Kategorien
Aufbaukurs Fotografie Fotokurs

Aufbaukurs, Lektion 2

Darf’s ein bisschen mehr sein: 6 Millionen Megapixel

Zur Einleitung gibts diesmal keinen Spargel, sondern eine wahre Geschichte: Am Silvesterabend 2006 waren wir indisch essen (lecker…). Im Restaurant kamen wir mit einem netten Jungen vom Nachbartisch ins Gespräch, weil er die Gruppe dort mit einer Digitalkamera fotografierte. Wir erfuhren, dass er Robin heißt, 9 Jahre alt ist, und seine eigene Digitalkamera habe „6 Millionen Megapixel“!

Nun, Robin ist ein cleverer Junge und kennt sich z.B. mit Astronomie sehr gut aus. Aber bei den Megapixeln ist er ein wenig durcheinandergekommen. Macht aber nix, denn das geht selbst Profis in dem Geschäft manchmal noch so, wie ich im übernächsten Abschnitt zeigen werde. Deshalb erkläre ich hier mal für alle die Sache mit den Pixeln und Megapixeln. Und dazu noch das mit den Sensorgrößen.

Kilo- Mega- Gigapixel

Die Umrechnerei mit „Kilo“ gibt es ja in vielen Bereichen des täglichen Lebens. Der Weg zur Arbeit betägt beispielsweise 8 Kilometer. Wer sagt da schon 8000 Meter? Oder die 500 Gramm Mehl werden auch als 1/2 Kilogramm bezeichnet. Soweit, so einfach. Aber mit den Megas und Gigas tun wir uns manchmal ein bisschen schwerer. Man braucht sie halt nicht so oft. Kaum ein Mensch sagt beispielsweise, die Fahrt in den Urlaub sei 1 Megameter lang gewesen. Unter „1000 Kilometer“ kann man sich viel leichter was vorstellen (nämlich Kreuzschmerzen, quengelnde Kinder auf dem Rücksitz, horrende Benzinrechnungen, massig tote Fliegen auf der Windschutzscheibe, etc.). :-)

Die Umrechnung von Längen-Einheiten funktioniert genauso wie bei den Pixeln:

  • 1000 Pixel sind 1 Kilopixel.
  • 1000 Kilopixel sind 1 Megapixel oder 1 Million Pixel.
  • Und 1000 Megapixel sind 1 Gigapixel.
  • 1000 Gigapixel ergeben ein Terapixel.

Der Begriff „Kilopixel“ hat sich jedoch nicht durchgesetzt. Statt 300 Kilopixel sagt man lieber 0,3 Megapixel – dies ist z.B. die typische „VGA-Auflösung“ von 640×480 Bildpunkten. Und mit Gigapixeln oder gar Terapixeln braucht man als Digitalfotograf gewöhnlich auch nicht rechnen (wenn man mal von diversen Gigapixel-Panoramen absieht, wie z.B. hier von diesem: www.koeln.de/gigapixel). Wer also nicht gerade solche zusammengesetzten Riesenpanoramen erstellt oder bei Google Earth bzw. Streetview arbeitet, kommt mit Giga- bzw. Terapixeln kaum in Berührung. Für den Hausgebrauch reichen die Megapixel völlig aus.

Doch zurück zu Robins Kamera. Hätte sie wirklich „6 Millionen Megapixel“, dann wären dies ja 6000 Gigapixel bzw. 6 Terapixel. Er meinte jedoch die bei Digitalkameras teilweise noch üblichen 6 Megapixel. Ein Foto mit ca. 3000 mal 2000 Pixeln ist ein 6-Megapixel-Bild. 6 Terapixel wären demnach 3 Millionen mal 2 Millionen Bildpunkte, also 6 Billionen Pixel. Welche Speicherkarte soll so eine Datei nur fassen können?

Auch wenn derzeit meist noch mit möglichst hohen Megapixel-Zahlen geworben wird, setzt sich langsam aber sicher die Erkenntnis durch, dass die Bildpunktezahl nicht das Entscheidende ist. Eine 6 Megapixel-Kamera macht unter Umständen bessere Fotos als eine 10 Megapixel-Kamera. Warum das so ist, erläutere ich später.

