Digitalkamera

Digitalkamera  Name: Mathias Bösch Klasse: 8c 1999/2000 Lehrer: Prof. Mag. Michael Salzgeber    I.Einführung  Neben der Weiterentwicklung bei den herkömmlichen Kameras stehen in letzter Zeit besonders Digitalkameras im Mittelpunkt des Interesses. Zu den Vorteilen von digitalen Kameras gehören: Das sofortige Feedback, welches ein Löschen gleich nach einer mißlungenen Aufnahme gestattet. Die zahlreichen digitalen Bildbearbeitungsmöglichkeiten, die noch vor kurzem lediglich Profis zugänglich waren.

Keine Filmkosten, da Digitalkameras gar keinen Film benötigen.   Und wo kein Film ist, fällt auch das Warten auf die Filmentwicklung weg, das heißt, man kann sofort über Fotos verfügen. Da die Bilder einer Digitalkamera ohne Umwege gleich auf den PC übertragen werden können, steht auch der Präsenz im World Wide Web nichts mehr im Wege.   Nachteile derzeitiger Kameras: Eine viel zu geringe Auflösung, um etwa großformatige Bilder auszudrucken. Hoher Batterieverbrauch, insbesondere bei Benutzung eines LCD-Monitors. Teure Speichermedien in Form von PCMCIA-Karten, welche erst eine angemessene Zahl von Aufnahmen erlaubt.

Ungeeignet für Bilder sich schnell bewegender Objekte, da die Aufzeichnung in drei Durchgängen erfolgt – pro Primärfarbe einer -, was mehrere Sekunden dauert. Höhere Printkosten, insbesondere wenn echte Halbtonbilder mit einem Thermosublimationsdrucker ausgedruckt werden sollen.   Vor allem in puncto Bildqualiät gilt: Wer heute keine fünfstelligen Summen für Profigeräte ausgibt, wird mit den Resultaten digitaler Kameras nicht annähernd an die Ergebnisse herkömmlicher Silberhalogenidfilme herankommen. Erst in einigen Jahren werden Digitalkameras für den Massenmarkt eine ähnlich hohe Auflösung wie heute analoge Kameras auf 35-mm-Negativfilm bzw. Diafilm erzielen.   Schlechte Karten haben Digitalkameras auch in Fragen der Vielseitigkeit: Wer sich einmal die Ausstattung einer normalen Spiegelreflexkamera ansieht – zum Beispiel die Belichtungssteuerung – weiß, was man mit dieser Technik alles anstellen kann.

Die digitale Konkurrenz kann da nicht ansatzweise mithalten. Das gleiche gilt fürs Zubehör: Mit dem Geld für die Digitalkamer und eine PC, falls dieser nicht vorhanden ist, kann man sich heute eine fürstliche SLR-Ausrüstung anschaffen.  SLR: Steht für Single Lens Reflex oder Spiegelreflexkamera. Kamera mit eingebautem Spiegel, der vor dem Auslösen des Verschlusses das auf der fotografischen Schicht abzubildende Bild auf eine Mattscheibe im Sucher reflektiert.   Die Bearbeitung von Farbbildern erfordert dabei einen leistungsfähigen Rechner. Die wichtigsten Komponenten sind die CPU, der RAM-Speicher und die Grafikkarte.

  Weil die Dateien gescannter Bilder in der Regel sehr umfangreich sind, erfordert ein Bildbearbeitungs-Computer eine Menge RAM-Speicher. Wenn die Größe eines Bildes den verfügbaren RAM-Speicher überschreitet, so kann es eventuell nicht geöffnet werden.   Die Grafikkarte im Computer verbindet den Monitor mit der CPU. Die Bit-Tiefe der Grafkikarte bestimmt, wieviele Farben gleichzeitig auf dem Bildschirm angezeigt werden können. Für ein volles und naturgetreues Farbspektru ist eine 24-Bit-Grafikkarte erforderlich. Sollte man aber über eine gute Kleinbildkamera verfügen, bietet ein Filmscanner wahrscheinlich die bessere Alternative.

