Pixel Shift – Mittelformatauflösung mit Artefakten…

11.2.24

PixelShift/ Pixelverschiebung?

Pixel Shift ist in der Fotoindustrie nicht ganz neu, Olympus hat das schon seit der E-M1 mii, Panasonic hat es, Sony (A7R5), Fujifilm (XT5) und auch Canon in der R5. Jetzt hat Nikon nachgezogen und bietet es in der Zf und seit ein paar Tagen mit Firmware 2.0 auch in der Z8 an.

Das Grundprinzip, ist bei allen gleich, es wird eine Serie aufgenommen und durch den IBIS wird der Sensor zwischen den Aufnahmen um ganze oder halbe Pixel versetzt. In der Nikon eigenen NX-Studio- Software werden die Bilder später in der Nachbearbeitung zu einer neuen Datei (.nefx) verrechnet.
Bei Nikon gibt es 4 verschiedene Modi für „Aufnahmen mit Pixelverlagerung“ – 4, 8, 16 und 32 Aufnahmen.
Bei 4 und 8 entsteht ein Bild in der „normalen“ Auflösung (45,4 MP), allerdings wird bei 4x jeder Farbpixel (rot, 2x grün, blau) des Bayer-Patterns auf dem Sensor einmal benutzt, was zu einer verbesserten Farbwiedergabe führt. Bei 8x wird zusätzlich noch das Rauschen vermindert in dem jeder (Farb-) Pixel zwei mal benutzt, dabei wird dann (zufälliges) Bildrauschen herausgemittelt.
Die beiden Modi 16x und 32x verschieben den Sensor zusätzlich um einen halben Pixel, wodurch neben Farbe und (bei 32x) Rauschen sich die Auflösung vervierfacht. Bei der Z8 erhält man so 181 MP Dateien (16512 x 11008 px).

Durchführung

In der Kamera ist es sehr einfach, die neue Funktion „Aufnahme mit Pixelverlagerung“ findet sich im Menü „Fotoaufnahme“, lässt sich aber auch auf eine Taste oder ins i-Menü legen.

Neben der Anzahl der Aufnahmen lässt sich optional auch eine Vorlaufzeit (Pixelverlagerung ist NICHT mit dem Selbstauslöser kombinierbar) einstellen, dazu ein Intervall zwischen den einzelnen Aufnahmen. Ansonsten nimmt die Z8 alle 4/ 8/ 16/ 32 Aufnahmen automatisch in einer schnellen Serie auf.
Die Pixelverlagerung (PV) lässt sich dauerhaft oder nur für eine Aufnahme anschalten.
Der Start der Aufnahmen funktioniert -wie es sein sollte- über den Auslöser. Bei Nikon leider nicht ganz selbstverständlich, die Fokusverlagerung lässt sich ja leider nur aus dem Menü anstarten…

Bearbeitung in NX-Studio

Öffnet man die Speicherkarte in NX-Studio, so werden die Bilder der PV-Serien mit „Pixel“ markiert.

Wählt man „Verschmelzen von PV“ so sucht die Software automatisch alle Serien zusammen.
Hier gibt es auch noch Möglichkeit die Bilder zu mehreren Bildern zu verschmelzen, den Sinn hierin kann ich allerdings nicht erkennen. Aus einem 32x PV kann man also auch vier 8x PV -Bilder erzeugen – aber warum sollte man… 
Die erzeugten Bilder haben die Dateiendung .nefx und eine ordentliche Größe

Ab hier kann die weitere Verarbeitung in Lightroom stattfinden.
[Anmerkung: Stand heute hat Lightroom noch ein Anzeigeproblem mit den .nefx Dateien der Z8, diese werden nur gecropped dargestellt und exportiert. Man kann die Datei aber bearbeiten und an Photoshop übergeben, dort wie sie korrekt angezeigt und beim Reimport in LR (als .psd oder .psb) auch hier jetzt korrekt angezeigt. Alternativ kann natürlich auch direkt mit Camera Raw und Photoshop bearbeiten. Camera Raw nutzt hier eine etwas aktuellere Version (16.1.1) als Lightroom, daher kann es eigentlich nur eine Sache von ein paar Tagen sein. ]

Was die Dateigröße angeht, so hat ein „normales“ NEF ca. 60MB, die 4/8 PV- Varianten haben schon 240MB und die 180MP Varianten 16 und 32 kommen auf knapp 1 GB , interessanterweise gibt es keine erkennbaren Größenunterschiede zwischen 4 und 8 oder 16 und 32.

Was bringt es…

Nach einer Bearbeitung in CameraRaw mit den identischen Einstellungen (Belichtung + 1 EV, Tiefen +80 um eventuelles Rauschen zu zeigen) kann man die Bilder als psd exportieren und in Lightroom vergleichen.
Um hier Unterschiede zu sehen muss man schon weit reinzoomen, Bei einer Übersicht sieht man absolut keine Unterschiede, aber auch bei einer 100% Vergrößerung erkennt man kaum Unterschiede zwischen dem „einfachen“ NEF und der 32x PixelShift Version. Hier habe ich natürlich die Ansicht angeglichen, also eine 100% Ansicht des NEF gegen eine 50% Ansicht der (großen 181MB) Pixelshiftvariante,

Erst wenn man noch tiefer einzoomt zeigen sich überhaupt Unterschiede. Hier bei 400% (45MP) bzw. 200% (181 MP)…

Hier sieht man (minimal) etwas weniger Grundrauschen in den Wolkenstrukturen, trotz ISO64.

Wenn man das NEF gegen die 32x PV Variante vergleicht, dann wird es deutlicher…

Hier erkennt man – zumindest am Monitor- mehr Details in der Baumrinde.

Die Probleme…

Also eine Mittelformatkamera im kleinen Gehäuse?
Leider nicht ganz. Es gibt zwei Probleme – einmal das offensichtliche….
„Bewegung“. Sobald nur etwas Wind geht entstehen Artefakte in feinen Zweigen, Blättern, Gras usw.
Das passiert natürlich bei nur einer Aufnahme nicht (bzw. maximal Bewegungsunschärfe).

Beim zweiten Problem kann ich nicht genau sagen, wo der Fehler liegt. Evtl. in der Kamera, evtl. in NX-Studio oder aber „nur“ bei der Anzeige in LR oder PS. Zumindest tritt der Fehler in beiden Programmen auf.
Bei einer großen Zoomstufe zeigen sich eine Art „Moiree-Streifen“ in den .nefx -Dateien.
Hier bei (extremen!) 800%…

Ist das ein echtes Problem? Naja, bei 100% kann man die Streifen noch erahnen, darüber werden sie deutlich.

Auch bei 16x PV und 8x PV (dort aber kaum erkennbar) habe ich die Streifen gefunden.
Schaut man sich das .nefx in NX-Studio an, so erkennt man die Streifen ebenfalls, eher ein Indiz, dass es kein LR/ PS – Problem ist…

Interessanterweise konnte ich die (Moiree-) Artefakte nur in den Abendaufnahmen finden, bei den Aufnahmen am Tag sehe ich keine. Seltsam…
Daher hier die Exif-Daten: Nikon Z8 + Z100-400mm @310mm, ISO64, f/8, 1/4s

Lieber in LR vergößern?

Hier noch ein naheliegender Vergleich – 32x PV und „Super-Resolution“ in Lightroom… Beide liefern 181MP große Bilder, dabei sind die in LR erzeugten .dng Dateien mit 128 MB (in meinem Beispiel) nur einen Bruchteil so groß wie die 960 MB großen .nefx Dateien.
Hierbei muss man natürlich auch erwähnen, dass LR hier auch mit AI entrauscht und nachschärft, aus dem .nefx lässt sich daher sicher auch mehr rausholen. „Verbessern“ in LR funktioniert auf den .nefx (noch?) nicht (in CameraRaw, Topaz Photo AI und DXO PureRaw3 ebenfalls noch nicht).

Optisch wirkt das vergrößerte LR Bild deutlich knackiger und schärfer (was sicher auch an Nachschärfung in der Funktion liegt). Die homogenen Flächen empfinde ich in PixelShift als etwas besser.

Bildergebnis

Hier noch das fertige, bearbeitete Bild…

Fazit

Mal sehen, ob andere diese (Moiree-) Artefakte ebenfalls nachvollziehen können, aber selbst wenn nicht werde ich die Funktion nur selten einsetzen.
Die Artefakte bei Wind machen den Einsatz nur selten möglich, dazu sind die Dateigrößen wirklich extrem, 1 GB pro Bild und als bearbeitete PS-Datei knapp 4GB! Dazu ächtzt zumindest mein Rechner deutlich unter der Last ein 181MP Bild zu bearbeiten.
Eigentlich reichen die 45MP dicke aus und wenn nicht liefert die „SuperResolution“ in Lightroom ebenfalls extrem gute 181MP Ergebnisse – ohne Bewegungs- und Moireeartefakte, mit deutlich kleineren Dateien und auch einem einfacheren Workflow ohne NX-Studio.