Gastbeitrag: KI oder AI und das große Rauschen

von Thomas Hieronymi www.fotohiero.de

In der Fotografie gibt es immer Vor- und Nachteile für fast jede Entscheidung, die wir bei der Erstellung eines Fotos treffen. Man könnte auch sagen es ist eine gegenseitiges Geben und Nehmen von zwei Faktoren.
Die Belichtung ist das klassische Beispiel. Wenn wir bei gleichen Lichtverhältnissen eine kürzere Verschlusszeit wählen, opfern wir die Schärfentiefe und umgekehrt. 
Wenn wir aber kurze Verschlusszeiten mit viel Schärfentiefe haben wollen, brauchen wir mehr Licht oder müssen die Empfindlichkeit unseres Aufnahmemediums erhöhen.
Um bei schwachem Licht zu arbeiten, musste man früher einen Film mit höherem ISO verwenden, um kürze Verschlusszeiten und/oder mehr Schärfentiefe zu erhalten. Mit diesem höheren ISO ist aber auch die Größe des Filmkorns gestiegen, wodurch das Foto eben körniger/gröber wurde und Details verloren gingen. Damals waren die höchsten verfügbaren ISO-Filme 1600 für Farbe oder 3200 für Schwarz-Weiß. Wenn wir mit diesen Filmen fotografierten, war das Korn so groß wie „Golfbälle“.
Heute sind bei unseren Digitalkameras 1600 oder 3200 ISO brauchbare Bereiche, mit denen fotografiert werden kann. ISOs von bis zu 200.000 sind bei einigen Kameras verfügbar, wenn auch nicht unbedingt brauchbar. 
Jetzt haben Digitalkameras kein Korn wie ein analoger Film, aber sie haben „Rauschen“, was im Aussehen nicht allzu unterschiedlich ist. Bei niedrigen ISO-Einstellungen bis ca. 400 werden wir es wahrscheinlich kaum bis gar nicht als störend wahrnehmen. Wenn die ISO-Einstellung aber steigt, sehen wir immer mehr davon. Wenn wir also mit hohen ISOs fotografieren müssen, um z.B. Bewegung bei schlechten Lichtverhältnissen einzufrieren, haben wir sichtbares, störendes Korn/Rauschen. 
Das gute an der digitalen Fotografie ist, dass wir heute über Software dieses digitale Korn/Rauschen reduzieren können, aber dafür müssen wir (bisher) leider Schärfe opfern. Es ist immer ein Gleichgewicht zwischen der Zusammenarbeit dieser beiden konkurrierenden Verarbeitungsalgorithmen. Wir können natürlich das ganze Rauschen beseitigen, aber das hinterlässt ein matschiges, weiches oder künstlerisch/malerisches Aussehen. 
Die Art und Weise, wie man Schärfe und Rauschunterdrückung in Einklang bringt, ist eine zutiefst persönliche, fast religiöse Entscheidung für/von jedem Fotografen. Als ein Old-School-Filmtyp, sehen wir Rauschen als Korn und Teil des Prozesses und teilweise auch als Seele eines Fotos. Besonders wenn wir im Schwarz/Weiß Modus unterwegs sind.
Die Kontrolle von Rauschen ist für Fotografen unerlässlich, egal ob wir vorhandenes annehmen, teilweise extra hinzufügen, oder (ganz) entfernen. Wir wollen die Macht über das Rauschen haben, ohne auf Details zu verzichten. Und hier setzt KI an.
Künstliche Intelligenz (KI) verändert Computer und Fotografie, indem sie Dinge ermöglicht, die noch vor ein paar Jahren unmöglich waren. Gesichtserkennung, inkl. des linken oder rechten Auges oder auch die Objekterkennung sind Beispiele.
Soviel vorab und nun zu KI oder AI beim großen oder kleinen Rauschen.
Der KI/AI Ansatz: Und was ist AI? Artificial intelligence (AI) und bedeutet nichts anderes als Künstliche Intelligenz (KI)
KI-basierte Rauschunterdrückung: Nutzt maschinelles Lernen, um Luminanzrauschen und Farbrauschen bei einem entwickeltem Bild zu entfernen und gleichzeitig die Details beizubehalten, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
KI-basiertes Schärfen: KI-basiertes Schärfen verwendet spezielle Schärfealgorithmen, um Schärfe und Details basierend auf der Größe der noch vorhandenen Details auf dem Foto zu verbessern, möglichst ohne Halos und Artefakte, die andere Schärfetechniken erzeugen.
KI-basierte Demosaicing: Bei RAW-Fotos hängt der Anteil des Bildrauschens an der Eingangsdynamik des Sensors. Bei modernen Sensoren, die mehr als 14 Blenden Dynamikumfang haben, ist ein Großteil des Sensorrauschens bis ISO 800 bereits vor Erstellung des 12-bit-RAW abgeschnitten. Jenseits von ISO 800 werden auch Informationen auf dem Sensor für die Erstellung des RAWs verwendet, die bei optimaleren Verhältnissen unter „wegwerfen“ laufen. Hier versteckt sich das lästige Bildrauschen. KI nun gewichtet nun Rauschanteile anders als „normale“ Rauschunterdrückung, die lediglich überraschende Farbabweichungen ausgleicht – und damit eben auch Details vermatscht. Wenn nun KI bereits am RAW eingreift, kann der Algorithmus vor der Farbermittlung (Demosaicing) entscheiden, ob es sich um Echtsignal oder Rauschen handelt.

