Histogrammausgleich

Ein bei schlechtem Licht aufgenommenes Foto nutzt nur einen Teil des möglichen Umfangs. Sein Histogramm drängt sich in eine Ecke, und alles darin – die Falten in einem dunklen Mantel, die Struktur einer beschatteten Wand, die Schrift auf einer verblassten Seite – ist auf eine Handvoll Töne zusammengepresst, die das Auge nicht trennen kann. Der Histogrammausgleich verteilt diese Häufung wieder über den ganzen Umfang, sodass die bereits aufgezeichneten Unterschiede zu sichtbaren Unterschieden werden.

Was Sie davon haben

• Details aus den Schatten: die zusammengedrückten Töne bekommen Raum, und die Struktur darin kommt zurück.
• Kontrast ohne Helligkeitssprung: der helligkeitserhaltende Modus streckt jede Hälfte des Histogramms in ihren eigenen Bereich, sodass das Bild an Trennschärfe gewinnt und seine Belichtung behält.
• Farbe bleibt unangetastet: der Standardmodus ändert nur, wie hell ein Pixel ist, sodass Farbton und Sättigung unverändert durch den Vorgang kommen.
• Lesbare Scans: der Graustufenmodus vergrößert den Abstand zwischen Tinte und Papier, und genau das macht verblasste Schrift wieder lesbar.
• Zahlen statt Vermutungen: die Histogramme vorher und nachher, die Übertragungskurve und die Tonwertstatistik sind alle an Ihrem Bild gemessen.

Details in dunklen und flauen Bildern mit adaptivem oder globalem Histogrammausgleich zurückholen.

1. 1Bild hinzufügen: Ziehen Sie eine JPG-, PNG-, WebP-, GIF- oder BMP-Datei hierher oder wählen Sie eine aus.
2. 2Algorithmus wählen: Adaptiv (CLAHE) passt zu Fotos; global ist die klassische Streckung; helligkeitserhaltend lässt die Gesamtbelichtung, wo sie war.
3. 3Kachelgröße und Clip-Limit setzen: Kleinere Kacheln wirken lokaler; ein niedrigeres Clip-Limit hält das Rauschen unten.
4. 4Vergleichen und Zahlen prüfen: Ziehen Sie den Trenner über die Vorschau und lesen Sie Histogramme und Übertragungskurve.
5. 5Exportieren: Speichern Sie als PNG, JPEG oder WebP.

Drei Algorithmen, und der Unterschied liegt darin, wie viel vom Bild jede Zuordnung sehen darf.

• Globaler Ausgleich bildet eine kumulative Kurve aus dem ganzen Bild und wendet sie überall an. Das ist die Definition des Verfahrens und zugleich die kräftigste Variante: ein einzelnes helles Fenster in einem sonst dunklen Raum beherrscht das Histogramm, also wird der Raum angehoben und das Fenster brennt aus.
• Adaptiver Ausgleich (CLAHE) zerlegt das Bild in Kacheln, bildet für jede eine eigene Kurve und blendet an jedem Pixel weich zwischen den vier umgebenden Kurven über – so entstehen keine sichtbaren Kachelkanten. Das Clip-Limit begrenzt, wie weit eine Kachel strecken darf, und genau das verhindert, dass flache Bereiche wie Himmel oder Papier zu Rauschen werden. Dieser Modus öffnet einen Schatten, ohne den Himmel daneben anzurühren.
• Helligkeitserhaltender Ausgleich (BBHE) teilt das Histogramm am mittleren Ton des Bildes und gleicht die beiden Hälften in getrennte Ausgabebereiche aus. Beide Hälften gewinnen Kontrast, und da keine den Mittelwert überschreiten kann, bleibt die Gesamthelligkeit, wo sie war. Passend, wenn ein Foto gut belichtet ist und nur Trennschärfe fehlt.

Die Parameternamen hier sind die der Fachwelt, und sie bedeuten hier dasselbe wie überall sonst.

