Greenscreen (Chroma Keying) für die Videoproduktion
Grundlagen, Technik & Umsetzung (Anleitung)

Grundlagen zum Greenscreen bzw. Chroma Keying

Nicht selten fällt bei einem Pitch zu einem Filmprojekt der Satz: "Das können wir doch mit Greenscreen lösen". Ob dies wirklich immer der sinnvollste Weg ist und wie man dies überhaupt in groben Zügen umsetzt, möchten wir im folgenen Beitrag etwas näher erklären.

Was ist "Greenscreen" überhaupt und wozu braucht man es?

Die grüne Farbe mit einem beliebigen Hintergrund zu ersetzen wird im Englischen als "chroma keying" bezeichnet. Zu deutsch "farbbasierte Bildfreistellung". Einfach gesagt, tauschen wir alles mit einer bestimmten Farbe gegen ein neues Motiv aus. Somit kann man Personen an Orte bringen, die nur fiktiv existieren oder für deren Anreise kein Budged vorhanden ist. Zum Beispiel die utopische Welt von Star Wars oder ein tropischer Strand in der Karibik. Mit dem Verfahren kann man aber auch sog. „Set-Extensions“ erzeugen. Das heißt, dass man eine reale Kulisse digital erweitert. Dazu wird zum Beispiel das Ende einer Straße mit einer grünen Fläche verdeckt, um diese digital zu erweitern. Auf diese Weise kann man aus einem kleinen Gründerzeit-Viertel in Berlin eine ganze Stadt aus dem 19. Jahrhundert andeuten. Greenscreening hilft aber nicht nur dabei, Objekte in einen Film hinzuzufügen, sondern auch zu entfernen. So kann man auch einfach einen bestimmten Teil einer Person grün verhüllen, um ein amputiertes Bein zu fingieren. Man sieht also, wie vielseitig diese Technik ist.

Geschichte des Greenscreening im Überblick

Wir wollen hier keinen zu allzu langen Exkurs in die Vergangenheit machen, da diese Techniken längst überholt sind. Jedoch lohnt sich ein "kurzer" Rückblick, da man so einen guten Eindruck in die eigentliche Funktionsweise erhält.

In den ersten Jahrzehnten der Filmproduktion gab es ja keine Farbe. Jedoch wurden schon Anfang der 1930er Jahre Verfahren in Filmen angewendet, die dem heutigen „Greenscreening“ ähneln. Hier wurde jedoch nicht direkt mit Farbe gearbeitet sondern mit der Helligkeit, also der „Luminanz“. Dazu wurde der Hintergrund so schwarz wie möglich gehalten. Später wurde dann mittels doppelter Belichtung des Materials der eigentliche Hintergrund eingefügt. In umgedrehter Form wird dieses Verfahren heute noch recht häufig eingesetzt, wenn zum Beispiel ein heller, trüber Himmel durch einen blauen Himmel mit Wolken ersetzt wird. Man spricht dabei von „sky replacement“. Darüber hinaus gab es früher auch ein Verfahren, indem der Hintergrund mit einem speziellem Licht, das eine bestimmte Wellenlänge aufwies, beleuchtet wurde. Das Motiv davor wurde hingegen mit "normalem" Licht beleuchtet. Am Ende entstanden zwei verschiedene Filme. Der eine zeigte nur das Motiv mit einem schwarzen Hintergrund. Der andere den Hintergrund mit einer schwarzen Silhouette des Motivs.

In den 1940ern wurde dann richtiges Greenscreening eingesetzt. Die Erfindung wurde sogar mit einem Academy Award ausgezeichnet, setzte sich aber aufgrund der damaligen komplexen Umsetzung erst zwei Jahrzehnte später durch. In der Zwischenzeit entwickelten sich alternative Verfahren, um einen fiktiven Hintergrund zu zeigen. Zum Beispiel in Form von bemalten Leinwänden, die sich bewegen.

Dank der Digitalisierung im Filmbereich ist das Verfahren heutzutage wesentlich einfacher geworden und kann im Prinzip an jedem handelsüblichen Computer durchgeführt werden. Komplexe Geräte, welche das Material belichten, entfallen. Zudem ist es heute auch möglich das ganze in Echtzeit abzuwickeln. Man kennt es zum Beispiel aus den Nachrichtenstudios mit ihren farbigen und teils animierten Hintergründen.

Einsatzmöglichkeiten des Greenscreening

Zusammengefasst können wir also sagen, dass wir mit Greenscreening Visionen erzeugen können, die real nicht realisierbar wären. Sei es nun aus finanziellen oder physischen Limitierungen.

