Rohdatenformat

Als Rohdatenformat oder Raw-Daten (englisch raw „roh“) bezeichnet man das Dateiformat bei Digitalkameras und digitalen Kinokameras, bei denen die Kamera die Daten nach der Digitalisierung weitgehend ohne Bearbeitung auf das Speichermedium schreibt. Da das Format die Rohdaten der Kamera widerspiegelt, ist es von Hersteller zu Hersteller sowie oft auch von Modell zu Modell unterschiedlich, mitunter auch zwischen verschiedenen Versionen eines Kameramodells. Bei den Rohdaten handelt es sich um proprietäre Formate, deren Aufbau teilweise nur dem jeweiligen Hersteller bekannt ist.

Die „Rohdaten“ werden gelegentlich als „digitales Negativ“ bezeichnet, da sie die Originaldaten der Aufnahme enthalten. Obwohl sich die grundlegende Funktionsweise der digitalen Bildsensoren verschiedener Hersteller und Modelle nicht wesentlich voneinander unterscheidet, hat sich für Rohdaten bisher kein Standard etabliert – mitunter gelten „roh“ und „Standard“ auch als generell widersprüchlich.

Die digitalen Rohdaten liegen nach dem Aufnehmen und Speichern in der Regel in einem proprietären Format vor, d. h., der Aufbau der Datei wird von den Kameraherstellern nicht offengelegt. Meist lassen sich dann die Daten nur mit der Software des Herstellers verarbeiten oder mit dem Programm eines dritten Anbieters, der mit dem Hersteller zusammenarbeitet oder das Herstellerformat durch Reverse Engineering entschlüsselt hat. Aktuelle professionelle Bildbearbeitungssoftware besitzt integrierte Raw-Konverter (s. u. bei Rohdatenverarbeitung) für das Einlesen von Rohbildern. Der Marktführer Adobe Inc. bemüht sich, sein eigenes Format DNG (Digital Negative) als Standard zu etablieren.

Die Rohdaten werden in aller Regel von der Firmware der Kamera um weitere Daten ergänzt, z. B. Exif-Daten oder ein Vorschaubild im JPEG-Format, das Kamera-intern oder am Computer für die Bildkontrolle benutzt werden kann.

Andere gebräuchliche Formate zur Bildspeicherung erlauben es häufig nicht, alle Informationen, die der Sensor der Kamera liefert, zu speichern. JPEG-Varianten erlauben z. B. pro Farbkanal nur 256 Helligkeitsabstufungen (8 Bit), während Rohdatenformate meist 10, 12 oder 14 Bit an Helligkeitsinformation enthalten, was 1.024 bis 16.384 Helligkeitsabstufungen ermöglicht. Aufgrund der Charakteristik des üblicherweise eingesetzten Bayer-Sensors, bei dem vor jedem Bildpunkt ein Filter für eine der drei Grundfarben liegt, ist erst eine aufwendige Interpolation (sogenanntes Demosaicing) notwendig, um bei voller Auflösung die resultierenden Farben für jedes Pixel zu errechnen.

Die meisten Kameramodelle können zwischen Bildaufzeichnung als herstellerspezifischen Rohdaten und Aufzeichnung als „entwickeltem“ Bild in ein Standard-Bildformat umgeschaltet werden; als Standard-Bildformat wird oft nur JFIF („JPEG“) angeboten. Daher wird nachfolgend zwischen Rohdaten und JFIF verglichen. Andere Standard-Bildformate bedeuten mitunter deutlich geringere Nachteile, müssen aber erst aus den von der Kamera gelieferten Bildinformationen errechnet werden.

Im Widerspruch zur strengen Auslegung von Rohbilddateien als ein Abbild der Rohdaten des Bildsensors führen Hersteller zunehmend eine kamerainterne Bildbearbeitung auch auf Rohbilddateien durch, deren Details jedoch, ähnlich der internen Bildbearbeitung von JPEG-Dateien, in der Regel nicht offengelegt werden. Folgende Gründe kommen in Betracht:

• Einige Sensoren implementieren keine variable Signalverstärkung. Hier werden (beliebig hohe) Belichtungsindizes durch die Anwendung eines Multiplikators auf Raw-Bilddaten nachträglich simuliert. Dies wird dadurch evident, dass bei höheren ISO-Werten viele Helligkeits-Zwischenwerte im Bild niemals vorkommen. Es entstehen dann sogenannte Abrisse im Helligkeits- oder im Farbverlauf.
• Die Annahme, dass (herstellerfremde) Raw-Konvertierungs-Software weniger Information über die Kamera und das gerade verwendete Objektiv besitzt oder nutzt, somit ein Fehlerkorrekturpotential nur unzureichend ausnutzt.
• Eine Maskierung von Schwächen von Objektiven (zum Beispiel Schärfe^[2]) und von Sensoren (Hotpixel oder zum Beispiel Rauschen).^[3]
• Hardware-basierte Methoden sind ggf. schneller als Software-basierte Rechenverfahren (z. B. Rauschverminderung auf Kamera-Ebene), jedoch auch dann mit Detailverlusten verbunden.
• Bei modernen Sensoren, die mit Phasen-Autofokus auf dem Chip arbeiten, müssen die entsprechend genutzten Bereiche interpoliert werden.

So wie die Daten der verschiedenen Hersteller in unterschiedlichen Dateitypen gespeichert werden, so unterschiedlich ist auch der Umgang der Hersteller mit der Offenlegung derer Formate. Sigma legt alle Daten zu ihrem Format offen (Dies gilt nicht mehr seit Sigma SD15 und Folgeprodukte, wie Sigma Merrill und Sigma dp2), während die meisten anderen wie Olympus und Canon ihre Formate nicht oder nur unvollständig dokumentieren. Nikon verwendet in seinem NEF-Format (Nikon Electronic Format) teilweise verschlüsselte Informationen innerhalb der Datei, welche Programmierer jedoch in eigenen Anwendungen mit dem kostenlos erhältlichen Software Development Kit automatisch entschlüsseln können. Nikon hat Ende 2005 jedoch die verschlüsselten Weißabgleich-Informationen offengelegt, wodurch auch Nikon-unabhängige Software die Daten entschlüsseln kann. Das NEF-Format wird ebenfalls für Filmscanner und Bildbearbeitungssoftware aus dem Hause Nikon verwendet, da es neben den eigentlichen Bilddaten auch Bearbeitungsschritte und andere Einstellungen enthalten kann. Einige Filmscanner sind mit einem Infrarotkanal zur Staub- und Kratzerentfernung ausgerüstet. Das HDRi-Rohdatenformat kann diese Infrarot-Rohdaten als zusätzlichen 16-Bit-Kanal aufnehmen.

Mit der Einführung neuer Kameramodelle entstehen auch innerhalb derselben Kamerareihe eines Herstellers gelegentlich neue proprietäre Dateiformate (z. B. Canon Original RAW mit CRW, CR2 und CR3). Es gibt jedoch keine Garantie für die Verfügbarkeit von Konvertierungssoftware, d. h. archivierte Rohdaten könnten mit zukünftigen Programmen irgendwann eventuell nicht mehr gelesen werden.

Unter OpenRaw.org hat sich aus diesem Grund eine Interessengruppe gebildet, die die Kamerahersteller auffordert, die Rohdatenformate uneingeschränkt offenzulegen, was dem Anwender auch noch in vielen Jahren ermöglichen würde, ohne im Besitz der vormals funktionierenden Software in der Lage zu sein, seine Rohdaten zu verarbeiten und nötigenfalls selbst ein Programm zur Unterstützung seines mittlerweile veralteten Formats schreiben zu können. Auch der Softwarehersteller Adobe verfolgt dieses Ziel mit der Einführung des DNG-Formats.

Bei einigen Kameras wird die Speicherung im verlustlosen TIF-Format als Alternative zum JPEG-Format angeboten. Dies ist dann von Bedeutung, wenn es keine Möglichkeit gibt, die Rohdaten direkt zu speichern. TIFF hat den Vorteil, dass die verlustbehaftete JPEG-Kompression entfällt und dass die Farbtiefe prinzipiell nicht auf 8 Bit beschränkt ist. Bayer-Filter, Weißabgleich, Tonwertkorrektur und Rauschunterdrückung werden aber ebenso auf die Bilddaten angewandt wie teilweise (herstellerabhängig) die Reduktion auf 8 Bit pro Farbkanal (24 Bit Farbtiefe).

