Warum kann ich den Weißabgleich einer RAW-Datei, aber keiner JPEG-Datei anpassen?

Ich habe kürzlich damit begonnen, meine DSLR so einzustellen, dass RAW-Dateien gespeichert und mit Adobe Lightroom verarbeitet werden. Ich benutze jedoch immer noch meine kleine Kamera und fotografiere viel, ohne die Möglichkeit zu haben, RAW-Dateien zu speichern. Mir ist auch aufgefallen, dass im Hellraum der Weißabgleich bei RAW-Dateien und JPEG-Dateien unterschiedlich ist. Bei RAW-Dateien haben Sie die Möglichkeit, aus einer Reihe von Einstellungen für den Weißabgleich (fluoreszierend, Halogen, Auto usw.) zu wählen, bei JPEG dagegen nicht. Warum ist das?

Die schnelle und kurze Antwort:

Alle Bilder beginnen als RAW-Dateien, auf die eine Farbbalance angewendet werden muss.

Für JPEG-Bilder erfolgt diese Umwandlung in der Kamera mit den Einstellungen für den Weißabgleich der Kamera. Wie oben erwähnt, verfügt Lightroom nicht über genügend Informationen, um diese Umwandlung rückgängig zu machen.

Gespeicherte RAW-Dateien werden von der Kamera nicht transformiert, sodass Sie als Fotograf später entscheiden können, welche Weißabgleichtransformation Sie anwenden möchten.

Betrachten wir das vom Sensor (RAW) aufgenommene Bild als kalibriert und neutral.

Die Gleichung lautet wie folgt, um ein farblich ausgewogenes JPEG zu erzeugen:

JPEG = RAW * T

wo T ist das color balance transformation

Normalerweise müssen Sie, um eine andere Farbbalance auf ein JPEG anzuwenden, die Umkehrung der As-Shot-Transformation auf das JPEG anwenden (um das neutrale Bild wiederherzustellen).

NEUTRAL = JPEG * 1/T

Wenden Sie dann die neue Farbtransformation an

NEW_JPEG = NEUTRAL * T2

Leider enthält das JPEG-Bild (zumindest das von meiner Nikon D50 erzeugte) nicht die Temperatureinstellung des aufgenommenen Bildes. Dies bedeutet, dass Lightroom das T der Gleichung nicht kennt, wenn Sie nur das JPEG-Bild haben. Daher kann die inverse Transformation nicht angewendet werden, um ein neutrales Image wiederherzustellen.

Stattdessen werden verschiedene generische Transformationen verwendet, um die Farbbalance zu transformieren.

Bisher großartige technische Antworten. Hier ist eine einfache Analogie, die vielleicht nicht ganz richtig ist:

Eine RAW-Datei ist wie ein Filmnegativ. Sie können damit in einer Dunkelkammer (Lightroom) arbeiten und drucken (JPG). Ein JPG ist wie ein Druck. Einmal gedruckt, können Sie nicht mehr viel tun.

Decastlejaus Antwort bietet großartige technische Einsichten für diejenigen wie mich, die alles Technische lieben. Für den schüchternen Hart, wenn es um Mathematik geht, ist hier eine weniger komplizierte Antwort. Mit RAW verfügen Sie über Original-Sensordaten, die in der Regel als Original-SENSOR-Werte für Rot, Grün oder Blau für jedes Pixel eines digitalen Sensors gespeichert werden, sowie über andere Metadaten wie Belichtungsdetails, Kamerastatus (dh Weißabgleich) und Kamera Einstellungen und möglicherweise eine Vielzahl zusätzlicher Daten.

Ein Rohbild ist im Wesentlichen ein direktes Abbild von Daten von einem digitalen Sensor, bei dem es sich normalerweise um lichtempfindliche rote, grüne und blaue Pixel (Fotoseiten) handelt, die in einem mehrschichtigen Farbfilterarray angeordnet sind . Da es sich bei RAW um originale Sensordaten handelt, steht Ihnen die maximale Menge an Informationen zur Verfügung, die normalerweise eine erheblich größere Bittiefe (und einen wesentlich größeren Dynamikbereich) umfassen als ein in einem anderen Format gespeichertes Bild. Dies ist das "neutrale" Bild, das decastlejau erwähnt hat ... es wurden keine Anpassungen oder Tonkurven angewendet, es handelt sich um echte Originaldaten.