Warum drehen wir also nicht alles nur noch vor grün? Weil es leider nicht so einfach ist, wie man es sich vorstellt. Vor „Grün“ zu drehen erfordert eine sehr konkrete Planung, viel Phantasie, eine sehr gute Lichtsetzung, im Idealfall auch eine teure Kameratechnik, zusätzliches Personal am Set sowie viel Know-How und Man-Power in der Postproduktion. All diese Voraussetzungen können das Budget für einen Film massiv in die Höhe treiben und damit die Wirtschaftlichkeit des Projekts gefährden. Greenscreening sollte daher nur eingesetzt werden, wenn es wirklich unbedingt notwendig ist.

Anleitung (5 Tipps zur Umsetzung) für Greenscreening (Chroma Keying) für die Videoproduktion

1. Vorproduktion

Fangen wir bei der Vorproduktion an. Plant man ein Projekt mittels Greenscreening zu realisieren, so muss vorher genau definiert werden, an welchen Stellen im Projekt die Technik zum Einsatz kommen und was damit bezweckt werden soll. Man muss immer daran denken, dass am Ende dutzende Personen am Set stehen und kaum einer so richtig weiß, worauf man beim Greenscreening achten soll. Daher ist es an dieser Stelle immer ratsam Skizzen anzufertigen, bzw. Storyboards zu zeichnen oder bei komplexeren Projekten ganze 3D Vorschauen zu erstellen. Somit weiß vor Drehbeginn jeder Beteiligte was beachtet werden muss. Dies ist nicht zu unterschätzen. Denn selbst gestandene Kameramänner und Beleuchter können hier Fehler machen, die den Aufwand in der Postproduktion erheblich steigern.

2. Hintergrundfarbe und -Material

Welches Hintergrundmaterial sollte man am besten verwenden? Prinzipiell ist dies fast egal, solange es einen gleichmäßigen Farbton aufweist und natürlich so matt wie möglich ist. Farbige Hintergrundpapiere, zum Beispiel von Tetenal, in den Farben „Studio Blue“ oder „Chromagreen“ eignen sich ideal und sind relativ günstig. Benutzte Teile können zudem einfach abgeschnitten werden. Für feste Installationen eignet sich auch entsprechend farbiger Molton oder auch Wandfarbe. Diese sind jedoch anfällig für Schmutz, und müssen daher wesentlich sorgfältiger benutzt werden. Nicht zu vergessen ist auch blauer Himmel. Stellt man Personen auf ein Podest, kann auch ein wolkenloser, blauer Himmel zum perfekten Bluescreen werden.

Es muss nicht immer Grün sein! Allgemein kommen Grün als auch Blau in den Hautfarben des Menschen weitestgehend nicht vor. Daher sind diese beiden Farben in den meisten Fällen am besten für ein Keying geeignet. Nimmt man jedoch jemanden in einem grünen Alienkostüm auf, so wird oft auch auf Rot zurückgegriffen. Betrachtet man weiterhin die Funktionsweise der Software, die zum Freistellen von Greenscreenaufnahmen verwendet wird, so lässt sich feststellen, dass zum Erzeugen der Freistellung, also dem Keying, bei grünem Hintergrund die Kanäle Blau und Rot vom grünen Kanal subtrahiert werden. Bei feinen blonden Haaren entsteht dabei oft ein Schimmer zum Rot hin. So wird das Keying erschwert. Bei blonden Haaren kann also der blaue Screen durchaus bessere Ergebnisse erzielen.

Dann gibt es natürlich noch den Aspekt der Kleidung, den es zu beachten gilt. Soll der Protagonist etwas in der Farbe des Hintergrundes tragen, dann sollte man auch hier zu einer anderen Hintergrundfarbe wechseln. Apropos Kleidung: Auch feinmaschige oder kleinkarierte sowie linierte Stoffe können zum Problem werden. Gern erzeugen diese einen so genannten Moiré-Effekt. Man kennt es von Gardinen, wenn Licht hindurch schimmert und man ein feines manchmal farbiges Raster wahrnimmt. Diese Strukturen können ungewollt Farben annehmen, die hinterher durch das Keying verschwinden und aufwändig maskiert werden müssen.

