Was sind digitale Bilder?

Wenn es um unendlich viele Werte geht, sprechen wir von kontinuierlichen oder analogen Daten.

D.h. betrachte ich die Natur z.B. im Bezug auf die Anzahl der vorhandenen Farben sieht man unendliche Farbnuancen. Macht man ein Dia davon und betrachtet dieses, stellt man fest, dass die Farbnuancen im Vergleich zur Natur zwar reduziert, aber insgesamt immer noch unendlich sind.

Computer können mit der Unendlichkeit nicht ohne weiteres umgehen, sie sind Rechenmaschinen, sie interpretieren nur Zahlen. Analoge Daten müssen also in eine für einen Computer bearbeitbare Version umgewandelt werden. d.h. die  unendliche Vielfalt muss in diskrete (diskret: abgegrenzt, getrennt) Zahlenwerte umgewandelt werden.

Diesen Umwandlungsprozess bezeichnet man als Digitalisierung, (von digit-engl.-Ziffer nach -lat.- digitus: Finger). Digitalisierung erfolgt beim Scannen (Abtasten) von Fotos oder eines dreidimensionalen Raumes (Landschaft) beim Fotografieren mit digitaler Kamera.

Das Ergebnis ist in jedem Fall der Verlust der unendlichen Vielfalt, da digitale Daten begrenzt, also endlich sind. 

Pixel 

Gitternetz winziger, quadratischer Bildpunkte (digitalisiert beim Scannen)

Bildauflösung 

Je größer die Gesamtzahl der Pixel im Bild, desto höher die Bildauflösung, desto genauer und detailreicher kann das Original wiedergegeben werden, desto größer ist die Menge an Informationen in der Datei. Sie ist variabel und richtet sich danach, wie das Bild später ausgegeben werden soll.

Einheit: 

dpi (dots per inch) oder ppi (pixel per inch). 1 inch = 2.54 cm

Auflösung für Monitor und Drucker

Die Auflösung für Monitor und Drucker unterscheidet sich erheblich. Das bedeutet, dass man  sich überlegen sollte, wo die Grafik dargestellt werden soll. Für einen Monitor kann man sich die passende Auflösung ganz einfach ausrechnen. Nehmen wir zum Beispiel einen 17" Monitor bei dem die Auflösung 1024 x 768 eingestellt ist. Ein 17" Monitor stellt horizontal ca. eine Strecke von 31 cm dar. Auf dieser Strecke sind nach unserer Vorgabe 1024 Bildpunkte dargestellt. Um die Auflösung in Punkten / Inch (also dpi) zu berechnen, rechnen wir 31cm/2.54cm/inch = 12.2 inch und somit 1024 Pixel / 12.2 inch = 84 dpi. Die Auflösung die ein Drucker darstellen kann, ist heute üblicherweise 300 oder 600 dpi. Das heißt, wenn die volle Auflösung des Druckers ausgenutzt werden soll, dann ist die Druckerdatei 9 oder sogar 36 mal grösser, als die Datei, die die Monitorauflösung optimal ausnutzt.

Farbtiefe

Beim Scannen  wird neben der Bildauflösung auch ein bestimmter Helligkeitswert (Farbwert) entsprechend der Vorlage gemessen und gespeichert. Er ist variabel und richtet sich danach, ob das Bild später s/w oder farbig ausgegeben werden soll. Dieser Wert wird auch Farbtiefe genannt und in Bit entsprechend dem benötigten Speicherplatz angegeben. Für farbige Bilder benötigt man mehr Informationen als für Graustufenbilder. Sie bestimmt, wie viele Farbinformationen für jedes Pixel im Bild maximal zur Verfügung stehen. Größere Farbtiefe bedeutet, dass mehr Farben zur Wiedergabe des Bildes zur Verfügung stehen, aber gleichzeitig der Datenumfang zunimmt.

Darstellung der Farben im RGB Modus

Sehen wir uns mal beispielhaft an, was der Computer eigentlich speichert, wenn der RGB Modus benutzt wird. Für diesen Modus wird für jede Farbe ein Byte benutzt. Wie wir uns vielleicht noch aus der Grundlagen Schulung erinnern, können in einem Byte die Zahlen 0 - 255 dargestellt werden. Das heißt, jede Farbe kann in 256 verschiedenen Helligkeitsstufen dargestellt werden. Das sieht dann z.B.: so aus. Farbe Wert rot Wert grün Wert blau weiss 255 255 255 schwarz 0 0 0 rot 255 0 0 grau Stufe 60 60 60

Das bedeutet, man kann durch alle möglichen Kombinationen 256 x 256 x 256 Farben darstellen. Wobei nur dann alle RGB Werte vorhanden sind, wenn 24 Bit (3x8) abgespeichert werden. Für die niedrigen Auflösungen wird eine sogenannte Farbpalette abgespeichert, die dann eine Untermenge aus den 16,7 Mio. Farben enthält.

Ein Bild mit einer Farbtiefe von:

	1Bit hat 2 mögliche Farbwerte (21) (Schwarz oder Weiss)
	8 Bit hat 256 mögliche Farbwerte (28)
	16 Bit hat 65536 mögliche Farbwerte (216)
	24 Bit hat 16,7 Mio. mögliche Farbwerte (224), auch true color genannt, enthält die tatsächlichen RGB Werte.
	32 Bit hat 16,7 Mio. Farben.

Pixelgrafik       

Grafik, in der die Farbinformation über jeden Bildpunkt abgelegt ist. Pixelbilder sind bei hoher Bildauflösung und Farbtiefe geeignet, feinste Farbabstufungen wiederzugeben. Pixelbilder sind geeignet für Reproduktionen von Halbtonbildern (Fotos, Dias) oder zur Darstellung aus Malprogrammen. Bei falscher Handhabung bzw. beim Scalieren kann es zur unerwünschten Sichtbarkeit der einzelnen Pixel kommen. Photoshop oder Photo Draw arbeitet mit Pixelbildern. Hierzu ein Beispiel, einmal wurde das Eichhörnchen als Pixelgrafik gespeichert und dann vergrößert, im anderen Fall wurde erst die Vektorgrafik vergrößert und dann abgespeichert. Die einzelnen Pixel sind im 1. Fall deutlich zu erkennen.

Vektorgrafiken

Ein Vektorenbild besteht aus mathematisch definierten Punkten, Linien und Kurven, die, ohne ihre Schärfe- Konturen-Auflösung zu verlieren, skaliert werden können. Sie sind für Text, Grafiken, Illustrationen und Logos geeignet, bei denen es auf scharfe Konturen ankommt. Programmfunktionen beziehen sich auf geometrische Objekte bzw. Elemente. Alle Grafikprogramme wie Corel Draw, Illustrator, Freehand arbeiten mit Vektorbildern.

Bildgröße

Die Anzahl von Pixeln  festgelegt in Breite und Höhe. Bei Bildschirmpräsentationen bestimmen sie die Größe eines Bildes über die Eingabe der Maße für Höhe und Breite eines Bildes in Pixeln.  Für Printmedien wird die Größe durch Eingabe der Maße für Höhe und Breite in Längeneinheiten (z.B. cm) und einer Bildauflösung, die sich auf die Längeneinheit bezieht, festgelegt.

Bildauflösung

Anzahl der Bildpunkte (Pixel) im Bild. Einheit: ppi (Pixel pro Inch) oder auch dpi (dots per inch)., also: Pixel bezogen auf Längeneinheit. Bei gleicher Bildgröße bewirkt eine höhere Bildauflösung mehr bzw. kleinere Pixel im Bild. Das heißt, ein Bild kann entsprechend detailreicher wiedergegeben werden. Bei zu niedriger Bildauflösung können sogar einzelne Pixel erkennbar sein. Nachträgliche Erhöhung der Bildauflösung bewirken keine wesentliche Verbesserung der Bildqualität, da die vorhandene Information lediglich auf eine größere Anzahl von Pixel verteilt werden. Es ist bestenfalls möglich sichtbare Pixeleffekte zu kaschieren.

Dateigröße

Sie ist abhängig von Bildauflösung, Bildgröße und der Farbtiefe. Je höher die Auflösung (Höhe * Breite), desto größer der Dateiumfang.  z.B. Bildgröße 10 x 10 cm und Bildauflösung 200 dpi benötigt viermal soviel Festplattenspeicher wie eine Datei der Bildgröße 10 x 10 cm und 100 dpi Bildauflösung.

Die Dateigröße digitaler Bilder verhält sich proportional zu ihrer Farbtiefe. Je größer die Farbtiefe, desto größer die Dateigröße. Z.B. benötigt eine Datei mit gleicher Bildgröße bzw. Bildauflösung mit einer Farbtiefe von 8 Bit  den achtfachen Speicherbedarf im Vergleich zu einer Datei mit einer Farbtiefe von 1Bit. Die Dateigröße gibt Auskunft über den Datenumfang, der beim Speichern z.B. auf der Festplatte benötigt wird, und beeinflusst die Bearbeitungsgeschwindigkeit. Sie sollte ein Kompromiss zwischen wirklich benötigten Daten und dem Bestreben sein, die Dateigröße möglichst klein zu halten.

Dateigröße eines Bildes mit einer Farbtiefe von 8Bit = Bildbreite (in inch) x Bildhöhe (in inch) x Bildauflösung (in dpi)2

Beispiel:  Graustufenbild (21 cm x 29,7 cm) mit Bildauflösung von 300 dpi. (1 : 2,54 = cm : inch) = 8,27 inch x 11,69 inch x 90000 dpi = 8700867 Byte :1024 = 8497 Kilobyte : 1024 = 8,3 Megabyte RGB-Bild (3 x 8 Bit Farbtiefe) gleicher Größe = 8,3 Megabyte x 3 = 24,9 MB CMYK- Bildes (4 x 8 Bit Farbtiefe) gleicher Größe= 8,3 Megabyte x 4 = 33,2 MB

Farbmodelle 

RGB: Lichtfarben-Modell Rot, Grün, und Blau . Aus den Grundfarben können durch unterschiedliche Mischung eine von über 16 Millionen möglichen Farben erzeugt werden. Eine 100% Mischung ergibt weisses Licht. Im RGB-Modell kann die Helligkeit nicht getrennt vom Farbton bearbeitet werden. Monitorfarben entsprechen dem RGB-Modell. Jeder Monitor Pixel enthält drei Pixel in den Farben RGB. Wenn keiner dieser drei Farbpixel leuchtet, bedeutet das schwarz. Wenn alle voll leuchten, erhält man weiss.

CMYK: Körperfarben-Modell Cyan, Magenta, Gelb (Yellow) und schwarz (K=Key=Schlüssel). Dieses Modell ist Standard für die Druckindustrie. Nun kann man sich natürlich fragen, warum in der Druckindustrie nicht das RGB Modell benutzt wird. Die Antwort ist einfach, es geht nicht. Beim Monitor mischt sich das durch den Elektronenstrahl erzeugte Licht und addiert sich zu der gewünschten Farbe. Beim Drucken muss man aber Farbtröpfen mischen. Jeder der sich an seinen Wasserfarbkasten erinnert, wird wissen, wenn man viele der vorhandenen Farben mischt, erhält man irgendwann eine graue Brühe. Wählt man allerdings die richtigen Farben im richtigen Verhältnis, kann man mit den Farben Cyan, Magenta und Gelb praktisch jede Farbe erzeugen. Wobei keine Farbe weiss bedeutet und alle Farben schwarz. Also genau umgekehrt im Vergleich zum RGB-Modell; die Farben subtrahieren sich.

Grafik Formate

Die folgenden Bilder zeigen, wie unterschiedlich Bildgrößen sein können, obwohl man auf dem Monitor keinen Unterschied erkennt. Gescannt wurde das Bild für die Ausgabe auf einem Drucker mit 300 dpi. Wenn dieses Bild z.B. für eine PowerPoint Präsentation benutzt werden soll, kann man es für die Bildschirm Darstellung ohne deutlich sichtbare Verluste um den Faktor 80 verkleinern.

Tif läßt sich in Netscape nicht darstellen, deshalb nur Information über Größe
300 dpi TIF Bild	100 dpi TIF Bild	100 dpi GIF Bild	100 dpi JPG Bild
886 kByte	68 kByte	15 kByte	11 kByte

Hier eine kurze Übersicht von Grafikformaten

BMP    (Bitmap) Hierbei handelt es sich um das Windows-eigene Standardformat, das eine Farbtiefe von 1 bis 24 Bit erlaubt. Der Name 'Bitmap' ist verwirrend, da alle vorgestellten Formate zur Beschreibung von Bitmap-Grafiken dienen. Die Komprimierung ist eingeschränkt möglich.

Tiff    (Tagged-Image File Format) ist ein universelles Bildformat. In der Tiff-Datei wird jedes einzelne Pixel, mit allen Informationen, abgespeichert. Es entstehen keinerlei Qualitätsverluste, jedoch werden die Dateien sehr gross. (Auf Wunsch kann eine geringe Komprimierung erreicht werden).

Gif    (Graphics Interchange Format) komprimiert automatisch verlustfrei, wenn man davon ausgeht, dass die Farben auf 256 reduziert werden. Gif kann mit 2 bis 256 Graustufen oder indizierten Farben umgehen. Dieses Format wird oftmals im Internet oder in Animations- und 3-D-Programmen verwendet.

JPEG    (Joint Photographics Experts Group) wird überwiegend für die Darstellung in HTML-Dateien genutzt. Je nach Komprimierungsgrad kann die Qualität deutlich abnehmen. Wegen der Qualitätsverluste sollte beim Speichern die "mittlere Bildqualität" nie unterschritten werden. Allerdings ist es möglich, qualitativ ansprechende Grafiken, in relativ kleinen Dateien zu speichern.

Farbmodus

Scannen

Mit Scannern werden Bilder Eingelesen und Digitalisiert.

- Trommelscanner: rotierender Glaszylinder auf dem die Vorlage (Fotos, Dias, Negative) zum Digitalisieren befestigt wird, um mittels Lasertechnik eingelesen zu werden. Die Ausgabe ist ein gerasterter Film, wie er für den Druck von Printmedien gebraucht wird. Eine Auflösung von mehr als 9000 dpi ist möglich.

- Flachbett-Scanner: unterer - mittlerer Qualitätsbereich, jedoch für die meisten Aufgaben vollkommen ausreichend. Spitzenmodelle reichen fast an die Trommelscanner heran. Der Name leitet sich von der Form ab. Die Vorlagen werden auf einer flachen Glasplatte befestigt. Auflösung zwischen 300 und 3800 dpi.

Wir Arbeiten mit Flachbett-Scannern.

Die Vorlagen werden auf eine Glasplatte gelegt (wie beim Kopieren). Eine auf einen motorgetriebener Schlitten befestigte Lichtquelle (Fluoreszenz- Halogenlicht) tastet die Vorlage in Längsrichtung, zeilenweise ab. Das von der Vorlage reflektierte Licht, wird von zwei Spiegeln mit Hilfe einer synchron zur Bewegung fokusierten Linseneinheit auf die feststehende CCD-Zeile gelenkt. (CCD-Sensoren charged coupled devices = ladungsgekoppelte Bauteile, d.h. sie sind in der Lage, Licht in elektrische Ladungen umzuwandeln). Je nach Bauart des Scanners sind den CCD-Sensoren noch Farbfilter vorgeschalten. Aus Wellenlänge (Farbe) und Intensität (Helligkeit) des zugeordneten Bildpunktes wird eine proportionale elektrische Ladung erzeugt. Die daraus resultierende analoge Spannung, wird von einem A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) weitergegeben, wo die Umwandlung in digitale Daten erfolgt. Die Auflösung des Scanners wird in dpi (dots per inch = Punkte pro Inch) angegeben.

Optimales Scannen

Um ein Bild möglichst farbgetreu und detailscharf wiederzugeben, müssen ausreichend Farb- und Helligkeitsinformationen eingelesen werden. Das kann zu riesigen Datenmengen führen und somit zu einem komplizierteren Umgang mit der Datei, d.h. das Bild muss beim Scannen schon optimal bestimmt werden.

Die Qualität des Scans und die Dateigröße werden beeinflußt durch:

	Farbtiefe, (RGB, Graustufen, Strichzeichnung)
	Bildgröße, (die Zielgröße sollte schon beim Scannen beachtet werden, dadurch vermeidet man das spätere Vergrößern und den damit verbundenen Qualitätsverlust. Je nach verwendeter Software, kann die Zielgröße unterschiedlich (Längen-Maßeinheit oder Skalierungsfaktor) eingegeben werden.
	Bildauflösung, (abhängig vom Verwendungszweck) Bildschirmpräsentationen sollten mit 300 dpi eingescannt werden, um nach der Bearbeitung diese auf etwa 100 dpi herunterzurechnen. (Für Monitore ist 100 dpi-Auflösung ausreichend). Für Printmedien muss die Rasterweite beachtet werden. Die Bildauflösung sollte doppelt so hoch sein, wie die Rasterweite. Rasterweite kann bei der Druckerei erfragt werden. Faustregel ohne Rasterweite 300 dpi bei einer 1:1 Vergrößerung. Ausnahme: Strichvorlagen. Die sollten zwischen 600 - 900 dpi gescannt werden, da es sonst möglich ist, dass man die Pixel sehr deutlich sehen kann.

Zur Optimierung  wichtig zu beachten:

Verwendungszweck

Vergrößerung - Verkleinerung der Vorlage

Vorlageart

Scannen von gerasterten Bildern:

Wenn möglich, sollte man nur Originalfotos einscannen. Gerasterte Bilder sind Bilder aus Druckerzeugnissen. Dieses Raster überzieht beim Scannen das Bild mit einem mehr oder weniger starken Moire´-Effekt (störende regelmäßige Interferenzmuster, die sich aus der Kreuzung nicht rechtwinkliger Druckraster mit rechtwinkliger Erfassung des Scanners ergeben), diese sind unvermeidbar. Eine Schadensbegrenzung ist beim Scannen durch den Filter 'Entrasterung' möglich.

Generell können schlechte Vorlagen durch Verwendung höherer Auflösung verbessert werden. Auch kann eine spätere Bearbeitung in Bildbearbeitungsprogrammen die Qualität verbessern.

Quelle: Gabriela Fletschinger: Grundlagen der Grafik Verarbeitung

Copyright © Uni Bonn | Erstellt von Anke Reinhard | 06.09.2009