Die Pixel eines RAW-Bildes werden nicht direkt den Pixeln auf einem Bildschirm zugeordnet und können daher nicht direkt angezeigt werden. Um ein RAW-Bild anzuzeigen, müssen diese rohen Sensorpixeldaten einen Rendering-Algorithmus durchlaufen, der die rohen Sensordaten aufnimmt und verschiedene Anpassungen und Dämpfungen vornimmt, z. B. eine Tonkurve, Weißabgleich- und Belichtungseinstellungen usw., um Bildschirmpixel zu erzeugen, die jeweils rote, grüne und blaue Elemente enthalten. Dieser Algorithmus muss jedes Mal angewendet werden, wenn Änderungen an einem RAW-Bild vorgenommen werden, um das endgültige Bild auf einem Bildschirm anzuzeigen. Indem Sie auf diese Weise mit RAW arbeiten, behalten Sie die ursprünglichen Sensordaten in einem makellosen Zustand bei, sodass Sie die Anpassungen in dieser "Verarbeitungspipeline" jederzeit radikal ändern und in dem auf dem Bildschirm gerenderten Bild optimale Ergebnisse erzielen können. Die meiste algorithmische Verarbeitung von RAW-Daten führt zu einem Informationsverlust im endgültigen Bild bis zu dem einen oder anderen Grad. Beispielsweise führt das Anwenden einer Tonkurve normalerweise zu einem verbesserten Kontrast, jedoch zu einem Verlust des Dynamikbereichs.

Ein JPEG-Bild ist im Gegensatz zu einem RAW-Bild ein Bild, das bereits von einem Algorithmus verarbeitet wurde, der eine Tonkurve, Weißabgleicheinstellungen usw. anwendet, um ein endgültiges Bild zu erstellen. Da ein JPEG bereits verarbeitet wird, gehen die ursprünglichen Sensordaten verloren. Das Gleiche gilt, wenn Ihre Kamera eine TIFF-Datei anstelle einer JPEG-Datei gespeichert hat. Durch die Verarbeitung der ursprünglichen Sensordaten wird diese in einem endgültigen Zustand "eingefroren". Verarbeitete Bilder haben nicht vollständig Spielraum, und es können noch Anpassungen vorgenommen werden. Je höher die Bittiefe und der Speicherbereich, in dem Sie speichern, desto mehr Headroom haben Sie, jedoch nie so viel Flexibilität wie bei Verwendung von RAW.

Ein Beispiel für den begrenzten Headroom ist der Weißabgleich. Jedes Pixel in einem JPEG enthält jetzt rote, grüne und blaue Farbinformationen. Dies schränkt die Weißabgleichkorrektur ein, die Sie erzielen können, ohne dass es zu ungewöhnlichen Farbstichen oder Farbaufspaltungen kommt, insbesondere bei größeren Anpassungen. Es ist möglich, solche Anpassungen mit RAW fortzusetzen, da Sie jedes Pixel im endgültigen Bild aus den ursprünglichen roten, grünen und blauen Sensordaten neu mischen können, um Farbstiche zu vermeiden.

Tatsächlich können Sie den Weißabgleich von einem JPG-Bild anpassen. Nur die Ergebnisse sind weitaus schlechter als die, die Sie aus einer RAW-Datei erhalten können. Wie bereits in anderen Antworten erwähnt, enthalten JPG-Dateien viel weniger Daten als RAW-Dateien. Daher gibt es keinen solchen Spielraum, um die Farbbalance zu ändern. Gleiches gilt für die Belichtungs- und Kontrasteinstellungen.

Es ist zwar möglich, den Weißabgleich von JPG-Bildern mit anderen Programmen geringfügig zu ändern, aber in Lightroom wurden die schlechten Ergebnisse, die Sie mit JPG-Dateien erzielen können, für typische Lightroom-Benutzer als unzureichend eingestuft.

Beachten Sie auch, dass dies nichts mit JPG-Komprimierungstechniken zu tun hat, sondern dass nur das JPG-Dateiformat weniger Informationen speichert.

Vielleicht hilft diese Analogie, den Grund zu verdeutlichen, warum der RAW-Weißabgleich dem JPEG-Weißabgleich überlegen ist.

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Schwarzweißbild. Es ist ziemlich klar, dass es keine automatisierte Möglichkeit gibt, die Farbe in das Bild zurückzusetzen. Da es viele verschiedene Farbtöne gibt, die einem bestimmten Grauton entsprechen, ist es nicht möglich, die ursprünglichen Farben zu bestimmen. Sie können raten (wie beim Kolorieren alter Filme), aber Sie können sich nie sicher sein.