Saublöd und saubillig

ZeitungsprospektEine Umkehr des Trends zu immer mehr Megapixeln zeigte sich übrigens im Dezember 2006 in einem Zeitungsprospekt. Dort verkaufte der Ich-bin-doch-nicht-blöd-Markt die rechts abgebildete Kamera mit der traumhaften Auflösung von 6,1 Pixel! :-) Einmal abgesehen davon, dass es Zehntelpixel nicht gibt, hat ein Sensor mit 3 mal 2 Bildpunkten natürlich den Vorteil, dass seeeehr viele Bilder auf die Speicherkarte passen. Dem Fotografen verlangt allerdings die Beschränkung auf 3×2 Pixel einiges an Abstraktionsvermögen ab. Hier mal einige Beispiele von (20fach vergrößert dargestellten) Bildern in der 0,000006-Megapixel-Klasse:

Abendhimmel über dem Schwarzen Meer.

Nacht über dem Roten Meer.

Türme des Kölner Doms vor blauem Himmel.

Unvergrößert sehen die 6-Pixel-Bilder übrigens so aus:

Vielleicht kann Robin sein überschüssiges „Mega-“ an den „Fach“markt verkaufen (vielleicht für 1 Megaeuro). Dann passen die Bilder von Robins Kamera auch wieder auf normale Speicherkarten. Und der besagte Markt wird seine Kameras vermutlich besser verkaufen können, wenn sie statt 6,1 Pixeln dann mit 6,1 Megapixeln beworben werden könnten. Beiden wäre also geholfen… :-)

Filmformate und Sensorgrößen

Um den Zusammenhang zwischen Megapixelzahl und Bildqualität besser einschätzen zu können, ist ein Blick auf die üblichen Sensorgrößen von Digitalkameras ganz hilfreich. Ich habe dazu einmal die folgende Grafik vorbereitet. Das Bild zeigt einige der üblichen Aufnahmeformate von analogen und digitalen Kameras. Ich habe mich bemüht, es etwa in Originalgröße erscheinen zu lassen, aber je nach Monitorgröße und -einstellung kann es natürlich sein, dass es größer oder kleiner erscheint (siehe vorige Lektion). Im Zweifel einfach mal ein ungerahmtes Dia oder ein Lineal vor den Bildschirm halten, dann sieht man, ob die Größen in etwa stimmen.

Vergleich verschiedener Film- und SensorgrößenDie Grafik zeigt deutlich, dass es sehr große Unterschiede in der Film- bzw. Sensorgröße verschiedener Kameras gibt. Ein genauerer Blick lohnt sich:

Größenvergleich, 6x7 MittelformatDie beiden blauen Rechtecke der obigen Grafik zeigen zwei typische Mittelformat-Fotoformate. Die Negative oder Dias haben eine Größe von ca. 70 x 60 mm oder 60 x 60 mm. In der Digitalfotografie spielen sie nur im „unbezahlbaren“ Profi-Bereich eine Rolle, auf die ich hier nicht näher eingehe.

Der Name „Mittelformat“ zeigt schon an, dass es auch noch größere Aufnahmeformate gibt. Und auch das Mittelformat ist – wie man deutlich erkennen kann – wesentlich größer als das Kleinbildformat, das ja gerne als „Vollformat“ bezeichnet wird.

6×7-Mittelformatfotos auf Rollfilm haben gewöhnlich eine belichtete Fläche von 56 mal 68 Millimetern. Dies ergibt mit 3808 mm2 eine 4,4fach größere Fläche als die 864 mm2 des Kleinbildformats, das als nächstes vorgestellt wird.

Größenvergleich, Kleinbildformat 24x36mmIn obiger Grafik orange dargestellt ist das bekannte Kleinbildformat von 36 x 24 mm. In diesem Format werden Dias oder Negative in den üblichen „analogen“ Spiegelreflexkameras auf Kleinbildfilm belichtet. Daher habe ich das Filmmaterial mit Perforation ebenfalls dargestellt, was einen Größenvergleich erleichtert.

Einige digitale Spiegelreflexkameras haben einen Sensor, der ebenfalls (fast) diese Größe aufweist (z.B. Canon EOS 5D). Diese Kameras haben daher keinen Crop-Faktor (bzw. „Crop-Faktor 1“), denn sie geben das Bild so wieder, wie es auch eine analoge Kamera mit gleicher Brennweite tun würde. Weil der Sensor (annähernd) die gleiche Größe wie das Kleinbildformat hat, wird dieser Sensortyp häufig als „Vollformat-Sensor“ bezeichnet.

Größenvergleich, APS-C-FormatGrößenvergleich, APS-C-FormatWeitaus üblicher bei digitalen Spiegelreflexkameras ist das sogenannte APS-C-Format, in obiger Grafik durch die beiden grünen Kästchen dargestellt. Die beiden Schwanenfotos rechts zeigen, dass zwischen dem echten APS-C Filmformat mit seinen 25,1 mal 16,7 mm und dem etwas kleineren, was in DSLRs eingebaut wird, auch noch ein gewisser Unterschied besteht, obwohl sich beides „APS-C-Format“ nennt.

