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Grundlagen der Videotechnik: Chromakeying

Sensoren und ihre Eigenschaften

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Bei den technischen Daten einer Kamera schaut man häufig nur auf die native Auflösung des Sensors. Es gibt allerdings noch eine Reihe weiterer Faktoren, die bei der Aufnahmequalität wesentliche Rollen spielen.

Transkript

Die weitaus überwiegende Zahl an Kamerasensoren sind CMOS-Sensoren. typischerweise als sogenannte Bayer-Sensoren gefertigt. Bryce Bayer war ein Mitarbeiter der Firma Codac und ließ schon in den 70iger Jahren das Verfahren patentieren, bei dem Fotosensoren mit einem Muster aus roten, grünen und blauen Farbfiltern überlagert werden. Dabei werden die grünen Farbfilter zweimal so häufig benutzt, wie die beiden anderen Farben. Daraus kann man schließen, dass sowohl die Empfindlichkeit und damit einhergehend das Rauschverhalten wie auch die Bildschärfe im grünen Kanal einer elektronischen Kamera besser ausfallen als in den beiden anderen Kanälen. Es kommt ein weiterer wesentlicher Faktor hinzu, der Grün als Hintergrundfarbe für einen Chromakey mit elektronischen Kameras deutlich favorisiert. Für die Speicherung der drei Grundfarben, rot, grün und blau, ist in der elektronischen Signalkette ein enormer Speicherplatz und für die Übertragung eine ebenso erhebliche Bandbreite erforderlich. Deshalb ist im gesamten Konsumentenbereich und auch in wesentichen Teilen der professionellen Produktionswelt die Übertragung und Speicherung der Signale nicht als RGB, sondern als sogenannte Farbdifferenzsignale der Standard. Das erlaubt, was als Farbunterabtastung im Englischen als Chroma subsampling bekannt ist. Wie das Wort schon vermuten lässt, werden dabei nicht alle Farben mit der gleichen Bandbreite übertragen. Ohne hier auf die Details einzugehen, können wir aber festhalten, dass die Bevorzugung von Grün schon auf dem Sensor Hand in Hand geht mit der Kodierung der Signale. Ganz allgemein gesprochen, je höher dabei die Kompressionsrate angesetzt wird, desto weniger Farbinformation steht für den Chromakey-Prozess zur Verfügung. Dass ein grüner Chromakey-Hintergrund das vorraussichtlich beste Ergebnis liefern wird, können wir auf Waveform-Monitor mit einem Luma-Signal und einer RGB Parade mit den drei Farbkanälen nebeneinander sehr gut nachvollziehen. Die Kamera gibt hier das Bild einer weißen Farbfläche mit maximalen Bildpegel wieder. Dieser setzt sich aus den drei Farbkanälen R, G und B zusammen - rot, grün und blau, und wir sehen, dass der Grünkanal mit Abstand am meisten zu diesem Signal beiträgt. Bei der Bewertung von Kamerasensoren geht es häufig zunächst einmal nur um deren Auflösungen. Das ist im Sinne des Konsumenten eine einfache Diskussion. Mehr ist besser. Auf gewisse Weise ist die Auflösung eines Sensors nur ein Zahlenwert, denn erst im Zusammenspiel mit der Abbildungsleistug des Objektivs kommt dabei das zustande, was wir Bildqualität nennen. Der Schärfeeindruck und die erzielbaren Kontraste definieren das wahrgenommene Qualitätserlebnis weitaus mehr. Ein sogenannter 4K-Sensor erzeugt im Grunde genommen gar keinen 4K aufgelöstes Bild. Ein solcher Sensor hat zwar in der Größenordnung von 4096 Fotozellen in einer Bildzeile. Jede zweite davon hat aber einen Grünfilter. Schon rein rechnerisch kann so keine 4K aufgelöstes Bild entstehen. Da muss irgendetwas interpoliert werden. Gemäß dem Theorem von Harry Nyquist kann eine beliebige Frequenz digital nur wiedergegeben werden, wenn Sie mindestens mit dem doppelten Wert abgetastet wird. Einen einfachen Beleg dafür finden wir, wenn mit einem 4K-Sensor High-Definition-Signale erzeugt werden. Wir empfinden sie als brilliant, weil sie tatsächlich als mehr oder weniger perfekte 2K-Bilder entstanden sind. 4K-Bilder werden wir vielleicht ebenso erleben, wenn Sensoren in der Zukunft einmal 8K beherrschen werden. Ich will mich aber hier nicht in eine weitgehend akademische Diskussion darüber begeben, was heute ein 4K-Bild definiert. In Hinsicht auf die Aufnahmen von Chromakeys nutzt es uns, wenn ein Sensor einen möglichst hohen Detailreichtum liefert. Dem Key geben wir damit mehr Informationen, in denen die erforderlichen Farbwerte stecken. Es macht also durchaus Sinn, Chromakey-Aufnahmen in 4K zu produzieren. Die letztlich noch darin übrig bleibenden kleinen Fehler werden bei einem Down Scaling, dem Herunterrechnen auf das Distributionsformat, sozusagen aus dem Bild herausgerechnet. Moderne Sensoren können immer mehr Tunwerte erfassen, Diesen erweiterten Kontrastumfang können wir hier doch nur wirklich nutzen, wenn wir RAW-Daten aufzeichnen oder ein logarithmisches Kameraprofil einsetzen. Zeichnet man bewegte Bilder in den Standardeinstellungen einer Kamera auf, dann kann man davon ausgehen, dass auch der Standardtunwertumfang des benutzten Broadcast Codex zur Anwendung kommt. Rein rechnerisch muss man sich dann mit wenig mehr als 6 Blenden an eingefangenem Tonwertumfang zufrieden geben. Es ist wenig tröstlich, aber TV-Geräte und Monitore können vor allem wegen des Umgebungslichts, in dem Sie aufgestellt sind, gar nicht mehr wiedergeben. Wenn eine Kamera in der Lage ist, einen größeren Kontrastumfang einzufangen, und man anschließend zusätzlich ein dafür geeignetes Kameraprofil benutzt, dann nutzt das auch einer Chromakey-Aufnahme.

Grundlagen der Videotechnik: Chromakeying

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