• Kachelgröße in Pixeln die Kantenlänge jeder adaptiven Kachel, gemessen am Originalbild statt als Anzahl von Unterteilungen – so bedeutet dieselbe Zahl bei einem Handyfoto dasselbe wie bei einem gescannten Plakat. Sie lässt sich auch als Prozentsatz der kürzeren Seite angeben – die richtige Form, wenn dieselbe Einstellung über verschieden große Bilder hinweg dasselbe bedeuten soll. Eine Kachel sollte größer sein als das Detail, das erhalten bleiben soll. Der Bereich des Reglers folgt dem Bild und der Klassenzahl, denn eine Kachel, die kleiner ist als ihr Histogramm, kann keine weiche Kurve ergeben.
• Clip-Limit, 1 bis 10 ein Vielfaches der Höhe, die ein völlig flaches Histogramm hätte. Bei 1 ist die Zuordnung die Identität und nichts ändert sich; 2 bis 3 ist der übliche Ausgangspunkt für Fotos; ab 5 wird kräftig gedrückt und das Korn kommt mit den Details hoch.
• Histogrammklassen, 16 bis 256 wie fein die Töne gezählt werden, bevor die Kurve entsteht. Weniger Klassen ergeben eine weichere, sanftere Kurve, die weniger Rauschen verstärkt – die übliche Bremse bei einem körnigen Scan. 256 ist das Feinste, was das Format tragen kann.
• Stärke blendet das fertige Ergebnis zurück zum Original. Der volle Ausgleich ist oft mehr, als ein Bild braucht; 60 bis 80 Prozent wirken meist natürlich.
• Vor dem Ausgleich glätten legt eine sanfte Weichzeichnung vor jede Messung, damit das Bild ausgeglichen wird und nicht das Korn.

Der Ausgleich berechnet eine Zuordnung für eine Größe, und welche das ist, entscheidet darüber, was mit der Farbe geschieht. Die naheliegende Abkürzung – die neue Helligkeit berechnen und Rot, Grün und Blau mit dem Verhältnis aus alt und neu skalieren – hat zwei Fehlerfälle, die auf gewöhnlichen Fotos auftreten: der dunkelste Ton im Bild wird auf null abgebildet, sein Verhältnis ist also null, und jedes Pixel dieses Tons wird flaches Schwarz, samt Farbe; und ein gesättigtes Pixel, das angehoben wird, überschreitet in seinem stärksten Kanal das Maximum und wird beschnitten, was den Farbton verschiebt.

Dieses Tool arbeitet stattdessen in einem wahrnehmungsbezogenen Farbraum. Nur die Helligkeit wird ausgeglichen; die beiden Farbachsen werden unverändert durchgereicht, sodass der Farbton konstruktionsbedingt erhalten bleibt. Landet eine angehobene Farbe außerhalb dessen, was ein Bildschirm zeigen kann, wird ihre Sättigung entlang ihrer eigenen Farbtonlinie zurückgenommen – niemals kanalweise beschnitten. An einem gesättigten Testbild gemessen sind das im schlimmsten Fall 1,8 Grad Farbtonabweichung gegenüber 19,7 beim Beschneiden.

Drei Situationen, in denen der Ausgleich mehr leistet als ein Helligkeitsregler.

• Unterbelichtete Fotos Adaptiver Modus, Kachel etwa ein Zehntel der kurzen Bildkante, Clip-Limit 2 bis 3. Die Schatten öffnen sich, und die korrekt belichteten Teile bleiben nahe dort, wo sie waren.
• Gescannte Dokumente und verblasste Schrift Graustufenmodus mit aktivierter Glättung. Der Abstand zwischen Tinte und Papier wächst, und genau das macht verblasste Schrift lesbar und hilft der Texterkennung.
• Mikroskopie, Medizin und Technik Adaptiver Modus mit kleiner Kachel und niedrigem Clip-Limit. Dafür wurde das Verfahren entworfen, und deshalb steckt es in jedem wissenschaftlichen Bildpaket.

Jeder beschleunigte Pfad wird gegen eine einfache Referenzimplementierung ohne jede Hardwarebeschleunigung geprüft. Der Vergleich läuft über sieben Testbilder und fünfzehn Parameterkombinationen auf jedem Pfad, und der größte Unterschied auf einem Farbkanal beträgt einen Schritt von 255 – der kleinste Unterschied, den zwei Rundungsarten derselben Zahl erzeugen können. Die Histogramme selbst stimmen exakt überein. Die Tonwertstatistik neben Ihrem Bild ist über jedes Pixel gezählt, nicht gestichprobt.

Hardwarebeschleunigt: ein Foto mit 12 Megapixeln wird auf einer modernen Grafikkarte in etwa 60 Millisekunden ausgeglichen, gegenüber 2,5 Sekunden ohne Beschleunigung. Der Speicherverbrauch bleibt über wiederholte Durchläufe konstant.

• Belichtung, Farbe und Details automatisch mit einem Klick korrigieren.

• Lift-, Gamma- und Gain-Räder, Kurven und LUTs für gezielte Looks.

• Regler für Helligkeit, Kontrast und Sättigung von Hand.

• Exakte Histogramme, Palette und Statistik für jedes Bild.

• Korn vor oder nach dem Ausgleich entfernen.

• Kantenschärfe eines weichen Scans zurückholen.