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TECHNISCHER HINWEIS
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Staub- und Kratzerentfernung für die Digitalisierung von Dias

 

Dieser Artikel beschreibt die technischen Möglichkeiten einer Staub- und Kratzerentfernung und erklärt die Grundlagen der unterschiedlichen Verfahren. Scan-Beispiele in voller Auflösung können dazu heruntergeladen werden. Am Ende des Artikels wird zudem eine RGBI-Datei zum Download angeboten. Ergänzende Informationen zu unserem Angebot finden Sie in der Preisliste.

Bitte beachten Sie, dass Sie nur dann von einer realistischen Wiedergabe entsprechend unserer Farb- und Neutralautomatik ausgehen können, wenn Sie über einen farbkalibrierten Bildschirm verfügen. Ähnliches gilt für die Bildschärfe, die nur dann beurteilt werden kann, wenn die physikalische Pixelauflösung des Bildschirms eingestellt ist (engl.: native resolution).

1. Digitalisierung ohne Staub- und Kratzerentfernung

Aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile geht der Trend bei Scan-Dienstleistern hin zu schnellen Kamera-Scannern. Dabei wird das Dia rein elektronisch über eine Kamera mit Flächensensor abgetastet (engl.: to scan). Es ist nicht mehr notwendig, eine Zeilenkamera über einen Schrittmotor mechanisch am Dia vorbei zu bewegen.

Im deutschsprachigen Raum werden Scanner mit Flächensensor meist mit dem Begriff "Abfotografieren" beschrieben. Das klingt zwar so, als könne jeder zuhause seine Dias mit der eigenen Kamera mal eben selbst abfotografieren. Doch tatsächlich sind die technischen Anforderungen an den mechanischen Aufbau eines Kamera-Scanners wesentlich höher als bei einem Zeilenscanner. Ein Kamera-Scanner ist bei gleicher Präzision mit höheren Entwicklungskosten verbunden, kann dann aber unbestritten als die technisch zeitgemäßere Variante bezeichnet werden. Nur bei einem Merkmal, zumindest der hochwertigen Vertreter unter den Zeilenscannern, können die wenigsten Kamera-Scanner mithalten: Die Hardware für eine Staub- und Kratzerentfernung per Infrarotbild fehlt den meisten.

Nun werben einige Scan-Dienstleister damit, der eingesetzte Kamera-Scanner bilde Staub- und Kratzer aufgrund einer speziellen Beleuchtung nur noch geringfügig ab. Folglich könne man auch gleich ganz auf eine Staub- und Kratzerentfernung verzichten.

Dazu einige Grundgedanken: Bei punktförmigen Lichtquellen verhalten sich Staub und Kratzer auf Dias ähnlich wie Objekte in der prallen Mittagssonne. Fotografen meiden das harte Licht zur Mittagszeit, weil Schlagschatten dann besonders aufdringliche Kontraste verursachen. Insbesondere die LED-Lichtquellen kompakt aufgebauter Zeilenscanner sind typischerweise als Leuchtzeile ausgeführt und erzeugen so ein vergleichsweise hartes Licht. Folglich werden Staub- und Kratzer bei diesen Scannern entsprechend kontrastreich abgebildet. Im Gegensatz dazu verfügt ein Kamera-Scanner über einen Flächensensor und benötigt aus technischen Gründen ein großes Leuchtfeld. Das damit verbundene weiche Licht hat nachweislich den Nebeneffekt, dass Staub- und Kratzer beim Kamera-Scanner weniger aufdringlich abgebildet werden wie beim Nikon-Scanner. Doch reicht das, um gleich ganz auf eine Staub- und Kratzerentfernung verzichten zu können?

Beim ersten Beispiel handelt es sich um das Scan-Ergebnis eines Zeilenscanners, der Störstellen typischerweise deutlich abbildet. Die nachfolgend vergrößert dargestellten Ausschnitte 1und 2 sind als Markierungen eingezeichnet:

Fischerboot
Bild 1: Scan-Datei ohne Staub- und Kratzerentfernung (Nikon-Zeilenscanner)


In Bild 2 zeigt der Ausschnitt Nr. 1 oben einen feinen Kratzer und darunter einen breiten Kratzer, der sich aus mehreren feinen Kratzern zusammensetzt. In Ausschnitt Nr. 2 ist ein großflächiger Schimmelbefall abgebildet. Mit Ausnahme des feinen Kratzers haben die Störstellen ein Ausmaß, das über die Möglichkeiten einer automatisierten Reinigung hinausgeht. Trotzdem eignen sich diese Defekte zusammen mit dem feinen Kratzer gut, um die Auswirkung des harten Lichts eines Zeilenscanners auf die Abbildung der Störstellen zu demonstrieren:

Kratzer auf Dia
Bild 2: Zwei Ausschnitte von Bild 1 mit Störstellen (Nikon-Zeilenscanner)

Das nächste Bild zeigt das Ergebnis des Kamera-Scanners:

Fischerboot
Bild 3: Scan-Datei ohne Staub- und Kratzerentfernung ( Kamera-Scanner)


Aufgrund des weicheren Lichts des Kamera-Scanners ist der feine Kratzer in Bild 4 bei der hier gezeigten vollen Scan-Auflösung fast nicht mehr zu sehen. Anders der breite Kratzer, die neu hinzu gekommenen Staubfaser und der großflächige Schimmelbefall:

Kratzer auf Dia
Bild 4: Zwei Ausschnitte von Bild 3 mit Störstellen ( Kamera-Scanner)

Das folgende Bild des Kamera-Scanners enthält außer kleineren Staub- oder Schimmelpunkten keine nennenswerten Störstellen. Das Dia befindet sich in einem entsprechend guten Erhaltungszustand. Für die Verwendung bei normaler Bildschirmauflösung mag das Ergebnis ausreichen, doch bei voller Auslösung sind die Defekte erkennbar:

Fort Margherita, Kuching, Malaysia
Bild 5: Scan-Datei ohne Staub- und Kratzerentfernung (Kamera-Scanner)


Die gezeigten Beispiele aus der Praxis bestätigen zwar die geringere Auswirkung von Defekten. Aufgrund der Größe des bei jedem Kamera-Scanner eingesetzten Leuchtfeldes werden Störstellen weniger auffällig abgebildet. Doch nur sehr feine Kratzer werden tatsächlich ausgeblendet. Folglich kann das Licht eines Kamera-Scanners alleine keine Staub- und Kratzerentfernung ersetzen. Selbst bei hervorragendem Zustand des Ausgangsmaterials und gewissenhafter Vorreinigung kann von zuverlässigen Ergebnissen kaum die Rede sein.

2. Softwarebasierte Staub- und Kratzerentfernung (ohne Hardware-Unterstützung)

Das Ergebnis einer digitalen Staub- und Kratzerentfernung hängt maßgeblich von den folgenden zwei Bearbeitungsstufen ab:


Unterstützt die Hardware keinen zusätzlichen Infrarot-Scan, so fehlt der Software ein sicheres Fundament für die zuverlässige Erkennung von Defekten. In diesem Fall bleibt der Software nur noch die Möglichkeit, über eine digitale Bildanalyse nach Mustern zu suchen, die typisch für Defekte sind. Da es jedoch keine eindeutigen Muster zur Erkennung von Defekten gibt, bleibt die automatisiert eingesetzte Erkennung von Defekten ein rein spekulatives System. Die Ergebnisse können immer nur ein Kompromiss zwischen verlorenen Bilddetails einerseits und noch vorhandenen Defekten andererseits sein.

Das Verfahren wird dann als softwarebasierte Staub- und Kratzerentfernung eingeordnet, die als manuelles Werkzeug eingesetzt durchaus gute Ergebnisse erreicht. Der erfahrende Anwender kann über verschiedene Parameter direkt in die Defekterkennung eingreifen und die Ergebnisse über eine Vorschau kontrollieren. Die so erzielten Ergebnisse sind denen eines einfachen Weichzeichners klar überlegen, weil in den nicht als Defekt erkannten Bildbereichen die Details erhalten bleiben. Doch das manuelle Verfahren ist mit Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden. Die folgende Scan-Datei ist unbereinigt und enthält unter anderem eine deutlich sichtbare Staubfaser im oberen Bildbereich:

Chinatown, Kuala Lumpur, Malaysia
Bild 6: Scan-Datei vor der Software-Reinigung (Kamera-Scanner)


Das folgende Bild zeigt einen Ausschnitt mit markierten Störstellen einer softwarebasierten Staub- und Kratzer-Erkennung, die magentafarben hervorgehoben sind. Der weiße Pfeil kennzeichnet die zu entfernende Staubfaser. Im automatisierten Einsatz würden mit den hier gezeigten Einstellungen auch Mauerfugen, die Kanten eines Fenstergitters sowie diverse Kabelteile als Defekte retuschiert werden. Im manuellen Einsatz ist das hingegen durch das korrigierende Eingreifen eines Bildbearbeiters zu verhindern:

Staub- und Kratzerentfernung
Bild 7: Ausschnitt mit markierten Störstellen (Kamera-Scanner)

Das nachfolgende Bild ist ein Motiv, bei dem Staub- und Kratzer aufgrund der homogenen Farbflächen typischerweise auffallen.

Koh Samui, Mae Nam Beach
Bild 8: Scan-Datei ohne Staub- und Kratzerentfernung (Kamera-Scanner).


Das folgende Bild zeigt wieder einen Ausschnitt mit markierten Störstellen der softwarebasierten Staub- und Kratzer-Erkennung. Die weißen Pfeile kennzeichnen einzelne Störstellen. Mit den hier verwendeten Einstellungen würden auch Teile des Palmenblattes retuschiert werden. Bei den kleinen schwarzen Punkten handelt es sich um einen beginnenden Befall mit Schimmel, der sich später auch in Form dünner Fäden ausbreiten kann:

Staub- und Kratzerentfernung
Bild 9: Ausschnitt mit markierten Störstellen (Kamera-Scanner)

3. Hardwarebasierte Staub- und Kratzerentfernung (Infrarot-Reinigung)

Damit die digitale Staub- und Kratzerentfernung auch automatisiert zuverlässige Ergebnisse liefern kann, muss zunächst einmal die erste Bearbeitungsstufe mit der Erkennung von Defekten verbessert werden. Genau da setzt eine Infrarot-Reinigung an. Der Scanner muss dafür mit zusätzlicher Hardware für einen Infrarot-Scan ausgestattet sein.

Die Erkennung von Defekten mittels Infrarotlicht basiert auf einer besonderen Eigenschaft typischer Diafilme. Vergleichbar mit einer Röntgenaufnahme durchdringt Infrarotlicht die Farbschicht von Dias mehr oder weniger ungehindert, während Störstellen wie Staub, Kratzer oder vereinzelt auftretende Schimmelpartikel als dunkle Schatten auf dem Infrarotbild erscheinen. Die Software erhält damit die erforderliche Basis, um Defekte zuverlässig zu lokalisieren und zielgerichtet retuschieren zu können. Die nicht als Störstelle erkannten Bildbereiche bleiben unverändert. Feine Details und die Schärfe bleiben so erhalten. Dies ist das entscheidende Merkmal für eine hardwarebasierte Staub- und Kratzerentfernung.

Störstellen wie Staub, Kratzer oder Schimmel treten in der Praxis mit unterschiedlich starkem Kontrast auf. So erscheinen sehr dünne oder fast transparente Fasern (Staub, Schimmel) mit nur geringem Kontrast auf dem Infrarot-Scan. Zugleich können Diafilme vereinzelt noch Rückstände von infrarotlicht-absorbierenden Silberhalogeniden enthalten. Auch Schimmel kann sich in Form fein verteilter Partikel zeigen. Insofern enthält der Infrarot-Scan kein Schwarz-Weiß-Bild mit klar guten oder schlechten Bereichen. Tatsächlich handelt es sich um ein Graustufenbild, das je nach Erhaltungszustand der Dias unterschiedlich interpretiert werden kann. Der folgende Infrarot-Scan enthält typische Störstellen zu Bild 8 wie Staub oder vereinzelte Schimmelpartikel, die bei dieser geringen Ausbreitung noch retuschierbar sind:


Infrarot-Scan
Bild 10: Infrarot-Scan mit Störstellen zu Bild 8 (Kamera-Scanner)


Wird die Erkennung von Störstellen empfindlicher eingestellt, so steigt das Risiko von Artefakten. Im automatisierten Workflow setzen wir die Infrarot-Reinigung daher bewusst mit geringer Empfindlichkeit ein. Das gilt sowohl für VueScan als auch für den Kamera-Scanner. Zeigen sich nach einer Digitalisierung aus einem der oben genannten Gründe bei den Standard-Bildformaten Artefakte oder bleiben Defekte zurück, so enthalten die mitgelieferten RGBI-Dateien (64 Bit) trotzdem fehlerfreie und vollwertige Bilddaten – bereits farbkalibriert, aber ohne Infrarot-Reinigung.

Nach der Erkennung folgt immer die zweite Bearbeitungsstufe mit der Retuschierung von Defekten. Kleinere Defekte werden einfach durch die Umgebungsfarbe ersetzt. Bei größeren Defekten können darüber hinaus nach dem von Rasch-Diascan für den Kamera-Scanner entwickelten Verfahren auch unterbrochene geometrische Strukturen wiederhergestellt werden. Dazu erfasst eine intelligente Bildanalyse beispielsweise abgegrenzte Farbflächen oder Objektkanten der Umgebung. Das nachfolgende Ergebnis zeigt, dass ein geringer Schimmelbefall durchaus auch mit den Standard-Parametern der automatisierten Infrarot-Reinigung retuschiert werden kann:

Koh Samui, Mae Nam Beach
Bild 11: Beispiel für eine Infrarot-Reinigung: (Kamera-Scanner)


Eine automatisierte Digitalisierung mit Infrarot-Reinigung und Standard-Parametern kann bei gut erhaltenen Dias zu guten Ergebnissen kommen. Bei Dias in weniger gutem Zustand (Kratzer, Schimmel) sind Verbesserungen möglich, doch gute Ergebnisse machen unter Umständen eine manuelle oder erweiterte Infrarot-Reinigung erforderlich.

Aus der Größe der Defekte ergibt sich eine weitere technische Grenze, da Störstellen bestenfalls durch die Farben, Muster und Strukturen der Umgebung ersetzt werden können. Nimmt die Größe oder Häufigkeit der Defekte zu, so steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Rekonstruktion der Störstellen auf der Grundlage der Umgebung nicht mehr fehlerfrei möglich ist. Folglich können sogenannte Artefakte entstehen. Der Übergang von gut erhaltenem Bildmaterial bis zum restaurierungsbedürftigen Zustand ist fließend. Das nächste Bild ist ein Beispiel für die automatische Retuschierung eines Kratzers, der vor oder bei der Filmentwicklung entstanden ist:

Fischerboot in Kota Bharu
Bild 12: Scan-Datei ohne Staub- und Kratzerentfernung (Kamera-Scanner)


Das Ergebnis zeigt, dass der Kratzer nach der Infrarot-Reinigung mit Standard-Einstellungen bei voller Scan-Auflösung immer noch erkennbar ist. Mit einem durchgehenden Kratzer von etwa 10 Pixel Breite muss das Dia als stark beschädigt eingestuft werden. Ein runder Staubpartikel mit dem gleichen Durchmesser würde kaum auffallen, doch bei einer geraden Linie ist das einfach anders:

Staub- und Kratzerentfernung
Bild 13: Ausschnitt vor und nach einer Infrarot-Reinigung mit Standard-Parametern (Kamera-Scanner)


Normalerweise wäre ein derart beschädigtes Dia ein Fall für die Restaurierung – was eine Infrarot-Reinigung mit Standard-Parametern nicht leisten kann. Trotzdem besteht die Möglichkeit mit einer ausgewählten Parameter-Vorgabe auch breitere Linien gezielter und trotzdem im Stapel automatisiert zu retuschieren. In diesem Fall handelt es sich bei der Retuschierung um die bereits vorgestellte intelligente Bildanalyse, die jedoch bei punktförmigen Defekten dieser Größe normalerweise überhaupt nicht zum Einsatz kommen würde. Eine Linie dieser Breite fällt hingegen auf. Bei der Retuschierung werden die schrägen Kanten des Bildmotivs genauso beachtet wie die körnige Struktur der farblichen Umgebung. Da das Risiko für Artefakte sowie der Rechenaufwand damit deutlich steigen, kann dies so im Standard-Verfahren nicht eingesetzt werden:

Staub- und Kratzerentfernung
Bild 14: Ausschnitt vor und nach einer Infrarot-Reinigung mit erweiterter Bildanalyse (Kamera-Scanner)


4. Besonderheiten bei Kodachrome-Dias

Wie eingangs schon erwähnt sind typische Diafilme für Infrarotlicht transparent. Es gibt jedoch Filme für die das nicht gilt. Dazu gehören die früher vorwiegend von Berufsfotografen eingesetzten Kodachrome-Dias. Diese Filme mussten an Kodak-Labors eingesandt werden, wo sie nach dem speziellen K14-Prozess entwickelt wurden. Kodachrome-Dias wirken infrarotlicht-absorbierend, daher ist auf dem Infrarot-Scan neben den Verunreinigungen auch das Motiv mehr oder weniger gut abgebildet. Die Störstellen lassen sich nicht mehr ohne weiteres lokalisieren. So wie die meisten der am Markt verfügbaren Verfahren kann auch der von Rasch-Diascan für den Kamera-Scanner entwickelte Workflow derzeit keine Infrarot-Reinigung für Kodachrome-Scans durchführen.

Neben Kodachrome-Dias gibt es noch weitere Filmmaterialien, die infrarotlich-absorbierende Eigenschaften haben. Dazu gehören beispielsweise einzelne AGFA-Diafilme aus den 80er-Jahren oder auch Filme, die bei der Entwicklung unvollständig gereinigt worden sind. Erkennen lässt sich dies erst, wenn Teile des Motivs auf dem Infrarot-Scan erscheinen. Im Ergebnis der Infrarot-Reinigung können vermeintlich große Störstellen zu Artefakten führen. Es besteht die Möglichkeit, einzelne betroffene Dias nach der Digitalisierung anhand des Infrarot-Scans zu identifizieren. Doch die breite Masse der Diafilme wurde nach dem einheitlichen E6-Prozess entwickelt, auch die anderen genannten Gründe für Einschränkungen machen nur einen vergleichsweise geringen Anteil aus. Auch Kodak produzierte neben Kodachrome seinerzeit auch eine große Anzahl herkömmlicher E6-Filme wie Ektachrome.

Die Infrarot-Reinigung von VueScan verfügt über ein weiter entwickeltes Erkennungsverfahren, das auch bei infrarotlicht-absorbierenden Filmen zu guten Ergebnissen kommt. Außerdem gehört das von VueScan eingesetzte Verfahren zu den wenigen, die auch automatisiert eingesetzt werden können. Kodachrome-Dias digitalisieren wir aus diesem Grund nur mit Nikon-Scannern und VueScan. Da Nikon-Scanner technisch bedingt langsam und somit wirtschaftlich nachteilig sind, setzen wir diese Geräte trotz ergänzender Automatisierungstechnik nur noch für infrarotlicht-absorbierende Dias ein.

