter Belichtungszeit, nachträglich per spezieller Software unterdrückt werden muss. Nicht alle Bildbearbeitungsprogramme integrieren einen solchen Filter, so fehlt er z.B. bei Picasa. Rauschunterdrückung benötigt auch wesentlich mehr Rechenzeit als die pure Umwandlung der RAW-Daten.
  • Geschwindigkeit: Auch das Speichern von RAW-Bildern in der Kamera ist wesentlich langsamer, da der Bildprozessor die Konvertierung in das JPEG-Format und dessen Speicherung wesentlich schneller erledigen kann als das Speichern der Rohdaten auf aktuelle Speichermedien benötigt (Stand: August 2006).

Eigenheiten der Hersteller

So wie die Daten der verschiedenen Hersteller in unterschiedlichen RAW-Formaten gespeichert werden, so unterschiedlich ist auch der Umgang der Hersteller mit der Offenlegung ihrer Programmcodes. Sigma legt alle Daten zum RAW-Format offen, während die meisten anderen wie Olympus und Canon ihre Rohformate nicht oder nicht vollständig dokumentieren. Nikon hat bei seinen Profikameras den extremen Weg gewählt und verwendet (teilweise) verschlüsselte Informationen innerhalb der proprietären RAW-Datei. Nach der hitzig geführten öffentlichen Debatte initiiert von Adobe-Entwickler Thomas Knoll hat Nikon Ende 2005 jedoch die verschlüsselten Weißabgleich-Informationen offengelegt.

Mit der Einführung neuer Kameramodelle entstehen auch innerhalb derselben Kamerareihe eines Herstellers (z. B. Canon CRW…CR2) immer neue proprietäre RAW-Formate. Es gibt jedoch keine Garantie für die Verfügbarkeit von Konvertersoftware, d.h. archivierte Rohdaten könnten mit zukünftigen Programmen irgendwann eventuell nicht mehr gelesen werden.

Unter Openraw.org hat sich aus diesem Grund eine Interessengruppe gebildet, die die Kamerahersteller auffordert, die Rohdatenformate uneingeschränkt offen zu legen, was dem Anwender auch noch in vielen Jahren ermöglicht, seine RAW-Dateien verarbeiten und nötigenfalls selbst ein Programm zur Unterstützung seines mittlerweile veralteten Formats schreiben zu können. Auch der Softwarehersteller Adobe verfolgt dieses Ziel mit der Einführung des DNG. Leica war 2005 der erste Hersteller, der den offenen DNG-Standard unterstützte.

Vorläufer-Format TIFF

Vor RAW boten einige Hersteller zur Speicherung auch verlustlose TIFF als Alternative zum JPEG-Format an. Die Interpolation der Bayer-Matrix auf Pixel passiert bei TIFF jedoch bereits im Bildprozessor der Kamera, wodurch zur Darstellung zwar keine aufwändige Interpolation mehr notwendig ist, jedoch stehen die Rohdaten nicht zur Verfügung und der Speicherplatzverbrauch ist pro Bild, da hier für jedes Pixel 24 oder 48 Bit abgespeichert werden, bei gleicher Auflösung sogar etwas größer, was Dateigrößen von 15 bzw. 30 Megabyte bei einem 5-Megapixel-Bild bedeutet, wenn die TIFF-Daten nicht komprimiert werden.

Digitales Negativ

In Anlehnung an den Filmstreifen in der Analog-Fotografie spricht man bei RAW-Fotos manchmal auch vom digitalen Negativ.

Adobe Systems Inc. bemüht sich um die Einführung eines offenen RAW-Formates. Zu diesem Zweck wurde das Adobe-DNG-Format (Digital Negative) entwickelt. Bereits heute lassen sich proprietäre RAW-Formate verlustfrei in DNG umwandeln. (Stand Ende August 2005)

Ende 2005 etabliert sich das öffentliche RAW-Format Adobe DNG immer stärker in der Fotoindustrie auch bei Kameraherstellern. Im semiprofessionellen Bereich sind die Marken Samsung (Pro 815) und Ricoh (GR Digital) die ersten, die kameraintern Adobe-DNG-Formate generieren können. Im professionellen Segment sind es Leica (Digital-Modul-R), sowie Hasselblad/Imacon (H2D). Zur Photokina 2006 stellt Pentax die neue K10D vor, die neben der Leica M8 das DNG-Format unterstützen wird.

