Foto-Tipp 006: Bit, Byte und mehr – Grundlagen der Fotografie

Geht es Ihnen auch so? Wir werden mit Begriffen konfrontiert, die wir eigentlich nicht verstehen. Wir kaufen moderne Digitalkameras mit 12 MB oder gar 16 MB und wissen nicht, was das bedeutet. Es kommt noch schlimmer: Sie kaufen eine teure Kamera und nutzen die vielen Möglichkeiten der Kamera nur zu einem kleinen Teil. Oder – Sie kaufen eine billige Kamera und wundern sich, dass diese Kamera nicht das kann, was Sie gern möchten.

Damit Sie immer das richtige Ausgangsmaterial  – sprich Fotos – für Ihre Präsentationen (Fotoalben, Dia-Shows oder Ähnliches) haben, sollten wir uns ein wenig mit den Grundlagen beschäftigen.

So war es gestern…

Als Sie – so etwa bis vor zehn Jahren noch analog fotografierten – brauchten Sie sich um derartige Dinge nicht kümmern. Sie fotografierten mit einem Film – dieser bestand aus einer Trägerfolie aus Zelluloid, auf der drei lichtempfindliche Schichten aufgetragen waren. Die oberste Schicht ist empfindlich für blaues Licht, die mittlere für grünes und blaues, die unterste Schicht für rotes und blaues Licht. Die oberste Schicht kuppelt im Farbentwickler gelb, die mittlere purpurn und die unterste blaugrün.

Die Lichtempfindlichkeit des Films wurde in DIN, ASA oder ISO gemessen und gab Ihnen die Möglichkeit, bei unterschiedlichem Licht zu fotografieren  – 50 ASA, 100 ASA usw..

Bei der Filmentwicklung wurden auf chemisch Teile der Schichten abgetragen und dadurch ein Negativ erstellt. Damit können  – ebenfalls auf chemischen Wege – Papier-Bilder hergestellt werden. Bei den Dia-Filmen ist das Verfahren ähnlich.

Übrigens: Wenn Sie heute von Ihren digitalen Bilddaten (Fotos) Abzüge (Bilder) machen lassen, wird dabei noch immer die inzwischen technisch erheblich verbesserte Uralt-Technik angewandt. Von Ihren Bilddaten wird ein Negativ erstellt – dieses wird zur Herstellung des Bildes verwendet.

So ist es heute…

Seit Anfang der 70er Jahre des letzten Jahrhundert beschäftigten sich Wissenschaftler mit  der Entwicklung einer filmlosen Kamera. 1975 brachte Kodak die vom Erfinder Steven Sasson entwickelte erste funktionstüchtige Digital-Kamera auf den Markt. Diese Kamera wog 3,6 Kilogramm, war größer als ein Toaster und benötigte 23 Sekunden, um ein Schwarz-Weiß-Bild mit 100 x 100 Pixeln (10.000 Pixel) Auflösung auf eine Magnetbandkassette zu übertragen; um das Bild auf einem Bildschirm sichtbar zu machen, bedurfte es weiterer 23 Sekunden.

Aus heutiger Sicht war das Prinzip einfach: Die Computer-Technik konnte schon vor dem zweiten Weltkrieg Daten  digitalisieren – warum sollte es nicht möglich sein, Bilder zu digitalisieren und auf die aufwändigen chemischen Prozesse bei der Filmherstellung und Filmentwicklung zu verzichten?

Man bestückt die Kamera mit lichtempfindlichen Sensoren als Ersatz für den Film und integriert in die Kamera einen Mini-Computer (Prozessor), der aus den einzelnen Bildpunkten das Foto zusammensetzt. Die Idee ist genial einfach – doch die Umsetzung?

Bild 015

Die Umsetzung ist ein grandioses Meisterwerk – rechnen wir doch einmal.

Grundsätzlich unterscheiden wir drei Grundfarben (RGB) rot, grün, blau. Ein Pixel (zusammengesetzt aus Picture und Element) – also ein Bildpunkt – besteht in der Regel aus 4 Byte je 8 Bit. Da unsere Augen eher grünlastig sehen, hat man die Farbe grün doppelt belegt.

Bild 016

Jedes Bit hat zwei Zustände (0 oder 1; Strom oder kein Strom). Das ergibt 256 unterschiedliche Möglichkeiten – also insgesamt 256 Farben. In diesem Falle spricht man von einer Farbtiefe von 8 Bit. Es geht auch größer – bis zu einer Farbtiefe von 32 Bit. Das Problem ist, dass jedes Bit elektrisch mit dem Prozessor verbunden sein muss, damit das Bild entsteht – dieses Problem ist heute gelöst.

Die erste Digitalkamera (Olympus 800) habe ich im Jahr 1998 gekauft – sie verfügte über 786.432 Pixel. Diese waren auf dem Sensor 1.024 x 768 angeordnet – also im Seitenverhältnis von 4:3, was einen normalen Röhren-Fernseher entsprach. Die Anordnung im Verhältnis 4:3 wurde bis heute beibehalten, obwohl die Fernseher inzwischen auf das Format 16:9 umgestiegen sind. Sie fragen warum? Ganz einfach – unsere Augen sehen eher 16:9 als 4:3. Doch auch das ist nicht optimal – das menschliche Auge hat einen Blickwinkel von knapp 180°.

Einige Kamera-Hersteller (Nikon, Canon, Sony u.a) verwenden Sensoren auf denen die Pixel im Verhältnis 2:3 angeordnet sind – das ist historisch bedingt; es entspricht dem analogen Kleinbild-Format von 24 x 36 mm.

Eine Frage zwischendurch: Wie groß ist eigentlich der Sensor in der Kamera?