5. Bewertung

Der entscheidende Vorteil des hardwarebasierten Verfahrens besteht in der Erkennung von Defekten mittels Infrarotlicht, die eine zielgerichtete und zuverlässige Retuschierung erst möglich macht. Aufgrund des Risikos von Artefakten kann die Infrarot-Reinigung im automatisierten Einsatz nur mit geringer Empfindlichkeit erfolgen. Insofern sind die Ergebnisse vom Zustand der Dias bzw. vom Filmmaterial abhängig. Trotzdem bedeutet auch das schon im Vergleich zu den verfügbaren Alternativen einen klaren Vorteil.

Die Mehrheit der Scan-Dienstleister, die moderne und wirtschaftliche Kamera-Scanner einsetzen, verfügen bestenfalls über eine softwarebasierte Staub- und Kratzerentfernung. Man wird sich vermutlich schwer tun, überhaupt einen Kamera-Scanner mit Infrarot-Reinigung am Markt zu finden. Manuell eingesetzt ist das softwarebasierte Verfahren mit höherem Arbeitsaufwand und Kosten verbunden. Automatisiert eingesetzt bleibt es ein Kompromiss zwischen noch vorhandenen Defekten einerseits und dem Verlust an Bild-Details andererseits.

Darüber hinaus bietet die Infrarot-Reinigung weitere Möglichkeiten für Filmmaterial, das mit stärkeren Defekten belastet ist. Die RGBI-Dateien können zusätzlich und ebenfalls automatisiert mit speziellen Parametern wie beispielsweise einer höheren Empfindlichkeit bei der Erkennung von Defekten verarbeitet werden. Genau genommen ließe sich das bis hin zur Restaurierung steigern. Die Software SilverFast HDR Studio beinhaltet die Infrarot Staub- und Kratzerentfernung iSRD®. Eine Anpassung an die RGBI-Dateien von Rasch-Diascan durch die LaserSoft Imaging AG wäre bei entsprechender Nachfrage möglich. Das würde kundenseitig die Möglichkeit eröffnen, die Infrarot-Reinigung mit angepassten Parametern manuell oder auch stapelweise automatisiert durchzuführen. Bei einzelnen Scans kann es durchaus auch sinnvoll sein, das Infrarotbild als Basis für eine manuelle Retuschierung mit einer eigenen Bildbearbeitungssoftware herzunehmen, wenn diese einen Alpha-Kanal unterstützt.

Unabhängig davon, welches Reinigungsverfahren aktuell für die Standard-Bildformate (JPEG, TIFF) verwendet wurde: Mit der RGBI-Datei (RGB + Infrarot) als Archivierungsformat sind die Dias inklusive der Scan-Ränder bestmöglich gesichert. Die enthaltenen Infrarot-Daten können zusätzlich als Graustufenbilder bestellt werden. So lassen sich infrarotlicht-absorbierende Dias unbekannten Ursprungs einfach identifizieren und z.B. für eine Digitalisierung mit Nikon-Scanner und VueScan aussortieren. Die nachfolgend zum Download angebotene RGBI-Datei hat eine Größe von 242 MB bei einer Auflösung von 6362 x 4243 Pixel inklusive Rand. Bitte beachten Sie, dass die Dateien aufgrund des zusätzlichen Alpha-Kanals z.B. im Windows Explorer mit einem falschen Kontrast dargestellt werden. Außerdem benötigen Sie Kenntnisse im Umgang mit dem Farbraum AdobeRGB.


RGBI-Archivierungsdatei
Bild 15: RGBI-Datei mit Rand und Alpha-Kanal (Kamera-Scanner)




Helmut Rasch, September 2020