Die Vorteile von DNG sind neben dem offenen öffentlichen Standard auch die verhältnismäßig geringe Datenmenge durch effektive verlustfreie Komprimierung von RAW-Daten. Die DNG-Daten haben im Gegensatz zu den herstellerspezifischen RAW-Formaten Vorteile bei der flexiblen Verarbeitung sowie sicheren Archivierung (keine Bindung an proprietäre Software oder Abhängigkeit von Reverse-Engineering). Für die Zukunft wird erwartet, dass noch mehr Hersteller Adobe DNG bei ihren Kameras implementieren, wodurch der RAW-Workflow für den Fotografen weiter vereinfacht und sicherer wird.

Dateierweiterungen

Rohdatenbearbeitung

Eine typische Software zur Rohdatenkonvertierung stellt u. a. folgende Funktionen zur Verfügung:

Rohdatenkonvertierungsprogramme können die Daten nach der Bayer-Interpolation, und der Umwandlung in den RGB-Farbraum unter annahme eines vorläufigen Weissabgleichs auch ohne umfangreiche weitere Korrekturen in 48-bit TIFF-Dateien (16 Bit pro Farbe pro Bildpunkt) speichern. Die Korrekturen können dann in anderen Bildbearbeitungsprogrammen durchgeführt werden.

RAW-Unterstützung im Amateurbereich

Von den Kameraherstellern wird das Rohdatenformat als professionelle Funktion betrachtet, es ist Standard bei den digitalen Spiegelreflexkameras, sowie bei manchen semiprofessionellen kompakten Digitalkameras. Oft wird bei den günstigeren Kameramodellen nur eine eingeschränkte Software für die einfache RAW-konvertierung angeboten.

Die Jahre 2001 bis 2004 waren davon geprägt, dass neben den digitalen Spiegelreflexkameras immer mehr kompakte und semiprofessionelle Digitalkameras mit RAW-Unterstützung ausgestattet wurden. Ab Mitte 2004 lässt sich eine Gegenbewegung beobachten. So hatte beispielsweise die Amateur-Modellreihe "Powershot-S" von Canon aus dem Jahr 2001 RAW-Unterstützung implementiert, aber das aktuelle Spitzenmodell aus dem Jahr 2005 bietet dieses Feature nicht mehr. In seinen Anfängen wurde das Rohdatenformat offenbar noch nicht als strategischer Mehrwert gesehen. Erst in späteren Jahren wird dieses Feature gezielt als Unterscheidungskriterium eingesetzt, als bereits viele Hersteller eine Rohdatenformat-Unterstützung außerhalb der Profi-Modelle anbieten.

Software

Folgende Fremdhersteller bieten Produkte zum Import und zur Bearbeitung von Rohdaten an:

Freies Kommandozeilentool zur Konvertierung von Rohdaten und Basisbibliothek für viele freie und kommerzielle Produkte:

Bildbetrachter (Hardware)

Diese mobilen Festplattengeräte können RAW-Files dekodieren und auf dem eingebautem Display anzeigen. Somit ist Sortieren und Organisieren auch ohne PC möglich.

Siehe auch

Literatur

  • Die Kunst der RAW-Konvertierung von Uwe Steinmüller, Jürgen Gulbins (Dpunkt Verlag, August 2005, ISBN 3898643514)
  • Adobe Camera RAW - Für Photoshop CS/CS2 und Elements von Mike Schelhorn (Addison-Wesley, Sept. 2005, ISBN 3827322758)
  • Digitale Negative: Camera RAW von Christoph Künne (Addison-Wesley, Oktober 2005, ISBN 3827323142)
  • RAW-Masse. Höhere Farbtiefe, weniger Fehler: Bessere Bilder dank Rohdaten. von Andrea Trinkwalder In: c't 16/04, S. 152 (atr)

Weblinks

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