Color-Filter-Array

Farbfilter

Als Farbfilter werden etwa Vorsatzfilter für Kameras bezeichnet, die nur eine bestimmte Farbe (Strahlung bestimmter Wellenlänge) passieren lassen oder die eine bestimmte Farbe herausfiltern (viel seltener). Sie werden meistens aus eingefärbtem Glas, Kunststoff oder Gelatinefolien hergestellt.

Bei der Beleuchtung finden auch Filterfolien aus Kunststoff oder entsprechende Reflektoren Verwendung.

Der Begriff wird auch für Software zur Bildbearbeitung verwendet, die das Farbspektrum verändern und so den Kontrast erhöhen oder Farbfehler beseitigen können oder das Bild künstlerisch verfremden.

Farbfotografie

In der Farbfotografie hat insbesondere die Korrektur unerwünschter Farbwiedergabe eine große Bedeutung.

Korrekturfilter

Korrekturfilter sind optische Filter (Gläser, Kunststoffscheiben, Folien), die in den Strahlengang des Linsensystems eines optischen Gerätes eingebaut werden, um unerwünschte Abbildungen zu vermeiden (korrigieren). Soweit sie zur Anpassung der Farbtemperatur der Beleuchtung an das Filmmaterial dienen, spricht man von Konversionsfilter.

Derartige Filter sind insbesondere bei der Fotografie auf Farbfilmen von Bedeutung. Bei der Dia-Fotografie werden die endgültigen Farben bereits zum Zeitpunkt der Aufnahmen festgelegt. Bei der Ausarbeitung zum Papierbild ist zwar eine Farbkorrektur in weiten Grenzen möglich, die Filterung direkt bei der Aufnahme führt jedoch meist zu einer ausgewogeneren Wiedergabe.

In der Fotografie werden Glasfilter vor das Objektiv geschraubt oder aufgesteckt, bzw. Kunststoffscheiben oder Folien (Gelatine oder auch Kunststoff) in einen Halter gelegt, in folgenden Farben (vgl. Nischke/Sovak, 1992, S. 139):

Subtraktive Filter:

• Y: Yellow / Gelb;
• M: Magenta / Purpur (Blaurot);
• C: Cyan / Blaugrün.

Additive Filter:

• B: Blau;
• G: Grün;
• R: Rot.

Bei digitalen Fotoapparaten (und Videokameras) kann ein elektronischer Farbabgleich durch eine entsprechende Berechnung der Bilddaten vorgenommen werden, der sog. (Weißabgleich). Ebenso besteht die Möglichkeit der Farbveränderung durch Nachberechnung am bereits gespeicherten Bild. Dabei sind in einem Rohdaten-Format gespeicherten Aufnahmen flexibler als komprimierte jpeg-Dateien. Grundsätzlich ist jedoch zu erwarten, dass insbesondere extreme Umrechnungen, etwa um außergewöhnliche Farbstiche zu vermeiden, auch zu gewissen Qualitätsverlusten (z.B. durch das Rauschen des Sensors oder Komprimierungseffekte bedingt) führen.

Konversionsfilter

Konversionsfilter dienen der Anpassung der Farbwiedergabe des Films an das umgebende Licht. So lässt sich Tageslichtfarbfilm an verschiedene Kunstlichtarten anpassen, Kunstlichtfilmmaterial an Tageslicht. Es lässt sich auch die Umsetzung der Farbskala auf Schwarz-Weiß-Filme in die jedem Filmtyp eigene Grautonpalette gezielt beeinflussen.

Zu den Konversionsfiltern zählt auch das zart rötlich eingefärbte Skylightfilter, das häufig zur Vermeidung eines Blaustichs bei Aufnahmen mit hochstehender Sonne, insbesondere bei hohem Anteil blauen Himmels oder im Schnee eingesetzt wird.