Die Antwort: Das kommt ganz darauf an – hier sind Beispiele für die unterschiedlichen Größen der Sensoren:

Bild 020

Zurück zu meiner ersten Digitalkamera. Rechnerisch hatte damals jedes Bild 786.432 Pixel – zum Vergleich: ein analoges Foto – aufgenommen im Format 24 x 36 mm hat etwa 30.000.000 Pixel – ein gutes Diapositiv hat etwa 50.000.000 Pixel.

Hier ist ein Foto – aufgenommen mit der Olympus 800 im Jahr 1998. Die Auflösung beträgt 178 KB (178.000 Pixel).

Garten-1

Zu dieser Zeit war Speicherplatz knapp und teuer – meine Kamera verfügte über einen internen Speicher von 16 MB (16 Millionen Pixel), das bedeutet, dass ich in der Kamera etwa 20 Fotos speichern konnte. Da man zu diesem Zeitpunkt die Entwicklung nicht abschätzen konnte, wurden Kompressions-Programme entwickelt. Diese Software sucht in der Kamera annähernd gleiche Farben – speichert die Farbe nur einmal und merkt sich wie viele gleiche Pixel sie weggeworfen hat. Das am meisten verwendete Programm zur Kompression ist .jpg. Die Kompression liegt zwischen 30% und 40% – damit war es mir möglich, etwa 30 Fotos in der Kamera zu speichern.

Schauen Sie sich den Prozess, der in der Kamera mit einer Schnelligkeit von Sekunden damals und Millisekunden heute abläuft, an.

Bild 024

Anfang des Jahres 2000 wurden die ersten Spiegelreflexkameras angeboten, die die Fotos extern auf Karten speicherten – normal waren 32 MB (32 Millionen Pixel). In Honkong kaufte ich  damals für DM 250,00 eine Speicherkarte mit der unglaublichen Kapazität von 128 MB (128 Millionen Pixel). Heute kostet eine 8 GB-Karte (8 Milliarden Pixel), 30 MB in der Sekunde speichert etwa € 20,00.

Wie viele Pixel benötigen wir nun wirklich?

Das kommt ganz darauf an, was Sie mit Ihren Fotos machen wollen. Hier gilt die alte Regel: Alles orientiert sich an dem schwächsten Glied in der Prozesskette.

Beginnen wir mit einem Extrem: Sie wollen sich Ihre Fotos ausschließlich auf einem Röhrenfernseher aus dem Jahr 1957 anschauen.

170px-Fernseher 01

Nun gut – das ist ein Schwarzweiß-Fernseher. Die Situation ist auf einem Farbfernseher aus den 80er-Jahren kaum anders. Diese Fernseher verfügen über eine Auflösung von 768 x 576 Pixel (442.368 Pixel). Das änderte sich erst im Jahr 2005. Das oben gezeigte Foto von 1998 können Sie also problemlos wiedergeben – es ist eigentlich von der Auflösung noch zu groß. Sofern Sie einen Fernseher mit einer Bilddiagonale von 80 cm haben, werden die Pixel vom Fernseher nur auseinandergezogen. Die Folge ist, das die Schärfe und die Bildqualität leiden.

Bleiben wir beim Fernseher und nehmen das andere Extrem. Sie haben einen Flachbild-Fernseher in HD-Qualität (1280 x 1920 Pixel = 2.457.600 Pixel  oder 2,457 MB – das entspricht einem Format von 16:9). Auch dieser moderne Fernseher kann nur das wiedergeben, was Sie ihm anbieten. Folglich sollte Ihr Foto mindestens so groß sein, wie die Kapazität des Fernsehers – und die Bildtiefe (mindestens 8 Bit) sollte auch stimmen. Sie sollten auch beachten, das der Fernseher das Format ihres Bildes (4:3) beibehält – es sei dann, Sie stellen ein anderes Format ein – dann wird das Bild auseinander gezogen.

Ganz anders sieht es aus, wenn Sie von Ihren Bildern Foto-Abzüge machen wollen. Lidl-Foto verlangt für einen Abzug in der Größe von 20.3 x 26,7 cm (etwa ein  DIN A 4-Blatt) in bester Qualität eine Bildgröße von 2.362 x 3.149 Pixel (7.437.938 Pixel).

Sie werden jetzt dagegen halten, dass Sie Fotos mit einer geringeren Anzahl von Pixel haben vergrößern lassen und sind mit der Qualität zufrieden – stimmt.

Die Fotobelichter können inzwischen ihre Fotos maschinell optimieren. Sie rechnen mit einer Software die Pixel hoch. Das Verfahren entspricht der Komprimierung – es geht nur anders herum.

Übrigens: die modernen Kameras bieten Ihnen Auflösungen, die zwischen 8 MB und 14 MB liegen – das ist für eine Dia-Show eigentlich zu groß. Aber – es kommt nicht nur auf die Anzahl der Pixel an. Es gibt Voll-Format-Kameras mit einem Sensor von 24 x 36 cm und einer Pixel-Anzahl von nur 16 MB. Und das hat triftige Gründe – Anordnung der Sensoren, Bildtiefe und Vieles mehr. Es muss doch Unterschiede zwischen einer Kamera zum Preis von € 79,00 und € 7.900,00 geben – und diese Unterschiede gibt es! Ob Sie eine derartige Kamera brauchen und bedienen können, steht auf einem anderen Blatt.

Fazit: Es kommt immer darauf an, was Sie wollen und welche Ansprüche Sie stellen.

Ich habe ein ganz einfaches Prinzip: Das Beste ist gerade gut genug.

 

 

 

 

 

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