Der Durchlichtscanner holt die Bilder in deutlich höherer Qualität auf die Festplatte.   Andererseits muß man auf die Bilder einer Digitalkamera nicht warten: Ein am Wochenende dringend benötigtes Bild kann mittels Digitalkamera und Modem fristgerecht geliefert werden. Außerdem gilt: Wer häufig Bilder in den PC übertragen muß, ist mit einer „Digitalen“ besser bedient.   Ein weiteres Problem digitaler Kameras beruht auf der Größe des CCD-Chips: Während beim Kleinbildfilm die Diagonale eines Negativs 43 Millimeter beträgt, ist aus Kostengründen die Größe des CCD-Chips derzeit auf ca. 6,5 Millimeter begrenzt. Damit nun ausreichend Licht auf die kleinere Aufzeichnungsfläche fällt, muß es durch hochwertige Objektive fokussiert werden, was den Kamerapreis wieder ansteigen lässt.

  Digitale Kameras, die nur einen optischen Sucher haben, aber keine eingebauten Kleinmonitor, stellen Anwender in der Anfangsphase vor ein Problem: Der Bildausschnitt im Sucher ist nicht identisch mit dem des CCD-Chips.   Schnelle Bildfolgen sind aus technischenGründen vorerst nur bei wenigen Kameras möglich. Die Refresh-Zeit, die eine Kamera benötigt, um das soeben aufgenommene Bild zu speichern und in den Standby-Modus zurückzukehren, dauert in manchen Fällen sogar 20 Sekunden. So lange ist dann die Kamera für Schnappschüsse blockiert.   Zusammenfassend gilt: Derzeit ist die Digitalkamera vor allem für Sachverständige von Versicherungen, Immobilienmakler und Journalisten interessant, also für solche Berufstätigr, die auf schnelle und vielseitige Umsetzung von Bilddaten angewiesen sind. Privatleute können die digitalen Bilder leicht in Briefe, Kalender, Glückwunschkarten, Einladungen und Fotoalben eifügen.

  Immerhin schätzt die Photo Marketing Association – kurz PMA – dass rund die Hälfte aller bisherigen PC-Besitzer an der Bearbeitung von Fotos auf ihrem Computer interessert sind.  II.Kompression und Archivierung  Bilddateien sind häufig sehr umfangreich und benötigen dementsprechend viel Speicherplatz. Die Größe der Datei ist aber von verschiedenen Faktoren abhängig. z.B.

von der Auflösung und dem Farbreichtum des Bildes. Je geringer die Auflösung und je niedriger die Zahl der Farben ist, desto kleiner wird die entsprechende Datei. Auch das Format, in dem das Bild gespeichert wird, hat Einfluß auf den Dateiumfang.   Die Auflösung:   Die meisten Bildbearbeitungsprogramme besitzen Funktionen zur Änderung der Auflösung von Bildern.  Durch die Funktion Downsampling wir die Auflösung verringert, die Software entfernt einfach die nicht benötigten Pixel. Die Bilddatei wird dadurch kleiner.

 Durch die Funktion Upsampling wir die Auflösung erhöht. Beim Upsampling erzeugt die Software mittels Interpolation zusätzlich neue Pixel, indem Mittelwerte der benachbarten Pixel gebildet werden.  Auch die Änderung des Bildformates kann sich auf die Auflösung auswirken. Beim Vergrößern verringert sich in der Regel die Auflösung eines Bildes, da die ursprünglichen Pixel einfach mit geringerer Dichte gepackt werden. Dies lässt sich vermeiden, wenn man gleichzeitig ein Upsampling vornimmt. Beim Verkleinern erhöht sich die Bildauflösung, denn die ursprünglichen Pixel werden dichter gepackt.