Konversionsfilter gibt es grundsätzlich in zwei Ausprägungen: bläulich gefärbte Typen erhöhen die Farbtemperatur, um beispielsweise mit Tageslichtfilm bei künstlicher Beleuchtung (Glühlampen, Halogenstrahler) zu fotografieren. Umgekehrt dienen rötlich gefärbte Filter dazu, Licht mit zu hoher Farbtemperatur auszugleichen, beispielsweise um Kunstlichtfilm mit Blitzgeräten zu verwenden, aber auch um Motive, die im Schatten liegen, bei Tageslicht korrekt wiederzugeben. Hinzu kommen spezielle Konversionsfilter, die auf die Verwendung von Leuchten mit diskontinuierlichem Spektrum (Leuchtstofflampen) abgestimmt sind.

Für die Bezeichnung der Konversionsfilter haben sich zwei völlig unterschiedliche und inkompatible Systeme etabliert. Weit verbreitet ist die Kennzeichnung nach dem Kodak-Wratten-System, bei dem den einzelnen Typen willkürliche Nummernkombinationen zugeordnet sind. Das zweite System verwendet Zahlenwerte, die die Verschiebung der Farbtemperatur in Dekamired-Stufen angibt, bei blauen Filtern mit einem B, bei roten mit einem R ergänzt.

Gängige Konversionsfilter Kodak Wratten und Dekamired

Blaue Filter	Wratten	Mired	Belichtungskorrektur
B20		-200	3
B15		-150	2 1/2
	80A	-131	2
B12	80B	-112	1 2/3
B9	80C	-81	1
B6	80D	-56	2/3
	82C	-45	2/3
B3	82B	-32	1/2
	82A	-21	1/3
B1,5		-15	1/3
B1	82	-10	1/3
Rote Filter	Wratten	Mired	Belichtungskorrektur
	Skylight	5	0
R1	81	9	1/3
R1,5	81A	18	1/3
R3	81B	27	1/3
	81C	35	1/3
	81D	42	2/3
R6	81EF	52	2/3
R9	85C	81	2/3
R12	85	112	2/3
	85B	131	2/3
R15		150	1

Ermittlung der Korrekturfilterung

Mit einem einfachen Farbtemperaturmessgerät lässt sich die nötige Stärke und der Typ des Konversionsfilters bestimmen: Zum Beispiel wird man bei Kunstlicht von 3200 Kelvin mit einem Tageslichtfilm ein Konversionsfilter KB15 (bzw. B15, s. o.) benötigen.

Schwieriger ist es bei Licht, welches kein kontinuierliches Spektrum wie Tages- oder Glühlampenlicht aufweist, z. B. Leuchtstoffröhren, Dampfdruck- bzw. Gasentladungslampen, o. ä.: Hier benötigt man ein Dreifarbenfarbtemperaturmessgerät, welches Rot, Grün und Blau misst. Es zeigt dann, in Abhängigkeit vom Filmtyp Tageslichtfilm oder Kunstlichtfilm, die benötigte Korrekturfilterung an. Diese besteht aus einem KB (Blau) oder KR (Rotorange) Konversionsfilter und einem M (Magenta) oder G (Grün) Korrekturfilter. (Vgl. Nischke/Sovak, 1992, S. 137-140)

Alternativ kann man auf Tabellen des Filmherstellers zurückgreifen, welche sich in den Datenblättern zu den professionellen Filmen finden, wo abzulesen ist, welche Filterkombination (meistens aus zwei (oder drei) der additiven Farben R (Rot), G (Grün), B (Blau) und / oder den subtraktiven Y (Yellow/Gelb), M (Magenta), C (Cyan)) zu bestimmten Leuchtentypen anzuwenden ist.

Allerdings kann man sich auf die Messung selbst solch eines teuren Gerätes nicht völlig verlassen, ebenso wenig, wie auf die genannten Tabellen. Um zu einer wirklich guten Farbwiedergabe zu kommen, muss man Versuchsreihen mit verschiedenen Filterungen bei gegebener Beleuchtung durchführen.

Schwarzweißfotografie

Beispiel: Schwarzweißfotografie mit rotem Filterglas vor dem Objektiv

Während die verschiedenen Farbfilter bei Farbfilm die farbrichtige Wiedergabe herstellen sollen, wirkt sich das bei Schwarz-Weiß-Material ganz anders aus. Hier führt der Einsatz der Konversionsfilter zu einer Verschiebung bei der Grautonumsetzung. Die Farbe des Filters wird verstärkt, das heißt, sie wird heller dargestellt, während ihre Komplementärfarbe unterdrückt, das heißt, dunkler dargestellt wird. Mit diesem Effekt lässt sich die Bildgestaltung mit Schwarz-Weiß-Filmmaterial sehr interessant verändern.

