Einleitung
In den Teilen 1 und 2 habe ich beschrieben, wie man für eine Digitalkamera auf relativ einfache Weise den UniWB-Abgleich machen kann. Im Ergebnis werden die Sensorwerte der drei Farbkanäle beim Weißabgleich nicht mehr mit unterschiedlichen Faktoren multipliziert, so dass beim Weißabgleich keine Verzerrung des Histogramms erzeugt wird. Jedoch ist das angezeigte Histogramm immer noch ein aus dem jpeg-Vorschaubild berechnetes Histogramm, d.h. es enthält immer noch Verzerrungen aufgrund der Signalverarbeitung der kamerainternen jpeg-Berechnungssoftware, z.B. durch die angewendete Tonkurve zum Kontrast- und Helligkeitsausgleich. Und es ist ein 8-Bit-Histogramm! Der höhere Dynamikumfang des RAW-Bildes (mehr als 12 Bit, je nach Kameramodell) kann in dem angezeigten Histogramm ohne weitere Manipulationen nicht dargestellt werden. Die Möglichkeiten, hier Abhilfe zu schaffen, hängen stark vom jeweiligen Kameramodell ab. Ich beschreibe im Folgenden, wie ich bei meiner Fujifilm X-T20 dabei vorgegangen bin.
Testaufnahmen
Für die weitere Untersuchung der Kameraeigenschaften habe ich eine Belichtungsreihe für die Fotografie einer weißen Wand bei Tageslicht im RAW-Format mit eingeschaltetem UniWB-Abgleich aufgenommen, bei jedem Bild das RGB-Histogramm auf dem Kameradisplay eingeschaltet und mit einem Smartphone zum Vergleich abfotografiert. Die Belichtungsreihe beginnt bei -3 EV und endet bei +3 EV, die Schrittweite beträgt 1/3 EV. Die RAW-Daten habe ich mit dem Programm RawDigger ausgewertet. Mit diesem Programm kann man das RAW-Histogramm auswerten und darstellen. Dabei habe ich zunächst nur einen kleinen Bereich der Fotos jeweils in der Bildmitte ausgewertet, damit die Helligkeitsverteilung auf der Wand und die Vignettierung des Objektivs keinen großen Einfluss auf das Histogramm haben. Die Abbildung 1 zeigt das RAW-Histogramm für 0 EV. Dabei ist das Histogramm so angepasst, dass der Grüne Kanal den Wert 0 EV erhält.
Abbildung 1: Beispielhistogramm für 0 EV
Trägt man nun die zu den jeweiligen RAW-Fotos gehörenden Sensor-Ausgaben (ADC) der drei Kanäle über den an der Kamera eingestellten Belichtungswerten in einem Diagramm auf, erhält man die folgenden Darstellungen, wobei die Abbildung 2 die Sensorwerte im linearen Maßstab und die Abbildung 3 im logarithmischen Maßstab zeigt.
Abbildung 2: Sensorwerte in Abhängigkeit von der Belichtung
Abbildung 3: Sensorwerte in Abhängigkeit von der Belichtung
Wie erwartet zeigt sich in der logarithmischen Darstellung ein streng linearer Zusammenhang, wobei bei einem Sensorwert von 15360 Sättigung eintritt. Dabei beträgt die Belichtung für den grünen Kanal 3,3 EV, für den roten Kanal 4,5 EV und für den blauen Kanal 4,3 EV.
Das Kamera-Histogramm
Das Kamera-Histogramm enthält die Daten aller Sensorpunkte. Aufgrund der Helligkeitsverteilung auf der fotografierten Wand, der Vignettierung des Objektivs und des intern in der Kamera gewählten Maßstabs der Häufigkeiten ergeben sich im Kamera-Histogramm keine schmalen Peaks sondern mehr säulenförmige Bereiche, d.h. der intern gewählte Maßstab der Häufigkeiten ist für Motive mit räumlich konstanter Helligkeit, wie eine weiße Wand, nicht gut geeignet, weil er die hohen Häufigkeiten nicht darstellen kann. Die folgende Abbildung 4 zeigt das Kamerahistogramm für die Aufnahme mit 0 EV Belichtung. Aufgrund der UniWB-Einstellung wird die weiße Wand im Kameradisplay grün dargestellt.
Abbildung 4: Kamerahistogramm für 0 EV Belichtung und UniWB
Andererseits ist zu erkennen, dass die UniWB Einstellung die Relation der drei Farbkanäle richtig wiedergibt (siehe zum Vergleich Abbildung 1).
Bei automatischem Weißabgleich mit der Kamera erhält man eine Histogrammdarstellung auf grauem Hintergrund mit praktisch gleich positionierten Histogrammen in allen Kanälen, wie die folgende Abbildung 5 zeigt. Der Bildhintergrund ist aufgrund der Kalibrierung der Belichtungsmessung in der Kamera entsprechend der eingestellten Belichtung mit 0 EV grau eingefärbt.
Abbildung 5: Kamerahistogramm für 0 EV Belichtung und automatischem Weißabgleich
(Die Belichtungszeiten der Fotos zu den Abbildungen 4 und 5 unterscheiden sich etwas, weil die Beleuchtungsbedingungen bei den Aufnahmen unterschiedlich sind.)
