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Mit dem Histogramm zur perfekten Belichtung

Das Histogramm ist das perfekte Hilfsmittel um die Belichtung kontrollieren zu können. Denn zu viele äußere Einflüsse können den Eindruck auf dem Kameradisplay und auch den Eindruck am Computer beeinflussen. Das Histogramm bietet hingegen eine objektive, statistische Auswertung der Helligkeitsverteilung und ist aus diesem Grund verlässlicher als jede optische Kontrolle am Monitor.
Zusätzlich zu diesem Blogeintrag kannst du dir auch das folgende Video ansehen. Ich habe in diesem Tutorial alles zusammengetragen, was ich über das Histogramm weiß und was du ebenfalls wissen solltest, um es sinnvoll einsetzen zu können. Vom Umfang und der Arbeit, die hinter diesem Video steckt, hätte ich es auch als Videotraining verkaufen können. Ich möchte aber, dass alle so eine Grundlage wie das Histogramm wirklich drauf haben, weshalb ich das Video kostenlos auf YouTube bereitstelle. Wenn es dir gefällt, dann teile es doch bitte mit Freunden und Bekannten, die ebenfalls davon profitieren könnten. Damit hilfst du mir sehr! :-)

Um das Histogramm vollständig zu verstehen, ist zuerst ein kleiner Ausflug in die Statistik notwendig:  

Was ist ein Histogramm?

Darstellung eines Histogramms in der Statistik
Das Histogramm ist eine in der Statistik gebräuchliche, grafische Darstellungsform (= ein Diagramm) von Häufigkeitsverteilungen.  Es erfordert die Einteilung der Daten in Klassen, die eine konstante oder variable Breite haben können. Es werden direkt nebeneinander liegende Rechtecke von der Breite der jeweiligen Klasse gezeichnet, deren Flächeninhalte die Häufigkeit der jeweiligen Klasse darstellen. Die Höhe jedes Rechtecks stellt dann die Häufigkeitsdichte dar, also die Häufigkeit dividiert durch die Breite der entsprechenden Klasse. Das Histogramm eignet sich deshalb besonders gut zur Darstellung von Verläufen von Häufigkeitsverteilungen. Und genau so einen Verlauf haben wir in jedem einzelnen Foto, welches wir aufnehmen.
In der Fotografie gibt es im Grunde 2 verschiedene Typen von Histogrammen:
  1. Das Histogramm der Grauverteilung im Bild (auch Helligkeitsverteilung oder Kontrastumfang)
  2. Das Histogramm der Farbverteilung im Bild, aufgetrennt nach Farbkanal (in der Regel RGB)
Die erste Variante ist die, die am häufigsten eingesetzt wird, auch weil die konkrete Farbverteilung der einzelnen Farbkanäle für die Belichtung keine vordergründige Rolle spielt. Mit der ersten Variante können wir aber sehr klar und deutlich die Belichtung eines Bildes beurteilen und dafür sorgen, dass wir ein möglichst optimales Ergebnis für eine spätere Nachbearbeitung bekommen.

