Entrauschen / Noise Reduction by Image Stacking

[Rainer_2022]

Beim Gebrauch einer "Crop"-Kamera ist hin und wieder deutliches Bildrauschen zu erkennen, selbst wenn die Aufnahme mit ISO 100 aufgenommen wird. Ich beschreibe im Folgenden, wie das Bildrauschen unterdrückt werden kann.

Die Methode besteht im Übereinanderlegen von mehreren Bildern (Image-Stacking). Als Software benutze ich GIMP, Photoshop sollte sich im Prinzip auch eignen.

Schritt 1: ich shoote nicht 1 Foto, sondern 4...10...100 Stück.
Schritt 2: ich lege die Fotos in Gimp genau übereinander (Ebenen).
Schritt 3: Die Deckkraft der einzelnen Ebenen wird eingestellt: unterste Ebene 100% Deckkraft, zweitunterste 50%, dritte Ebene von unten 33,3%, ... 10. Ebene 10% Deckkraft usw.
Schritt 4: Sichtbarkeit aller Ebenen einschalten und eine Kopie als jpg ziehen.

Als Beispiel verwende ich Fotos mit ISO 1600, damit man den Effekt deutlich sieht. Links das normale Foto sowie eine 400%-Ansicht. Rechts das gestackte Foto und 400%-Ansicht. Das Rauschen ist deutlich vermindert. Natürlich habe ich eine Art der Bewegungsunschärfe im Bild.

Nebenbei ergeben sich noch coole Möglichkeiten bei der Fotografie von fließenden Gewässern, Landschaften mit Wolken, usw. Vielleicht zeige ich mal so ein Foto!

 

[messenger]

Also wenn du bei 100asa an einer DSLR "deutliches Rauschen" siehst, läuft irgendwas falsch....

Der praktische Trugschluß in der Methode liegt imho darin: In Situationen, wo ich 10 deckungsgleiche Bilder aufnehmen kann (was ja ein Stativ erfordert), gibt es keinen Grund, nicht von vornherein mit niedriger ISO zu fotografieren.

So beschränkt sich das auf wenige Spezialanwendungen (Astrofotografie), wo die Methode natürlich als nützlich bekannt ist.

Gruß messi

 

[Rainer_2022]

Hier noch ein Beispiel, 8 Bilder ISO 100 übereinandergelegt. Die Rauschreduktion ist auch hier sichtbar.

Links: Einzelbild / Einzelbild in 200%-Ansicht (Gimp)
Rechts: gestacktes Bild / 200%-Ansicht (Gimp)

Ich wollte auch eine Farbverbesserung erzielen. Aber ehrlich, an meinem Laptop kann man da nichts erkennen. Allerdings ist das gestackte Bild von den Farben besser als das schlechteste Einzelbild. Die Bilder wurden mit einem Blitz belichtet.

 

[Rainer_2022]

Also wenn du bei 100asa an einer DSLR "deutliches Rauschen" siehst, läuft irgendwas falsch....

Ich verwende die EOS60D mit 18MPix-Sensor . Aber in den dunklen Teilen des Bildes oder bei 100%-Ansicht ist schon Rauschen sichtbar .

Schau Dir Post #3 an, und Du siehst auch in den helleren Regionen etwas Rauschen.

Ist aber nur für Pixelpeeper...

 

[Rainmaker No.1]

Hallo,

ich denke Gimp und JPG sind hier komplett ungeeignet. Wenn in 8bit gearbeitet wird schmeißt man den Informationsgewinn gleich wieder zum Fenster raus und JPG kastriert das 8bit Bild noch weiter. Sinnvoller wäre mit PS zu arbeiten und in 16bit zu speichern. Wenn es noch einfacher gehen soll, dann versuch einfach mal das alte Giotto. Die Software ist extra für diesen Weck geschrieben worden.


MfG

Rainmaker

 

[Gast_338619]

Wie messenger schon schrieb: Wenn es nicht um Astrofotos (mit bekannter Drehung der Sterne) geht, ist übereinanderlegen nichts anderes als Nutzung niedrigerer ISO und dafür längerer Belichtungszeiten. Um aus Stacking einen Vorteil gegenüber einer längeren Belichtung zu ziehen, müsstest du für die Verrechnung spezielle Verfahren wie z.B. Median verwenden.

 

[joergens.mi]

Schritt 3: Die Deckkraft der einzelnen Ebenen wird eingestellt: unterste Ebene 100% Deckkraft, zweitunterste 50%, dritte Ebene von unten 33,3%, ... 10. Ebene 10% Deckkraft usw.

Wenn du Rauschen entfernen willst ist das das falsche Verfahren. Um Rauschen zu minimieren solltest du den Mittelwert aus n Bildern nehmen. so das jeder ''Fehlpixel'' nur zu 1/n am Ergebniss beteiligt ist. Bei dir ist der Fehlpixel aus dem untersten Bild zu 50% vom nächsten zu 25% am Endergebnis beteiligt, das ist etwas anderes als das was du wolltest.