  Wenn man mit einer digitalen Kamera fotografiert, kann man die Auflösung des Bildes vor der Aufnahme einstellen. Bei den meisten Digitalkameras hat man die Wahl zwischen zwei oder drei verschiedenen Auflösungen: 320x240 Pixel, 640x480 Pixel oder 800x600 Pixel un d mehr. Welche Einstellung man wählt, hängt davon ab in welcher Form man das Bild später betrachten will, z.B. nur auf dem Monitor oder auch als Ausdruck. Je höher die Qualität des Bildes und je größer das Format sein soll, desto höher muss die Auflösung sein.

  Für die pure Anzeige auf dem PC-Monitor oder Fernsehschirm reicht bereits die geringste Auflösung von 320x240 Pixel vollkommen aus. Die Bildgröße entspricht dabei einem Format von 8x6 cm, wenn von einer Kamera-Auflösung von 96 dpi ausgegangen wird:   320/96 x 240/96 = 3,3 x 2,5 Inch oder 8x6cm die VGA-Auflösung von 640x480 Pixel entspricht dann folgender Bildgröße: 600/96 x 4890/96 = 6,6 x 5 Inch oder 17x13cm dieses Standard-Format eignet sich nicht nur für die volle VGA-Wiedergabe auf dem Monitor, sondern ist auch für den Druck geeignet. Eine Auflösung von 800x600 Pixel entspricht einer Bildgröße von: 800/96 x 600/96 = 8,3 x 6,25 Inch oder 21x16cm   Auflösung beim Einscannen von Bildern:   Wenn man mit einem Bildbearbeitungsprogramm ein Foto bearbeiten oder ausdrucken will, das z.B. nur als Abzug vorliegt, muss man es zunächst durch Einscannen in eine digitale Form überführen.   Wie hoch dabei die Auflösung sein sollte, hängt davon ab, in welcher Form man das Bild am Ende betrachten will.

Fällt das Ergebnis hingegen kleiner aus als die Vorlage, sinkt die Scan-Auflösung um den entsprechenden Faktor; fällt das Ergebnis größer aus als die Vorlage, erhöht sich die erforderliche Scan-Auflösung um diesen Faktor. Will man ein 35mm-KB-Dia besipielsweise formatfüllend mit 300 dpi auf eine DIN-A4-Seite ausdrucken, ist bereits eine Scanauflösung von über 2600 dpi erforderlich:     DIN-A4: 29,5x21cm KB-Dia: 3,6x2,4cm Vergrößerungsfaktor: rund 8,7 (Ausgabeauflösung) 300 dpi x 8,7 (Vergrößerungsfaktor) = 2610 dpi (Scan-Auflösung ohne Bearbeitungspotential)   Fabrbtiefe:   In einer sogenannten Bitmap ist die Farbe jedes Pixel in einem oder mehreren Daten-Bits beschrieben. Die Anzahl der für die Speicherung der Daten eines Pixel verwendeten Bits wird als Farbtiefe bezeichnet. Je mehr Bits für die Speicherung der Farbe verwendet werden, desto höher ist die Anzahl der Farben, die das Bild enthalten kann. Es stehen einem drei Wahlmöglichkeiten für die Farbtiefe zur Verfügung:   1 Bit Ein Datenbit kann nur einen von zwei Werten – 0 für Aus und 1 für Ein – beschreiben. Deshalb kann ein Pixel, das nur durch ein Bit beschrieben wird, auch nur eine von zwei Farben haben: entweder Schwarz oder Weiß.

Mit jedem zusätzlichen Bit erhöht sich die Anzahl der beschreibbaren Farben exponentiell.   8 Bit In einem 8 Bit-System kann jedes Pixel eine von 256 verschiedenen Graustufen bzw. einer von 256 Farbtönen zugeordnet sein. Die meisten Eingabegeräte und Bildverarbeitungs- programme verarbeiten sogar 24-Bit-Farben, so dass durch Mischung der 256 verfügbaren Farbtöne für jede Primärfarbe (Rot, GRün, Blau) über 16,7 Millionen Farben dargestellt werden können.   32 Bit in einem 32-Bit-System beschreiben nur 24 Bit die Pixel-Farbe. Die zusätzlichen 8 Bit werden für einen Alphakanal verwendet, der einen Transparenzwert für das Pixel enthält.