Aufbau des Grauwert-Histogramms in der Fotografie

Das Histogramm, welches du in der Kamera einblenden kannst oder welches du auch in Lightroom und Photoshop siehst, ist eingeteilt in 255 Balken, die jeweils einen Grauwert repräsentieren. Diese Zahl ergibt sich aus dem Aufbau des RGB-Farbraumes für die Darstellung auf Monitoren, welcher eine Farbtiefe von 8 Bit aufweist. Hierzu ein kurzer Exkurs in die binäre Welt der Computer:
Ein Bit kann die Zustände 0 und 1 annehmen, es ist die kleinste, digitale Einheit. Auf die Fotografie bezogen ist ein Bit entweder rein weiß oder rein schwarz. Um Zwischenstufen einnehmen zu können, kann man mehrere Bits zusammenfassen: 2 Bit erlauben es schon 4 verschiedene Zustände darzustellen (00, 01, 11, 10). Die Anzahl der Möglichkeiten verdoppelt sich also mit der Zugabe eines weiteren Bit. Das bedeutet, dass 8 Bit insgesamt 256 verschiedene Zustände darstellen können. Für die Fotografie bzw. die Darstellung von Bildern auf einem Computer bedeutet das, dass ein Pixel auf einem Foto die Möglichkeit hat, 256 verschiedene Abstufungen einer Farbe darzustellen. Und da im Farbmodell RGB alle Farben durch das Mischungsverhältnis von Rot, Grün und Blau erzeugt werden können, haben wir einen maximalen Farbumfang von 256 x 256 x 256 = 16,7 Mio. Farben. Bezogen auf die Grauverteilung bleibt es aber bei den 256 verschiedenen Zwischenstufen, da hier nur eine Helligkeits- aber keine Farbinformation vorhanden ist. Das Histogramm kommt damit auf 255 Balken, da der erste und letzte Wert der Anfang bzw. das Ende eines Balkens darstellen, damit das Histogramm abgeschlossen werden kann.  Das Histogramm bildet damit eine grafische Darstellung der Verteilung der 255 möglichen Grauabstufungen in einem Foto ab.
Tonwertkorrektur in Photoshop mit Darstellung eines Grauwert-Histogramms

Auf der X-Achse des Histogramms befinden sich die Grauwerte, angefangen mit Schwarz (ganz links) bis hin zu Weiß (ganz rechts). Die Y-Achse enthält die Information darüber, wie häufig ein einzelner Grauwert im Bild vorhanden ist.
Die gleiche Darstellung finden wir übrigens auch in verschiedenen Tools für die Kontrastentwicklung, z.B. der Tonwertkorrektur oder der Gradationskurve in Photoshop und Lightroom.

Das Histogramm richtig lesen

Histogramm eines Bildes mit hohem Schwarz-Anteil
Histogramm eines Bildes mit ausgewogener Belichtung
Histogramm eines Bildes mit kontrastreicher Belichtung
Histogramm eines Bildes mit hohem Weiß-Anteil

Für uns Fotografen sind die beiden wichtigsten Punkte in einem Helligkeits-Histogramm ganz außen links und rechts. Denn dort können wir ablesen, ab wann ein Bild in den Höhen oder Tiefen KEINE Informationen mehr enthält, es also entweder "ausbrennt" (in den Höhen) oder "absäuft" (in den Tiefen). Das passiert, wenn der erste oder letzte Balken des Histogramms eine maximale Höhe erreicht. Das bedeutet, dass es im Bild Pixel gibt, die rein Schwarz oder rein Weiß sind und damit keine Informationen mehr enthalten. Und das ist auch der Punkt, ab dem viele Kameras eine Über- oder Unterbelichtungs-Warnung ausgeben. Das Bild ist dann an einer Stelle so hell oder so dunkel, dass an dieser Stelle keine Bildinformationen mehr vorhanden sind. Der Bereich ist sozusagen "kaputt". Stößt aber weder der linke noch der rechte Teil des Histogramms an den Rand, können wir sicher sein, dass alle Bildbereiche noch tatsächlich Bildinformationen enthalten (auch wenn es auf dem Monitor der Kamera bereits wie Schwarz oder Weiß aussieht). So lässt sich mit einem Blick schnell feststellen, wie ein Bild belichtet ist. Das muss NICHT heißen, dass an dem Histogramm abgelesen werden kann, ob ein Bild korrekt belichtet ist. Denn eine Aufnahme im Schnee unter blauem Himmel sieht auf dem Histogramm stark nach rechts verschoben aus, weil ein Großteil des Bildes tatsächlich sehr hell oder weiß ist. Für das Bild selbst ist das aber auch so gewollt. Würde hier eine neutrale Belichtung angestrebt, also eine Belichtung, die sich im Histogramm in der Mitte bewegt, wäre der Schnee grau und das Bild wenig ansehnlich. Das Histogramm sagt dir daher tatsächlich nur, WIE ein Bild belichtet ist, aber nicht, ob es KORREKT belichtet ist. Dennoch ist diese Information viel wert, besonders dann, wenn du Situationen mit einem sehr hohen Kontrastumfang fotografierst. Es gibt aber ein Problem, wenn du das Histogramm in der Kamera benutzt, und das ist deine Aufnahmeart: Alles, was ich dir bisher hier erklärt habe, lässt sich nur dann 1:1 umsetzen, wenn du in JPEG fotografierst! Aber was ist mit RAW? Auch wenn du RAW fotografierst, kannst du dir schließlich ein Histogramm einblenden lassen. Und das stimmt natürlich, dieses Histogramm zeigt dir dann aber nicht die ganze Wahrheit:

Das RAW-Problem

Das Problem, was jede Kamera konstruktionsbedingt hat, ist: RAW-Dateien lassen sich nicht direkt anzeigen. RAWs enthalten die Rohdaten des Sensors, die noch nicht den Beschränkungen eines Dateiformates oder eines Farbraumes unterworfen sind. Deshalb benötigen wir "Interpreter" wie z.B. Lightroom oder Camera RAW, die diese Rohdaten für uns interpretieren und verarbeitbar machen. Aber was ist dann das, was wir hinten auf der Kamera sehen, nachdem wir ein RAW-Bild aufgenommen haben? Das ist ein durch die Kamera in die RAW-Datei eingebettetes JPEG-Bild, was nur der Vorschau dient. Und das Histogramm, was die Kamera daneben anzeigen kann, basiert nur auf diesem JPEG und NICHT auf dem RAW-Bild. 
Ich habe dir schon erklärt, dass die Darstellung auf nahezu allen Kameras und Monitoren immer eine Farbtiefe von 8 Bit aufweist. Dasselbe gilt natürlich auch für das Vorschaubild auf deiner Kamera. Vielleicht hast du aber auch schon einmal gelesen, dass deine Kamera 12 oder sogar 14 Bit RAWs aufnehmen kann! Das sind extrem viel mehr Bildinformationen, als sie ein JPEG enthalten kann! Du erinnerst dich an die Rechnung von oben? 8 Bit Farbtiefe ergeben insgesamt 16,7 Mio. möglicher Farben. 12 Bit hingegen ergeben 4096 x 4096 x 4096 = 68,7 Mrd. Farben und auch 4096 statt nur 256 Grauabstufungen! Wo bleiben also diese ganzen Informationen? Das RAW enthält sie und im RAW-Konverter kannst du auch tatsächlich mit ihnen arbeiten. Aber das Histogramm hinten auf deiner Kamera enthält sie nicht! Und das führt dazu, dass ein Bild, was laut Histogramm auf deiner Kamera an einer Stelle über- oder unterbelichtet ist, im RAW noch keineswegs an diese Grenze gekommen sein muss. Das hat nicht direkt etwas mit dem Farbumfang, sondern mehr mit dem Dynamikumfang des Sensors zu tun, der Farbumfang ist aber für die Darstellung trotzdem die Limitierung. Hier ist es allerdings stark kameraabhängig, wie viel "Spielraum" das RAW und der Kamerasensor noch nach links und rechts haben. In der Regel ist es aber so, dass 2 Blendenstufen Unter- oder Überbelichtung im RAW noch kein Problem darstellen. Moderne Sensoren sind auch mit 3 Blenden drüber oder drunter noch nicht am Limit. Und diesen Umstand musst du immer im Hinterkopf haben, wenn du das Histogramm in der Kamera nutzt und gleichzeitig deine Bilder in RAW aufnimmst. Das dir gezeigte Histogramm ist nur ein Ausschnitt aus der Mitte des "eigentlichen" Histogramms. Das bedeutet, dass du eine sehr konservative Einschätzung deiner Belichtung erhälst, was Fluch und Segen zugleich sein kann. Um das näher zu erklären wird der nächste Absatz jetzt etwas zahlenlastig werden, lies ihn dir daher vielleicht mehrfach durch:
Stell dir vor, du fotografierst eine Szene mit hohem Dynamikumfang. Beispielsweise aus einem Innenraum heraus durch ein Fenster. Draußen ist strahlender Sonnenschein, drinnen herrscht Dunkelheit. Wenn du jetzt versucht, deine Belichtung so hinzubiegen, dass dein Histogramm auf der Kamera weder links noch rechts anschlägt und dir ausgebrannte oder abgesoffene Bereiche suggeriert, wirst du daran scheitern. Der Kontrastumfang ist einfach zu hoch. Du kannst entweder den Innenraum richtig belichten, hast dann aber ein überbelichtetes Fenster oder du belichtest den Außenbereich richtig und hast dann einen unterbelichteten Innenraum. Jetzt weißt du aber, dass dein Sensor eigentlich mehr kann, als dir das Histogramm suggeriert. Und jetzt kannst du folgendes ausprobieren: Die meisten Kameras sind auf Drittelschritte eingestellt, was bedeutet, dass du eine Blendenstufe (1EV) verstellst, indem du die Blende oder die Belichtungszeit mit 3 Klicks des Einstellrädchens verstellst (ob das bei deiner Kamera auch so ist, kannst du im Handbuch nachlesen und ggf. auch in der Kamera verstellen). Und wie du vorhin schon gelernt hast, sind RAWs durchaus in der Lage 2 Blendenstufen (EV) Unter- oder Überbelichtung zu kompensieren. Belichte dein Bild jetzt so, dass du möglichst viele Informationen in den Mitten erhältst. Das kann auf dem Histogramm trotzdem sehr wenig aussehen, aber versuche, den mittleren Bereich des Histogramms so gut es geht zu füllen, in dem du deine Belichtung so anpasst, dass die Mitteltöne in deinem Bild deutlich hervorkommen. Dann sind jetzt immer noch die Schatten und Lichter im Histogramm am Anschlag. Und jetzt gehst du daher und reduzierst deine Belichtung um 2EV (indem du das Einstellrädchen 6 Klicks drehst). Wie ändert sich dein Histogramm? Sind die hellen Bereiche immer noch am rechten Anschlag oder konnte die Reduzierung um 2EV die hellen Bereiche soweit in die Mitte des Histogramms herüberziehen, dass alle im Bild befindlichen Highlights noch nicht am rechten Histogramm-Rand anstoßen? Wenn das der Fall ist, weißt du, dass dein RAW-Bild in Wahrheit gar nicht überbelichtet wäre, wenn du deine ursprüngliche, auf die Mitten abzielende Belichtung beibehältst. Nur das JPEG-Vorschaubild der Kamera brennt an dieser Stelle aus, im RAW kannst du die Lichter aber trotzdem noch "retten". Das gleiche Spielchen machst du jetzt noch einmal mit den Tiefen. Stell wieder deine ursprüngliche Belichtung ein und belichte das Bild jetzt 2EV über. Wie hat sich der Tiefen-Bereich des Histogramms verändert? Sind auch dort alle Schatten sichtbar geworden und keine Bereiche stoßen mehr an den linken Rand? Dann weißt du jetzt, dass deine ursprüngliche Belichtung ein RAW-Bild hervorbringt, welches in Wahrheit an KEINER Stelle über- oder unterbelichtet ist. 
Natürlich wird es auch Situationen geben, in denen selbst dieser 2EV-Puffer nicht mehr ausreicht. Dann hilft nur eine Belichtungsreihe, bei der du mehrere Bilder mit unterschiedlichen Belichtungen aufnimmst und diese dann später miteinander verrechnest (und damit ein HDR-Bild erzeugst). Aber das Beispiel macht deutlich, welche Macht und welche Informationsdichte in einem RAW-Bild steckt. Das ist der Segen. Der Fluch ist, dass die Kamera nicht in der Lage ist, dir diese zusätzlichen Möglichkeiten auch anzuzeigen. Daher musst du dir mit dieser manuellen Überprüfung der Belichtung selbst helfen.