Diese Beschreibung bezieht sich auf die „klassische Fotografie“ mit chemisch sensibilisierten Filmmaterialien, die entsprechend auf den Filtereinsatz reagieren.

Die Effekte der Filter für die Schwarzweiß-Fotografie können daher wie folgt zusammengefasst werden:

• Gelb: Dunkelt einen blauen Himmel ab und verstärkt den Kontrast der Wolken, ebenso wird atmosphärischer Dunst leicht abgeschwächt.
• Grün: Differenziert die in der Natur vorhandenen Grüntöne, rote Töne (Lippen beim menschlichen Portrait) werden abgedunkelt, allerdings auch Hautunreinheiten.
• Rot: Eine Landschaft im Sonnenschein wirkt durch die starke Sperrwirkung des roten Glases wie vom Vollmond beleuchtet, blauer Himmel wird fast schwarz. Eventuell vorhandener Dunst wird stark unterdrückt, Hauttöne wirken wächsern, rote Lippen nahezu weiß.
• Orange: In der Wirkung zwischen Gelb- und Rotfilter.
• Gelb-grün: Günstig bei Portraits im Freien, unterdrückt leichte Hautunreinheiten.

Die Verwendung blauer Filtergläser hat in der Schwarzweißfotografie kaum eine Bedeutung, allerdings kann man durch die Verwendung eines blauen Konversionsfilters bei Beleuchtung mit Glühlampen oder Kerzenlicht unter Umständen eine natürlichere Wiedergabe von Hauttönen erreichen sowie Dunst und Nebel etwas verstärken.

Ein Sonderfall sind Infrarotfilter, die nahezu alles sichtbare Licht sperren und für das menschliche Auge schwarz oder tief dunkelrot wirken. Mit geeignetem Film oder infrarotempfindlichen Sensoren mancher Digitalkameras lassen sich mit der Infrarotfotografie (nicht zu verwechseln mit Wärmebildkameras) beeindruckende Effekte erzielen. Eine Belichtungsmessung durch das Objektiv ist mit diesen Filtern nicht möglich, aber auch bei Orange- und Rotfiltern kommt es bei TTL-Belichtungsmessungen oft zu erheblichen Abweichungen. Orange- und Rotfilter können mit orthochromatisch sensibilisiertem Schwarzweißfilm nicht eingesetzt werden.

Bildbearbeitung

Bei der fotografischen Arbeit im Labor werden Filter zur Erzielung des gewünschten Farbeindruckes am Papierbild eingesetzt. Ebenso werden Farbfilter zur Kontraststeuerung bei Schwarzweißpapieren mit variabler Gradation verwendet. Auch beim Dunkelkammerlicht bzw. beim Einstelllicht für Schwarz-Weiß-Material kommen Photofilter bzw. deren Wirkung zum Einsatz.

Vergleich „Klassische“ Fotografie und Digitalfotografie

Sowohl bei der Fotografie mit konventionellem Film als auch in der Digitalfotografie können Filter eingesetzt werden. In vielen Fällen erlaubt jedoch der digitale Weißabgleich oder die Einstellung der gewünschten Farbtemperatur den Verzicht auf die Filterung bei Digitalkameras.

Der kameraseitige Weißabgleich bei extrem vom Standard-Tageslicht abweichenden Lichtverhältnisse kann jedoch zu erhöhten Rauschen oder falscher Farbfilterung führen. Insbesondere die Beleuchtung mit (weitgehend) monochromatischem Kunstlicht führt zu einer störenden Irritation der Kameraelektronik bzw. der eingebauten Logik, sodass der Einsatz von Filtern zur Erzielung rauscharmer Bilddaten sinnvoll wird.

Zudem lässt die Digitalfotografie eine Filterung in der digitalen Nachbearbeitung zu. Dies gilt insbesondere dann, wenn die rohen Digitaldaten des Sensors in hoher Qualität gespeichert wurden. Durch die Erstellung von Farb-Histogrammen und Erzeugung beliebiger Farbkanäle ist dabei eine gezieltere und teils einfachere Bearbeitung möglich, als es die analoge Bildverarbeitung zulässt.