Im hier vorliegenden Fall einer weißen Wand erhält man im grünen Kanal deutlich höhere Sensorwerte als im roten und blauen Kanal, wie die RAW-Histogramme in den Abbildungen 1 und 4 zeigen. Bei automatischem Weißabgleich geht dieser Unterschied der Farbkanäle im Histogramm verloren, weil es aus dem bearbeiteten jpeg-Bild ermittelt wird. Außerdem sind die „Säulen“ deutlich nach rechts gerückt und suggerieren höhere Belichtungswerte und damit höhere Sensorwerte. Oder anders ausgedrückt, man wird aufgrund dieses Histogramms zu knapp belichten, wenn man den Belichtungsspielraum des Sensors voll nutzen möchte. Verläßt man sich bei der Belichtung auf ein solches Histogramm, kann es außerdem passieren, dass je nach Farbverteilung des Motivs bereits ein Farbkanal in den Sättigungsbereich kommt ohne dass dies angezeigt wird. Alles Gründe für das Fotografieren im RAW-Format mit UniWB -Einstellung, solange die Kamerahersteller kein RAW-Histogramm in die Kamerasoftware integrieren.
Justieren des Kamera-UniWB-Histogramms
Für die Bewertung der gewählten Belichtung, ist es wünschenswert, im Histogramm die Sättigungspunkte des Sensors in den drei Farbkanälen zu erkennen. Weil das aus dem jpeg-Vorschaubild gewonnene Histogramm trotz der UniWB-Einstellung nur 8 Bit des je nach Kameratyp 12 Bit bis 16 Bit umfassenden RAW-Bildes auflöst, ergibt sich hier ein weiteres Problem. Abhilfe ist hier nur möglich, indem die jpeg-Verarbeitung in der Kamera dazu veranlasst wird, die Transformation der Lichter des RAW-Bildes so zu verändern, dass eine entsprechende Anpassung am rechten Ende des Histogramms erfolgt. Bei den Fujifilm X-T Kameras kann diese Anpassung über die Funktion „TON LICHTER“ vorgenommen werden. Hier lassen sich Werte im Bereich von -2, -1, …, +4 auswählen, welche die Tonkurve im Bereich der Lichter verändern, d.h. den Kontrast erhöhen oder vermindern. Ich habe für die Darstellung dieses Einflusses auch eine entsprechende Belichtungsreihe aufgenommen. Bei praktisch unverändertem RAW-Histogramm ergibt sich mit zunehmendem Wert der TON-LICHTER-Einstellung eine Verschiebung des Kamerahistogramms zum rechten Rand und darüber hinaus. Es zeigt sich, dass eine Einstellung von -2 das Problem fast löst. Die Wahl eines Filmprofils mit flachem Farbkontrast, wie PRO.Neg.Std., unterstützt dies noch einmal. Bei einer Belichtung mit 3 EV und der Einstellung TON LICHTER von -2 überschreitet das Histogramm nur leicht den rechten Rand (hier der grüne Kanal) und es bleibt noch eine Reserve von ca. 1/3 EV bis zur Sättigung, wie die folgenden Abbildungen zeigen. Die folgende Abbildung 6 zeigt das RAW-Histogramm aus dem Programm RawDigger für das gesamte RAW-Bild (nicht nur für das Zentrum, wie Abbildung 1). Der grüne Kanal erreicht einen Sensorwert von 15183 im Vergleich zum Sättigungswert von 15360 bei meiner Kamera.
Abbildung 6: RAW-Histogramm für +3 EV
Abbildung 7: Kamerahistogramm mit UniWB und TON LICHTER = -2 bei +3 EV
Zusammenfassung
Für die Beurteilung der Belichtung von RAW-Aufnahmen ist eine UniWB-Einstellung des Weißabgleichs hilfreich. Weiterhin ist eine Justage des Kamerahistogramms hinsichtlich eines minimalen Abstandes zwischen dem rechten Rand und dem Sättigungspunkt des Sensors günstig. Für Fujifilm X-T Kameras kann hierzu die Funktion TON LICHTER verwendet werden, wobei sich bei meiner Kamera die Einstellung auf den Wert -2 und auf eine Filmsimulation mit PRO.Neg.Std. als optimal erwies.
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der Vektor mit den Sensordaten für die drei RGB-Farbkanäle
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und 
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die Transformationsmatrix,
der Vektor mit den Helligkeiten der drei Grundfarben des Monitors und
der Vektor mit den Schwarzwerten des Sensors, d.h. den Sensorausgaben bei schwarzem Monitorbild.
mit den normierten RGB-Werten (R/255, G/255, B/255) für die Ansteuerung
-Wert mit:
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identische Werte in seinen Komponenten.
auf dem Monitor dargestellt werden, dass die Kamerasoftware für 
die Einheitsmatrix 
ermittelt. Dieser Helligkeitsvektor lässt sich bei bekannter Transformationsmatrix und bekanntem Schwarzwertvektor aus einem vorgegebenen Grauwert gemäß den obigen Gleichungen ermitteln:
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gleich der Einheitsmatrix ist, also wird die Iterationsfolge
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