Grafik Christian HerzenbergerDieser Bei­trag unter­nimmt den Ver­such, die Belich­tung für digi­tale Auf­nah­me­me­dien mit Hilfe des Zonen­sys­tems neu zu ver­ste­hen und für die prak­ti­sche Anwen­dung auf­zu­be­rei­ten, so dass kon­sis­tente Bil­d­er­geb­nisse direkt aus der Kamera rea­li­siert werden können. Er soll auch Anre­gung sein, dass die hier dar­ge­stellte Form der Belich­tung als Open-Source-Bei­trag von jedem Her­stel­ler auf­ge­grif­fen werden möge, der diesen Betrach­tun­gen etwas abge­win­nen kann:

Es sei vor­aus­ge­schickt, dass mir dieser Zugang sehr bei meiner kon­kre­ten Arbeit hilft, auch wenn die tech­ni­schen Vor­aus­set­zun­gen der­zeit nur eine nähe­rungs­weise Umset­zung erlau­ben. Auf­ge­zeigt werden soll, wie ein modi­fi­zier­tes Ver­ständ­nis des Zonen­sys­tems dazu ver­hel­fen kann, die Belich­tung von Moti­ven mit unter­schied­li­chem Motiv­kon­trast schon bei der Auf­nahme so auf­zu­be­rei­ten, dass eine nach­träg­li­che Ton­wert­kor­rek­tur zur Bil­d­op­ti­mie­rung, außer für krea­tive Zwecke, weit­ge­hend ent­fal­len kann; dass also die Digi­tal­fo­to­gra­fie in die Lage ver­setzt wird, kon­sis­tente Bil­d­er­geb­nisse direkt aus der Kamera zu lie­fern.

Dazu habe ich eine Tabelle ange­fer­tigt, wo mein Zugang exem­pla­ri­sch dar­ge­stellt ist und die weit­ge­hend selbst­er­klä­rend für den Betrach­ter sein sollte. Trotz­dem eine „Gebrauchs­an­wei­sung“:

Mein Ansatz geht davon aus, das Zonen­sys­tem, mit seiner Ein­tei­lung von 0 – 10 Belich­tungs­zo­nen, als grund­le­gende Skala für die Posi­tio­nie­rung von Belich­tungs­wer­ten bei Moti­ven mit unter­schied­li­chem Kon­trast zu nutzen. Aber nicht in seiner klas­si­schen Form, schon gar nicht mit latei­ni­schen Zah­len­wer­ten ver­se­hen, son­dern – resul­tie­rend aus der Erkennt­nis, dass es sich bei der Zonen­skala dem Prin­zip nach um nichts ande­res als eine umge­kehrte Ton­wert­s­kala han­delt – defi­niert als Pro­mil­le­s­kala von 0 ‰ bis 1000 ‰. Ergän­zend dazu findet sich auf der Dar­stel­lung eine sich umge­kehrt pro­por­tio­nal dar­stel­lende Ton­wert­s­kala, eben­falls in Pro­mille; pas­send zu einer anzu­stre­ben­den 10-Bit-Aus­gabe.
 

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Zwi­schen diesen beiden Skalen ent­fal­ten sich nun die Belich­tungs­werte von drei exem­pla­ri­sch aus­ge­wähl­ten Kon­trast­si­tua­tio­nen, die ich, um mög­lichst runde Zah­len­werte für die Dar­stel­lung zu erhal­ten, fol­gen­der­ma­ßen defi­niert habe: Die Abstu­fung erfolgt nach loga­rith­mi­schen Ein­hei­ten, ent­spre­chend einem Motiv­kon­trast von 1:100, 1:1000 und 1:10.000. Als Para­me­ter dafür dienen Licht­werte im Umfang von 6,6, 10 und 13,3 EV, die mess­tech­ni­sch rele­van­ten Remis­si­ons-Pro­zent­werte (REM); und die ent­spre­chen­den (maxi­ma­len) Dich­te­werte, ent­spre­chend Dmax 2,0, 3,0 und 4,0. Als Null­wert für den Belich­tungs­ab­gleich habe ich nicht das bekannte 18-%-Grau gewählt, son­dern ein 10%-iges Grau, ent­spre­chend einem Dich­te­wert von 1,0 – als tat­säch­lich mitt­le­res Grau eines Kon­trast­um­fangs von 1:100 (in der Dar­stel­lung auch ent­spre­chend her­aus­ge­ho­ben).