Hinter dieser Geschichte steckt aber auch eine weitere, wichtige Erkenntnis: Traue deiner Kamera nicht! Selbst wenn sie dir eine Über- oder Unterbelichtung anzeigt, muss das noch lange nicht der Wahrheit entsprechen (solange du RAW fotografierst). Und das ist auch der Grund, warum ein RAW-Bild unbedingt entwickelt werden sollte: Das Potenzial, was noch in dieser Datei steckt, kann erst dann ausgeschöpft werden, wenn du wirklich eine RAW-Entwicklung in z.B. Lightroom durchführst. 

Die Notwendigkeit der RAW-Entwicklung

Ich habe dir vorhin gesagt, dass dein Bild tatsächlich NICHT über- oder unterbelichtet ist (im RAW), wenn du nach links und rechts noch 2EV "Platz" hast. Und jetzt importierst du das Bild in den RAW-Konverter deiner Wahl und dort kommt der Schock: Das bist ist ja DOCH über- oder unterbelichtet!
Und hier schließt sich jetzt der Kreis zum Verständnis dieser ganzen Thematik: Dein Display, so gut es auch sein mag, stellt dir wieder nur ein 8 Bit Vorschaubild dar. Und auch das Histogramm in z.B. Lightroom basiert wieder nur auf einem JPEG-Vorschaubild der RAW-Datei. Aber die Informationen, die das RAW enthält, sind trotzdem noch da! Und das ist der Schlüssel zur RAW-Entwicklung. Denn genau für diesen Umstand sind RAW-Konverter entwickelt worden: Sie erlauben dir, die Informationen des RAW, die eigentlich auf unseren Geräten nicht darstellbar sind, wieder in einen anzeigbaren Bereich zu überführen. Bleiben wir bei dem Beispiel von oben: In Lightroom ist das Bild jetzt doch über- und unterbelichtet und auch das Histogramm sieht so aus, wie auf der Kamera. Jetzt stehen dir in Lightroom aber z.B. der "Lichter-" und "Tiefenregler" zur Verfügung. Und wenn du diese jetzt nutzt, verschiebst du die Lichter- und Tiefeninformationen vom unsichtbaren Bereich außerhalb des Histogramms wieder in den darstellbaren Bereich hinein und "rettest" so die Schatten & Lichter. Versuchst du das selbe mit einem JPEG, wirst du nur sehr schlechte Ergebnisse erzielen. Denn die Regler sind dann nicht in der Lage, auf zusätzliche Informationen außerhalb des darstellbaren Bereichs zurückzugreifen, sondern können nur die Informationen manipulieren, die bereits angezeigt und auch im Histogramm dargestellt werden. Und wenn dort dann Bereiche ausbrennen oder absaufen, dann sind sie wirklich irreparabel und werden höchstens abgedunkelt oder aufgehellt, es treten aber keine Bildinformationen mehr aus ihnen hervor!

Einen letzten Aspekt musst du aber noch verstehen, bis wir dieses Thema abhaken können: Das Histogramm, was dir in Lightroom angezeigt wird (oder auch hinten auf der Kamera) muss zwar nicht die volle Wahrheit zeigen, es IST aber die volle Wahrheit in dem Moment, in dem du das Bild exportierst und irgendwo anders als in Lightroom zeigst. Denn auf Facebook, auf deiner Website oder wo auch immer du das Bild zeigst ist es nach dem Export kein RAW mehr und alle Informationen werden dann auf die nötigen 8 Bit herunter gebrochen und fest in die Datei "eingebrannt". Ein Beispiel zur Verdeutlichung: Du ziehst in Lightroom den Kontrast sehr hoch. Das bedeutet du spreizt das Histogramm und schiebst Informationen von der Histogramm-Mitte aus hin zu den Rändern. Der Abstand zwischen weiß und schwarz vergrößert sich und dein Bild bekommt mehr Kontrast. Das kann auch dazu führen, dass Bildteile absaufen oder ausbrennen, was dir das Histogramm in Lightroom auch darstellt. Solange du jetzt in Lightroom drin bleibst, kannst du den Kontrast natürlich einfach wieder zurücknehmen und schon verschwinden auch die ausgebrannten oder abgesoffenen Stellen wieder aus deinem Bild, weil die Informationen in den "unsichtbaren" Bereich des RAW-Histogramms gewandert sind und von dort natürlich auch wieder zurückgeholt werden können. Exportierst du aber das Bild als JPEG für den Upload auf deiner Website oder auch für den Druck z.B. dann fixierst du das Histogramm an der Stelle, an der es gerade war und genau dieses Histogramm stellt dann für dich die volle Wahrheit dar. Das heißt im Umkehrschluss: Das Histogramm einer RAW-Datei in Lightroom enthält mehr Informationen als selbst in Lightroom angezeigt werden. Es stellt aber genau den Bereich dar, der später beim Export das fertige JPEG-Bild ausmachen wird. Das Histogramm ist also für die Bearbeitung selbst z.T. "falsch", sobald du die Bearbeitung abschließt wird es aber "wahr".

