Tonwerte und Tonwertkorrekturen in der digitalen Bildbearbeitung

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Jedes digitale Bild besteht aus Pixeln. Diese Bildelemente (picture elements - pixel) reihen sich in Zeilen und Spalten aneinander und formen dadurch ein Bild. Ein Bild ist sozusagen ein Pixel-Mosaik, das erst durch den Zusammenhang vieler Tausend Pixel  in unserem Auge als Bild erscheint.

Die Farbe der Pixel entsteht durch das Übereinanderlegen der drei Farbkanäle Rot, Grün und Blau (RGB-Modus). Diese drei Farbkanäle sind in 256 Farbnuancen unterteilt, die Tonwerte genannt werden und von 0 bis 255 reichen. Die Farbnuance "0" eines jeden Farbkanals ist die dunkelste. Haben alle drei Kanäle den Tonwert 0, erscheint das entsprechende Pixel schwarz. Weiß erscheint, wenn alle Kanäle den Tonwert 255 aufweisen.

Die Zahl 256 ergibt sich aus dem 8-Bit-System. Bei 8 Stellen im binären Zahlensystem hat die größte Zahl (||||||||) den Wert 255. Zusammen mit 0 stehen also 256 Werte zur Verfügung.

Durch Mischung der drei Kanäle können 16777216 (256 hoch 3) verschieden Farben dargestellt werden.  Dadurch kann ein Digitalbild naturgetreue Farben zeigen.

Die Tonwertverteilung in jedem Farbkanal und im Gesamtbild lässt sich in einem Histogramm verdeutlichen. Ein Histogramm ist eine graphische Darstellung der Häufigkeitsverteilung von Tonwerten.

Man muss sich dieses Histogramm wie ein Koordinaten-System vorstellen, das auf der y-Achse die Häufigkeit der Pixel und auf der x-Achse die Tonwerte (von 0 bis 255) zeigt. Solche Histogramme gibt es in der Bildverarbeitung für Farbbilder und auch für Schwarz-Weiß-Bilder.

Wenn man Histogramme verschiedener Bilder betrachtet, wird man schnell feststellen, welche Tonwertverteilung ein gutes Bild und welche ein schlechtes kennzeichnet. Aber auch ohne jegliche Vorkenntnisse müsste einem klar erscheinen, dass Bilder mit vielen verschiedenen Tonwerten, also vielen verschiedenen Farben, echter wirken als solche, die nur wenige Farben haben und somit kontrast- und farblos sind.

Ein Bild mit guter Tonwertverteilung

Hier ist eindeutig zu erkennen, dass die Farben echt wirken. Das Bild sieht weder grau noch kontrastlos aus. Wie man am Histogramm erkennen kann, sind bei keinen Tonwerten übermäßig viele Pixel vorhanden. Die Tonwertverteilung ist ausgeglichen, somit optimal.

Ein Bild mit schlechter Tonwertverteilung

Das Bild wirkt grau. Es hat den Anschein, als wäre es kurz vor einem Gewitter gemacht worden. Auch am Histogramm sieht man, dass die Tonwerte schlecht verteilt sind und im dunklen und hellen Bereich sogar fehlen. 

Um dieses Bild zu verbessern, benutzt man die Tonwertkorrektur

Bei diesem Verfahren berechnet Photoshop eine gleiche Verteilung der Tonwerte auf die komplette Tonwertskala von 0 bis 255. Dadurch werden alle Tonwerte nutzbar gemacht, wodurch das Bild an Farbe gewinnt und mehr Kontrast entsteht. Man kann die Tonwertkorrektur automatisch von Photoshop durchführen lassen. Allerdings erzielt man bessere Ergebnisse, wenn man sie manuell durchführt, indem man die Marken für "schwarz" und "weiß" an den Rand des Histogramms schiebt. 

Bild nach der Tonwertkorrektur

Das Ergebnis zeigt ein ausgeglichenes Histogramm. Durch die Tonwertspreizung sind zwar Lücken innerhalb des Histogramms entstanden, aber der Gesamteindruck des Bildes ist deutlich verbessert.

Verwendete Daten:
Photos: Fabian Mumme

Verwendetes Programm:
Photoshop CS

Fabian Mumme (Dezember 2006) 

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Dr. Heribert Becker