Autor Thema: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann  (Gelesen 1018 mal)

kmueho

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Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« am: Mai 04, 2021, 05:13:48 Vormittag »
Hallo zusammen,

auf die Gefahr hin, zu wiederholen, was bereits anderweitig thematisiert wurde möchte ich mal "beichten", wie man aus vergleichsweise schlechtem Bildmaterial noch was Ansehnliches zaubern kann - und damit so tun, als könne man mit einem Mikroskop umgehen ;) . Vorweg: Details, die im Ursprungsmaterial schlicht nicht vorhanden sind, kann der Computer nicht sichtbar machen. Soviel "zaubern" kann er dann doch nicht.

Um hübsch-hässliches Bildmaterial zu produzieren, das aber doch noch entlockbare Details enthält, habe ich (wieder) einen Zeiss Apochromaten auf ein (deutlich älteres) Leitz-Mikroskop geschraubt. Beide sind zwar unendlich-korrigiert, aber die aufwändige Farbkorrektur des Objektivs geht wunderbar zum Teufel und man enthält ein Bild, das wie Öl auf einer Pfütze schillert (erstes Bild).

Folgene Maßnahmen wurden durchgeführt, um das Bild zu verbessern:

1. Sogenanntes "Pyramid-Stacking" (Teil 1)
Das Wort "Pyramid" bedeutet hier schlicht "Verschachteln". Ich habe (nur) zwei Verschachtelungs-Ebenen verwendet. Und das funktioniert so:
Um schnell viele Einzelbilder zu produzieren, habe ich vom feststehenden Bild des Präparats mit einem alten Handy (Lumia 950) ein ca. 10-sekündiges 4k-Video aufgenommen. Dabei fallen 240 Bilder mit einer Auflösung von ca. 8 Megapixeln an. Ab mittleren Vergrößerungen ist das ausreichend. Die Video-Technik hat zwar den Nachteil, dass Einzelbilder mit einer verlustbehafteten Kompression gespeichert werden, diese Verluste orientieren sich aber auch am Bildrauschen, sodass sie beim Stacking - genau wie das Rauschen selber - wieder ausgeglichen werden.
Die 240 Bilder wurden in 6 Gruppen à 40 Bilder zusammengefasst. Von jeder Gruppe wurden die Median-Werte (also die, die bei den meisten Bildern übereinstimmen) der einzelnen Bildpunkte zu einem neuen Bild zusammengerechnet. Dabei entstehen 6 sehr schön rauscharme Bilder. Damit ist die erste Stacking-Ebene abgeschlossen.

2. Alle Bilder in 16Bit Farbtiefe umwandeln. Dann können 65536 Helligkeitsstufen, statt 256 je Farbkanal unterschieden werden. Das führt zu genaueren Berechnungen, ohne dass feinere Abstufungen abgeschnitten werden. Besser wäre gewesen, das vor der ersten Median-Berechnung zu machen, aber dann wäre der Speicherbedarf doppelt so hoch gewesen und die 32GByte RAM des Rechners hätten nicht ausgereicht. Mit 6 Bildern ist das kein Problem mehr.

2. Grünen Farbkanal verwenden
Einem Farbfehler (sog. chromatische Aberration) kann man sich einfach und weitgehend entledigen, wenn das Objekt eh keine Farbe aufweist (was ja hier der Fall ist), indem man Rot und Blau schlicht wegwirft. Da Grün in der Mitte des Farbspektrums liegt, ist der Farbfehler hier am kleinsten. Außerdem haben Kamera-Sensoren eine doppelt so hohe Grün-Auflösung, wie jeweils Rot und Blau. Theoretisch könnte man auch Blau nehmen, da diese Farbe die kürzeste Wellenlänge und somit die höchste Auflösung hat, aber in diesem Fall war Blau schlicht Matsch, weil hier die schöne Farbkorrektur des Objektivs wegen der Verwendung am falschen Mikroskop stark ausgehebelt wurde. Rot liegt am anderen Ende des Spektrums und sah auch nicht besser aus. Das Grün-Bild wird dann in ein Graustufenbild (schwarz-weiß) umgewandelt. Dies muss mit allen 6 Bildern gemacht werden.