Die Dar­stel­lung der Belich­tungs­stu­fen erfolgt in dem ihnen ent­spre­chen­den Grau­wert (wel­cher auch als Binär­wert einer 10-Bit-Aus­gabe lesbar ist). Licht­werte, Remis­si­ons- und Dich­te­werte stehen zuein­an­der immer im glei­chen Ver­hält­nis, und ent­fal­ten sich unter einer gege­be­nen Kon­trast­si­tua­tion gleich­mä­ßig, loga­rith­mi­sch abge­stuft, ent­lang der Skalen von Zonen- bzw. Ton­wer­ten: Jeder gleich­mä­ßige Belich­tungs­sprung, in der Tabelle in Drit­tel­stu­fen dar­ge­stellt, nimmt auf den Skalen seinen exakt defi­nier­ten Platz ein – ist zonen- bzw. ton­wert­mä­ßig genau loka­li­siert.

Bei höhe­ren Motiv­kon­tras­ten – hier 1:1000 und 1:10.000 – sehen wir aber, dass sich der „mitt­lere“ 10-%-Grauwert hin zu hel­le­ren Ton­wer­ten, zu höhe­ren Zonen­wer­ten ver­schiebt – und mit ihm auch alle ande­ren Ton­werte, mit Aus­nahme des reinen Weiß. Was sich logi­scher­weise aus dem Umstand ergibt, dass hier auch ein grö­ße­rer Umfang an Hel­lig­keits­wer­ten in das vor­ge­ge­bene Raster der Zonen- und Ton­werte ein­ge­fügt werden muss, die Grund­an­for­de­rung sich aber nicht ändert: Dass sich loga­rith­mi­sch defi­nierte Belich­tungs­werte stets im glei­chen Abstand zuein­an­der ein­fü­gen müssen, um kor­rekt dar­stell­bar zu sein.
 

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Dies führt nun prak­ti­sch dazu, dass sich hohe Kon­trast­un­ter­schiede eng abge­stuft, geringe Kon­traste hin­ge­gen deut­lich abge­stuft auf den Refe­renz­ska­len abbil­den – dass somit der Kon­trast­um­fang nicht nur deut­lich abge­bil­det wird, son­dern auch der dafür zur Ver­fü­gung ste­hende Aus­ga­be­raum umfas­send opti­mal genutzt wird (ent­spre­chend einem His­to­gramm, das sich, unab­hän­gig vom Auf­nah­me­kon­trast, stets opti­mal dar­stellt). Die Wie­der­gabe von Bil­dern nähert sich dadurch weit­ge­hend dem natür­li­chen Hel­lig­keits-Emp­fin­den des Auges an.

Dies führt nun zu kon­kre­ten Schluss­fol­ge­run­gen bzw. „Regeln“, die sich aus dem Dar­ge­stell­ten ablei­ten lassen:

  1. Es ist logi­sch not­wen­dig, dass bei glei­cher Belich­tung, aber unter­schied­li­chem Motiv­kon­trast, die Kontrast„kurven“ ange­passt und signal­mä­ßig asym­me­tri­sch ver­stärkt werden müssen – je höher der Kon­trast­um­fang, desto stär­ker.
  2. Die Belich­tungs­er­mitt­lung erfolgt nicht mehr (allein) über einen (mitt­le­ren) Refe­renz­wert, son­dern leitet sich vor­ran­gig aus dem vom Sensor erfass­ten Kon­trast­um­fang einer Sze­ne­rie ab.
  3. Die Belich­tungs­in­for­ma­tion geschieht nicht mehr über eine klas­si­sche Licht­waage, auch nicht über ein kom­ple­xes His­to­gramm, son­dern der Foto­graf bekommt über eine „Zonen­waage“ die Infor­ma­tion ver­mit­telt, wel­chen Ton­wert­um­fang sein Motiv belegt, bzw. wel­chem Ton­wert ein ange­mes­se­nes Motiv­de­tail ent­spricht. Eine Kon­tras­tein­stel­lung als zusätz­li­cher, krea­tiv nutz­ba­rer Belich­tungs­pa­ra­me­ter erscheint wün­schens­wert.
  4. Belich­tungs­tech­ni­sch ermög­licht das Zonen­sys­tem exakt defi­nierte Belich­tungs­än­de­run­gen, abhän­gig vom vor­han­de­nen (oder auch wähl­ba­ren) Motiv­kon­trast; da jeweils ein 100-‰-Sprung auf der Zonen­skala genau 1/10 des Gesamt­mo­tiv­kon­trasts, somit des Belich­tungs­um­fangs, ent­spricht.
  5. Die not­wen­dige Belich­tungs­an­he­bung ist mathe­ma­ti­sch exakt defi­niert: Ent­spricht ein 10-%-Grauwert bei einem Kon­trast von 1:100 einem Zonen­wert von 500 ‰, so gilt bei einem Kon­trast von 1:1000 ein 666-‰-Zonenwert. Seine Posi­tion liegt dem­nach, bezo­gen auf den Belich­tungs­um­fang von 10 Belich­tungs­stu­fen, 16,6 % höher. Eine Signal­ver­stär­kung ent­spricht genau diesem Pro­zent­satz, umfasst also kon­kret 1,66 Licht­werte. Diese Regel gilt, aus­ge­hend vom geringst dar­stell­ba­ren Kon­trast­um­fang, für alle dar­zu­stel­len­den Belich­tungs­werte und ist ent­spre­chend anzu­wen­den.
  6. Sollte der Kon­trast­um­fang eines Motivs das Auf­zeich­nungs­ver­mö­gen des Sen­sors über­stei­gen, so lässt sich das Zonen-Prin­zip auch auf eine dann not­wen­dige HDR-Belich­tung anwen­den.
  7. Der letzt­li­che Aus­ga­be­kon­trast hat keinen unmit­tel­ba­ren Ein­fluss auf die Posi­tio­nie­rung der Licht­werte auf der Zonen­skala; wes­we­gen die Zonen­skala auch nicht belich­tungs­tech­ni­sch rele­vant ist, son­dern ein­fach einen Refe­renz­maß­stab dafür lie­fert, mit wel­chem Ton­wert ein bestimm­ter Belich­tungs­wert (im Aus­ga­be­me­dium) dar­zu­stel­len ist.
  8. Bezüg­lich der Farb­dar­stel­lung gelten die glei­chen Zonen-Regeln: Es wird also jeder Farb­wert, aus­ge­hend vom Motiv­kon­trast, exakt auf der Zonen­skale ver­or­tet und damit in seiner Farb(ton)darstellung genau fest­ge­legt.
  9. Eine zumin­dest 10-Bit-Aus­gabe wäre im Hin­blick auf eine genauere Dar­stel­lung auch kon­trast­rei­cher Motive mög­lichst anzu­stre­ben, der gül­tige 8-Bit-JPEG-Stan­dard grund­sätz­lich zu hin­ter­fra­gen.
  10. Es drängt sich der zwin­gende Ver­dacht auf, dass ein sol­ches Ver­ständ­nis von Belich­tung auch ent­spre­chende Aus­wir­kun­gen auf die Funk­tion von Belich­tungs­au­to­ma­ti­ken haben muss.