Die digitale Umsetzung in ein Schwarz-Weiß-Bild:
Ohne Filterung der Kanäle, entsprechend einem panchromatischen Film	Nur roter Kanal, entsprechend einem Rot-Filter	Nur roter und grüner Kanal, entsprechend einem Gelb-Filter	Nur grüner Kanal, entsprechend einem Grün-Filter

Einfluss auf die Belichtungsmessung

Filter haben durch ihren Komplementärfarbensperreffekt auch eine Lichtreduktion zur Folge, die in der Regel auf dem Filter angegeben ist. Dieser Lichtverlust muss beim fotografischen Einsatz mit berücksichtigt werden. Besonders schwierig wird dies bei Konversionsfiltern im Rottonbereich, da hier die Lichtreduktion nicht statisch ist, sondern je nach Motiv recht stark schwanken kann.

Dies gilt insbesondere für die Belichtungsmessung mit externen Geräten (Handbelichtungsmessung) oder auf Grund von Belichtungstabellen. Die Belichtungsmessung durch das Objektiv berücksichtigt grundsätzlich die verminderte Lichtmenge, die Messzelle in der Kamera kann aber durch die geänderte spektrale Zusammensetzung des Lichtes getäuscht werden.

Dies gilt auch für die Digitalfotografie. Werden die Histogramme der Belichtung nur als Summe der Kanäle Rot, Grün und Blau angezeigt, kann bereits bei einem Kanal deutliche Überbelichtung auftreten, ohne dies am Histogramm zu erkennen. Dies gilt auch für die Überbelichtungswarnung mancher Kameras bei der Kontrollwiedergabe des Bildes.

Anwendung in der Beleuchtung

Bei der Beleuchtung werden Farbfilter zur Erzielung besonderer Effekte eingesetzt: In der Theaterbeleuchtung und bei Fotografischen Aufnahmen.

Bei der Reproduktion (Vergrößerungsgerät) werden sie zur nachträglichen Korrektur eingesetzt. Durch die Verwendung eines Farbmischkopfes erreicht man dabei eine stufenlose Veränderung der Lichtfarbe.

Auch Dunkelkammerleuchten verwenden in der Regel Farbfilter, um eine Belichtung des Fotomaterials während der Bearbeitung zu vermeiden.

Videotechnik und Digitalkameras

Streifenfilter

Streifenfilter dienen zur Aufteilung des Farbspektrums vor einem Bildwandler. Sie bestehen aus vertikalen Streifen der Grundfarben Rot, Grün und Blau. Durch das Zeilenweise Abtasten des Bildsensors werden so die Farbintensitäten zeitlich nacheinander Übertragen. Entsprechend werden diese Filter auch bei der Bildwiedergabe eingesetzt, wo mit einem weißen Lichtstrahl ein Farbbild erzeugt wird. Durch die Streifenanordnung sind Moire-Störungen unvermeidbar.

Mosaikfilter

Mosaikfilter sind eine Weiterentwicklung der Streifenfilter. Durch die versetzte Anordnung der Farbflächen können die Moireeffekte stark gemildert werden. Sie finden in der Digitalfotografie Verwendung, um auf einen Strahlteiler verzichten zu können. Dies ist erforderlich, wenn die Herstellungskosten gering gehalten werden sollen (Videokamera für den Konsumbereich) oder die Schnittweite des Objektivs keinen Platz für den Strahlteiler lässt (Kompakte Bauweise, Weitwinkelobjektiv höherer Lichtstärke).

• Beschreibung siehe Bayer-Sensor.

Literatur

• Nischke Michael, Sovak Jens: Belichtung und Farbwerte in der Fotopraxis. Image Plus, für die Fa. Gossen, München 1992.
• Hans Clauß und Heinz Meusel: Filterpraxis. Halle: Fotokinoverlag

Weblinks

• gimps.de - Farbfilter mit Gimp nachahmen
• Ergänzende Übersicht

Siehe auch

• Filter (Fotografie)
• 3D-Brille