In Anlehnung an den Filmstreifen in der Analog-Fotografie spricht man bei Raw-Fotos gelegentlich auch vom „digitalen Negativ“. Dieser Begriff wird von Adobe Inc. als Bezeichnung für ihr eigenes patentiertes offenes Rohdatenformat verwendet. Das Format Digital Negative (DNG) wurde mit dem Ziel entwickelt, die proprietären Formate der Kamerahersteller zu ersetzen.

Von den Kameraherstellern wird das Rohdatenformat als professionelle Funktion betrachtet; es ist Standard digitaler Spiegelreflexkameras und spiegelloser Systemkameras sowie in manchen semiprofessionellen kompakten Digitalkameras. Oft wird für die günstigeren Kameramodelle nur eine eingeschränkte Software für die einfache Rohdatenkonvertierung angeboten.

Die Jahre 2001 bis 2004 waren davon geprägt, dass neben den digitalen Spiegelreflexkameras immer mehr kompakte semiprofessionelle Digitalkameras mit Raw-Unterstützung ausgestattet wurden. In seinen Anfängen wurde das Rohdatenformat offenbar noch nicht als strategischer Mehrwert gesehen. Erst in späteren Jahren wurde dieses Feature gezielt als Unterscheidungskriterium eingesetzt, als bereits viele Hersteller eine Rohdatenformat-Unterstützung unterhalb der Profi-Modelle anboten.

Canon verbaut seine Raw-fähigen DIGIC-Bildprozessoren in vielen Digitalkamera-Modellen. Seit 2007 wird von Aktivisten an dem Firmware-Aufsatz CHDK gearbeitet. Er ermöglicht einer Reihe von Kompaktkameras neben erweiterten Aufnahme-Modi auch die Speicherung von Raw-Dateien.^[5]

Mittlerweile unterstützen auch Smartphone-Apps das Speichern von Fotos in einem Rohdatenformat. Voraussetzung hierfür ist, dass Hardware und Betriebssystem den Zugriff auf die Rohdaten der Kamera gestatten.

Eine typische Software zur Rohdatenkonvertierung (auch Raw-Konverter genannt) stellt u. a. folgende Funktionen zur Verfügung:

• Anzeige der Exif-Informationen
• Belichtungskorrektur
• Scharfzeichnung
• Tonwertkorrektur
• Farbsättigung
• Weißabgleich, oft wird die Einstellung der Kamera als Standardvorgabe verwendet
• Anpassung der Gradationskurve zur Änderung der Bildkontraste
• Evtl. kann die chromatische Aberration automatisiert oder manuell durch Verschieben einzelner Farbkanäle korrigiert werden
• Evtl. können geometrische Abbildungsfehler des Objektivs korrigiert werden, insbesondere tonnen- bzw. kissenförmige Verzeichnung
• Teils werden Funktionen angeboten, die bestimmte Voreinstellungen der verwendeten Kamera auf Knopfdruck nachempfinden, beispielsweise die Farb-, Kontrast- und Nachschärfungsvorgaben von Motivprogrammen wie „Landschaft“ oder „Porträt“
• Teils existieren weitere Bildbearbeitungsfunktionen, wie beispielsweise Ausrichtungs- und Perspektiv-Korrekturen, verschiedene Möglichkeiten der Rauschunterdrückung, einfache Retuschen wie die Entfernung von Flecken, die durch Staubteilchen auf dem Bildsensor verursacht werden, Umwandlung in Schwarzweiß, Tonung

Rohdatenkonvertierungsprogramme können die Daten nach der Bayer-Interpolation (sog. Demosaicing) und der Umwandlung in den RGB-Farbraum unter Annahme eines vorläufigen Weißabgleichs in das gängigste Ausgabeformat JPEG konvertieren, aber die meisten Raw-Konverter erlauben die Wahl aus mehreren Formaten. So können sie z. B. auch ohne umfangreiche weitere Korrekturen in 48-Bit-TIFF-Dateien (16 Bit pro Farbe pro Bildpunkt) speichern. Die Korrekturen können dann in anderen Bildbearbeitungsprogrammen durchgeführt werden.