Ebenfalls ein Pro für den grünen Hintergrund ist der Aufbau heutiger Bildsensoren, so genannte Bayer-Sensoren. Bei diesen wird je ein sichtbarer Pixel aus vier Sub-Pixeln berechnet. Da man jedoch nur drei Farben - also Rot, Grün und Blau - detektiert, braucht man logischerweise eine Farbe doppelt. Die Wahl fiel auf Grün. Spekulativ liegt dies daran, dass der Mensch evolutionsbedingt grüne Nuancen am besten wahrnehmen kann und blaue am schlechtesten. Bei blau kommt es dabei oft zu Unschärfen, die unser Gehirn jedoch sehr gut kaschiert. Achten Sie jedoch einmal im Winter auf Weihnachtsbäume mit blauer LED-Beleuchtung. Im Dunkeln aus der Distanz werden diese stets etwas unscharf erscheinen. Aus diesem Grund kommt der Greenscreen tendenziell öfter zum Einsatz als der Bluescreen, weil die heutigen Sensoren die höchste Auflösung und das niedrigste Rauschen im grünen Farbkanal aufweisen.

Zusammengefasst lässt sich also sagen, dass der Greenscreen für die meisten Anwendungen das beste Ergebnis bringt. Doch je nach Motiv und genauer Anwendung, kann der Einsatz einer anderen Farbe durchaus sinnvoller sein.

3. Beleuchtung

Ein gut gesetztes Licht macht den absoluten Unterschied zwischen einem guten und einem schlechten Greenscreening aus. Allgemein gilt: Es muss immer als erstes der Greenscreen beleuchtet werden und erst im Anschluss der Vordergrund bzw. das Motiv. Zum einen hilft es den Greenscreen so gleichmäßig wie möglich zu beleuchten und zum anderen ist es oft einfacher eine Änderung am Lichtsetup für den Vordergrund vorzunehmen.

In der Praxis sieht dies so aus, dass man den Hintergrund aufbaut und mit möglichst diffusen Lichtquellen ausleuchtet. An der Kamera sollte man im entsprechenden Farbkanal eine Luminanz von ca. 55% erzielen. Auf diese Weise sind nämlich die Farbwerte nicht zu hell und nicht zu dunkel. So ist es vor allem für die Software wesentlich einfacher, den Hintergrund vom Vordergrund zu trennen. Des Weiteren ist es auch die beste Voraussetzung, die Schatten von Motiven und Objekten, die auf den Greenscreen geworfen werden zu "übernehmen" und damit auf den neuen Hintergrund zu legen. Ist man mit dem Histogramm zufrieden geht es an den Vordergrund.

Dieser darf nun von 0-100% der Luminanzwerte erreichen, sollte aber eben nicht "ausbrennen" oder "absaufen". Neben dieser rein technischen Komponente des Leuchtens muss ebenfalls auch beachtet werden, wie das Motiv beleuchtet wird. Soll am Ende beispielsweise ein Hintergrund eingefügt werden, bei dem es sich um einen Sonnenuntergang handelt, so muss auch das Licht entsprechend tief und farbig gesetzt werden. Je besser man die Lichtsitutationen aufbaut, desto besser lässt sich das Motiv später in andere virtuelle Umgebungen einfügen, ohne dass es dem Zuschauer auffällt. Ein Nachteil vom Greenscreen liegt hier auch direkt auf der Hand. Während man an einem echten Set durchaus einen Gegenschuss ohne große Set-Änderungen machen kann, muss man im Greenscreen das Set "drehen" und damit auch die Beleuchtung.

Welches Licht sollte man dabei verwenden? Im Grunde kann man Licht in einer beliebigen Farbtemperatur verwenden. Idealerweise verwendet man aber weißes Licht, also Tageslicht. Je nach Güte sieht man dann in der so genannten Waveform mehr oder weniger Anteile im roten oder blauen Spektrum. In der Praxis wird man leider den Anteil der roten und blauen Farbbereiche fast nie gänzlich eleminieren. Jedoch gibt es auch hier Verfahren um ein möglichst "perfektes" Grün zu erhalten. Die eine Möglichkeit ist, dass der Greenscreen selbst fluoreszierend ist und lediglich in der Farbe der Wahl leuchtet. Dies ist aber extrem teuer und selten. Weiterhin gibt es die Möglichkeit, als Greenscreen eine grün reflektierende Fläche zu nutzen und das Motiv mittels eines Ringlichtes zu beleuchten. Auch dies kann gut funktionieren, ist aber für große Sets eher unpraktisch. Dank neuster LED-Technik ist es aber auch möglich, lediglich Licht mit grünen Spektrum auf den Greenscreen zu werfen. Gelangt kein Licht einer anderen Wellenlänge auf den Hintergrund, kann dieser auch keine andere Farbe reflektieren. Neben den LEDs gibt es auch entsprechend beschichtete Leuchtmittel, die ebenfalls einfarbiges grünes Licht emitieren.