Und jetzt danke ich dir, dass du diesen Artikel bis zum Schluss durchgelesen hast. Ich weiß, dass er z.T. sehr theoretisch ist (weshalb ich auch ein so ausführliches Video noch dazu gemacht habe), die Grundlagen sind aber enorm wichtig und hilfreich für die perfekte Beherrschung der Belichtung in deiner Kamera und auch in der Nachbearbeitung. Übrigens: Falls du auch noch einmal ein Buch zu dem Thema lesen möchtest, empfehle ich dir Light - Science and Magic (Affiliate Link), das einzige Buch, was ich selber noch regelmäßig aufschlage. Es beschäftigt sich nicht nur mit dem Histogramm sondern mit komplexen Lichtsetzungen im Allgemeinen und bietet für jedes erdenkliche Problem eine Lösung. Und auch auf das Histogramm wird dort immer wieder intensiv eingegangen.

Ich hoffe, ich konnte dir mit diesem Artikel und dem Video helfen! Lass mir doch dazu einen Kommentar da!

Bis nächste Woche,

 

Tobi



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Kommentare: 6
  • #1

    Andreas (Sonntag, 17 Juli 2016 08:38)

    Super gut erklärt und wirklich nachvollziehbar! Danke dafür und weiter so gute Artikel

  • #2

    Rene (Sonntag, 17 Juli 2016 10:27)

    Vielen Dank, super Erklärung!

  • #3

    dirk (Sonntag, 17 Juli 2016 12:51)

    Top erklärt. Jetzt verstehe ich das ein oder andere Problem beim RAW besser. Danke sehr.

  • #4

    Doris (Sonntag, 17 Juli 2016 13:46)

    Vielen Dank!!!
    Endlich mal einer der beim Thema bleibt und nicht irgendwelche anderen Gescichten mit einbaut.
    Super

  • #5

    Matthias (Sonntag, 17 Juli 2016 18:32)

    Das Histrogramm (in PS) zeigt Tonwerte an nicht Helligkeit. Das ist ein elementarer Unterschied. Tonwerte und Helligkeit haben soviel miteinander zu tun wie PS um km/h beim Auto. Es gibt eine Abhängigkeit. Diese ist aber indirekt und kann irreführend sein. Deshalb macht das Histogramm der Tonwerte auch so viele Schwierigkeiten bei der Interpretation von (in deinem Falle) Luminanz.

    Ein Tonwert bezeichnet den Grad von An- oder Abwesenheit von Farbe in den Kanälen RGB. Mal ein Beispiel: Nimm ein Bild aus 4 Bildpunkten. Alle rot bei 8-bit (255,0,0). Dann hat Dein Histogramm die Tonwerte 8x0 und 4x255. Deshalb hast Du aber nirgendwo einen dunklen Bereich. Es ist ja schließlich knallig rot. Sondern einfach nur 8x den Wert 0. Das bedeutet: Keinen Grün- und keinen Blau-Anteil. Das ist alles. Dein Bericht kommt der Sache schon näher, wenn Du aus dem Farbbild ein Bild mit Grauverlauf machst. Dann stimmt es. Kleiner Tonwert = dunkel. Großer Tonwert = hell.

  • #6

    BernieGator (Dienstag, 29 August 2017 11:29)

    Erst mal vielen Dank, ich bin über Deine Seite gestolpert weil ich nach ETTR gegoogelt habe und nun verweile ich schon geraume Zeit hier zum Schmökern. Super erklärt, sehr klar und strukturiert, jeder Satz enthält viel wertvolle Information.
    Auch Deine Werke sind alle klasse - ein großes Lob sei Dir beschieden als auch Dank für die ganze Arbeit das zu schreiben und zu sharen, ich weiss wieviel Zeit das benötigt. Ich habe Deinen Channel abonniert und freue mich auf alles, was mich da erwartet.