Das kleinere der beiden Bilder zeigt die Sensorgröße der Canon EOS 20D und 30D, deren Sensoren 22,5 x 15 mm groß sind, was genau rechnerisch einem Cropfaktor von 1,6 entspricht. In den Kameras Canon EOS 350D und EOS 400D ist der Sensor mit 22,2 x 14,8 mm geringfügig kleiner, was aber in der Praxis nicht auffällt, denn der Cropfaktor liegt auch bei 1,6 (rechnerisch 1,62). Für meine neue EOS 60D wird er mit 22,3 x 14,9 angegeben (also auch Crop 1,6). Da die Unterschiede nicht bedeutend sind, werden alle diese Sensorgrößen mit Cropfaktor 1,5 oder 1,6 als „APS-C-Formate“ bezeichnet.

Sensoren dieser Größe haben gegenüber dem „Vollformat“ mehrere Vorteile: Sie sind preiswerter herzustellen. Auch haben sie weniger Probleme mit Vignettierung (Ecken des Fotos erscheinen dunkler), womit das Vollformat manchmal seine Probleme hat. Durch den kleineren Bildkreis, den das Objektiv aufzeichnen muss (kleinere Sensordiagonale), werden bei Vollformat-Objektiven die kritischeren Randbereiche sozusagen ausgelassen. Auch lassen sich dadurch preiswertere Objektive herstellen, die nur für den kleineren Bildkreis von Kameras mit APS-C Sensor gerechnet sind. Und außerdem freuen sich Tele-Fotografen, wenn sie ein 300mm-Objektiv kaufen und der Blick durch den Sucher fast wie bei einem 500mm-Objektiv aussieht.

Größenvergleich, Four ThirdsEin Stück kleiner als in APS-C-Digitalkameras ist der Sensor bei digitalen Spiegelreflexkameras des Four-Thirds-Standards (und auch bei der neuen Entwicklung Micro Four Thirds). Four Thirds wurde von Olympus und Kodak entwickelt, aber auch andere Hersteller bauen Kameras mit dieser Sensorgröße und nach diesem Standard, nämlich derzeit Panasonic und Leica.

Die Diagonale des FourThirds-Sensors ist nur halb so groß wie im ‚Vollformat‘. Dieser Sensortyp hat daher einen Crop-Faktor von 2. Dies ist zwar einfacher zu rechnen (ein 14-45mm Zoom entspricht beispielsweise einem Kleinbildformat-Zoom mit Brennweite 28-90mm). Wer jedoch gerne Objekte mittels geringer Schärfentiefe vor unscharfem Hintergrund ‚freistellt‘, wird den Cropfaktor von 2 allerdings eher als Nachteil sehen, weil die geringeren Brennweiten und die kleinere Sensorfläche eine höhere Schärfentiefe mit sich bringen.

Da die Bauweise von FourThird-Kameras keine Rücksichten auf ältere ‚analoge‘ Objektive, Objektivbajonette, etc. nehmen musste, sondern eine Neuentwicklung für Digitalkameras war, hat dieses Format einige Vorteile gegenüber digitalen Spiegelreflexkameras mit größeren Sensoren. Auch die Verwendbarkeit von FourThirds-Objektiven der verschiedenen Hersteller ist natürlich sehr praktisch.

Bei den bisher betrachteten Sensorgrößen von Vollformat über APS-C bis zu FourThirds werden die Objektive mit ihrer jeweiligen echten Brennweite angegeben, und es wird zum Vergleich mit dem Kleinbildformat ggf. mit einem Cropfaktor gerechnet. Bei den beiden kleinsten Sensoren in obenstehender Grafik verhält es sich jedoch anders:

Größenvergleich, Kompaktkamera-SensorGrößenvergleich, Kompaktkamera-SensorDiese winzigen Flächen zeigen typische Sensorgrößen gängiger Kompakt-Digitalkameras. In der obenstehenden Grafik habe ich diese Sensoren pink bzw. rot eingezeichnet. Sie haben gerade mal ca. 4×6 bzw. 5×7 Millimeter Kantenlänge, und dies ist in fast allen Kompaktkameras, Superzoomkameras, Bridgekameras, etc. der Fall – von Handykameras wollen wir hier gar nicht reden.