3. Radius-Schärfung
Jedes Einzelne der 6 Bilder wird nun geschärft. Dabei wird es spätestens hier unwissenschaftlich. Da ich ja vorab weiß, wie das Bild aussehen soll, kann ich es gezielt darauf hintrimmen. Das passt zum Spruch: "Traue keiner Statistik, die du nicht selbst gefälscht hast". Also stelle ich den Radius der zusammenzufassenden Pixelkreise genau so ein, dass die Poren schön rauskommen. Hätte die Amphipleura nicht ein so schönes und gleichmäßiges Poren-Raster, könnte ich diesen Schritt nicht so einfach machen. Die Schärfung würde sich übrigens sehr stark am Bildrauschen stören, weil sie es für hervorzuhebene Kanten halten würde. Daher muss der erste Stacking-Teil auf jeden Fall vorher durchgeführt werden.
 
4. Pyramid-Stacking (Teil 2)
Trotzdem hat das Schärfen wieder ein sichtbares Rauschen produziert, denn 100% rauschfrei waren die 6 Einzelbilder dann doch nicht. Mit der Zusammenfassung (wieder Median-Bestimmung der einzelnen Pixel) werden die 6 Bilder zu Einem zusammengefasst. Dabei verschwindet das Rauschen wieder sichtlich.

5. Invertieren des Bildes.
Da die Poren der Amphipleura im Durchlicht hell erscheinen, mache ich vom Bild ein Negativ. Dann sehen die schön dunkel aus.

6. Finale Einstellung der Helligkeit und des Kontrasts sowie der Gamma-Kurve (mittlere Graustufen heller oder dunkler machen), ein paar Dreckflecken wegretuschieren und fertig ist das zweite Bild. Dieses wurde im JPEG-Format (Joined Pictures Expert Group) gespaichert. Dabei wird es wieder auf 8Bit je Farbkanal reduziert. Um hier so wenig, wie möglich Verluste zu haben, macht man das als letzten Schritt. Dann werden die 8Bits optimal eingesetzt.

Viele Grüße,
Kai
« Letzte Änderung: Mai 04, 2021, 05:43:57 Vormittag von kmueho »

A. Büschlen

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #1 am: Mai 04, 2021, 06:39:04 Vormittag »
Hallo Kai,

und welches Objektiv in welchen Setting hast du nun benutzt?

Gruss Arnold

Michael

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #2 am: Mai 04, 2021, 08:45:01 Vormittag »
Hallo Kai,

vielen Dank für die schöne Zusammenstellung, was alles mit der Bildbearbeitung möglich ist. Die Frage ist dann halt immer, in wieweit das Ergebnis noch der "Realität" entspricht oder von Artefakten geprägt ist. Das ist der Grund, warum man sich in der wissenschaftlichen Fotografie auf reversible Bildmanipulationen beschränkt (also im Wesentlichen Kontrastspeizungen) oder ansonsten die Bearbeitungsschritte dokumentieren muss. Das führt dann dazu, dass die Bilder in Veröffentlichungen meist schlechter ausschauen, als die hier veröffentlichten Fotos ...

Viele Grüße

Michael
Gerne per Du

D.Mon

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #3 am: Mai 04, 2021, 11:18:10 Vormittag »
Hallo Kai,

vielen Dank für diesen Thread.
Ich wünsche mir manchmal, dass mehr Mikroskopiker Ihren Workflow und Ihre Tricks und Kniffe der Bildbearbeitung vorstellen würden.

Grundsätzlich ist für mich fotografieren mehr als das bloße Ablichten der sogenannten Realität.
Schon in dem Wort Fotographie steckt für mich die Andeutung, dass das Endresultat (gewollt oder ungewollt) die Handschrift dessen trägt, der das Bild angefertigt hat. Und dieses "Anfertigen" endet regelmäßig nicht mit dem Niederdrücken des Auslösers.

Die Frage, die Michael gestellt hat und die ich für völlig berechtigt halte, steht meines Erachtens damit nicht in Widerspruch und zwar aus mehreren Gründen.

Zunächst mal müsste man sich fragen, was "Realität" eigentlich ist, aber dieses Diskussion würde hier zu weit führen.
Ich denke aber, dass es sich lohnt, zwei - nein, eigentlich drei - weitere Aspekte zu beachten.

Sehen kann man verstehen als die Wahrnehmung elektromagnetischer Strahlung, die von Objekten unserer Umwelt emittiert oder reflektiert werden.
Durch sehen kann man also nur den visuellen Teilaspekt der Realität eines Objekts erfahren, der in dem verfügbaren Spektrum der Beleuchtung oder Lichtemission vorhanden ist (erster Aspekt) und der von unserem Sehorgan verarbeitet werden kann (zweiter Aspekt).
Beim Fotografieren kommt (vereinfacht) als dritter Aspekt dazu, was die technische Ausrüstung aufnehmen kann und wie diese Informationen verarbeitet  werden, bis der Bildschirm leuchtet oder die Pigmente auf dem Papier sind.

Klingt vielleicht etwas abgehoben, aber ich komme langsam wieder auf das eigentlich Thema zurück.
Ich finde es gut, sich bewusst zu sein, dass schon die technische Ausrüstung nur selektiv Anteile der "sichtbaren Aspekte" der Realität aufnimmt und diese auch zwangsläufig aufbereiten muss. Das betrifft zum einen unerwünschte, aber aus technischen Gründen nicht vermeidbare Störungen und zum anderen bewusst programmierte Interpretationen der aufgenommenen Informationen.
An diese Stelle möchte ich festhalten, dass Artefakte also schon da sein können, bevor wir Hand an die ursprüngliche Aufnahme anlegen. Das Mikroskop betrachte ich hierbei als Teil der technischen Ausrüstung, das ebenfalls Artefakte produziert.

Dass die Aufbereitung durch die Kamera- und die Darstellungssoftware nicht primär auf Mikrofotografie abgestimmt ist, wissen wir alle.
Somit entsteht oft das Bedürfnis - vielleicht auch mit unterschiedlicher Zielsetzung - eine elektronische Bildbearbeitung durchzuführen.
Und jetzt bin ich wieder beim Argument von Michael.

Ich persönlich strebe meist an, nichts künstlich hinzuzufügen, sondern das was unabhängig vom Prozess der Bildaufnahme vorhanden war, so zu gestalten, dass möglichst viele Aspekte der Realität des betrachteten Objekts (Details) erfahrbar werden und das Ganze auch noch ansprechend aussieht und Freude bereitet.
Unterm Strich kann man das zusammenfassen in Verstärken und Abschwächen bestimmter Teile des aufgenommenen Bildes, um Belichtung, Kontrast und Schärfe zu optimieren.
Damit ist man meines Erachtens immer noch bei dem, was Michael als wissenschaftlich zulässig beschreibt.
Und weil ich kein Wissenschaftler bin, erlaube ich mir noch einen kleinen Schritt weiterzugehen und offensichtliche Störungen, wie Bildrauschen und Farbsäume zu entfernen.

Eigentlich wollte ich gar nicht so viel schreiben und ich hoffe, ich langweile Euch damit nicht.
Ich finde es aber inspirierend auch solchen Gedanken einmal nachzugehen.

Herzliche Grüße
Martin
Bitte per "Du" - Martin alias D.Mon
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Glück kann man nicht kaufen.
Aber man kann ein Mikroskop kaufen und das ist eigentlich dasselbe!
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reblaus

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #4 am: Mai 04, 2021, 11:30:40 Vormittag »
Hallo Kai -

ist dabei auch berücksichtigt, dass die ursprünglichen Farben bei diesen Diatomeen nur wenig mit der Korrektur der Abbildungsoptik zu tun haben, sondern eher auf Interferenzerscheinungen (Gittereffekte) im Diatomeenskelett beruhen?
Jedenfalls enorm, was man da wegtricksen kann!

Viele Grüße

Rolf

kmueho

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #5 am: Mai 04, 2021, 12:25:53 Nachmittag »
Zitat
welches Objektiv in welchen Setting hast du nun benutzt?

Hallo Arnold,

das spielt zwar für das Thema keine Rolle, aber ein Geheimnis ist das nun auch wieder nicht:

Von unten nach oben:

- Cree LED Beleuchtung mit ca. 2W (ziemlich hell)
- Leitz SM-Lux HL Stativ mit Standard-Leuchtfeld
- 1. Polfilter Nord-Süd
- 0,9er Achr. Kondensor "Badewanne" voll aufgeblendet und geköhlert
- Präparat
- Immersionsöl von Merck
- Zeiss Plan Apochromat 63x/1,4 oo/0,17
- 2. Polfilter Ost-West
- Leitz Trinokular-Tubus
- Kamera-Okular: Periplan GF 12,5x Brille
- Handy-Kamera vom Micsosoft Lumina 950 (Einzelkamera mit 19MPixeln)

Kamera-Einstellungen für das 10-Sekunden-Video:
Auflösung 4x (3840 x 2160) 24p
Fokus: Manuell
ISO: 100
Belichtungskorrektur: -1 Blendenstufe
Weißabgleich: Automatisch
Farbtiefe 8 Bit/Kanal
Codec H.264
Datenrate 50 MBit/Sek

Viele Grüße,
Kai
« Letzte Änderung: Mai 04, 2021, 12:37:25 Nachmittag von kmueho »

Michael

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #6 am: Mai 04, 2021, 12:33:05 Nachmittag »
Hallo Martin,

ich wollte meinen Beitrag keinesfalls als Kritik verstanden wissen. Es gibt da sicherlich einen kontinuierlichen Übergang zwischen "streng wissenschaftliche Fotografie" und "künstlerischer Fotografie",  und ich bin nicht mal sicher, ob das wirklich ein Gegensatz ist. Ausschlaggebend ist immer, welchen Anspruch man an das Foto hat und was man mit dem Foto bewirken will.
In unserem Forum ist sicherlich Platz für alle Spielarten der Fotografie.

Viele Grüße

Michael
Gerne per Du

kmueho

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #7 am: Mai 04, 2021, 12:56:15 Nachmittag »
Zitat
in wieweit das Ergebnis noch der "Realität" entspricht oder von Artefakten geprägt ist

Hallo Michael,

sicher ist, dass das fertig bearbeitete Bild erheblich weniger Artefakte aufweist, als das Ursprungsbild. Aber das ist in diesem Fall auch einfach, da existierende REM-Aufnahmen eine gute Vorlage liefern, auf die man hinarbeiten kann.

Wüsste man nicht bereits, wie die Diatomee aussieht, wäre das deutlich schwieriger. Dann wäre es nicht so einfach Artefakte (Farbzerlegung, Beugung, Interferrenzen), von denen es im ursprünglich aufgenommenen Bild bereits wimmelt, von "echten" Details zu unterscheiden.

Viele Grüße,
Kai

Kay Hoerster

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #8 am: Mai 04, 2021, 12:58:22 Nachmittag »
Hallo Kai,

nur für mich zum Verständnis: Wo befindet sich bei Deinem 'Gemischten Aufbau' die Tubuslinse für das Zeiss Objektiv? Und um welche Linse handelt es sich dabei (Zeiss oder Leitz)?

Vielen Dank für die Antwort und viele Grüße
Kay (der mit Y  ;D )

kmueho

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #9 am: Mai 04, 2021, 13:17:21 Nachmittag »
Zitat
Tubuslinse für das Zeiss Objektiv

Hi Kay,

Das Leitz SM-Lux-HL enthält in der Auflicht-Einheit eine "leitzsche" Tubuslinse, die (wie man sieht) nicht sonderlich gut mit Zeiss-Objektiven zusammenarbeitet. Aber das wusste ich aus "leidvoller" Erfahrung bereits vorher und habe das als willkommene Vorlage für die Nachbearbeitung "missbraucht".

Viele Grüße,
Kai (der mit i  ;D )

Soki

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #10 am: Mai 04, 2021, 13:32:27 Nachmittag »
Hallo zusammen,

ich finde das Thema sehr interessant und bin auch immer "erleichtert", wenn ich mal unbearbeitete Bilder zu Gesicht bekomme. Mittlerweile würde ich sogar sagen, dass man mit entsprechenden Kenntnissen selbst schlechtes Bildmaterial in ganz gutes Material "verwandeln" kann. Meine Fähigkeiten in der Bildbearbeitung sind eher rudimentär und ich möchte mich damit auch nicht allzulange aufhalten. Ich versuche möglichst gutes Ausgangsmaterial zu erstellen, um mir zeitraubende Nachbearbeitung zu sparen. In der Regel benötige ich für Diatomeen ohne Freistellung und nennenswertes Hintergrundputzen ca. 10min, mit Freistellung eher 20-30min.
Ich verwende für die Bildbearbeitung Affinity Photo. Das Programm ist günstig und bietet alles, was ich aktuell benötige. Mein workflow bei Diatomeen:

- manueller Weißabgleich
-  Freistellen bei Bedarf
- Tonwerte spreizen bei Bedarf
- Helligkeit und Kontrastanpassungen
- CA's entfernen bzw. die störenden Farben entsättigen
- Bild zurechtschneiden
- Bildrauschen entfernen
- Nachschärfen

Das ist i.d.R alles was ich mache und das geht mittlerweile auch sehr flott.

Hier mein letztes Bild. Es handelt sich um eine Surirella elegans aus einem Streupräparat von Anne (Isle of Skye). Einmal unbearbeitet und einmal bearbeitet. Die Bearbeitung erfolgte nach der oben genannten Beschreibung inklusive Freistellung. Es handelt sich um ein Stack aus 88 Bildern.

Setup:

Zeiss Standard WL mit dreh- und zentriebarem Gleittisch
Nikon Z50
Nikon CFN Fluor 100 0.8-1.3 160/0.17 (bei voller Apertur verwendet)
polarisiertes Licht; fast vollständig gekreuzte Polfilter mit leicht schiefer Beleuchtung (6V 15W Originalbeleuchtung)
Zeiss Revolverkondensor mit achr. apl. 1.4 Frontlinse (immergiert).


beste Grüße,
Simon
« Letzte Änderung: Mai 05, 2021, 12:20:41 Nachmittag von Soki »

D.Mon

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #11 am: Mai 04, 2021, 13:43:45 Nachmittag »
Hallo nochmal,

ich wollte meinen Beitrag keinesfalls als Kritik verstanden wissen.

Das habe ich auch nicht so aufgefasst bzw. allenfalls als konstruktive Kritik, die ich für sehr wichtig halte und stets begrüße.
Mein Beitrag war auch nicht als Berichtigung Deines Postings gedacht.
Deine Anmerkung hat mich aber angestoßen, mir einige Gedanken bewusst zu machen, von denen ich mich - teilweise unbewusst - schon lange leiten lasse.
So entwickeln sich konkrete Wertmaßstäbe, denen ich mich zwar nicht sklavisch unterordne, die mir aber oft eine Orientierung geben, um zielorientiert voranzukommen.

Viele Grüße
Martin

PS:
Danke Simon, für Dein zwischenzeitlich gepostetes Beispiel.
Das Ergebnis spricht für sich.
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A. Büschlen

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #12 am: Mai 04, 2021, 13:58:50 Nachmittag »
Hallo,

experimentieren eine gute Sache und ich möchte überhaupt nicht dagegen reden.

So hochwertige Objektive wie:
Zitat
Zeiss Plan Apochromat 63x/1,4 oo/0,17
verdienen es, auch optimal (mit der dazu gehörenden Tubuslinse) eingesetzt zu werden.

Gruss Arnold


Bob

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #13 am: Mai 04, 2021, 16:53:28 Nachmittag »
Hallo Kai,
danke für die genaue Beschreibung Deiner Methode und das Zeigen des eindrucksvollen Ergebnisses!

Viele Grüße,

Bob

plaenerdd

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Re: Vorher und Nachher - Was die digitale Nachbearbeitung leisten kann
« Antwort #14 am: Mai 04, 2021, 20:06:03 Nachmittag »
Hallo Kai,
auch ich möchte mich bedanken für diesen Beitrag. Eine Frage bleibt bei mir.
Zitat von: kmueho
Von jeder Gruppe wurden die Median-Werte (also die, die bei den meisten Bildern übereinstimmen) der einzelnen Bildpunkte zu einem neuen Bild zusammengerechnet.
Wie machst Du das konkret mit welchem Programm und Menüpunkt? Geht das auch mit PICOLAY?
Beste Grüße
Gerd
Fossilien, Gesteine und Tümpeln mit
Durchlicht: Olympus VANOX mit DIC, Ph, DF und BF; etliche Zeiss-Jena-Geräte,
Auflicht: CZJ "VERTIVAL", Stemi: MBS-10, CZJ "TECHNIVAL";
Inverses: Willovert mit Ph