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Grundlagen der Videotechnik: Chromakeying

Was die Kamera sieht

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Eine Kamera "sieht" völlig anders, als Menschen etwas wahrnehmen. Aufgabe der Medientechnik ist es daher, herauszufiltern, was ein Mensch überhaupt erfassen kann. Deshalb beleuchtet dieser Film die Grundeigenschaften von Kameras etwas genauer.

Transkript

Wie wir schon erörtert haben ist die duale Natur des Lichtes, die eines kuntinuierlichen analogen Energiespektrums und Elementarteilchenstroms von Fotonen. Analog bedeutet, dass es zwischen zwei beliebigen messwerten des Spektrums unendlich viele weitere Werte gibt. Um dieses Wellenspektrum so zu konservieren, dass daraus ein dauerhaftes Bild entsteht, bedurfte es der Erfindung der Fotografie. Lichtempfindliches Filmmaterial speichert die analogen Informationen ebenso analog mit unzählbar vielen Zwischenwerten an auskristalisierte Molekülen, die letztlich ein sichtbares Bild formen. Wenn der Licht in digitalen Kameras, in Bilderumsätzen, dann muss der erste Schritt dorthin der Erfassung der analogen Natur der Lichtwellen gerecht werden. Die Fotozellen der Kamerasensoren sind daher, auch wenn die Kameras als Digitalkameras bezeichnet werden, durch und durch analog arbeitende Bauelemente. Die Umsetzung in digitale Informationen erfolgt erst in einem späteren Schritt. Für welche Lichtwellenlängen die Fotozellen eines Kamerasystems enpfindlich sind, hängt von der Natur der bei der Herstellung des Sensors engesetzten chemischen Elemente ab. Aber wie man die Rezeptur auch verändert, die spektrale Empfindlichkeit der Sensoren ist nicht deckungsgleich mit der Farbwahrnehmung des Menschen. die Foto "unverständlich" , die einen Sensor letztlich ausmachen, sehen zum Beispiel das Spektrum infraroter Wellenlängen sehr deutlich. E bedarf daher der Filtrum dieser Wellenlängen, um die durch die Interferenzen entstehenden Vorunreinigungen des "unverständlich" zu eliminieren. Zwei weitere Unterschiede zur Wahrnehmung des Lichts durch den Menschen will ich nur kurz erwähnen. Der erste ist die Dimensionalität. Ohne weitere Vorkehrungen hat eine Kamera nur einen zweidimensionalen Blick auf die Welt von dem Objektiv, während ein gesunder Mensch immer eine stereoskopische, also räumliche Wahrnehmung hat. Der zweite Unterschied ist der Sensoren. Doppelt so viel Licht bedeutet doppelt so viel Ausgangsspannung ams Ausgang des analogen Teils des Sensors. Die kennlinie der menschlichen Wahrnehmung is hingegen mit einem Gammawert überlagert. Das gilt es bei der Verarbeitung der vom Sensor erfassten Tonwerte zu berücksichtigen. Und die Wirkungsweise von Fotozellen, von Bildsensoren anschaulich zu machen, wird oft das Modell eines Gefäßes bemüht, in das eine Flüssigkeit eingefühlt wird. Irgendwann ist das Fassungsvermögen des Gefäßes erschöpft, und ein Meer an weiteren Wassertropfen führt nicht zu mehr gespeicherter Flüssigkeit. Mit anderen Worten das Gefäß läuft über. Setzen wir die Wassertropfen in unserem Denkmodell mit den auf den Fotosensoren auftreffenden Fotonen gleich, dann können wir schließen, dass Fotozellen analog zu den angesprochenen Flüssigkeitsbehältern einen Sättigungspunkt haben. Ein Meer an einfallendem Licht führt dann nicht zur höheren Belichtungswerten. Mit anderen Worten der Sensor ist überbelichtet. man sagt auch das resultirende Signal klippt. Es wird bei diesem Maximalwert begrenzt und abgeschnitten. Der Wert, bei dem ein Sensor in die Sättigung geht, ist sein vielleicht wichtigster Kennwert und gleichzeitig der Arbeitspukt auf den der Nachfolgende analog zu Digitalwandler eingestellt ist. Höhere digitale Werte würden ja auch keinen Sinn machen, da sie vom Sensor nicht geliefert werden. Der zweite, auch für unsere Betrachtungen entscheidende Wert ist der, des Rauschabstands. Er wird in Dezibel angegeben. Plus sech Dezibel entsprechen einer Verdoppelung oder in der Sprache der Fotografie einem Blendenwert. Heutlich hat ein Sensor mit einem