Dem einfallenden Licht steht durch den winzigen Sensor auch nur ein Bruchteil der lichtempfindlichen Fläche zur Verfügung, die die größeren Sensoren von Spiegelreflexkameras einfangen können. Umso stärker muss das Sensor-Signal verstärkt werden, was zu erhöhtem Bildrauschen führt. Dies wird noch deutlicher, wenn man mal die Flächen berechnet. Die winzigen Sensoren kommen gerade mal auf ca. 38 mm2 bzw. 25 mm2. Verglichen mit den ca. 330 mm2 des APS-C-Formates sind sie also ca. 9 bis 13fach kleiner.

Wie im vorletzten Absatz schon angedeutet, wird bei den kleinen Sensoren von Kompaktkameras nicht mit echter Brennweite und Crop-Faktor gerechnet, sondern man gibt die auf Kleinbildformat umgerechnete Brennweite des Objektivs an.

Beispielsweise klebte auf meiner früheren Immerdabei-Kompaktknipse Ricoh Caplio R5 ein fetter Aufkleber mit großen Ziffern 28-200. Aber ein näherer Blick auf die klein gedruckten Zahlen am Objektiv verrät, dass es sich in Wirklichkeit um eine Brennweite von 4,6-33mm handelt. Wenn man 28 geteilt durch 4,6 (oder 200 durch 33) rechnet, erhält man den ungefähren Cropfaktor von 6. Nur der Bildwinkel entspricht einem 28-200-Zoom im Kleinbildformat. Was hingegen die Schärfentiefe betrifft, verhält es sich ganz wie ein 4,6-33mm-Zoom, was es ja auch ist. Es ist also schon schwierig, damit das Motiv vor einem möglichst unscharfen Hintergrund freizustellen, da man maximal eine Brennweite von 33mm (und Offenblende 4,8) zur Verfügung hat.

Mini-Megapixel

Größenvergleich, APS-C-FormatGrößenvergleich, Kompaktkamera-SensorInzwischen gibt es auch Kompaktkameras mit 8, 10 oder gar 14 Megapixeln. Ähnlich viele Megapixel haben auch die aktuellen ‚bezahlbaren‘ Spiegelreflexkameras mit APS-C-Sensor. Was kann man daraus über die Bildqualität schließen?

Machen wir eine (grob vereinfachte, aber im Prinzip dennoch zutreffende) Rechnung: Der kleine Sensor der Kompaktkamera hat nur 1/9 der Größe des Spiegelreflex-Sensors, aber gleich viele Bildpunkte. Jedes einzelne Kompaktkamera-Pixel hat somit auch nur ca. 1/9 der Größe seines Kollegen in der Spiegelreflexkamera. Es bekommt daher im Vergleich zu seinem großen Vorbild auch nur ca. 1/9 des Lichts ab. Demnach muss das elektrische Signal, dass das Mini-Sensorelement erzeugt, auch ca. 9fach höher verstärkt werden. Dabei verstärkt sich bekanntlich das Bildrauschen mit. Eine neunfache Verstärkung entspricht aber mehr als 3 Blendenstufen. Schon im ‚Grundzustand‘ mit niedriger ISO-Zahl (z.B. ISO 100) muss die Kompaktkamera das Signal in etwa so verstärken, als wäre ISO 800 eingestellt. Das ist der Grund, warum Bilder einer modernen Kompaktkamera mit hoher Megapixelzahl viel stärker rauschen als Bilder einer Spiegelreflexkamera mit gleich viel Megapixeln.

Natürlich versuchen die Hersteller der ‚Minimegapixler‘, dieses Problem mit allerlei elektronischen Tricks zu kaschieren. Aufwändige Rauschunterdrückungsberechnungen sollen das Rauschen schon in der Kamera auf ein Minimum reduzieren. Dabei verschwinden allerdings auch feine Details aus dem Foto, wenn die Rauschunterdrückung zu aggressiv zu Werke geht.

Ein Ausweg aus dem Dilemma wäre ein Verzicht auf einige Megapixel. Für die meisten Anwendungen, bei denen überhaupt Kompaktkameras in Frage kommen, reichen 4 bis 6 Megapixel locker aus. Auch die Optiken der meisten Kompaktkameras sind mit höheren Auflösungen schon an der Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. So verwundert es nicht, dass die Tests vieler Fotozeitschriften immer wieder zum Ergebnis kommen, dass mehr Megapixel meist nicht mehr Bildqualität bringen. So heißt es beispielsweise in ColorFoto 1/2007: „Auffällig: die nominelle Pixelauflösung sagt wenig über die tatsächliche Bildqualität aus. Bei der Bildqualität stehen nicht die drei 10-Megapixel-Kameras vorn, sondern zwei […] Modelle mit 6 Megapixeln.“

Vermutlich wird es aber noch einige Zeit dauern, bis die meisten Verbraucher erkannt haben, dass das Megapixel-Wettrüsten vor allem Marketing-Gründe hat. Eine Kamera nur nach ihren Megapixeln zu beurteilen ist etwa ähnlich sinnlos wie z.B. ein Auto nur nach dem Hubraum zu bewerten. Weitere Infos hierzu gibt es auf der sehr interessanten (wenn auch leider nicht weiter aktualisierten) Website www.6mpixel.org.

Kompaktkamera-Rauschvergleich

Ein Vergleich des Bildrauschens von Kompaktkameras zeigt deutlich, dass mehr Megapixel nicht mehr Bildqualität bedeuten. Die obere Bildreihe zeigt 100%-Ausschnitte der 6-Megapixel-Kamera Ricoh Caplio R4 (300×200 Pixel aus einem Bild von 2816×2112 Pixeln), während die untere Reihe 100%-Ausschnitte von der R5 zeigt, die einen 7-Megapixel-Chip hat (3072×2304 Pixel). Links jeweils die ISO-100-Version, rechts war eine Empfindlichkeit von ISO 400 eingestellt:

Obern Caplio R4, unten R5Zwar war dies kein Test unter Laborbedingungen, sondern nur ein privater Vergleich dessen, was die Automatiken dieser beiden Kameras so draufhaben. Aber bezüglich des Rauschens sieht man deutlich, dass die zusätzlichen Pixel der R5 den Nachteil höheren Bildrauschens mit sich bringen. Die R4 war zu diesem Zeitpunkt preiswerter und macht trotzdem die besseren Fotos. Hätte ich die besseren Video-Qualitäten der R5 damals nicht öfters gebraucht, dann wäre ich bei der R4 geblieben. Zumal die R5 auch sonst ein paar kleinere Macken hatte, die bei der R4 noch nicht vorhanden waren. Ein typischer Fall von „Verschlimmbesserung“. Aber was interessiert heute noch die R4 oder R5? Zur Photokina 2008 ist Ricoh bei der R10 angelangt, leider mit 10 Megapixeln. Hätte sie 6 Megapixel, würde ich sie vielleicht kaufen. Leider bekommt man 6-Megapixel-Sensoren inzwischen nur noch in Handys…

Vergleich ISO 100 und 3200Ganz interessant ist auch ein Vergleich der obigen Bilder mit dem Bildrauschen-Vergleich der digitalen Spiegelreflex. Man kann deutlich erkennen, dass die DSLR wegen ihres größeren Sensors selbst bei höheren Empfindlichkeiten wesentlich weniger rauscht. Ihre Ergebnisse selbst bei ISO 1600 können durchaus mithalten bei ISO 400 an allzu megapixeligen Kompaktkameras.

Neben den möglichst rauscharmen Megapixeln (also der Bildgröße) bestimmt noch ein anderer Wert die Qualität eines Digitalfotos bzw. einer Rastergrafik: Die Anzahl der möglichen Farben, auch Farbtiefe genannt. Darum geht es in der folgenden Lektion.

Mittelformat (Rollfilm 6x6) Mittelformat (Rollfilm 6x6) Mittelformat (Rollfilm 6x6)

Mittelformat: Japanischer Garten Bonn auf Rollfilm 6×6

Kategorien
Aufbaukurs Fotografie Fotokurs

Aufbaukurs, Lektion 1

Große und kleine Pixel: Auflösung und Bildgröße

Wiese mit Löwenzahn
Foto: Wikimedia Commons

Willkommen im zweiten Teil von Rolands Fotokurs, dem „Aufbaukurs“. Nachdem die vergangenen 8 Lektionen im Anfängerkurs einen Einblick in die fotografischen Grundlagen gegeben haben, soll es nun zunächst um einige Besonderheiten von digitalen Bildern gehen. Beginnen wir mit einem ziemlich seltsamen Vergleich:

Fotos auf Filmmaterial sind irgendwie so ähnlich wie Löwenzahn. Digitalfotos sind eher so wie Spargel. :-)

Feld mit Reihen von Spargel
Foto: Wikimedia Commons

Auch wenn’s natürlich ziemlicher Blödsinn ist (der sich dafür umso fester einprägt), macht das Beispiel doch eines deutlich: In der „analogen“ Fotografie auf Negativfilm wird das Bild von winzigen lichtempfindlichen Kristallen aufgezeichnet (siehe Lektion Filmempfindlichkeit im Anfängerkurs). Diese Kristalle sind ziemlich wild durcheinander auf der Filmoberfläche verstreut – ähnlich wie Löwenzahn auf einer Wiese. Bei Digitalfotos hingegen stehen die einzelnen Bildpunkte (Pixel genannt) Reihe für Reihe schön artig in gleichen Abständen nebeneinander – vergleichbar mit Spargel, der ja auch in möglichst gleichmäßigen Reihen ganz regelmäßig angebaut wird.

Digitale Bilder bestehen aus Pixeln

Vergrößertes Pixelraster eines FotosJedes Digitalfoto besteht also aus einer festen Anzahl von Pixeln oder Bildpunkten in einem starren Raster von Spalten und Reihen. Ein Beispiel: Die gezeigten kleinen Bilder von Löwenzahn und Spargel sind 280 Pixel breit und 210 Pixel hoch. Wer sie mit der rechten Maustaste anklickt und sich die Eigenschaften anzeigen lässt, kann dies leicht überprüfen. Ein solches Bildchen hat also 58.800 Pixel (280×210).

Man nennt diese Dateien daher auch Rastergrafik (oder Bitmap). Digitalfotos sind (bisher?) immer rechteckig. Die Pixel stehen immer schön artig genau senkrecht bzw. waagerecht zueinander, ähnlich wie die Kästchen auf einem Blatt Rechenpapier, bei dem in jedem Kästchen nur jeweils eine Farbe zum Ausmalen verwendet wurde.

Selbst wenn man mal ein Bild schräg auf dem Monitor anzeigt (siehe z. B. Beispielfoto Windrad), stehen die Pixel dennoch immer schön gerade im digitalen Punkteraster des Monitors – die schrägen Kanten werden entsprechend mit kleinen ‚Treppenstufen‘ umgerechnet. In Wirklichkeit verbirgt sich auch hinter dem schräg aussehenden Foto eine Datei mit der Form eines geraden Rechtecks. Wenn man den Mauszeiger auf dem Foto festhält (oder auf „Grafik anzeigen“ im Kontext-Menü der rechten Maustaste klickt), kann man es gut sehen.

Vergrößern von Rastergrafiken

Foto-Thumbnail in OriginalgrößeAnzeige des Thumbnails 3fach vergrößertDas kleine Foto der Sonnenblume, das ich links zeige, hat eine Größe von 100 mal 150 Pixeln. Auf dem Monitor wirkt es vermutlich ausreichend scharf für eine solch kleine Darstellung, denn jedes Foto-Pixel wird genau durch 1 Bildschirmpunkt wiedergegeben.

Wenn man das Bildchen jedoch vergrößert, passiert Folgendes: Das ganze Bild wirkt furchtbar ‚pixelig‘. In der vergrößerten Darstellung rechts ist die Qualität nicht mehr ausreichend. Man sieht die (ursprünglich) gleiche Bilddatei, aber sie wird vergrößert angezeigt mit 300 mal 450 Pixeln, so dass jedes Pixel der Bilddatei herhalten muss, um 9 Bildschirmpunkte (3×3) zu füllen. Man bräuchte also eine Bilddatei, die das Foto mit mehr Pixeln enthält (und die gibt es hier).

Das Beispiel zeigt, dass sich digitale Fotos (und sonstige Rastergrafiken) zwar gut verkleinern lassen, dass aber eine Vergrößerung erhebliche Qualitätsverluste mit sich bringt. Denn Informationen, die einmal aus dem Bild durch Verkleinerung herausgerechnet wurden, sind für immer verschwunden.

Auch in der EU nicht ‚zollfrei‘: Die Auflösung von Digitalfotos

Flugboot Do24 vor dem Kölner DomFassen wir noch einmal zusammen: Die Größe eines digitalen Bildes wird durch die Bildpunktezahl bestimmt, also wieviele Pixel das Foto in waagerechter und senkrechter Richtung hat. Im Gegensatz zu Dias oder Negativen kann man bei digitalen Bilddaten zunächst keine Aussage über eine Größe in Millimetern oder Zentimetern machen. Ein Pixel hat keine feste Größe.

Ob das hier gezeigte Dom-Foto mit seinen 270×180 Pixeln nun wie bei mir als ca. 7,5 mal 5 cm großes Bild auf dem Monitor erscheint, oder ob es größer bzw. kleiner abgebildet wird, hängt von der Größe des Monitors und der gewählten Monitor-Einstellung ab, also wie groß der Monitor die einzelnen Punkte darstellt.

Bei meinem Schwager Klaus, der seinen 15-Zöller mit ca. 1280×960 Mini-Pixeln hart an der Augenschmerzgrenze betrieb (bis vor einiger Zeit), erschien das Bild vermutlich nur daumennagelgroß. Andere hingegen bevorzugen Windows mit 640×480 Pixeln auf einem 21-Zoll-Bildschirm, so dass das gleiche Bild schon etwa Taschenbuchgröße hat und man die 180 Pixel vermutlich schon mit bloßem Auge zählen könnte… :-)

Um diese Größenunterschiede irgendwie zu beschreiben, verwendet man für Digitalfotos den Begriff Auflösung. Die Auflösung eines Fotos wird in ppi angegeben; die Abkürzung steht für „pixels per inch“, also „Bildpunkte pro Zoll“. Ein Zoll sind ja bekanntlich grob 2,5 cm (genau: 25,4 mm). Wenn obiges Foto also auf meinem Monitor ca. 7,5 mal 5 cm groß erscheint, dann sind dies ziemlich genau 3 mal 2 Zoll. Bei einer Kantenlänge von 270 bzw. 180 Pixeln erscheinen also auf jedem Zoll genau 90 Pixel. Anders ausgedrückt: Das Bild wird mit einer Auflösung von 90 ppi angezeigt.

Wichtig ist dabei folgender Punkt: Ob eine Bilddatei mit 72 Pixel/Zoll oder mit 300 Pixel/Zoll gespeichert wurde, ist für die Bildqualität absolut unbedeutend. Entscheidend ist die absolute Pixelzahl, also die Kantenlängen des Bildes. Wer’s nicht glaubt: Die beiden folgenden Bilder sind mit unterschiedlicher Auflösung gespeichert, aber sie haben beide die gleichen Abmessungen:

Foto gespeichert mit 72ppi Foto gespeichert mit 300ppi

PhotoImpact-Screenshot, 72ppi PhotoImpact-Screenshot, 300ppi

Nach stundenlangem Vergleichen der beiden Fotos stellt man fest: Die eingestellte Auflösung ist nur ein Umrechnungsfaktor, der im Bildbearbeitungsprogramm jederzeit verlustfrei geändert werden kann. Beide Fotos sind absolut identisch, trotz völlig unterschiedlicher Auflösung.

(Anmerkung: Im allgemeinen Sprachgebrauch wird der Begriff „Auflösung“ allerdings auch häufig für die absolute Pixelzahl oder die Bildgröße verwendet. Man sagt, Kamera X habe eine Auflösung von 6 Megapixel, oder von Kamera Y wird berichtet, sie erzeuge Bilder mit einer Auflösung von 3072 mal 2048 Pixeln. Hier auf dieser Seite geht es aber um Auflösung im Sinne von „Bildpunkte pro Zoll“.)

Fotodrucke und Papierfotos

Für Monitore sind Auflösungen zwischen ca. 72 bis 96 ppi ganz normal. Für ein Foto oder den Ausdruck eines Fotos reichen 70 oder 100 Punkte pro Zoll allerdings nicht, um eine gute Qualität zu erhalten. Auf Papier ist man einfach eine höhere Auflösung, also eine bessere Druckqualität gewohnt. Man vewendet die Einheit dpi, was für „dots per inch“ steht – also (Druck-)Punkte pro Zoll. Das bisher dimensionslose Pixel erhält beim Druck ja auf einmal eine feste Größe.

Die Einheiten ppi und dpi werden oft genug verwechselt, und sie beschreiben ja auch fast das gleiche, weshalb ich das auch nicht weiter schlimm finde. Beide Einheiten geben an, wie viele Pixel bzw. Punkte auf einer Strecke von 25,4 mm zu finden sind. Als Richtwert kann man sich merken, dass für die Ausgabe als Foto-Abzug bzw. -Druck in hoher Qualität 300 dpi meist absolut ausreichend sind. 200 dpi sind auch noch einigermaßen gut, aber mit 70 oder 100 dpi wirken Fotos leider nur grob pixelig oder unscharf bzw. verschwommen (ähnlich wie das oben stark vergrößerte Sonnenblumen-Bild).

Unser 270×180 Pixel großes Dom-Foto könnte also in hoher Qualität nur mit einer Breite von ca. 22mm ausgegeben werden; mehr als 270 Pixel sind einfach nicht vorhanden. Die genaue Berechnung der maximalen Ausgabegröße geht ziemlich einfach:

Pixelzahl durch Auflösung = Ausgabegröße in Zoll.
Diese mal 2,54cm und man hat das Ergebnis in Zentimetern.

Drei Beispiele sollen dies verdeutlichen. Ich berechne jeweils zunächst die längere Kante des Bildes. Die kürzere ergibt sich dann automatisch aus dem Seitenverhältnis des jeweiligen Bildes (meist 2/3 oder 3/4 der längeren Seite):

Ausdruck eines Fotos einer 6-Megapixel-Kamera mit 3000×2000 Pixeln Größe:
3000 / 300 = 10 Zoll = ca. 25 cm Bildbreite bei 300 dpi (hohe Qualität)
3000 / 200 = 15 Zoll = ca. 38 cm Bildbreite bei 200 dpi (mittlere Qualität)

Ein Hochformat-Bild von meiner Website (z.B. die Sonnenblume) mit 400×600 Pixeln soll gedruckt werden:
600 / 300 = 2 Zoll = ca. 5,1 cm Bildhöhe bei 300 dpi (hohe Qualität)
600 / 200 = 3 Zoll = ca. 7,6 cm Bildhöhe bei 200 dpi (mittlere Qualität)

Ein Tag ohne Dich ist wie ein Tag ohne SonnenscheinEine Postkarte von 10×15 cm Größe soll produziert werden (der übliche Kitsch: romantisches Foto mit passender Lebensweisheit). Wie viele Pixel sollte das Foto mindestens haben?

Lösung: 15 cm = ca. 6 Zoll. 6 Zoll mal 300 dpi = 1800 Pixel. Es wird also für die Postkarte ein Foto von möglichst 1800 mal 1200 Pixeln benötigt. Entweder überredet man den Webmaster, das Sonnenblumen-Foto in hoher Auflösung zur Verfügung zu stellen, oder man klaut woanders ein ähnliches Bild mit höherer Pixelzahl. Dazu könnte man dann schreiben: „Ein Tag ohne Dich ist wie ein Tag ohne Sonnenschein“. :-)

Wie man sieht, haben Fotos in den internetüblichen Größen bis ca. 900×600 keine allzugroßen Reserven beim Ausdruck. Ein gutes Papierfoto braucht einfach eine wesentlich höhere Pixelzahl, weil es bei gleicher Darstellungsgröße viel mehr Details zeigen kann (und soll) als ein entsprechendes Monitorbild.

Nach soviel Mathematik und verwirrenden Berechnungen mag sich die Frage stellen: Wieviel davon braucht man wirklich in der Praxis? Und da kann ich beruhigen: Meist so gut wie nichts! Was ein Pixel ist, und dass diese keine feste Größe haben, aber wie Spargel in Spalten und Reihen wachsen, das sollte man möglichst behalten. Aber die genaue Rechnerei mit ppi und dpi braucht man heutzutage nur sehr selten, weil die heutigen Programme einem meist diese Arbeit abnehmen. Es ist allenfalls hilfreich, um die Zusammenhänge besser zu verstehen.

Wer z. B. heute Papierbilder über das Internet bestellt, bekommt in der Software oder auf der Website des Anbieters bereits angezeigt, ob die Bildgröße ausreichend ist. Hat das Bild ausreichend viele Pixel, um es mit 300 dpi zu drucken, wird meist ein grüner Balken oder eine grüne Ampel oder ein grüner Rand eingeblendet. Reicht es dazu nicht ganz, erscheint Gelb. Und ist es ein Foto, das allenfalls für Bildschirmdarstellung reicht, so wird dies meist durch Rot gekennzeichnet. Die Software berechnet dies ganz automatisch, indem sie ’nachschaut‘, wie viele Pixel das Bild in horizontaler und in vertikaler Richtung hat. Sollte jedoch Gelb oder Rot erscheinen, dann wird spätestens nach Lesen dieser Seite hoffentlich klar sein, dass es nicht ausreichend ist, die eingestellte Auflösung des Bildes zu erhöhen. Es muss halt ein Foto mit mehr Pixeln her. Wenn man dies verstanden hat (und man das Foto in Originalauflösung noch auf der Festplatte findet), dann hat sich unser Ausflug in das Reich der Pixel und der Auflösungen doch gelohnt, oder? :-)

Nachdem wir nun betrachtet haben, was es mit Auflösung und Pixelzahl grundsätzlich auf sich hat, stellen sich Fragen wie die folgenden: Wie viele Pixel (bzw. Megapixel) sollte eine Digitalkamera denn haben? Und wird die Bildqualität mit höherer Megapixelzahl automatisch besser? Um diese Fragen geht es in der folgenden Lektion.

Pixel in freier Natur: Legoland Dänemark