JENIFFER:Wie die Farbe in das Digitalbild kommt

Claudia GroschJoachim Groß

JENIFFER: Wie Farbe in das Digitalbild kommt 224.5.2005

Gliederung

Wie kommt die Farbe in das Digitalbild Interpolationsverfahren Dateiformate: Von JPEG zu NEF und DNG JENIFFER: Die Oberfläche JENIFFER: Arbeitsweise JENIFFER: Die Verfahren JENIFFER: Die Softwarestruktur Ausblick

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Farbe in der Fotografie

Fotografische Verfahren gibt es seit ~ 1823 erste Versuche zur Farbfotografie ab 1877 ernsthafte Verfahren seit ~ 1950

Farbfilm: Drei Farbfilter übereinander, Silberbromidfilm

jeder Bildpunkt hat die Information aller drei Grundfarben Rot – Grün – Blau (RGB)

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dreifarbiger Pigmentdruck: Ducos du Hauron, 1877

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…in der Digitalfotografie jedoch…

im Digitalen ist die Situation grundlegend unterschiedlich

statt des Films: Digitalsensor (CCD oder CMOS) bestehend aus einzelnen Pixeln heute typischerweise bis zu 8 Millionen Pixel je

Sensor aber: jedes Pixel „sieht“ nur

Helligkeitsunterschiede die Digitalkamera ist prinzipiell farbblind

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CMOS-Sensor der Nikon D2X mit 12,4 Megapixel

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Dr. Bryce E. Bayer

Kodak (Dr. Bryce E. Bayer ) erfindet deshalb das Bayer-Mosaik: Bedampfung des Sensors mit Mosaik in den Farben

RGB 50 % Grün (jedes 2. Pixel), 25 % Rot und 25 % Blau

(je jedes 4. Pixel) die Bildverarbeitungssoftware muss dieses Muster

auflösen, so dass jedes Pixel alle 3 Farben hat: Demosaicing („Debayerize“)

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Das Bayer-Mosaik

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Demosaicing

Auflösung des Bayer-Mosaiks:mathematische Interpolation

es gibt zahlreiche unterschiedliche Verfahren sehr schnelle – aber ungenaue Verfahren wie

„Nächster Nachbar“ sehr hochwertige, aber rechenintensive Verfahren wie

das beliebte „Bikubisch“ am besten: Adaptive Verfahren

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Vergleich verschiedener Verfahren

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…und welches Verfahren nehmen Sie???

die meisten Kameras wenden bereits in der Kamera ein Interpolationsverfahren an

die Kamera ist dann wirklich die „Black Box“ kein Einfluss auf das Verfahren keine Möglichkeit der Optimierung

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Dateiformate (I)

JPEG beliebtes verlustbehaftet komprimiertes Dateiformat dreifarbige Pixel: Interpolation ist bereits erfolgt nettes kompaktes Endformat, für die Bearbeitung ungeeignet

TIFF Universales Dateiformat, nicht verlustbehaftet komprimiert dreifarbige Pixel sehr große Dateien

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Dateiformate (II)

viel besser: Digitale Roh-Formate: RAW Rohdaten direkt aus dem Sensor ohne Bildverarbeitung in der

Kamera herstellerspezifische Formate Nikon: nef, Canon. crw (alt) und cr2 (neu)

neuer Ansatz (Herbst 2004):Adobe Universalformat DNG (Digitales Negativ)

die meisten proprietären Formate können nach DNG konvertiert werden

aber: RAW-Verarbeitung benötigt Software

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JENIFFER

JENIFFER Java Extended Nef Image File Format EditoR erste und einzige RAW-Software mit verschiedenen,

offengelegten und frei wählbaren Interpolationsverfahren

2004: Michael Keßler Diplomarbeit JENIFFER

2005: Praxissemesterarbeit am CCIDT

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JENIFFER: Die Oberfläche

beim ersten Start Wahl zentraler Parameter Sprache (deutsch/englisch/spanisch) Speicherbedarf der Software

zentrale Elemente Hauptfenster (Einzelbild, „Leuchttisch“) Werkzeugleiste Metadaten Histogramm

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Ziele

Vereinfachung des Startprozesses Mehrsprachigkeit Gedächtnisfunktionen undo Überarbeitung von Algorithmen Erweiterung der BV-Funktionen

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Startprozess

JENIFFER benötigt Parameter für JVM Vorher:

Parametereingabe über Konsole Parametereingabe über Entwicklungsumgebung (z.B.

eclipse) Jetzt: Zwei Java Virtual Machines:

Startdialoge (2 MB) JENIFFER (Xms, Xmx)

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Die Startdialoge

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Die Benutzeroberfläche

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Der Dateibrowser

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Der Interpolationsdialog

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Ziele

eigenständiges Look-And-Feel Überarbeiten des Entwicklungsworkflow

Analyse der Metadaten Anpassung des Weißabgleichs Überarbeitung der Farbkorrektur

Zusätzliches Analysewerkzeug Histogramm

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JENIFFER: Wie die Software arbeitet Verarbeitungsschritte von JENIFFER1. Öffnen der RAW-Datei2. die eigentliche Interpolation3. Einrechnung des Weißabgleichs4. Farbkorrektur5. Umwandeln in LAB6. Berechnung der Gradationskurve7. weitere Optimierungen und Funktionen

(Schärfen, Helligkeit, Kontrast, Drehen, Spiegeln, Invertieren, Zoomen …)

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Ausgangsbildnach Interpolation

Weißabgleich

Farbkorrektur

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Weißabgleich

je Farbtemperatur Anpassung der RGB-Werte Kelvin-Werte müssen in Koeffizienten umgerechnet

werden und mit kameraspezifischen Werten verrechnet werden

Danach werden RGB-Werte angepasst

R’ = R · α1kamera

· α1temp

G’ = G · α2kamera

· α2temp

B’ = B · α3kamera

· α3temp

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Farbkorrektur

grundlegender Entwicklungsschritt:die Farbkorrektur

R’ = R · α1 + G · β1 + B · γ1G’ = R · α2 + G · β2 + B · γ2B’ = R · α3 + G · β3 + B · γ3

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Gradationskurven

Gradationskurve: Zusammenhang von hervorgerufener Schwärzung in Abhängigkeit von einfallender Lichtmenge

in RAW-Datei als Matrix mit 4.096 Werten zu je 8 bit hinterlegt

Vom Benutzer frei definierbar

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Gradationskurven

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Die Benutzeroberfläche

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Das Look-And-Feel

Erweiterung des Standard Metal-Theme Änderungen der Grundfarben

Problem: Peer-Klassen

Überschreiben entsprechender UI-Deligierten JRootPaneUI

TitelPane JTabbedPaneUI

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Das Histogramm

Erweiterte Möglichkeiten zur Bildanalyse Intensitätswerte zählen und in Array eintragen

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Das Histogramm

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Benötigte Pakete

Benutzt NEF-IO von Fabrizio Giudicierweitert für neue Kameramodelle

benötigt ImageJ, eine Bildverarbeitungsapi

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Weitere Funktionen

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Der Laplace-operator

1. Multiplikation mit Filtermatrix

2. Addition der Ergebnisse3. Subtraktion vom Ausgangswert

010

141

010

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Kantendetektion

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Ausblick

JENIFFER wird als Projekt unter Federführung des CCIDT entwickelt

einzige RAW-Software mit transparenten und frei wählbaren Interpolationsverfahren

plattformunabhängig, da Java erweiterbar um neue Interpolationsverfahren Grundlage für Highend-Entwicklung des

digitalen Negativs

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