Stellen Sie sich nun ein Bild vor, dessen Weißabgleich so verzerrt ist, dass alles einen Blauton hat. Diese Situation ähnelt der des Schwarzweißbildes. Sie haben Informationen über die Rottöne und Grüntöne verloren, die ursprünglich auf dem Bild zu sehen waren. Ein Computerprogramm, das den blauen Farbton entfernt, sodass kein Gesamtfarbton entsteht, gibt Ihnen nicht das Originalbild zurück, sondern eine Schwarzweißaufnahme.

Natürlich sind die meisten Weißabgleiche nicht so durcheinander wie in den obigen Beispielen, und der JPEG-Weißabgleich funktioniert einwandfrei. Sie erhalten jedoch immer eine genauere Konvertierung, wenn Sie die ursprünglichen Informationen aus der Aufnahme haben, wie in RAW.

Die Antwort von decasteljau ist in technischer Hinsicht hervorragend. Lassen Sie mich jedoch etwas Flusen hinzufügen:

Eine RAW-Datei enthält lineare Daten vom Sensor. Je mehr Photonen auf eine Photosite treffen, desto höher ist der Messwert. Und das ist gleichmäßig in Rot, Grün und Blau aufgeteilt. (Nun, technisch gesehen, doppelt so viele grüne Rezeptoren in den meisten Sensoren. Aber das ist ein Implementierungsdetail.)

Dies ist jedoch nicht die Art und Weise, wie das menschliche Sehsystem - das Auge und das Gehirn - die Dinge überhaupt wahrnimmt.

Erstens nehmen wir Helligkeit nichtlinear wahr, weshalb wir in der Lage sind, mit heller Sonne und dunklen Schatten in derselben Szene umzugehen, ohne dass dies seltsam aussieht. Aus diesem Grund werden Kurven auf ein RAW-Bild angewendet, um ein ansprechendes endgültiges Ausgabebild zu erhalten. Sie könnten dies überspringen und ein lineares JPEG erzeugen, aber es würde flach (kein Wortspiel beabsichtigt) und seltsam aussehen.

Zweitens sehen wir Farbe basierend auf einer inhärenten Sinn dessen , was die Dinge sollte farbig sein, weshalb sie für uns beide unter kühlen normal aussehen und warmen Lichter und sogar, nach ein wenig Anpassung, unter sehr seltsam gefärbten Licht. Wenn das Licht "wirklich" stark blau ist, sehen wir es normalerweise nicht. Wenn Sie jedoch ein Foto aufnehmen, werden mehr blaue Fotos aufgenommen. Eine Bilddatei weiß nichts darüber, wie die Dinge "aussehen" sollen, und es muss eine Weißabgleichkorrektur vorgenommen werden, damit das Bild unseren mentalen Erwartungen entspricht.

Beim Konvertieren aus einer RAW-Datei arbeitet der Konverter von einem bekannten Ausgangspunkt aus. Es enthält entweder ein detailliertes Profil für Ihr Kameramodell (oder eines, das Sie selbst erstellt haben) oder zumindest eine Grundfarbmatrix, die der allgemeinen Ausgabe der Kamera entspricht. In diesem Zustand können verschiedene Anpassungen vorgenommen werden. Dies ist das "RAW * T" in decasteljaus Antwort. Wenn Sie Ihre Meinung ändern, wird die ursprüngliche RAW-Datei normalerweise nicht geändert, und Sie können wieder von dieser Basislinie beginnen wende eine andere Transformation an.

Sobald Sie eine JPEG - Datei haben, ist , dass Baseline verloren, und es gibt keine bekannt von Anpassungen zu beginnen.

Tonkurven und Sättigung erschweren dies, weil:

(1) Sie treten nach dem Weißabgleich auf

(2) Sie sind nicht linear, was bedeutet, dass die Reihenfolge der Operationen von Bedeutung ist

(3) Sie hängen vom Kameramodell und den Picture-Control-Einstellungen ab

1 & 2 bedeutet, dass diese Verarbeitung zurückgesetzt werden muss, bevor der Weißabgleich angepasst werden kann. 3 bedeutet, dass es unmöglich ist, genau zurückzutreten.

Es gibt eine Transformation, mit der der Weißabgleich korrigiert werden kann, ohne dass diese anderen Schritte zurückgesetzt werden. Diese Transformation ist jedoch nicht linear und für jede Kamera unterschiedlich. Ein geduldiger Benutzer kann es manuell mithilfe eines Kurvensteuerelements finden. Um dies automatisch zu tun, wäre ein kameraspezifisches Reverse Engineering erforderlich.