UltraFusion

Eine Kamera kann Helligkeit nur in einem begrenzten Bereich gleichzeitig erfassen. Fotografiert man an einem sonnigen Tag ein Zimmer mit Fenster, passiert deshalb immer dasselbe: Entweder ist das Fenster nur eine weiße Fläche, oder das Zimmer versinkt im Schwarzen. UltraFusion ist ein Verfahren, das dieses Problem umgeht. Es nimmt mehrere Bilder derselben Szene auf, eines hell, eines dunkel, oft noch weitere dazwischen. Anschließend rechnet ein Programm aus diesen Aufnahmen ein einziges Bild zusammen und übernimmt aus jeder Aufnahme die Stellen, die dort am besten aussehen. Der Name taucht sowohl in der Forschung zu solchen Verfahren auf als auch als Produktbezeichnung bei Herstellern von Kameras und Handys.

Warum Fotos an Fenstern und im Gegenlicht scheitern

Der Grund liegt im Bildsensor, also dem lichtempfindlichen Chip in der Kamera. Jeder Bildpunkt dort sammelt Licht wie ein kleiner Eimer. Ist der Eimer voll, kann er keinen Unterschied mehr messen: alles darüber wird gleich weiß. Kommt umgekehrt fast kein Licht an, geht das Signal im elektronischen Rauschen unter, und der Bereich wird zu grauem Matsch. Zwischen diesen beiden Grenzen liegt der nutzbare Bereich, den man Dynamikumfang nennt.

Das menschliche Auge kommt mit solchen Situationen viel besser zurecht, weil es sich ständig nachregelt. Deshalb wirken Fotos oft enttäuschend: Man erinnert sich an einen Sonnenuntergang mit Details in den Wolken und in den Häusern davor, das Bild zeigt aber nur eine grelle Fläche und schwarze Silhouetten. Verfahren wie UltraFusion sollen diese Lücke schließen.

Wirtschaftlich ist das ein wichtiger Punkt. Handykameras haben winzige Sensoren, die von Natur aus wenig Dynamikumfang bieten. Dass Handyfotos trotzdem mit größeren Kameras mithalten, liegt kaum an der Optik, sondern fast vollständig an solcher Software. Bildqualität ist deshalb zu einem Rechenproblem geworden, nicht mehr nur zu einem Frage der Linse.

Vom Belichtungsstapel zum fertigen Bild

Zuerst entsteht ein sogenannter Belichtungsstapel, also eine Serie von Aufnahmen mit verschiedenen Belichtungszeiten. Sie werden in schneller Folge geschossen, oft innerhalb von Sekundenbruchteilen. Danach richtet die Software die Bilder aneinander aus, denn zwischen den Aufnahmen hat sich die Hand bewegt. Erst dann liegen die Bildpunkte wirklich übereinander.

Im nächsten Schritt bewertet das Verfahren jeden Bildbereich einzeln. Es prüft, in welcher der Aufnahmen dieser Bereich weder überstrahlt noch zu dunkel ist. Aus diesen Bewertungen entsteht eine Art Landkarte, die festlegt, wie stark jede Aufnahme an welcher Stelle in das Endbild einfließt. Diese Gewichte werden weich ineinander übergeblendet, damit keine sichtbaren Kanten entstehen.

Neuere Varianten überlassen diese Entscheidungen einem neuronalen Netz. Das ist ein Programm, das aus vielen Beispielbildern gelernt hat, welches Ergebnis Menschen als natürlich empfinden. Solche Netze lösen vor allem das schwierigste Problem: bewegte Objekte. Läuft jemand während der Aufnahmeserie durchs Bild, würde ein einfaches Verrechnen Geisterbilder erzeugen. Das Netz erkennt solche Stellen und nimmt dort die Bildinformation lieber nur aus einer einzigen Aufnahme.

UltraFusion im Handy und in der Produktwerbung

Am häufigsten begegnet einem die Technik, ohne dass man sie bemerkt. Fast jedes moderne Smartphone macht beim Auslösen mehrere Aufnahmen und verrechnet sie. Sichtbar wird das nur an Kleinigkeiten: Der Auslöser braucht einen Moment, und Bilder mit schnellen Bewegungen zeigen manchmal seltsame Doppelkonturen. In Kameramenüs stehen dafür Kürzel wie HDR, was für High Dynamic Range steht, also hoher Helligkeitsumfang.

In Produktankündigungen und Technik-News taucht UltraFusion als Markenname auf, meist bei Kamera-Chips oder Handy-Modellen. Solche Namen sind nicht geschützt gleichbedeutend mit einem bestimmten Algorithmus. Wer die Angabe einordnen will, sollte weniger auf den Namen achten als auf Beispielbilder in schwierigen Lichtsituationen.

Ein verbreiteter Irrtum ist, UltraFusion mache Bilder einfach heller. Tatsächlich verändert das Verfahren vor allem das Verhältnis von Hell und Dunkel. Wird dabei zu stark eingegriffen, wirken Fotos flau und unnatürlich, weil echte Schatten fehlen. Gute Umsetzungen halten sich zurück und behalten den Eindruck von räumlicher Tiefe.