01.08.2013, 13:39 Uhr | 0 |

HDRI-Technik Dolby will Licht und Schatten auf dem Bildschirm ausleuchten

Dolby steht künftig nicht mehr nur für guten Klang, sondern für ganz besonders kontrastreiche Bilder. Die Firma Dolby hat jetzt von der Max-Planck-Gesellschaft eine Lizenz erworben, mit deren Hilfe eine neue Generation von Bildschirmen entstehen soll, die auch extreme Helligkeits- und Farbunterschiede darstellen können.

HDR-Bild von New York
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New York City bei Nacht, fotografiert als Belichtungsserie und zusammengefügt als High Dynamic Range Bild.

Foto: Wikipedia/Paulo Barcellos Jr.

Man kann sich in ihnen förmlich verlieren, in den Bildern mit dem hohen Dynamikumfang. Immer neue Details, im Licht und im Schatten, gilt es zu entdecken. High Dynamic Range Image, kurz HDRI, heißt das digitale Verfahren, welches diese Bilder mit dem unglaublich weiten Kontrastumfang möglich macht.

Dazu erzeugt der Fotograf eine Belichtungsreihe mit zum Beispiel fünf verschiedenen Belichtungswerten. Diese fünf Bilder werden am Computer zu einem HDR-Bild zusammengesetzt. Das HDR-Bild bietet Zeichnung im Schatten, wo ein herkömmliches Bild nur ein einheitliches Schwarz zeigt, und Zeichnung in den Lichtbereichen, die sonst nur weiß dargestellt werden.

Dolby erwirbt Nutzungsrechte an HDR-Software

Die Abteilung Computergraphik des Max-Planck-Instituts für Informatik in Saarbrücken hat nun eine Bildverarbeitungstechnologie entwickelt, die den Spagat schafft, die volle Bandbreite der Lichtinformation auf einem HDR-fähigen Monitor darzustellen, gleichzeitig aber das Bild auf einem normalen Monitor korrekt anzuzeigen. Die von Ray Dolby 1965 in England gegründete und 1976 in die USA verlagerte Firma Dolby Laboratories hat jetzt die Nutzungsrechte an dieser Bildverarbeitungstechnologie erworben.

Dolby will damit eine Anwendung für Bildschirme der nächsten Generation entwickeln. Denn HDRI ist inzwischen nicht mehr nur etwas für kreative Fotokünstler, die damit die Annäherung des Bildes an die Realität schaffen wollen. HDRI ist nun auch reif für das bewegte Bild, für den Film. Und da kommt das Verfahren aus Saarbrücken ins Spiel. Denn es reduziert die anfallenden Datenmengen drastisch.

Arbeitsgruppe Computergrafik forscht schon länger an HDR-Verfahren

„Dolby Laboratories ist der perfekte Lizenznehmer für diese Erfindung. Dolby ist in der Lage, diese Erfindung in eine großartige Bildverarbeitungstechnologie für hervorragende Unterhaltungserlebnisse umzusetzen“, so Bernd Ctortecka, der bei Max-Planck-Innovation für die Lizenzvergabe zuständige Manager. Die Arbeitsgruppe Computergrafik um Hans-Peter Seidel beim Max-Planck-Institut für Informatik in Saarbrücken ist schon seit einigen Jahren in Sachen HDRI unterwegs.

So hat Rafal Mantiuk aus dieser Gruppe schon 2006 für ein von ihm entwickeltes Computerprogramm, das den Umgang mit den datenintensiven HDR-Bildern erheblich erleichterte, den Heinz-Billing-Preis zur Förderung des wissenschaftlichen Rechnens erhalten. Das Problem mit den HDR-Bildern: Handelsübliche Monitore oder Drucker können das große Farb- und Kontrastspektrum dieser Bilder nicht wiedergeben. Dazu kommt – auch heute noch – dass die Riesen-Bilddateien die meisten Computer an ihre Grenzen bringen. Es ist daher notwendig, die Dateien zu komprimieren.

Basis ist Fachwissen über das menschliche Auge

Das raffinierte Computerprogramm basierte grundlegend auf dem Fachwissen über das visuelle Wahrnehmungssystem des Menschen. Die von Mantiuk entwickelten Bild- und Videoformate können die visuelle Information, also die Helligkeit und die Farbigkeit, mit höherer Qualität kodieren, als das menschliche Auge sie wahrnehmen kann. Und diese Bilddateien komprimierte Mantiuk auf handliche Dateigröße, ohne dass die für die Wahrnehmung des menschlichen Auges bedeutende Details und Farben verloren gehen.

