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Auflösung

Bildauflösung – Mit Auflösung bezeichnet man gemeinhin die Anzahl der Bildpunkte, aus denen eine Rastergrafik besteht. In der Regel wird sie durch Breite x Höhe angegeben.

Beschreibung

Arten der Auflösung:
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen absoluter und relativer Auflösung. Bei der absoluten Auflösung gibt es zwei verschiedene Varianten zur Angabe:

Die erste Variante gibt einfach nur die Gesamtanzahl der Bildpunkte an; dies ist z. B. in der Digitalfotografie mit der Einheit Megapixel üblich. Zum anderen kann die Anzahl Bildpunkte pro Spalte (vertikal) und Zeile oder Linie (horizontal) angegeben werden, wie bei Grafikkarten und Bildschirmen üblich, z. B. 1024:768; in der Fernsehtechnik wird gleichbedeutend die Anzahl der Zeilen und die der Punkte pro Zeile verwendet.
Die zweite dieser beiden Möglichkeiten, absolute Bild-Auflösungen anzugeben, hat den Vorteil, dass sie auch das Verhältnis zwischen der Anzahl der Bildpunkte pro Spalte und Zeile angibt, man also eine Vorstellung vom Seitenverhältnis bekommt. Die übertragene bzw. gespeicherte Auflösung kann sich in einer oder beiden Dimensionen von der angezeigten Auflösung unterscheiden, was ggf. zu rechteckigen statt quadratischen Bildpunkten führt. Dies funktioniert allerdings nur, wenn die Bildpunkte zeilen- und spaltenweise angeordnet sind. Im Normalfall geht man hier von quadratischen Bildpunkten ? es handelt sich eigentlich um Flächen und nicht um Punkte ? aus, die horizontal und vertikal nebeneinander angeordnet sind. Es kann aber auch vorkommen, dass die Bildpunkte unförmig und willkürlich angeordnet sind oder das Bild selbst gar keine Rechteckform besitzt. In diesem Fall ist eine Angabe der Form Breite × Höhe nicht sinnvoll, und man begnügt sich mit der Angabe der Gesamtzahl der Bildpunkte wie in der ersten Variante.

Die relative Auflösung gibt die Anzahl der Bildpunkte im Verhältnis zu einer physikalischen Längeneinheit an (z. B. angegeben in dpi, dots per inch; ppi, pixel per inch; lpi, lines per inch). Sie heißt auch Punkt-, Pixel- bzw. Zeilendichte. Alternativ kann die Größe (Kantenlänge, Durchmesser oder Fläche) eines Bildpunktes angegeben werden (z. B. in Mikrometern).

Als Pixel wird aber auch ein Farbpunkt eines Bildpunkts bezeichnet. Ein Bildpunkt hat 3 Farbpixel. Bei Digitalkameras werden die Farbbildpunkte als Pixel angegeben. Hat ein Chip je 33 % rote, blaue und grüne Pixel, muss die Zahl der Pixel durch drei geteilt werden, um die Bildpunkte zu errechnen. Beim häufig anzutreffenden Bayer-Sensor wird ausgenutzt, dass das menschliche Auge auf grün empfindlicher reagiert als auf die anderen Farben. Aus 50 % grünen und je 25 % roten und blauen Farbpixeln werden die Bildpunkte berechnet (interpoliert). Bei Spitzenkameras werden so weniger als 50 % der Farbpixel in Bildpunkte umgesetzt. Consumer-Modelle berechnen dagegen mehr Bildpunkte unter höherem Verlust von Farbinformationen. Bei 3-Chip-Kameras wird der Lichtstrahl über ein Prisma auf drei Chips (pro Farbe einer) verteilt. Das ermöglicht eine hohe Farb-Auflösung bei hoher Bild-Auflösung. Bei 3-Chip-Kameras stimmt die Pixelangabe in der Regel mit den Bildpunkten überein.

Je weiter man sich vom Bild entfernt, desto weniger fällt die Form der Bildpunkte auf. Ist man jedoch dicht genug am Bild, so fällt das Raster sehr deutlich auf. Bei gleichem Abstand und größerer Auflösung verringert sich dieser Effekt. Andererseits hängt die Stärke dieses Effektes auch von der Stärke des Kontrastes der Farben benachbarter Bildpunkte ab. Den Effekt nennt man Treppeneffekt. Neben der Erhöhung der Auflösung gibt es noch das Verfahren des Antialiasings, um diesen Effekt zu vermindern. Dabei wird das Bild weich gezeichnet, wodurch der Kontrast benachbarter Bildpunkte verringert, das Bild insgesamt aber auch unschärfer wird.