angegebenen Rauschabstand von 54 Dezibel einen rauschfreien Kontrastumfang von 9 Blenden. Den Marketingaussagen der Kamerahersteller können wir heute entnehmen, dass Kameras mit einem Kontrastumfang von 15-Blenden und mehr angeboten werden. Hitzige Diskussionen werden darüber geführt, wie der Hersteller zu diesen Aussagen gelangt ist, oder ob ein solcher Kontrastumfang überhaupt einen Sinn macht, und wie man ihn denn tatsächlich nutzen kann. Ich will mich hier an dieser Diskussion nicht beteiligen, aber den Bezug zu unserem Thema herstellen. Erzielt man mit einem größeren Kontrastumfang ein besseres Ergebnis bei der Erstellungen von Aufnahmen für den Chromakey-Effekt, ja, mehr Nuancen ergeben ein Meer an Einstellungsoptionen. Es stell sich nur gleich eine weitere Frage, aber die werden wir an anderer Stelle noch betrachten. Wie kann ich, den von der Kamera erfassten Tonwertumfang denn tatsächlich nutzen? Die einzelnen Fotozelt eines Sensors sind zunächst einmal farbenblind. Sie nehmen nur Helligkeitsunterschiede wahr. Die Farben kommen erst in Spiel, wenn das einfallende Licht in rot grün und blau aufgeteilt wird. In der Ehre der 3 Chip Kameras wurde das durch einen strahlend teilenden Prismenblock erledigt. für mehrere Jahrzehnte war das der Königsweg bei der Herstellung von elektronischen Kameras. Der Prismenblock ist jedoch nicht beliebig miniaturisiebar und in consumer Produkten oder schon immer ein Einship Konzept angestrebt. Mit der Ablösung der Bildaufnahmeröhren Ende der 1970 er Jahre waren Charge Couple Devices, abgekürzt CCDs für ein Vierteljahrhundert der Industriestandard in der elektronischen Bilderfassung. Das änderte sich mit der Marktreife derCMOS-Sensoren Ende der 90-er Jahre. Hheute stehen CMOS-Sensoren unangefochten an der Spitze der in Kameras verbauten Sensoren. Sie lassen viele der Unzulänglichkeiten der CCDs vermissen, haben dafür aber andere Nachteile, die man als Videograph oder Filmemacher kennen sollte. Der vielleicht wichtigste ist der Rolling Shutter Effekt, den ich aber hier nicht weiter erläutern möchte. Die Mehrzahl derCMOS-Sensoren in Foto- und Filmkameras benutzt heute den sogenannten Bayer Filter, um den Sensor in die Lage zu versetzen, Farben unterscheiden zu können. Was eine Kamera also sieht, ist eine gerastete und rot, grün, blau gefilterte Variante des durch das Objektiv der Kamera auf den Sensor projizierten Bildes. durch die Überbetonung der günen Bildauswertung liegt es nah, dass ein Greenscreen zur Erzeugung eines Chromakeys durch eine Kamera mit einem BEA Sensor zu besseren Ergebnissen führen wird, als ein Blue-Screen. Das liegt im Wesentlichen daran, dass der Rauschabstand des grünen Kanals durch doppelt so viele Abtastwerte den beiden anderen Farbkanälen deutlich überlegen ist. Wenn die Kamerahersteller ihre Produkte mit einem Kontrastumfang von mehr als 13 Blenden ausloggen, ist es der Rauschabstand des grünen Kanals, den sie als Beleg für diese Aussage heranziehen. Selbst die besten heute verfügbaren Sensoren können aber nicht den immensen Kontrastumfang abbilden, den ein Mensch wahrnehmen kann. Benutzt man eine klassische Filmkamera mit der Belichtung von chemisch zu entwickelndem Film, ist blau jedoch wieder im Vorteil, weil die blaue empfindliche Schicht des Films dem Filmfenster am nächsten liegt. Sie ist aus diesem Grund die Emotion mit den besten Scahffereigenschaften. Aber genauso empfindlich für Bildrauschen, wie in der elektronischen Variante der Aufzeichnung. Fassen wir das kurz zusammen. Kameras sehen einen größeren Ausschnitt aus dem Lichtspektrum, als ein Mensch. Kamerasensoren erfassen derzeit noch weniger Kontrastumfang als ein Mensch. Kamerasensoren sind linear arbeitende Bauelemente, die am weitesten verbreiteten Sensoren, im Sinne CMOS-Sensoren mit Bayer Farbfiltern.

Grundlagen der Videotechnik: Chromakeying

Lernen Sie, wie Sie Greenscreen-Aufzeichnungen optimieren, sodass die Nachbearbeitung rasch von der Hand geht.

3 Std. 0 min (32 Videos)
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