Wenn die Hintergrundflächen eines Bildes zum Beispiel als transparent definiert sind, können sie von den anderen Bildern überlagert werden, ohne diese zu verdecken. Auch Farbdateien, die in getrennte CMYK-Kanäle separiert sind, arbeiten mit 32 Bit.  Um Speicherplatz zu sparen, bietet sich auch die Reduzierung der Farbtiefe von Bildern an, da später viele Ausgabegeräte gar nicht die volle Farbenpracht nutzen können. Zu diesen Geräten zählen vor allem die einfachen Tintenstrahldrucker und die Laserdrucker. Da Digitalkameras zunächst Bilder in 24-Bit-Farbtiefe – also mit rund 16,7 Millionen Farben – aufnehmen, ohne dass man darauf einen Einfluß hat, sollte man jedoch später bei der Bildbearbeitung am PC die Farbtiefe reduzieren. Man wird bald feststellen, dass man durch eine Reduzierung zwar ordentlich Speicherplatz auf der Festplatte gespart hat, aber dennoch kaum einen Unterschied auf dem Monitor in der Bildqualität feststellen kann.

  Formate und Qualitätsverluste:  Als Dateiformat bezeichnet man die Struktur, in der die Daten einer Bilddatei angelegt sind. Weitverbreitete Formate sind z.B. TIFF, JPEG, GIF und BMP. Nicht jedes Bildverarbeitungs- programm kann alle Dateiformate lesen, es steht aber immer eine Auswahl zur Verfügung.  Manche Formate, wie z.

B. BMP (Windows Bitmap), speichern die Pixel der Bilder einfach 1:1 ab, sodass das gespeicherte Bild soviel Platz benötigt, wie es auch im Arbeitsspeicher eingenommen hat. Andere Formate sind in der Lage, z.B. einheitliche Farbflächen zu wenigen Bytes zusammenzufassen, die die gesamte Fläche repräsentieren. Diesen Vorgang nennt man Komprimieren.

Dadurch entsteht eine Datei, die kleiner ist, als die entsprechende Datei in einem unkomprimierten Format, wobei jedoch keine Informationen verlorengehen. Wird ein Bild jedoch stark komprimiert, wie es z.B. bei JPEG möglich ist, kann dies zu einem Qualitätsverlust führen.   Im folgenden werden einige Formate vorgestellt:   TIFF Das TIF-Format ist eines der Bildformate, die sich als Standard etabliert haben. Es kann von so gut wie jedem Bildbearbeitungsprogramm gelesen werden.

Außerdem bietet dieses Format einige wertvolle Eigenschaften, die beim weiteren Bearbeiten von großen Nutzen sind: So kann das TIF-Format mehrere Masken speichern, auf die man – je nach Programm – beim späteren Öffnen wieder zurückgreifen kann. Das Format verfügt über eine Kompressionsoption, mit der man die Dateigröße verlustfrei reduzieren kann.   JPEG Herkömmliche Kompressionsverfahren, die beliebige Dateien wie Texte, Programme usw. zusammenschieben, scheitern häufig an der Komplexität fotorealistischer Bilddateien: Selten tauchen hier sich wiederholende Muster auf, die der Kompressor zusammenpacken kann. Speziell für Fotos wurde das JPEG-Verfahren – benannt nach der Joint Photografic Expert Group – entwickelt: Hier werden Bereiche von 8x8 Pixeln Größe hinsichtlich der dort enthaltenen Farben untersucht. Pixel, die sich nur geringfügig voneinander unterscheiden, bekommen die gleiche Farbe.

