Nichts da oben ist weiß: Weißabgleich für den Nachthimmel

Zwei Serien auf dasselbe Sternbild, dieselbe Nacht, dasselbe Stativ. Die erste kommt mit einem bräunlichen Himmel heraus, der ins Orange zieht. Die zweite, eine Stunde später, ist bläulich. Dazwischen hat sich nichts Sichtbares geändert: derselbe Standort, dieselben Laternen, dieselben gespeicherten Einstellungen. Geändert hat sich, was das Telefon für Weiß hielt. Diese Entscheidung hat es allein getroffen, und es trifft sie weiter, Bild für Bild, während Sie in den Himmel schauen.

Weiß ist eine Vermutung

Der Weißabgleich misst das Licht der Szene nicht. Er rät es. Der Algorithmus sieht sich das Bild an, stellt eine Hypothese darüber auf, welche Art von Quelle das Motiv beleuchtet hat, und legt die Verstärkungen an, die eine neutrale Fläche wieder neutral erscheinen lassen. Die Kameradokumentation von Android sagt es unverblümt, wenn sie die Messfelder für den automatischen Weißabgleich beschreibt: Sie dienen der «Schätzung des Beleuchtungsmittels». Schätzung, wohlgemerkt.

Der Katalog der Alternativen ist der Teil, der uns angeht. Schaltet man die Automatik ab, bietet das Gerät eine Liste unterstellter Lichtquellen an: Tageslicht, bedeckter Himmel, Glühlampe, Leuchtstoffröhre, Dämmerung, Schatten. Sechs Situationen, allesamt am Tag oder in der Wohnung. Keine davon ähnelt einem dunklen Himmel auf zweitausend Metern, und keine ähnelt dem Ortsrand mit brennenden Laternen.

Zwei Referenzlampen, und kein Himmel weit und breit

Das Problem beginnt weiter oben, im Werk. Die farbliche Charakterisierung eines Sensors hängt an zwei genormten Referenzlichtquellen, den Punkten, um die herum die Matrizen berechnet werden, die von der nativen Sensorfarbe in den Ausgabefarbraum überführen. Die von Android zugelassene Liste stammt direkt aus dem Lehrbuch der Farbmetrik: D50, D55, D65, D75, Normlichtart A, Wolfram, die verschiedenen Leuchtstofflampen mit ihren Temperaturbändern, Blitz, Schatten. Lampen und Tageslicht. Alles andere ist Interpolation zwischen diesen beiden Ankern.

Eine Nachtaufnahme fällt aus dieser Karte heraus. Das Licht, das den Sensor erreicht, ist eine Mischung, für die es im Wohnzimmer kein Gegenstück gibt: der künstliche Anteil, den die Atmosphäre über den Städten streut, heute meist breitbandige LED, wo früher Natriumdampf fast alles in eine schmale orange Linie legte, dazu die Eigenemission der Hochatmosphäre, die in schmalen Linien statt in einem glatten Kontinuum arbeitet, und schließlich die Sterne, die sich untereinander in der Farbe unterscheiden. Im Bildfeld gibt es keine einzige neutrale Fläche, von der aus man starten könnte. Einen Schätzer, der darauf trainiert wurde, Grau in einem Zimmer zu finden, dort oben suchen zu lassen, ist eine Frage ohne richtige Antwort.

Was der Weißabgleich tatsächlich tut

Hinter dem eleganten Namen steckt eine Multiplikation. Der Abgleich wird als Vektor von Verstärkungen auf die Kanäle des Bayer-Musters gelegt, gefolgt von einer Drei-mal-drei-Matrix nach dem Demosaicing: Die Dokumentation spricht von «Verstärkungen, die zum Weißabgleich auf die Bayer-Rohkanäle angewendet werden». Zwei Details dieser Seite sind den Abend wert. Erstens reicht der garantiert schnittfreie Bereich von 1,0 bis 3,0. Zweitens sind Werte unter 1,0, wo das Gerät sie überhaupt zulässt, «in der Regel nicht empfehlenswert, weil dadurch Farbartefakte entstehen können». Apple beschreibt dieselbe Geometrie mit eigenen Worten und hält fest, dass jeder Kanal Werte zwischen 1,0 und dem Maximum des Geräts annimmt.

Korrigiert wird also ausschließlich nach oben. Der Kanal, den Sie hochziehen, nimmt sein Rauschen im selben Verhältnis mit, und in einer Himmelsaufnahme ist der Blaukanal fast immer der schmutzigste der drei: Eine Verstärkung von 2,4 auf Blau liefert Ihnen einen Himmel mit korrektem Farbstich und doppeltem Korn.

Die zweite Folge ist leiser und teurer, und sie betrifft die Geometrie der Korrektur. Diese Verstärkungen sind drei Zahlen für das gesamte Bild. Ein Farbstich, der von einer Ecke zur anderen wechselt, der Normalfall, wenn das beleuchtete Dorf links liegt und der saubere Zenit rechts oben, lässt sich mit keiner Weißabgleich-Einstellung heilen. Sie neutralisieren die Mitte und ruinieren die Ränder, oder umgekehrt. Diese Arbeit gehört zur Gradientensubtraktion in der Bearbeitung, und wer beides verwechselt, zahlt es in Stunden.