Insgesamt sei bei diesen Methoden aber darauf zu achten, dass der Protagonist nicht von diesem Licht angestrahlt wird, sonst kann dies am Ende unschöne Verfärbungen verursachen. Vor allem die Hautfarben müssen unbedingt unangetastet bleiben. In der Praxis wird diese Beleuchtung aber auch nur angewendet, wenn das Motiv nicht in Interaktion mit dem Greenscreen tritt.

Weiterhin spielt auch der Abstand und der Winkel der Beleuchtung eine Rolle. Denn das vom Greenscreen reflektierte Licht kann als „grünes Licht“ auf dem Motiv landen und dann ungewollte Verfärbungen hervorrufen. Dies nennt man Spill und sorgt vor allem bei Low-Budged-Produktionen für unschöne Farbränder nach dem Freistellen. In aufwändigen Labortests wurde dazu sogar eine entsprechender Abstand definiert. Das Motiv sollte mindestens neun Meter entfernt vom Hintergrund platziert werden. In der Praxis ist das aber ein Wert, der nur in teureren Studios erreicht werden kann. Dank immer besserer Software ist aber auch dies in der Postproduktion nicht mehr das größte Hindernis.

Sämtliche Hinweise zur Beleuchtung lassen sich natürlich adäquat auch zu andersfarbigen Hintergründen anwenden.

4. Kameraeinstellung

Keying funktioniert selbst mit einer Handykamera, jedoch werden die Ergebnisse dabei weniger zufriedenstellend sein. Je größer und besser der Bildsensor ist, desto besser wird das Ergebnis. Es kommt dabei vor allem auf das Rauschverhalten, aber auch auf die Auflösung an. Die Framerate spielt dabei eine eher untergeordnete Rolle und kann lediglich bei schnellen Bewegungen das Resultat verbessern. Je mehr Bildpunkte die Kamera aufzeichnet, desto mehr Informationen besitzt die Software, um den Keyingprozess auszuführen. Je weniger das Bild rauscht, desto gleichmäßig “grüner” wird der Greenscreen erscheinen. “Ausreißer”, also Pixel die rauschen, würden den Farbton an diesem Pixel verfälschen. Es sollte also mit der niedrigsten GAIN- oder ISO-Stufe gefilmt werden. Die Kamera sollte zudem auch die Videos mit ensprechend hoher Datenrate aufzeichnen können. So wird sichergestellt, dass auch alle Details im Material landen. Wir haben tatsächlich schon auf den ersten videofähigen Canon EOS-Spiegelreflex-Kameras relativ gute Ergebnisse erzielen können. Später haben wir dann mit der Sony NEX FS700 und der RAW Option mittel Osyssey Q7 Recorder gearbeitet. Dabei haben wir stets in 4K ProRes HQ aufgezeichnet oder sogar in RAW-DNG. Heutzutage drehen wir auch viele Projekte mit der RED Epic-W Helium 8K, mit der wir in bis zu 8K in RED Code Raw aufzeichnen können. Aber Vorsicht! Eine hohe Auflösung bedeutet auch einen hohen Rechenaufwand, der viel Zeit benötigt. Bei zeitkritischen Projekten kann so eine wesentlich längere Bearbeitungsdauer zum enormen Problem werden.

Bei der Wahl der Optik kann die Linse natürlich nicht gut genug sein. Je weniger chromatische Abberation ein Objektiv aufweist, desto besser wird später der Key ausfallen. Werden schwarz-weiße Kontraste und Kanten unsauber abgebildet, also farblich ähnlich eines Prismas aufgespalten, wird diese Kante später unsauber erscheinen oder gar einen Rand aufweisen. Sehr gute Ergebnisse konnten wir hier mit Sonys CineAlta Linsen der zweiten Generation erzielen. Diese sind bis hin zum Bildrand scharf und haben extrem geringe chromatische Abberationen, sind preislich aber schon eine Klasse für sich.

Weiterhin spielt der Sutterspeed, also die Belichtungszeit je Bild eine wichtige Rolle. Natürlich sehen Aufnahmen in der Regel mit der 180° Shutterregel am schönsten aus. Dies erzeugt zwar einen dem Auge nachempfundenen Look, jedoch wird die Bewegungsunschärfe bei schnellen Objekten später oft zum Problem. Beim Keying vermischen sich die Farben des Greenscreens und des Motives an den Rändern miteinander. Die Software kann dann nur unzureichend bestimmen, was frei gestellt werden soll. Somit entstehen äußerst unschöne Ränder. Es ist daher sehr empfehlenswert mindestens mit einem 90° Shutter zu drehen. Bei sehr schnellen Bewegungen, wie bei einem Tänzer beispielsweise, sollte es dann schon fast ein 45° Shutter sein. Also eine Belichtungszeit von maximal 1/200tel Sekunde bei 25 Bildern pro Sekunde. Die mangelnde Bewegungsunschärfe kann später digital dazugerechnet werden. Dies kaschiert dann zusätzlich eventuell auftretende Ränder und sorgt für einen sehr natürlichen Look.

