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HolstentorVor etwa einem Jahr habe ich meine funktionsfähige, mittlerweile aber technisch etwas in die Jahre gekommene EOS40D bei DSR Astro TEC auf den nahen Infrarotbereich umrüsten lassen. Dabei wurde das Filterpaket vor dem Sensor so modifiziert, daß dort nun statt dem IR-Sperrfilter ein IR-Passfilter seinen Platz gefunden hat. Der Effekt: Im sichtbaren Licht erscheint der Sensor jetzt schwarz, passieren kann das Filterpaket nur noch Licht im nahen Infrarot-Bereich.

_MG_6665

fig1: Rotes Rohbild

Das Ergebnis: da der Bayer Filter (also der RGB-Farbfilter) der Kamera weiterhin vor dem Sensor ist, wird das Licht nun zwei mal gefiltert, einmal für reines Infrarot und dann nochmal nach rot, grün und blau. Es liegt nahe, daß die „roten“ Pixel den größten Teil des Lichtes sehen, das Roh-Bild ist also überwiegend rot, wie in Bild 1.

Je nach Motiv und Lichtsituation kann diese Farbe sogar noch deutlich knalliger bis hin zum Orange ausfallen und hat damit sicherlich nicht die Optik, die man von einem Infrarot Foto erwartet. Die Ursache dafür ist relativ klar: hinter dem IR-Passfilter „sieht“ die Kamera primär ein monochromes Bild mit geringen Spektralanteilen unterhalb der Sperrfrequenz des Filters. Je intensive das Licht, desto mehr registrieren auch die grünen und blauen Pixel, rot aber bleibt dominant. Das Bild hat also einen starken Rotstich oder anders ausgedrückt: die Farbtemperatur ist extrem niedrig.

Bild 2: Farbtemperatur korrigiert mit Adobe PNG Profile Editor

Bild 2: Farbtemperatur korrigiert mit Adobe PNG Profile Editor

Bild 3: IR Foto mit korrigierter Farbtemperatur

Bild 3: IR Foto mit korrigierter Farbtemperatur

Adobe Lightroom kann leider nur mit Farbtemperaturen zwischen 2000K und 50000K umgehen, was für die normale Tageslichtfotografie vollkommen ausreichend ist, nicht aber für die Infrarotfotografie. Nach einiger Recherche habe ich diesen Blogeintrag gefunden, in dem der Autor zeigt, wie man anhand eines Infrarotbildes ein Adobe Kamera Profil für Lightroom erstellt, daß das Bild in einen korrigierbaren Farbtemperaturbereich bringt. Dieses Profil „sagt“ Lightroom quasi, daß der Weißpunkt der Kamera von Vornherein verschoben ist (was ja im Fall von IR Kameras tatsächlich stimmt), Lightroom korrigiert dies bevor das Bild im Bearbeiten Modus dargestellt werden kann und der Farbtemperatur Regler arbeitet nun auf Basis dieser bereits korrigierten Farbtemperatur. Das Ergebnis ist in Bild 2 zu sehen. In diesem speziellen Fall noch nicht wirklich spannend, da keinerlei Vegetation auf dem Foto ist und gerade der Effekt der schneeweißen Pflanzen ja häufig den besonderen Reiz der IR Fotografie ausmacht. Besser zeigt dies das gleich bearbeitete Bild 3, wo schon eine farbliche Trennung von Himmel (bräunlich) und Pflanzen (bläulich) zu erkennen ist.