Auf einem modernen Bildanzeigegerät wie zum Beispiel einem Plasma- oder Flüssigkristallbildschirm ist die Auflösung fest vorgegeben. Diese kann sich aber von der Auflösung des übertragenen Bildes unterscheiden. Zur möglichst korrekten Darstellung muss das Bild dann auf die Auflösung des Anzeigegerätes skaliert werden, wobei es insbesondere bei der Verkleinerung i. A. zu einem Informationsverlust kommt. Aber auch bei der Vergrößerung können Informationen verloren gehen oder Bildartefakte entstehen. Je nach Art der Skalierung des Bildes unterscheidet sich die Qualität dieses aber auch der Aufwand der Skalierung selbst. Ein Testbild, um die Auflösung eines optischen Gerätes zu bestimmen, ist z. B. der Siemensstern.

Neben der Bild-Auflösung gibt es noch die Farb-Auflösung, die angibt, welche Farben ein Bildpunkt annehmen kann. Man kann beide Angaben auch kombinieren. In diesem Zusammenhang spricht man oft auch von interpolierten Auflösungen, wenn die Farb-Auflösung gering, die Bild-Auflösung aber groß ist. Man gibt dann eine interpolierte Auflösung an. Dieses Verfahren wird häufig bei Scannern angewandt. Siehe hierzu auch Interpolation.

Schärfe eines Bildes - Auflösungs-Vermögen des Auges:
Bei einem normalsichtigen Auge bzw. bei korrigierter Fehlsichtigkeit hängt die Sehschärfe vor allem vom Auflösungs-Vermögen der Netzhaut ab, die im Bereich scharfen Sehens bei 0.5 bis 1 Bogenminuten liegt.
Der Begriff der absoluten Schärfe würde verlangen, dass ein Punkt von z. B. 1 µm Durchmesser auch tatsächlich durch einen Punkt von ebenfalls 1 µm Durchmesser wiedergegeben würde. Der Aufbau der menschlichen Netzhaut des Auges bringt es jedoch mit sich, dass infolge mangelnder Auflösung eine ganz beträchtliche Schärfentoleranz besteht. Unter normalen Verhältnissen beträgt diese für eine mittlere Betrachtungsdistanz von 30 cm etwa 1/10 mm. Das Auge betrachtet demnach jede Fläche, die nicht größer als 1/10 mm ist, als scharfen Punkt.
Auf einem Bild kann das gesunde menschliche Auge unabhängig von der Größe des Bildes innerhalb des normalen Bildwinkels von 47° Bilddiagonale, der beim 35-Millimeter-Kleinbildfilm einer Normalbrennweite von 50 Millimetern entspricht, etwa vier Millionen Bildpunkte unterscheiden. Dies entspricht bei einer Vergrößerung auf 10 Zentimeter × 15 Zentimeter einem Abstand der Bildpunkte von circa 0,05 Millimetern beziehungsweise einer Punktdichte von circa 400 dpi und einem Betrachtungsabstand von etwa 20 Zentimetern.

Video-Standards:
Computer:
Im IT-Bereich existieren diverse (De-Facto-)Standards für Auflösungen von Grafikmodi, wobei die meisten über die VESA standardisiert sind. Beispiele hierfür sind etwa VGA, WVGA, SVGA, WSVGA, EVGA, XGA, SXGA.