Wird nicht in einem RAW-Format aufgezeichnet, so sollte ebenfalls der Weißabgleich an der Kamera nicht vergessen werden. Dies sorgt dafür, dass Grün auch wirklich Grün ist. Da man in einem Greenscreen weiterhin meist sehr kontrollierte Lichtbedingungen vorfindet und keine ausgebrannten Fenster zu erwarten sind, sollte man ebenfalls in einem Farbformat wie REC709 aufzeichnen. Alle S-Logs, D-logs und RED-logs bieten zwar mehr Dynamikumfang, arbeiten aber oft mit einem weit höheren nativen ISO und zeichnen daher verrauschter und auch wesentlich flacher auf. Die wertvollen Informationen für den Greenscreen werden dabei äußerst stark komprimiert.

Last but not least, sollte auch überlegt werden, ob es angebracht ist, das Motiv hochkant aufzuzeichnen. Der daraus resultierende Mehrgewinn an genutzten Bildpunkten kann in der Postproduktion bei gleicher Datenmenge das letzte Quäntchen an Qualität heraus holen.

5. Postproduktion

Nach erfolgter Aufnahme geht es natürlich in die Postproduktion, wobei es bei der möglichen Software große Auswahlmöglichkeiten gibt. Wir möchten uns jedoch auf das Umfeld der Adobe Suite beschränken. Keying selbst beherrscht sowohl Adobe Premiere als auch Adobe After Effects. Wobei gerade für aufwändigere Projekte definitiv zu After Effects gegriffen werden sollte. Innerhalb von After Effects gibt es dann das hauseigene Keylight, welches für alle Arten von Chroma-Keying gewappnet ist. Weiterhin gibt es von RED Giant den Primatte Keyer, welcher noch eine ganze Reihe an Tools zum Optimieren mit sich bringt. Bevor man jedoch das Bild keyt, sollte das Bild, egal wie rauscharm es ist, mittels einem so genannten De-Noiser entrauscht werden. Neat Video ist dabei der für uns mit Abstand beste De-Noiser. Ebenfalls empfehlenswert ist das Projekt auf 16 oder besser 32-bit Farbtiefe umzustellen. Dies sorgt immer für bessere Ergebnisse. Nach dem Key und der Farbkorrektur kann dann noch Adobes Plug-In “Bewegungsunschärfe” verwendet werden, um die am Set absichtlich entfernte Bewegungsunschärfe wieder in das Bild zu rechnen. Wer jedoch eine Alternative sucht, der sollte einen Blick auf RE:Visions ReelSmart Motion Blur Plug-In werfen. Alles in allem kommt man aber auch bei den besten Aufnahmen oft nicht drumherum, auch händisch zu optimieren. Das heißt, Bild für Bild Masken zu zeichnen oder gar einzelne Elemente, wie Haare und Körper, individuell mit eigenen Key-Settings zu versehen. Dies ist oft der langwierigste Teil der Arbeit, sorgt in jedem Fall aber für die besten Ergebnisse im Vergleich zu einem globalen Key.

Zusammenfassung zum Greenscreening (Chroma Keying)

Greenscreening oder Bluescreening oder wie man es auch nennen mag erfordert viel Know-How. Es gibt enorm viel zu beachten. Beginnend mit der Planung, am Set und auch in der Postproduktion. Nicht selten führen kleine Fehler am Set oder in der Planung zu tagelangen Exzessen in der Postproduktion, die dann auch Deadlines gefährden. Man muss sich der Tatsache bewusst sein, dass Greenscreening zwar praktisch sein kann, aber eben nicht immer die günstigste und erst recht nicht die sicherste Variante ist. Je nach Anforderung sollte man prüfen, ob ein Bühnenbau, eine gefertigte Requisite oder Effect-Make-Up nicht günstiger und optisch ansprechender wäre. Ebenfalls sinnvoll ist ein Vorabtest im kleinen Rahmen und die logische Betrachtung der bevorstehenden Umsetzung. Als Auftragnehmer sollte man sich also stets seiner technischen Limitierungen und personellen Grenzen bewusst sein. Kunden sollten vorher Referenzen betrachten oder auf einen Test bestehen. In diesem Sinne frohes Keyen.

Für weitere Lektüre empfehlen wir The Green Screen Handbook: Real-World Production Techniques von Jedd Foster.