Diese wird aus der Farbinformation der entsprechenden Pixel gemittelt. Nicht mehr die Farbinformation selbst, sondern nur noch ein Verweis auf eine Farbtabelle wird gespeichert, wodurch sich die Anzahl der im Bild enthaltenen Farben reduziert. Die JPEG-Dateien geben sich demzufolge mit einem Bruchteil des ursprünglichen Datenvolumens zufrieden. Überdies kann man den Kompressionsgrad selbst bestimen: Je stärker die Komprimierung, desto deutlicher fallen die Auswirkungen der Gleichmacherei auf. Störende Klötzchen und Farbsäume um scharfe Kanten werden sichtbar. Im übrigen gilt: Je größer das Bild, desto unwesentlicher die pixelgroßen Details, desto besser also die Resultate der JPEG-Kompression.

  GIF Das Graphics Interchange Format wurde im Juni 1987 vom Online-Dienst CompuServe eingeführt. Obwohl GIF nur 256 verschiedene Farben kennt und obwohl seit 1995 für den in GIF verwendeten LZW-Kompressionsalgorithmus Lizenzgebühren anfallen, hat das der Verbreitung dieses Bildformats nicht geschadet. Die Stärke von GIF liegt allerdings in dem Transport von typischen Computerzeichnungen mit einer kleinen Anzahl von Farben, wie zum Beispiel in Diagrammen oder Icons. Fotorealismus gibt es nur mit Tricks. Mit angepaßten Farbpaletten und raffinierten Streurastern gelingt es gute Software, hochwertige fotoähnliche GIF-Bilder zu erzeugen – allerdings meist mit Dateigrößen jenseits vergleichbarer JPEG-Bilder.  Streuraster: Kann eine bestimmte Farbe oder ein Tonwert nicht dargestellt werden, werden benachbarten Pixeln verfügbare andere Farben zugewiesen, um die fehlende Farbe zu simulieren.

    FIF Bei der fraktalen Bildkompression wird das Bild in eine Rechenvorschrift umgesetzt, die sich prinzipiell mit allen denkbaren Pixel-Abmessungen wiedergeben lässt. Das Verblüffende daran: Zoomvorgänge fördern Details zutage, die nicht einmal im ursprünglichen Bild zu sehen waren. Allerdings erweist sich die Kompression von Bildern als Geduldsspiel: Je höher die Qualität der erzeugten Datei soll, um so länger dauert der Kompressionsvorgang. Der Qualitätsvergleich zwischen gleich großen JPEG- und FIF-Dateien fällt bei fotografischem Bildmaterial zugunsten der fraktalen Mehtode aus.fraktalbilder wachsen während der Online-Übertragung schrittweise von Daumennagelgröße zur vollen Pracht.   FlashPix Für Bildbearbeitung übers Internet ist das FlashPix-Format gedacht, das Live Picture, Kodak und Microsoft als Standard etablieren wollen.

Der Benutzer soll dabei nur exakt die Menge an Bilddaten erhalten, die er benötigt – ob ein grobes Vorschaubild, ein Ausschnitt einer hochaufgelösten Datei oder die Feindaten zum Ausdrucken. Die verschiedenen Auflösungen zwischen Vorschaubild und Feindaten speichert FlashPix in einer einzigen Datei, abgestuft in Zweierpotenzen. Das Bild jeder Auflösungsstufe ist in 64x64 Pixel-Blöcke unterteilt, so dass sich schnell Ausschnitte anzeigen lassen. Drehungen, Kontraständerungen und ähnliche Einstellungen lassen sich als Aktionen in der Bilddatei speichern, und bei jedem Anzeigen neu ausführen. Sie bleiben dadurch umkehrbar. Als Kompressionsverfahren dient JPEG, so dass sich kein Ersparnis gegenüber herkömmlichen JPEG-Bildern ergibt, nutzt man nicht die Möglichkeit, nur Bildausschnitte zu übertragen.

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