Die meisten Bildbearbeitung-Programme, wie Lightroom oder Capture One, verwenden derzeit keine Künstliche Intelligenz beim Demosaicing und Schärfen, sonder eben erst danach, wenn das Rauschen schon verstärkt ist und Details nicht mehr vorhanden.
Um dieses zu umgehen gibt es inzwischen mehrere Programme um VOR dem Demosaicing der Bildbearbeitung-Programme das Rauschen zu eliminieren und Details und Schärfe wieder herzustellen.
Eines der bekanntesten ist Topaz DeNoise AI. Relativ neu ist DxO PureRAW und ganz neu ist On1 NoNoise AI. Alle drei Programme basieren darauf, dass das RAW-Bild als erstes in diesem verarbeitet wird, als DNG-File ausgegeben und im eigentlichen Bildbearbeitungs-Programm weiterverarbeite wird.

Anmerkung zu DNG: So schön DNG als „offenes“ DigitalNegativ auch ist, so verliert man doch z.B. die Möglichkeit sein ORF-File mit den Olympus eigenen Artfiltern zu bearbeiten. Dadurch bleibt nur die KI-Rauschunterdrückung nach der Entwicklung. Es ist halt immer ein Geben und Nehmen.
Als langjähriger Topaz Software Benutzer steht mir Topaz DeNoise Ai zur Verfügung und da ich meinen gesamten Bildverwaltungs- und Bildbearbeitungs- Workflow seit mehreren Jahren auf On1 Photo RAW umgestellt habe, habe ich On1 NoNosie AI zur Verfügung gestellt bekommen. 
DxO PureRaw klingt interessant reizt mich aber nicht, da ich nur selten mit „externen“ Programmen arbeite. So habe ich DeNoise von Topaz bisher auch nur ganz selten eingesetzt, da ein High-ISO-Bild bei ordentlicher Belichtung mit unseren heutigen Kameras meistens in der „normalen“ Bildverarbeitung einigermaßen zu beherrschen ist. 
Das Interessante an On1 NoNoise AI ist für mich allerdings, dass für die nächste Version von On1 Photo RAW eine volle Integration von NoNoise geplant ist. Dies bedeutet, dass die KI basierte Rauschunterdrückung während des gesamten Bearbeitungsprozesses noch geändert werden kann und das auch noch non-destruktiv, was bei dem jetzigen Umweg über DNG nur über ein neues DNG und das erneute Anwenden / Kopieren des Bildbearbeitungsprozesses relativ umständlich möglich ist.

Was leisten nun diese Programme? 
Zuerst: DxO habe ich nicht, deshalb keine Ahnung. 
Bei Topaz DeNoise AI ist es so, dass das AI nicht immer so ganz nachvollziehbar ist. Himmel ist meistens gut, Nachtaufnahmen mit Hausdächern aus Ziegeln sehen eher aus wie frisch betoniert. Man hat zwar die Möglichkeit verschiedene „AI-Modelle“ anzuwenden und hier auch Anpassungen für Rauschen und Schärfen vorzunehmen, sowie ein Maskieren, auch mit unterschiedlichen Maskenstärken, aber immer nur mit dem einen eingestellten AI-Profil, und das bedeutet dann auch jedes mal warten, bis der Bildausschnitt neu berechnet ist, um zu beurteilen ob der Matsch der dabei meistens rauskommt, so zu gebrauchen ist. Danach einen neuen 1:1 Ausschnitt wählen, erneut neu berechnen ob zu sehen ob es hier auch passt. Die so gefundenen Einstellungen können leider nicht für eine erneute Bearbeitung gespeichert werden. Wenn wie oben beschrieben Änderungen vorgenommen werden sollen, fängt man wieder von vorne an. Auch deshalb wende ich es sehr, sehr selten an.

Bei On1 NoNoise AI ist das anders. Hier ist es ein Arbeiten wie mit jedem anderen guten Bildbearbeitungswerkzeug. Änderungen sind sofort sichtbar. Auch die AI-Interpretation ist gelungener. Details und Schärfe können separat und detailliert eingestellt werden. Über Layer/Ebenen und Masken können einzelne Teile anders behandelt um dann z.B. als ein DNG (ohne Layer/Ebenen) ausgegeben zu werden. Das besondere ist aber, dass ein Sidecar File gespeichert wird, und die für dieses Bild gefunden Einstellung mit allem was dazu gehört wieder aufgerufen und geändert werden können. Kein wieder von vorne anfangen.
Bei beiden Programmen können natürlich auch fertig entwickelte Bilder  (JPG, TIFF) bearbeitet und natürlich auch in anderen Formate als nur DNG ausgegeben werden. Wie wir aber gelernt haben, ist es besser, schon das RAW zu entrauschen.
Die Beispiele sind mit einer E-P3 entstanden, da diese Kamera bei 6400 ISO für (be)rauschende Beispiel-Bilder genau richtig ist. Beiden Programmen wurde es überlassen welche Einstellungen die KI als das Beste ansieht, so dass durch manuelles Eingreifen das individuelle Aussehen noch beeinflusst werden könnte.

Dies sind Details – 100%-Crops aus folgendem Bild: