Grundlagenwissen der Digitalfotografie

Erste Begriffe – erste Verwirrungen

Auch wenn die Digitalfotografie heute nicht mehr wirklich neu ist, werden doch viele Grundbegriffe nicht verstanden, falsch verstanden oder einfach in verschiedenen Bedeutungen (und manchmal nach sehr individuellem Verständnis) benutzt. Deshalb sollten wir einige Begriffe klären, auf die wir immer wieder treffen und womit die folgenden Seiten verständlich werden.

Bildgröße
Die Bildgröße beschreibt die Abmessungen eines Bildes in cm (Breite x Länge, zum Beispiel 15 x 10 cm). Diese Angabe entspricht unseren Gewohnheiten – auch aus der Analogfotografie – und wir haben eine Vorstellung von den Abmessungen zum Beispiel eines Papierfotos.
Demgemäß ist eine solche Angabe der Bildgröße sinnvoll bei Angaben zu Papierabzügen bzw. Druckausgaben und sollte auch nur hier benutzt werden.
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Eine Angabe der Bildgröße in Bildpunkten = Pixeln beschreibt dagegen die Bildgröße bei und für die elektronische Darstellung, zum Beispiel am PC-Monitor oder am Fernseher (z.B. 1024 x 768), und damit gleichzeitig die Dateigröße (i.d.R. in Megabyte = MB). Eine gegenseitige Umrechnung ist nicht möglich bzw. wenig sinnvoll.

Pixelgröße
ACHTUNG: Dieser Begriff wird besonders oft irreführend benutzt, zum Beispiel für die Angabe der Monitorauflösung eines PCs mit z. B. 1024 x 768 Pixeln – oder eben auch bei Angaben in der Digitalfotografie. Die Nutzung der „Pixelgröße“ ist jedoch meist falsch, denn gemeint ist nicht die Größe, sondern die Anzahl der Pixel!
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Dabei hat die Angabe der Pixelgröße durchaus ihren Sinn, wenn nämlich tatsächlich die Abmessungen eines Pixels angegeben werden sollen. In der Regel werden wir jedoch die Anzahl der Pixel je Längeneinheit erhalten, zum Beispiel bei einem Monitor. Und hier ist die Darstellungsqualität mit 1024 x 768 Pixeln bei einem 17Zoll-Monitor besser als bei einem 19Zoll-Monitor, denn die einzelnen Pixel sind bei gleicher Anzahl auf einer kleineren Fläche (bzw. kleineren Strecke) kleiner, dichter und damit feiner in der Darstellung.
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Uns sollte bewusst sein, dass weder die Angabe der Bildgröße noch die Angabe der „Pixelgröße“ eine Aussage zur Qualität eines Bildes macht, sondern erst beide Angaben in ihrem Verhältnis zueinander eine Beurteilung der Bildqualität zulassen. Die übliche Angabe dafür bezeichnet die
Auflösung
Die Angabe der Auflösung bezeichnet nicht die Abmessungen eines Bildes in der Länge und Breite eines Bildes, sondern wird allgemein mit der Anzahl der Pixel pro Maßeinheit angegeben; üblicherweise wird hierbei die Basis „inch“ (= 2,54 cm) benutzt. Die Angabe der Auflösung lautet zum Beispiel 72 ppi, also 72 Bildpunkte pro inch (in der Länge und in der Breite).
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Eine höhere Auflösung (zum Beispiel 300 ppi gegenüber 72 ppi) bedeutet also, dass entsprechend mehr Bildpunkte in der einzelnen Maßeinheit dargestellt werden. Die einzelnen Pixel müssen also entsprechend kleiner sein und lassen damit eine entsprechend differenziertere Darstellung des Bildes zu.
Wohlgemerkt: Eine höhere Auflösung bezeichnet eine bessere Bild-, keine bessere Kameraqualität! Hier spielt zum Beispiel zusätzlich die Frage der Objektivqualität eine maßgebliche Rolle . . .
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Und auch (leider übliche) Angaben in der Werbung über eine Auflösung von 10 MB (MegaByte) sagen tatsächlich nicht sehr viel über die Kameraqualität aus, denn gemeint ist hier üblicherweise die Auflösung des Kamerasensors, wobei jedoch nicht allein die Anzahl der Bildpunkte = Pixel maßgeblich ist, sondern eben wiederum auch deren Größe, so dass zumindest zusätzlich die Sensorfläche zu beachten ist (neben weiteren Daten -> siehe Kameratechnik/Sensor).
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ANMERKUNG: Bei den Druckausgaben wird die Auflösung in dpi angegeben = dots per inch.
Ein Bildpunkt der Druckausgabe muss nicht mit einem Bildpunkt des Bildes korrespondieren, sondern ein Bildpunkt kann durchaus von mehreren Punkten in der Druckausgabe dargestellt werden (Rasterverfahren: dpi > ppi).

Zusammenfassung dieses Abschnitts
Ein Bild der „Pixelgröße“ 640 x 480 Pixel beinhaltet in der Auflösung 72 ppi nicht mehr Bildpunkte als in der Auflösung 300 ppi und benötigt damit auch nicht mehr Speicherplatz für die Bilddatei. Der Speicherbedarf verändert sich nicht und ist in beiden Fällen gleich groß.
Allerdings ist das Bild bei 300 ppi in der Bildgröße (= Bildformat, gemessen in cm) kleiner, denn die einzelnen Bildpunkte sind kleiner!

Dateiformate von Bilddateien

Bevor die maßgeblichen Dateiformate der Digitalfotografie besprochen werden, ist jedoch als Zwischenschritt der „Bildpunkt“ in der Datenspeicherung zu klären. Denn ein Bildpunkt = Pixel wird nicht durch ein Bit dargestellt, sondern die Speicherung der Bilddaten erfordert einen höheren Aufwand. Wenn ein Bildpunkt von einem einzelnen Datenbit beschrieben würde, könnten eben nur zwei unterschiedliche Zustände beschrieben werden: ja / nein bzw. schwarz / weiß. Damit könnten also allenfalls Schwarz-Weiß-Bilder gespeichert werden – ohne Graustufendifferenzierung! Schon für eine Graustufendifferenzierung in üblicherweise 256 Stufen werden 8 Bit = 1 Byte Speichervolumen je Bildpunkt benötigt. Damit kann quasi ein stufenloser Verlauf von Schwarz nach Weiß dargestellt werden.
Für Farbbilder im üblichen RGB-Raum (Rot, Grün, Blau) muss jede dieser 3 Grundfarben in jeweils 256 Abstufungen dargestellt werden, um die allgemein übliche Farbtiefe von 256x256x256 = rd.16 Millionen Farben bzw. Farbtönen darstellen zu können. In den 3 Farbkanälen wird also die jeweilige Lichtintensität (= Helligkeitsstufe) jeweils quasi wie ein Graustufenbild aufgezeichnet; in den entsprechenden Grafikprogrammen können die einzelnen Farbkanäle dann sogar getrennt bearbeitet werden.
Diese Anzahl an Farben entspricht der typischen fotografischen Bildqualität in „Echtfarben“. Benötigt werden dafür als Speicherumfang 3 Byte je „Bildpunkt“ (= 3 x 256 Differenzierungen je Grundfarbe) = 24 Bit Farbtiefe.

Dateigröße und Datenkomprimierung
Ein Bild in einer Auflösung von 2400 x 1800 Pixel hat nicht nur die schnell überschlagenen 4.320.000 Byte (rund 4,1 MB) als Speichergröße, denn diese Rechnung würde ja lediglich 1 Byte je Pixel umfassen und damit lediglich die oben beschriebenen 256 Graustufen ermöglichen. Bei der typischen 24-Bit-Farbtiefe für RGB-Bilder werden 3 Byte je Pixel benötigt, also der dreifache Speicherbedarf, also rd. 12,3 MB.
Bilder im CMYK-Farbraum mit 32-Bit-Farbtiefe erfordern sogar noch größere Dateien . . .

Zwar können die heutigen Speichermedien durchaus große Bilddateien in ausreichender Anzahl aufnehmen, jedoch hat es sich im durchschnittlichen Preissegment für Kameras durchgesetzt, dass die Dateien komprimiert werden. Dabei werden unwichtige oder sich wiederholende Daten reduziert bzw. zusammengefasst, so dass die daraus resultierende Bilddatei erheblich verkleinert wird. Der Speichervorgang selbst beschleunigt sich dadurch merklich.
Die Datenkomprimierung kann je nach genutztem Verfahren entweder verlustfrei oder verlustbehaftet erfolgen. Dabei sind verlustbehaftete Datenbearbeitungen nicht reversibel – verlorene Bild-/Dateninformationen können nicht wieder hergestellt werden.
Keine Aussage soll an dieser Stelle über den grundsätzlichen Sinn einer Datenkomprimierung getroffen werden, sondern allein der Vorgang in der Kamera betrachtet werden. In der Bildbearbeitung, vorzugsweise an einer Kopie der eigentlichen Bilddatei, ist die Unterscheidung sehr wohl von Belang.

Die „eigentlichen“ Dateiformate
Sowohl für das Speichern eines Bildes in der Kamera als auch für das spätere Bearbeiten im Fotolabor oder am PC müssen die Bilddaten in einem bestimmten Dateiformat vorliegen. Dafür haben sich aus diversen Formaten zum Abspeichern in der Kamera zwei bzw. drei Standards etabliert.
TIFF (.tif)
Dieses „Tagged Image File Format“ ist das universelle Dateiformat für Bitmap-Bilder, sowohl für Grafiken als auch für Fotos in diversen Farbtiefen. In der Grundversion erfolgt die Datenspeicherung nicht komprimiert und somit verlustfrei. Die Dateigröße ist damit allein und unmittelbar abhängig von der Pixelzahl und der Farbtiefe.
Dieses Format wird zwar in der Bildbearbeitung am PC gerne eingesetzt, ist jedoch nicht so verbreitet zur Bildspeicherung in der Kamera. Die Bilddatei bleibt groß (mit allen Nachteilen), muss jedoch vor dem Speichervorgang bereits bearbeitet werden.
JPEG (.jpg)
Das von der „Joint Photographic Experts Group“ entwickelte Format beinhaltet einen Komprimierungsalgorithmus, der in mehreren, frei wählbaren Stufen die Datenkompression und damit die daraus resultierende Dateigröße beinhaltet. Das Verfahren zeigt seine Stärken eben an Fotodateien und wird demgemäß hier gerne eingesetzt.
Das Verfahren arbeitet verlustbehaftet; verlorene Pixelinformationen sind endgültig verloren.
Die Angaben zur Kompressionsstärke beziehen sich in der Regel auf die daraus resultierende Dateiqualität, das heißt, „maximal“ ist nicht die Kompressionsrate (hier ca. 1 : 5), sondern beschreibt i.d.R. die anschließende Bildqualitt. Verluste sind bei üblichen Bildnutzungen, das heißt üblichen Vergrößerungen, nicht oder nur kaum sichtbar.
„mittel“ (ca. 1 : 20) ergibt eine noch annehmbare Qualität, während „niedrig“ deutlich sichtbare Störungen bedingt. Diese Einstellung kann jedoch ggfs. nach Verwendungszweck der Datei sinnvoll sein (z.B. für das Internet).
Dieses Dateiformat dürfte derzeitig die größte Verbreitung gefunden haben. Sinnvolle Kameraeinstellungen zum Komprimierungsgrad werden im Abschnitt „Kameratechnik“ besprochen.
RAW-Formate
Bei diesen Dateien handelt es sich eigentlich um (herstellerabhängig) unterschiedliche Dateiformate, denn sie sind kameraspezifisch unterschiedlich und können damit auch nicht einheitlich von einem bestimmten PC-Programm bearbeitet werden, sondern eben nur je nach Kamerahersteller. Die Bildinformationen werden nicht nur unkomprimiert abgespeichert, sondern im Gegensatz zum .tif-Format auch unbearbeitet. Gespeichert werden die sogenannten Rohdaten, wie sie vom Kamerasensor aufgenommen werden. Einstellungen zur üblichen Bildbearbeitung bereits in der Kamera (zum Beispiel Farbintensität oder Schärfung) werden zwar separat aufgezeichnet, verändern jedoch nicht die Bilddatei.
Damit stellt eine RAW-Datei das „beste“ Ausgangsmaterial für eine spätere Bildbearbeitung zur Verfügung.
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Zusatzinformationen zu EXIF und u.a.
Thematisch gehören diese Informationen nicht an diese Stelle, sondern werden bei „Kameratechnik – Bilder speichern“ behandelt.