Das Computerprogramm erkennt, welche Daten des Bildes wichtig sind und welche wegfallen können, ohne eine Verschlechterung der Wahrnehmung des Bildes zu erzeugen. Zudem liefert das Programm Dateiformate, die mit anderen Bildverarbeitungsprogrammen kompatibel sind. Somit ist ein unproblematischer Austausch zwischen den verschiedenen Programmen möglich.

Monitore und Drucker können kein HDR

Das Problem bei den HDR-Bildern ist, dass sie durch den extremen Kontrast- und Farbumfang als 32-Bit-Bild vorliegen. Die meisten digitalen Bilder verwenden allerdings nur 256 Helligkeitsstufen – das sind 8-Bit – für jeden der Rot-, Grün- und Blau-Farbskala. Diese geringe Farbtiefe reicht oft nicht aus, um die in natürlichen Szenen vorkommende Helligkeit und Farbigkeit wiederzugeben. Höhere Farbtiefen werden aber nicht verwendet, weil die Bildschirme und die Drucker zu deren Darstellung ohnehin nicht fähig sind. Die herkömmlichen Monitore oder Drucker können in der Regel nur 8-Bit oder bestenfalls 16-Bit-Bilder darstellen. Daher muss das 32-Bit-Bild möglichst ohne Verluste in ein darstellbares Bild herunterkonvertiert werden.

HDR-Bilder gehen auf ein schon fast dreißig Jahre altes spezielles Renderingverfahren zurück, welches der HDR-Pionier Greg Ward Larson entwickelt hat. HDR war deshalb lange Zeit nur etwas für Computer-Nerds oder für Menschen mit besonderer technischer Neigung und vor allem sehr viel Zeit. Erst mit der zunehmenden Digitalisierung kam die HDRI-Technologie aus ihrer Nische heraus. Heute ist es mit jeder digitalen Spiegelreflexkamera und einem robusten Stativ möglich, mittels der Funktion der automatischen Belichtungsreihe die für ein HDR-Bild benötigten unterschiedlich belichteten Bilder aufzunehmen. Diese werden einfach per Software zu einem HDR-Bild kombiniert.

Beim Druck bestimmt das Umgebungslicht den Kontrast

Ausdrucken lassen sich diese HDR-Bilder allerdings immer nur konventionell, also als Low-Dynamic-Range-Bild, weil bei einem Druck die maximale Helligkeit stets von der Umgebungsbeleuchtung abhängt. Eine Lösung für diese physikalische Grenze wäre beispielsweise selbstleuchtendes Papier.

Interessanter scheint daher der Weg zu sein, an einer neuen Generation von Monitoren zu arbeiten, die den vollen Kontrast- und Farbumfang eines HDR-Bildes darstellen können. Denn hier leuchten Pixel und es geht einzig darum, diesen Pixeln das volle Spektrum an Helligkeit und an Farbigkeit beizubringen. Dolby Laboratories will nun mit der Lizenz aus Saarbrücken diese Monitore entwickeln.

Dolby will beim Bild neue Maßstäbe setzen

Jeder kennt den Begriff Dolby aus der Akustik. Ray Dolby entwickelte in den Sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts ein Verfahren zur Rauschunterdrückung bei der Audiowiedergabe. Doch die Firma Dolby will auch beim Bild neue Maßstäbe setzen. Schon vor fast zehn Jahren kaufte Dolby von der Firma BrightSide Technologies den Prototypen eines HDR-Bildschirms. Dieser Prototyp war ein Flüssigkristallbildschirm, der nicht von einer gleichmäßigen Lichtquelle, sondern von einer Matrix aus Leuchtdioden mit individuell regelbarer Helligkeit beleuchtet wird. So werden Bilddetails vom LC-Bildschirm angezeigt, während die großen Helligkeitsunterschiede durch die Leuchtdioden modelliert werden.

Dieser Prototyp erreichte einen Kontrastumfang von 200 000 zu 1. Eine typische Szene, die ein Mensch betrachtet, bringt es auf einen Kontrastumfang von 10 000 zu 1. Ist allerdings eine Lichtquelle – zum Beispiel die Sonne – im Bild und gleichzeitig ein Innenraum, so ist der Kontrastumfang wesentlich größer. Dann schlägt die Stunde für HDR.

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Von Detlef Stoller
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