Klassische Infrarotfotografie mit Infrarotfilmen führt, wenn es sich um Farbfilme handelt, typischerweise zu Falschfarbenbildern. Während die Farbtemperaturskala ja rot mit niedrigen Farbtemperaturen und blau mit sehr hohen Farbtemperaturen bezeichnet (entsprechend der thermischen Strahlung eines „schwarzen Strahlers“), assoziieren wir Menschen normalerweise blau mit kalt und rot mit warm. Der Himmel reflektiert nur sehr wenig Infrarotlicht, tatsächlich wird der Himmel, zumindst an klaren Tagen, ja von blauem Licht dominiert. Gebäude, gestein etc. reflektiert infrarot in den allermeisten Fällen etwa genauso wie sichtbares Licht Pflanzen allerdings, bzw. das in ihnen enthaltene Chlorophyll, reflektiert Infrarotlich fast vollständig. Deshalb erscheinen Pflanzen im Infrarotfoto weiß. Weil aber die RGB Filter das tatsächlich einfallende Licht nochmal nach den Farbkomponenten des sichtbaren Lichtes filtern, geschieht das, was ich weiter oben beschrieb: je stärker das Licht, das von einem Objekt reflektiert wird, desto stärker werden die einzelnen Farbkanäle des Sensors belichtet. Rot immer am stärksten, grün sehr wenig (es ist die komplementärfarbe von rot) und blau ein bißchen. Objekte also, die sehr viel Infrarotlicht reflektieren haben einen sichtbaren Blauanteil während dieser dort fehlt, wo nur relativ wenig reflektiert wird. Das Ergebnis ist, daß mit dieser Methode „kühle“ Objekte rot und „warme“ Objekte blau erscheinen.

Bild 4: Farbkanäle in Photoshop getauscht

Bild 4: Farbkanäle in Photoshop getauscht

Um nun die Charakteristik des Infrarot-Farbfilms zu immitieren kann man ein solches Foto in Photoshop bearbeiten und hier mit dem Kanalmixer die Rot- und Blau Kanäle vertauschen. Dies habe ich manchmal getan, allerdings war das Ergebnis nicht immer überzeugend, da die Farbseparation von Vornherein nicht hinreichend war. Es geht sicher besser als in Bild 4, aber der Aufwand steht in keinem Verhältnis zum Ergebnis.

Auf der Suche nach einer besseren Lösung, nach einem besseren Weg, die Ästhetik klassischer IR Fotografie nachzubilden bin ich nun gestern auf diesen Blog gestoßen. James Richter beschreibt hier, wie man Phil Harveys Schweizer Taschenmesser der Fotografie, „Exiftool“ verwenden kann, um die Farbkanäle rot und blau schon vor der Bearbeitung durch Lightroom zu tauschen.

Diese Methode ist in Meinen Augen an Eleganz kaum zu übertreffen.

Bayer Pattern

Bayer Pattern

Hier das Prinzip: die Kamera „weiß“ ja nicht, daß sie im Infrarotlicht fotografiert und wird Rot-, Grün- und Blauwerte für jeden Pixel messen. Damit sie das kann liegt vor dem Sensor der Bayer Filter, der, normalerweise, für ein Quadrat von vier Pixeln jeweils einen roten, einen blauen und zwei grüne Werte ermittelt. Diese Einzelwerte werden in das Rohdatenformat der Kamera geschrieben und später z.B. von Lightroom ausgewertet. Dazu kennt Lightroom den genauen Grünton des Grünfilters, den Rotton des Rotfilters und den Blauton des Blaufilters und kann das Bild wieder zusammensetzen. Was Lightroom zusätzlich wissen muss ist, welche Werte in der Bilddatei sich auf welchen der drei Farbkanäle bezieht, und genau hier setzt diese Methode an. Eine recht gute Beschreibung findet sich hier.

Während das proprietäre RAW-Format (also z.B. CR2 oder NEF) der Kameras festgelegt und wenig veränderbar ist, hat Adobe mit DNG ein RAW Format ein flexibles, offenes Format geschaffen. Eine DNG Datei beschreibt selbst das Format der Daten, die sie liefert, und diesen Umstand können wir uns zu Nutzen machen. In welcher Reihenfolge die einzelnen Farbfilter auf dem Sensor angeordnet sind, beschreibt das DNG Format im sogenannten „CFA Pattern“ (CFA steht für Color Filter Array). Eine 0 steht dabei für rot, eine 1 für grün und eine 2 für blau. Die 2×2 Zellen können damit vier durch unterschiedliche Kombinationen dargestellt werden:

BGGR

B-G-G-R 2-1-1-0

RGGB

R-G-G-B 0-1-1-2

GRBG

G-R-B-G 1-0-2-1

GBRG

G-B-R-G 1-2-0-1

Die Ausrichtung des Bayer Patterns lässt sich mittels exiftool aus dem DNG Format auslesen:

exiftool -cfapattern* -g1 _MG_6610.dng
g1 _MG_6610.dng
---- SubIFD ----
CFA Pattern 2                   : 0 1 1 2
---- Composite ----
CFA Pattern                     : [Red,Green][Green,Blue]

Meine 40D legt also die RGB Daten als R-G-G-B ab, oder numerisch als 0-1-1-2. Anhand des In der DNG Datei hinterlegten CFA Pattern weiß Lightroom nun also, welche Werte welchen Farben zuzuordnen sind. Wenn es nun möglich wäre, einfach diesen Eintrag in der Datei zu ändern, würde Lightroom davon ausgehen, daß die Kamera ein anderes Filterpattern verwendet und die Werte entsprechend anders interpretieren, ohne, daß sich irgend etwas anderes in der Datei ändren müsste. Der Trick wäre also, in obigem CFA Pattern 2 die 0 und die 2 zu vertauschen, also zu behaupten, daß der Sensor die Farbfolge blau-grün-grün-rot verwendet. Glücklicherweise kann exiftool diese Einträge nicht nur lesen, sondern auch beschreiben.

exiftool.exe -SubIFD:CFAPattern2="2 1 1 0"

Ändert den CFAPattern2 Eintrag von „0 1 1 2“ auf „2 1 1 0“. Fertig.

Damit das Ganze möglichst einfach wird, schlägt James Richter vor, diesem Befehl unter Windows ein Desktop-Icon zuzuweisen, daß als Drop-Target fungiert. Die Befehlszeile in meinem Fall lautet

"C:\Program Files (x86)\exiftool\exiftool.exe" -SubIFD:CFAPattern2="2 1 1 0" "-filename=%f-CS.%e" -k

Damit ändert exiftool den entsprechenden Parameter und schreibt damit eine neue Datei mit der zusätzlichen Kennung -CS für ChannelSwap. Fast fertig.

Ein bißchen Aufwand muss man nun im Postproduction-Prozess doch noch treiben. Für mich sieht das nun so aus.

  1. Fotos als DNG in Lightroom importieren (im Importdialog die Option „als DNG kopieren“ anwählen).
  2. Den Importordner öffnen und die importierten DNG Dateien auf das exiftool Drop-Target ziehen. Ein CMD-Fenster geht auf und nach einiger Zeit erscheint dort die Meldung, daß exiftool eine Anzahl Bilder bearbeitet hat.
  3. In Lightroom den Ordner neu synchronisieren (rechter Mausklick auf den Ordner in der Ordnerstruktur -> Ordner Synchronisieren).
  4. Die Bilder, die jetzt im Lightroom Katalog sind haben jetzt erstmal die typischen orangeroten Vorschaubilder, daher müssen nun alle Vorschauen neu erstellt werden. Danach sind leider immer noch nicht alle Vorschauen in allen Ansichten korrekt. Mir ist nicht klar, ob es sich hier um einen Bug in Lightroom 5.5 handelt, oder ob ich etwas übersehen habe.
    Hier die Schritte:

    1. Alle Bilder auswählen
    2. Metadaten->DNG Vorschauen und Metadaten aktualisieren
    3. Bibliothek->Vorschauen->1zu1 Vorschauen aktualisieren
    4. ggf. Bibliothek->Vorschauen->Smart Vorschauen aktualisieren
  5. Jetzt lassen sich die Fotos wie ganz normale RAW Bilder bearbeiten.

Ich denke, das Ergebnis dieser Methode kommt sehr nah an klassische Falschfarb-Infrarot-Fotografie heran und die Optik gefällt mir deutlich besser als bei allen bisherigen Methoden. Zudem ist sie vergleichsweise einfach andzuwenden und braucht kein Photoshop. Alle Bearbeitungsschritte sind zudem zerstörungsfrei!

Hier noch einige Beispiele, die gestern in Lübeck und am Ratzeburger See entstanden sind:

Lübeck

Lübeck

Lübeck

Lübeck

Rothenhusen

Rothenhusen

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