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)