Rubrik: Grundlagenwissen

Was ist eigentlich Moiré?

2004-04-19 Manch einer hat sich in seinen Digitalfotos schon über Bildinformationen gewundert, die ganz offensichtlich im Motiv gar nicht vorhanden waren. Häufig ist Moiré die Ursache für diese Effekte. Genau genommen gibt es in der digitalen Fotografie sogar zwei Erscheinungen, die als Moiré bezeichnet werden: so genanntes Farbmoiré, das durch Interpolationsfehler bei der Farbinterpolation entsteht sowie andererseits störende Strukturen, die im Bild durch Wechselwirkungen von Objektstruktur und Sensorstruktur entstehen.  (Michael Guthmann, Jan-Markus Rupprecht)

   RGB-Farbmosaik Bayerpattern [Foto: MediaNord]
  

Um das Phänomen Farbmoiré zu verstehen, muss man sich anschauen, wie gängige Bildsensoren in Digitalkameras die farbigen Bildinformationen "sehen". Mit Ausnahme der X3-Sensoren des Herstellers Foveon sind alle in digitalen Kameras eingesetzten Bildsensoren prinzipiell zunächst einmal "farbenblind" und möchten sichtbares Licht jeder Wellenlänge in elektrische Ladung umwandeln. Ein "roher" Sensor könnte von jedem Pixel also nur die verschiedenen Helligkeitsstufen aufzeichnen – am Ende würde ein Graustufenbild entstehen. Um dennoch Farbbilder zu erhalten, wird zu einem Trick gegriffen: Es wird ein Filtermosaik (sog. Bayerpattern) mit den Grundfarben Rot, Grün und Blau aufgebracht, so dass jedes einzelnes Sensorelement nur noch für einen begrenzten Farbbereich empfindlich ist. Da die Farbempfindlichkeit des menschliche Auges bzw. des Gehirns seine höchste Empfindlichkeit im grünen Wellenlängenbereich besitzt, wird eine Verteilung gewählt, bei der doppelt so viele grüne wie rote und blaue Pixel vorhanden sind.

   Beispiel Farbrauschen [Foto: MediaNord]
 

Farbrauschen durch Vergrößerung und
Erhöhung der Farbsättigung sichtbar gemacht
  

  Entstehung von Moire [Grafik: MediaNord]
 

Die Entstehung von Moiré als Interferenzmuster
zweier Raster (hier Linienraster der Vorlage
und Punktraster des Bildsensors)
  

Durch diese aufgebrachten Filter zeichnet jedoch jedes Pixel nur eine Farbinformation auf. Damit nun in an jeder Stelle im Bild später die gesamte Farbinformation vorhanden ist, werden die fehlenden Farbinformation aus den jeweiligen Nachbarpixeln errechnet. Diese Berechnungen sind recht komplex und können – besonders an Stellen mit sehr feinen Strukturen und hohem Kontrast – zu Fehlern führen. Bei der Berechnung der Farbinformation wird angenommen, dass benachbarte Pixel auch die gleiche Farbinformation beinhalten. Ist dies nicht der Fall, verrechnet sich der Algorithmus und das entsprechende Pixel im Bild wird in falscher Farbe dargestellt. Ein typisches Beispiel für die falsche Berechnung der Farbe sind farbige Kanten bei Übergängen von Schwarz nach Weiß (siehe Bild Siemensstern).

Das andere "echte" Moiré ist schon bekannt aus der Druckindustrie. Kurz gesagt entsteht das Moiré durch Wechselwirkungen von Strukturen im aufgenommenen Objekt mit der regelmäßigen Sensorstruktur. In der analogen Fotografie gibt es dieses Phänomen nicht, denn dort sind die für die Aufnahme verantwortlichen Silbersalzkristalle zufällig verteilt und haben unterschiedliche Größen. Um die Erscheinung in der digitalen Fotografie zu verstehen, ist es am einfachsten die Moiré-Entstehung im (Offset-)Druck näher zu betrachten. Das übliche regelmäßige Druckraster liegt in einem bestimmten Winkel auf dem Bild. Eine regelmäßige Struktur im Bild bildet ebenfalls einen bestimmten Winkel zum Raster. Je nachdem, ob beim Druck ein Rasterpunkt auf dem "Schwarz" oder "Weiß" des Motivs liegt, wird er voll oder gar nicht gedruckt. Probleme ergeben sich aber auf den Kanten der Strukturen. Hier muss entweder ein Punkt gedruckt werden oder nicht. So werden in regelmäßigen Abständen "Punkthaufen" gedruckt, die unser Auge unwillkürlich miteinander zu neuen Strukturen verbindet. Da in der digitalen Fotografie die Vorlage ebenfalls mit einer regelmäßigen Struktur abgetastet wird, kommt es hier zum gleichen Effekt.

Das Phänomen Moiré ist also physikalisch bedingt und tritt bei jeder digitalen Kamera auf. Es kann nicht vermieden werden. Zur Unterdrückung können lediglich einige Tricks angewandt werden, die allerdings negativen Einfluss auf andere Qualitätsparameter haben. Diese Maßnahmen zielen immer darauf, die Moiré verursachenden Strukturen möglichst nicht auf den Sensor zu übertragen. Eine Methode, die jeder anwenden kann, ist ein leichtes Defokussieren (unscharf stellen). Andere Methoden, wie beispielsweise optische Filter, sind meistens den professionellen Kameras vorbehalten. Im Amateurbereich wird oft schon beim Design der Objektive darauf geachtet, dass dieses Moiré verursachende Strukturen nicht überträgt. Würde man dies jedoch zu weit treiben, wäre wieder eine generelle Verschlechterung der Bildschärfe die Folge.

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Autor

Jan-Markus Rupprecht

Jan-Markus Rupprecht, 56, fotografiert mit Digitalkameras seit 1995, zunächst beruflich für die Technische Dokumentation. Aus Begeisterung für die damals neue Technik gründete er 1997 digitalkamera.de, das Online-Portal zur Digitalfotografie, von dem er bis heute Chefredakteur und Herausgeber ist. 2013 startete er digitalEyes.de als weiteres Online-Magazin, das den Bogen der digitalen Bildaufzeichnung noch weiter spannt.