 

Grafik Christian Herzenberger

 
Argu­mente und Schluss­fol­ge­run­gen

Mein Ansatz soll nicht nur das Foto­gra­fie­ren mit der Digi­tal­ka­mera ver­ein­fa­chen, son­dern, durch weit­ge­hen­den Ent­fall der Not­wen­dig­keit nach­träg­li­cher Ton­wert­kor­rek­tur, auch Arbeits­er­leich­te­rung und Zeit­er­spar­nis brin­gen. Und er soll dazu ver­hel­fen, dass ein gege­be­ner Belich­tungs­um­fang exakt (!) im dar­stell­ba­ren Ton­wert­spek­trum ver­or­tet wird – dadurch aber auch kontrolliert(er) und besser nach­voll­zieh­bar mani­pu­lier­bar wird, wenn dies gewünscht ist. Die Zonen- bzw. Ton­wert­s­kala – in meinem Zugang ja nur zwei gegen­läu­fige Betrach­tungs­ar­ten des Themas – geben die Struk­tur vor, in die sich ein Motiv mit gege­be­nen Kon­trast­um­fang natür­lich und, vor allem, gesetz­mä­ßig (!) ein­fügt.

Es geht nicht um ein (nach­träg­li­ches) Mani­pu­lie­ren der Kon­trast­kurve, viel­mehr vari­iert die Auf­zeich­nung des Motiv­kon­trasts schon seines Umfangs wegen zwi­schen:

  • STEIL, wenn es sich um ein kon­tras­t­ar­mes Motiv han­delt, dessen geringe Kon­traste dadurch besser her­aus­ge­ar­bei­tet werden
  • NORMAL, wenn der Motiv­kon­trast mit dem Aus­ga­be­um­fang über­ein­stimmt (der vom Aus­ga­be­me­dium 8-Bit-JPEG bestimmt wird, aber idea­ler Weise mög­lichst auf ein min­des­tens 10-Bit-Niveau geho­ben werden sollte)
  • FLACH, wenn Motive mit hohem Kon­trast für ein begrenz­tes Aus­ga­be­me­dium auf­be­rei­tet werden müssen (ver­gleich­bar einer HDR-Aus­gabe)

Ver­schie­dene Metho­den der Anwen­dung sind denk­bar:

  1. Der Kon­trast­um­fang eines Motivs wird auto­ma­ti­sch regis­triert und für eine kor­rekte Aus­gabe auto­ma­ti­sch auf­be­rei­tet.
  2. Der Aus­ga­be­kon­trast wird mit Hilfe einer „Ton­wert­waage“ manu­ell ein­ge­stellt, die Aus­kunft über den hells­ten, den dun­kels­ten und einen ange­mes­se­nen Ton­wert gibt; an den Motiv­kon­trast ange­passt.
  3. Der Aus­ga­be­kon­trast wird nach Belie­ben gewählt – Abwei­chun­gen vom kon­kre­ten Motiv­kon­trast können krea­tiv genutzt werden.
  4. In der Bild­be­ar­bei­tung kann der Bild­kon­trast – nach­voll­zieh­bar – inner­halb der Dar­stel­lungs­breite vari­iert werden.

Diese Form der Kon­trast­be­ein­flus­sung unter­schei­det sich von bisher vor­ge­ge­be­nen Werk­zeu­gen bzw. Ein­stel­lun­gen haupt­säch­lich dadurch, dass hier der Kon­trast mit kon­kre­ten Werten, in repro­du­zier­ba­ren Abstu­fun­gen beein­flusst werden kann – dass die Kon­tras­tein­stel­lung als ein zusätz­li­cher, die Bild­aus­gabe wesent­lich bestim­men­der, Belich­tungs­pa­ra­me­ter neu defi­niert wird.

Inter­es­sant wäre es, den Motiv­kon­trast als EV-Stufen vor­zu­ge­ben. Gleich­zei­tig erscheint es auch sinn­voll, die bis­he­ri­gen, aus Film­zei­ten über­nom­me­nen ISO-Werte neu als EV-Ver­stär­kungs­stu­fen, aus­ge­hend von einem genorm­ten Basis­wert (ent­spre­chend ISO 100) zu defi­nie­ren. Dadurch wird es mög­lich, die Kon­trast- und Belich­tungs­pa­ra­me­ter in ihrer wech­sel­sei­ti­gen Abhän­gig­keit zuein­an­der dar­zu­stel­len und wahr­zu­neh­men