Üblicherweise wird von den Kameraherstellern ein eigenes (proprietäres) Programm oder ein Software Development Kit für den Import von Rohdatenbildern und zur Nachbearbeitung angeboten. Typischerweise kann man anschließend die Bilder z. B. ins JPEG-Format exportieren. Für Windows-Betriebssysteme stellt Microsoft das „Microsoft-Kamera-Codec-Paket“^[6] zur Verfügung, das es ermöglicht, gängige Raw-Formate im Windows-Explorer und der Windows-Fotoanzeige darzustellen. Zahlreiche Bildbearbeitungsprogramme und Konvertierungsprogramme bieten den Import von Rohdatenbildern und eine nachfolgende Bildbearbeitung an. Die bekannteren sind:

Weitere sind:

• Silkypix (Windows, macOS, Basis verschiedener OEM)
• SilverFast DCPro, SilverFast HDR (Windows, macOS)
• ThumbsPlus (Windows)
• UFRaw (DCRaw-basiert, macOS, unixoide)
• VueScan (Windows, macOS, Linux)
• XnView (Windows, macOS, unixoide)

Manche Kamera-Hersteller bieten für Software-Entwickler Software Development Kits an, die es den Entwicklern unter anderem erlauben, auf die Bilddateien im Rohdatenformat zuzugreifen:

• Canon EOS SDK^[7]
• Nikon Software Development Kit^[8]

Es existieren auch einige mobile Bildspeicher auf Festplattenbasis, die Raw-Dateien dekodieren und auf dem eingebauten Bildschirm anzeigen können. Damit ist das Sortieren und Organisieren auch ohne PC oder Kamera möglich.

Auch im Bereich der Produktion von Kinofilmen finden digitale Aufzeichnungstechniken zunehmenden Einsatz, und entsprechend hat auch hier jede Kamera ihr eigenes Raw-Format. Mit CinemaDNG gibt es ebenfalls ein offenes Format zur Aufzeichnung von Filmdaten, das von Adobe stammt und beispielsweise vom schwedischen Kamerahersteller Ikonoskop oder von Blackmagicdesign aus Australien verwendet wird.

• Christoph Künne: Digitale Negative. Camera Raw. Addison-Wesley, München 2005, ISBN 3-8273-2314-2, (Photoshop-Basiswissen 4), (Edition DOCMA – dpi).
• Mike Schelhorn: Adobe Camera Raw. Digitale Negative entwickeln, bearbeiten und organisieren. (Für Photoshop CS/CS2 und Elements 3.0/4.0. Plus: Einführung in Adobe Lightroom). 2. aktualisierte und erweiterte Auflage. Addison-Wesley, München u. a. 2006, ISBN 3-8273-2450-5, (dpi).
• Uwe Steinmüller, Jürgen Gulbins: Die Kunst der Raw-Konvertierung. Raw-Files bearbeiten mit Adobe Photoshop CS2 und führenden Raw-Konvertern. dpunkt, Heidelberg 2005, ISBN 3-89864-351-4.
• Andrea Trinkwalder: Raw-Masse. Höhere Farbtiefe, weniger Fehler. Bessere Bilder dank Rohdaten. In: c't Magazin für Computer-Technik 2004, 16, ISSN 0724-8679, S. 152–157.

• Fotocommunity.de Liste aller aktuellen Raw-Konvertierer
• Adobe – Understanding digital Raw capture (englisch, PDF, 1000 KiB)

1. ↑ FAQ zu dcraw (Memento des Originals vom 16. Mai 2010 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/cybercom.net
2. ↑ Luminous-Landscape.com: Artikel „Digicams vs. DSLRs“ (engl.) „What about makers such as Canon that have admitted that they apply sharpening even to Raw files on some of their cameras“
3. ↑ Pixelfehler, Wikibooks Digitale bildgebende Verfahren, Kapitel Lichtwandlung, online abgerufen am 6. Oktober 2013
4. ↑ Adobe Now Supports Canon CR3 and C-Raw Files from the M50. In: Dan Carr Photography. 3. April 2018 (dancarrphotography.com [abgerufen am 6. Juni 2018]). 
5. ↑ CHDK-Wiki Firmware-Aufsatz für Canon-Kompaktkameras mit DIGIC-Prozessoren
6. ↑ Microsoft-Kamera-Codec-Paket auf der Website des Anbieters
7. ↑ Canon Digital Camera Software Developers Kit General Information. In: Canon Developer support. Canon U.S.A., Inc., archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 21. April 2017; abgerufen am 4. Mai 2017.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.developersupport.canon.com 
8. ↑ SDKs for Digital Imaging Products. In: sdk.nikonimaging.com. Nikon Corporation, 2017, abgerufen am 4. Mai 2017.