In der Praxis gibt es bei Desk- und Laptopmonitoren nur die Seitenverhältnisse 5:4 (1,25), 4:3 (1,3), 16:10 (1,6) und 16:9 (1,7). Bei abweichenden Seitenverhältnissen werden die Pixel gestaucht oder gestreckt, insbesondere wird aus 15:9 meist 16:9. Manche Bezeichnungen, wie zum Beispiel WXGA, wurden durch die gängige Werbepraxis so verwaschen, dass sie inzwischen vielfältige Interpretationen der Bild-Auflösung zulässt. Quad (Q) steht für eine Vervierfachung der Pixelzahl der Basis-Auflösung (Verdopplung von Breite und Höhe), Quarter (ebenfalls Q) für eine Viertelung (Halbierung von Breite und Höhe) und Hex (H) für eine Versechzehnfachung (Vervierfachung von Breite und Höhe). Bei den Breitbild-Auflösungen wird das W manchmal auch mit einem Bindestrich abgetrennt und/oder nach hinten gestellt, z. B.: WXGA, W-XGA, XGAW, XGA-W. Die Auflösungen unterhalb von VGA kommen heute vor allem in Mobiltelefon- und PDA-Anzeigen vor ? häufig auch hochkant. Moderne PC-Monitore und -Grafikkarten für den Consumerbereich unterstützen Auflösungen bis zu QXGA (4.3) bzw. QWXGA (16:10).

Video:
In der folgenden Tabelle finden sich geläufige Formate für digitale Videodaten. Theoretisch kann jedes dieser Formate noch ein p (für progressive) oder ein i (für interlaced) tragen. Bei HDTV-Geräten ist die entsprechende Kennzeichnung durchaus üblich, weswegen auch hier darauf verwiesen wird. Vor allem bei der analogen Fernsehübertragung gibt es oft rechteckige statt quadratische Bildpunkte, bspw. müssen CIF-Bilder um über 8 % horizontal gestreckt werden (352 auf 384 Punkte), damit sie verzerrungsfrei dargestellt werden. HDTV wird aber auch in der Praxis häufig um 25 % gestaucht (siehe HDCAM), teilweise auch um 50 %. PAL-Bilder sind häufig 6,25 % bis 30 % gestaucht, was wie eine 0-%- bis zu 25-%-Stauchung von HDTV in den obigen Angaben zur Fernsehbild-Auflösung berücksichtigt wurde. Auch höhere Stauchungen sind im Digitalfernsehen möglich und finden sich häufig auf diversen Kanälen des Pay-TV-Senders Premiere.

Film:
Kinofilme für 35-mm-Filmausbelichtung oder digitale Projektion werden international typischerweise im 2K-Format (je nach Zielformat ~1800, 2048 × 800, 1500 Pixel) bearbeitet und ausbelichtet; seltene Ausnahmen neuerdings in 4K (bei Cineon 3856 × 2264, bei Arrilaser 4096 × 3112). Die meisten digitalen Kinokameras zeichnen 1920x1080 Pixel auf.

Auch für Aufführung ohne Ausbelichtung sind 2K und 4K gemäß DCI empfohlen, wobei die netto genutzten Auflösungen hier etwas geringer sind.

Die 2K-Auflösung ist seit Mitte der 90er-Jahre der Arbeitsstandard für die meisten Filme. Diese Auflösung wird für den Hauptanteil aller Kinofilme benutzt; da so gut wie alle Filme heute mindestens eine digitale Farbkorrektur, wenn nicht eine digitale Postproduktion oder Animation durchlaufen, werden die Spielfilme ausbelichtet.

Die tatsächlich im Kino erreichte Netto-Auflösung ist immer deutlich reduziert, wenn dann per Film projiziert wird, was unter anderem daran liegt, dass kein Kino das Original eines kommerziellen Filmes bekommt, sondern typischerweise die vierte Kopie (die Kopie der Kopie der Kopie des Originals), da das digitale Master wieder auf Film ausbelichtet wird. Allerdings gibt es in manchen Kinos auch Digitalprojektoren, bei denen der Film, falls der Projektor dazu in der Lage ist, in der maximalen Auflösung gezeigt werden kann, sonst aber mindestens in der 2K-Auflösung.

Der klassische 35-mm-Film wird pur nur noch verwendet, wenn ausschließlich eine optische Farbkorrektur und ein mechanischer Schnitt stattgefunden haben.

Fotografie:
In der Digitalfotografie wird für die Auflösung meist nur die gerundete Gesamtzahl der Bildpunkte in Megapixeln (MP) angegeben, was unter anderem darin begründet ist, dass es anfangs fast nur das Seitenverhältnis 4:3 gab. Zunehmend gibt es aber auch Kameras mit dem Format 3:2 des klassischen Kleinbildformats und Modelle, die ein 16:9-Format anbieten.