Dreihundert Bilder, dreihundert verschiedene Weiß

Die Werkseinstellung der Telefone ist für unsere Zwecke die denkbar schlechteste. Apple nennt sie kontinuierlichen automatischen Weißabgleich und beschreibt sie genau so: ein Modus, der den Weißabgleich «laufend überwacht und bei Bedarf anpasst». Für ein Video, in dem ein Kind aus der Sonne in den Schatten läuft, ist das die richtige Wahl. Über dreihundert Aufnahmen desselben Sternfelds bedeutet es, dass die Verstärkungen wandern, während der Himmel dreht, während ein Cirrusschleier durchzieht, während die Scheinwerfer eines Autos zwei Sekunden lang die Hecke anleuchten.

Dann wird gestapelt. Gemittelt werden Bilder, die sich über die Farbe uneinig sind, und das Ergebnis erkennt man sofort: langsame Farbflecken im Hintergrund, ausgewaschene Sättigung, Sterne in ein und demselben schmutzigen Weiß. Die Ausrichtung trifft keine Schuld, die Ausreißerverwerfung ebenso wenig, denn kein einzelnes Bild ist auffällig. Auffällig sind alle, ein bisschen, jedes in seine eigene Richtung.

Richtig festnageln

Android dokumentiert ein Verfahren, und es lohnt sich, es wörtlich zu befolgen. Automatik sperren, auf das erste Ergebnis warten, das mit bereits gesetzter Sperre zurückkommt, diese Werte in eine auf manuell gestellte Anfrage kopieren, und erst dann mit dem Sammeln beginnen. Das Warten dazwischen hat einen handfesten Grund, den dieselbe Seite nennt: Die Kamera hält eine Warteschlange laufender Anfragen, weshalb die gesperrten Einstellungen «nicht notwendigerweise» denen des zuletzt gesehenen Ergebnisses entsprechen. In kalte Finger übersetzt: Nach dem Sperren wandern die ersten Aufnahmen in den Papierkorb.

Auf der anderen Plattform funktioniert derselbe Mechanismus. Apple bietet eine Methode, die das Gerät mit ausdrücklichen Verstärkungen in den gesperrten Zustand versetzt, dazu eine Umrechnung, die gerätespezifische Verstärkungen in «geräteunabhängige» Werte für Temperatur und Tint überführt. Der praktische Unterschied zählt: Ein Paar aus Temperatur und Tint können Sie sich notieren und nächste Woche wiederfinden, rohe Kanalverstärkungen nicht. Auf der Android-Seite kam mit API-Level 36 ein Modus dazu, der Kelvin und einen Tint direkt entgegennimmt, mit Begrenzung auf den vom Gerät angegebenen Bereich, sofern das Gerät ihn überhaupt unterstützt.

Welchen Wert Sie wählen, zählt weit weniger als seine Unbeweglichkeit. Festlegen, notieren, bis zum Ende der Nacht in Ruhe lassen. Wer in RAW fotografiert, hält die Entscheidung in der Entwicklung offen, wie an anderer Stelle beschrieben, mit einer Warnung im Gepäck: Wenn jede Datei einen anderen Aufnahme-Weißabgleich mitbringt und das Stacking-Programm jedem einzelnen folgt, hat das Rohformat Sie vor gar nichts bewahrt. Die Sperre bleibt Pflicht.

Über Farbe wird am Schluss entschieden

Vor einer Einzelaufnahme lässt sich über Farbe nicht urteilen. Das Urteil fällt nach dem Stapeln und nach dem Strecken, das einen verbliebenen Farbstich mitverstärkt wie alles andere. Dann folgt der übliche Griff: den Himmelshintergrund auf ein neutrales Grau bringen, alle drei Kanäle auf demselben Niveau. Der Hintergrund dient dem Auge als Bezug für jede andere Farbe im Bild, und bleibt er getönt, verschiebt er die Wahrnehmung von allem, was darüber liegt.

Die Kontrolle liefern die Sterne, die einzige ehrliche Referenz in einer Nachtaufnahme. Ein weites Feld enthält orangefarbene und blauweiße, und der Unterschied ist echt, er hängt an der Temperatur ihrer Oberfläche. Sind Ihre nach dem Strecken alle weiß, haben Sie die Kerne gesättigt, und was Sie ansehen, ist Vollausschlag. Haben alle denselben Farbton, muss der Abgleich neu gemacht werden.

Weiß ist in einer Himmelsaufnahme eine Konvention, und Sie legen sie fest. Der eine ernste Fehler besteht darin, sie dreihundertmal in drei Stunden von einem Algorithmus festlegen zu lassen, der zwischen den Sternen nach einer weißen Tischdecke sucht.