Du solltest aber nicht mehr Bilder stacken als dein RAW-Format vorgibt.

Bei 12 Bit Raw sind das 16 Bilder wenn du mit 16 Bit tiff arbeitest
Bei 14 Bit Raw sind das nur noch 4 bei 16 Bit tiff arbeitest
sonst musst du auf ein Format mit höherer Bittiefe zurückgreifen.

jpg halte ich bei so einem ''Genauigkeitsrausch'' den du suchst für ungeeignet. Ich vermute mal aus dem zugehörigen RAW hättest du mehr herausgeholt.

 

[Gast_338619]

Um Rauschen zu minimieren solltest du den Mittelwert aus n Bildern nehmen. so das jeder ''Fehlpixel'' nur zu 1/n am Ergebniss beteiligt ist. Bei dir ist der Fehlpixel aus dem untersten Bild zu 50% vom nächsten zu 25% am Endergebnis beteiligt, das ist etwas anderes als das was du wolltest.

Nein, dahingehend passt sein Verfahren schon, denn wenn ich eine Ebene n mit einer Deckkraft 1/n drüber lege, werden alle darunter liegenden Ebenen mit (1-1/n) multipliziert, und zwar rekursiv. Beispiel:

100%
(100%*50%) 50%
(50%*67%) (50%*67%) 33%
(33%*75%) (33%*75%) (33%*75%) 25%
25% 25% 25% 25%
usw.
Findet man auch bei den Summenformeln.

Du solltest aber nicht mehr Bilder stacken als dein RAW-Format vorgibt.

Bei 12 Bit Raw sind das 16 Bilder wenn du mit 16 Bit tiff arbeitest
Bei 14 Bit Raw sind das nur noch 4 bei 16 Bit tiff arbeitest
sonst musst du auf ein Format mit höherer Bittiefe zurückgreifen.

Auch das ist egal, da IMO die meisten Bildbearbeitungen bei Ebenen intern genauer rechnen, als sie schließlich ausgeben.

jpg halte ich bei so einem ''Genauigkeitsrausch'' den du suchst für ungeeignet. Ich vermute mal aus dem zugehörigen RAW hättest du mehr herausgeholt.

Absolut.

 

[CharlieWaffles]

Guckst du dir denn deine Bilder normal auch auf 200% an ?

 

[Gast_338619]

Der treffende Vergleich wäre hier: 200% auf Rauhfasertapete.
Eben weil JPEG vorher alles an feinen Nuancen, die für die Entrauschung wichtig sind, weggebügelt hat.

 

[Rainmaker No.1]

Hallo,

ich denke die angegebene Mittelungsmethode von Rainer_2022 ist schon korrekt, solange zwischen den einzelnen Schritten nicht auf die Hintergrundebene reduziert wird.

An der von joergens.mi vorgeschlagenen Berechnung der Anzahl der sinnvoll in einem bestimmten "bit-Raum" zu mittelnden Bilder habe ich aber so meine Zweifel. Wenn sich das SNR mit der Mittelung von vier Aufnahmen verdoppelt, sollte sich eigentlich auch die Anzahl der Graustufen verdoppeln. Damit ergibt sich dann bei einer Mittelung in 16 bit die unten angegebene max. sinnvolle Bildanzahl.

8bit Einzelbilder = 65536
12bit Einzelbilder = 256
14bit Einzelbilder = 16

Das sollte für das händische Mitteln in PS oder anderen 16bit fähigen Programmen ausreichen.
Wer wirklich eine größere Anzahl von Bildern mitteln möchte, der greift halt auf entsprechende Software zurück.


MfG

Rainmaker

 

[Gast_338619]

Achtung: mit n² Aufnahmen ändert sich zwar SNR um Faktor n, die Dynamik aber hat im Quotienten das vom Licht unabhängige Ausleserauschen und steigt tatsächlich um n², so dass du wirklich 2n mehr Bit nutzen solltest, wenn in den Tiefen keine wichtige Information verloren gehen soll.

Darauf basierend würde dann das von joergens.mi geschriebene gelten:
12 Bit - 16 Aufnahmen
14 Bit - 4 Aufnahmen

Aber wer sagt denn, dass man sich mit den 16 Bit begnügen muss. Man könnte ja z.B. das von dir geschriebene mit einbringen und eine Kombination aus max. Ausnutzung der 16 Bit für die Dynamik und max. Verbesserung des SNR machen. Heisst: (n+m)² Aufnahmen mit n=(16-RAWBitbreite)/2 und m=log(2)(angestrebte SNR-Verbesserung).