Dadurch, dass der Auf­nah­me­sen­sor selbst zur Belich­tungs­mes­sung und –steue­rung her­an­ge­zo­gen wird, ent­fal­len künf­tig mehr oder weni­ger auf­wän­dige Mess­mo­dule, ein­schließ­lich unter­schied­li­cher Mess­me­tho­den. Allen­falls könnte ein, eben­falls über den Sensor gesteu­er­ter Auto­fo­kus mit selek­ti­ven Mess­fel­dern dafür sorgen, für defi­nierte AF-Berei­che auch eine kon­krete Ton­wer­t­in­for­ma­tion zu lie­fern.

Evi­dent scheint auch das Ende der her­kömm­li­chen SLR-Tech­no­lo­gie zu sein, lässt sich doch beim Spie­gel­re­flex-Prin­zip der Sensor selbst nicht zur Belich­tungs- und AF-Steue­rung ver­wen­den. Da aber der Ent­fall eines opti­schen Suchers eine Ver­ar­mung der Foto­gra­fie bedeu­tete, wäre eine Alter­na­tive, den Schwing­spie­gel durch einen star­ren Spie­gel oder ein Tei­ler­prisma zu erset­zen.

Für eine auto­ma­ti­sche Belich­tungs­steue­rung ist es ent­schei­dend, dass unter­schied­li­che Motiv­kon­traste nicht ein­heit­lich auf­be­rei­tet werden – was das Ver­sa­gen von Auto­ma­ti­ken haupt­säch­lich begrün­det –, son­dern dass unter­schied­li­che Kon­traste auch unter­schied­li­che Bewer­tung erfah­ren, und dass eben nicht ein „durch­schnitt­li­cher Grau­wert“ allein (der nur zur Erfas­sung einer Grund­hel­lig­keit, damit zum eigent­li­chen Belich­tungs­ab­gleich, nötig ist) für eine kor­rekte Belich­tung sorgen kann, son­dern dass ein Motiv in seiner gesam­ten Hel­lig­keits­struk­tur erfasst und kor­rekt umge­setzt werden muss.

Genau das ermög­licht die Digi­tal­fo­to­gra­fie – weil das Auf­nah­me­me­dium gleich­zei­tig auch „misst“ (eigent­lich Pho­to­nen zählt) und damit befä­higt wird, Motive nicht allein in ihrer „durch­schnitt­li­chen“ Hel­lig­keit zu erfas­sen, son­dern aus einer Ana­lyse heraus auch kor­rekte Dar­stel­lun­gen abzu­lei­ten vermag – wenn die Vor­gabe passt. Weil das aber im Moment nicht so erfolgt – allen­falls auto­ma­ti­sierte Ansätze dazu in die Kame­ras ver­baut werden (zuschalt­bare Kon­trast- oder Ton­wert­kor­rek­tu­ren) –, war es mir ein Anlie­gen, dieses (irgend­wie lei­dige) Thema gründ­lich zu ana­ly­sie­ren, und mit einer freien Inter­pre­ta­tion des Zonen­sys­tems eine, wie ich glaube, gül­tige Aus­sage tref­fen zu können.

Neben­bei hat sich damit (für mich) auch die Frage danach beant­wor­tet, warum wir so sehen (können) wie wir (so abwei­chend von digi­ta­ler Auf­zeich­nungs­tech­nik) halt sehen: Weil auch unsere Augen letzt­lich nichts ande­res als Pho­to­nen­zäh­ler sind – die aber nicht einer linea­ren Inter­pre­ta­tion unter­lie­gen (wenig ist nichts, mehr ist besser, und viel mehr ist viel, viel besser), son­dern die die rich­ti­gen Schlüsse aus den Dif­fe­ren­zen der Pho­to­nen­men­gen zu ziehen ver­mö­gen (mehr ist mehr, und weni­ger ist weni­ger – aber stets im pro­por­tio­na­len Maß).

Letzt­lich auch eine phi­lo­so­phi­sche Frage … 😉

(Chris­tian Her­zen­ber­ger)