 

[joergens.mi]

Hallo,
Wenn sich das SNR mit der Mittelung von vier Aufnahmen verdoppelt, sollte sich eigentlich auch die Anzahl der Graustufen verdoppeln. Damit ergibt sich dann bei einer Mittelung in 16 bit die unten angegebene max. sinnvolle Bildanzahl.

8bit Einzelbilder = 65536
12bit Einzelbilder = 256
14bit Einzelbilder = 16

MfG
Rainmaker

Es geht hier nicht um das SNR - da hast du wahrscheinlich recht - sondern um simple Mathematik.

Meine Voraussetzung war 16 Bit pro Farbkanal damit

Wenn ich 2 n bit Ergebnisse mit Fullscale addiere erhalte ich ein 1n+1 Bit Ergebniss. In Binärschreibweise:
1111 1111 1111 + 1111 1111 1111 = 1 1111 1111 1110

Somit kann ich bei
8 Bit maximal 256 Zahlen
12 Bit maximal 16 Zahlen
14 Bit maximal 4 Zahlen

aufaddieren ohne einen Überlauf zu bekommen

 

[Rainmaker No.1]

Hallo,

wenn ein Programm intern mit 16bit arbeiten würde, dann wäre nach vier Bildern mit 14 bit natürlich schluß. Die Frage ist nur arbeiten PS und andere Programme intern mit nur 16 bit? Soweit ich weiß wird in 32 bit und mit Fließkomma gerechnet. Damit stellt sich dann das Problem des Bitraumes erst beim Speichern und damit sollten sich dann die von mir angegebenen Anzahlen von Bildern mitteln lassen.


MfG

Rainmaker

 

[joergens.mi]

Hallo,

wenn ein Programm intern mit 16bit arbeiten würde, dann wäre nach vier Bildern mit 14 bit natürlich schluß. Die Frage ist nur arbeiten PS und andere Programme intern mit nur 16 bit? Soweit ich weiß wird in 32 bit und mit Fließkomma gerechnet. Damit stellt sich dann das Problem des Bitraumes erst beim Speichern und damit sollten sich dann die von mir angegebenen Anzahlen von Bildern mitteln lassen.

MfG

Rainmaker

Bei CS4 wird es beim erstellen / öffnen gesetzt - RGB/LAB: 8/16/32 Bit, float wird nicht angeboten - hier sollte man zumindest vorher überprüfen das der richtige Modus gewählt ist. ".jpg wird als RGB 8 Bit" geöffnet, und bei manchen Bildern muss man bewusst den Modus wechseln, sonst gehen einige Aktionen nicht

Bei gimp fällt diese 16 Bit Grenze ab 2.8 meines Wissens und wie andere Programme arbeiten sollte man sicherheitshalber vorher überprüfen.

 

[Rainmaker No.1]

Hallo,

natürlich wählt man beim Inportieren in PS einen passenden (oder auch nicht) Bitraum. Dies heißt aber nicht, daß PS dann intern in der Ebenenpalette auch nur mit 8/16 bit rechnet. Sonst wäre ja der ganze Spaß mit Einstellungsebenen auch teilweise für die Katz, da sich massenhaft Rundungsfehler einschleichen würden. Beim Reduzieren der Ebenen landet man dann aber natürlich wieder beim gewählten Graustufenumfang und kastriert schlimmstenfalls sein Bild. Für das Stacken ist also mindestens 16bit Pflicht. 32bit ist aber deutlich benutzerfreundlicher, da man hier nicht die Deckkraft manuell regeln muß, sondern dies mit einer einzigen Einstellungsebene machen kann.

Gimp ist zur Zeit wegen der Reduzierung des Summenbildes auf acht bit wirklich nicht sonderlich geeignet. Mit wieviel Bit es intern arbeitet kann ich auch nicht wirklich sagen. Mit anderen Programmen meinte ich eigentlich eher Spezialprogramme für das Stacken. Giotto und Konsorten fragen auch nicht nach 8/16/32 bit, hier geschieht dieser Schritt automatisch mit dem Speichern. Die Vorwahl eines gewissen Graustufenumfangs dürfte wohl auch eher zur Begrenzung des Arbeitsspeicherverbrauchs dienen.


MfG

Rainmaker

 

[Rainer_2022]

Hier mal eine mittels Stacking geglättete Wasseroberfläche.

Links das Original (ein Einzelbild), rechts die gestackte Datei

 

[messenger]

Die Ente ist müde geworden...oder du schneller.

Gruß messi

 

[Gast_252254]

ich finde die Methode ganz interessant um das Rauschen praktisch detailverlustlos zu reduzieren. Ich nutze sowas ab und zu bei hochdetailierten Produktfotos, die ich bei ISO-100 (5D) 4fach aufnehme und dann in PS übereinanderlege. Im Ergebnis hat das "fertige" Bild dann, selbst in den Tiefen, nur noch ein extrem minimales Rauschen - was wenn überhaupt erst bei 3 - 5 facher Vergrößerung wahrgenommen wird.