Die Bildbearbeitungssoftware und dpi

Wir sind jetzt über das Scannen und die Darstellung am Bildschirm zur Software gelangt, mit der man Bilder bearbeiten kann. Wir konzentrieren uns hier nur auf das, was Software bezüglich der Bildauflösung zu leisten vermag.

Mit Hilfe von Bildbearbeitungssoftware besteht nun die Möglichkeit die Bildauflösung, unabhängig von seiner jetzigen Auflösung, neu zu berechnen. Dies bedeutet, dass man z.B. aus einem Bild mit 320 x 240 Pixel, ein Bild mit 640 x 480 Pixel (Hinaufrechnen der Auflösung) macht, oder ein Bild mit 160 x 120 Pixel (Hinunterrechnen der Auflösung). 

Wie wir ja vom Bildschirmartikel wissen, kann die Software diese Umrechnung ja schon ohnehin für das Zoomen leisten. Aber Vorsicht! Beim Herunterrechnen gibt es eigentlich kein Problem, denn etwas wegzulassen ist relativ einfach. Probleme gibt es vor allem beim Hinaufrechnen, denn hier müssen Pixel, die nicht da sind, hinzugefügt werden. Wie das Ganze vonstatten geht, sehen wir uns jetzt aber an Hand von Photoshop an.

Bildauflösung umrechnen in Photoshop

In der Bildbearbeitungssoftware Photoshop von Adobe gibt es ein wichtiges Dialogfeld, welches man unter dem Menü "Bild", Menüpunkt "Bildgröße" aufrufen kann. Zuvor aber muss ein Bild geladen werden. 

Wir laden also ein Bild sagen wir mit 250 x 250 Pixel:
 

Und nun rufen wir das zuvor beschriebene Dialogfeld "Bildgröße" auf:

Im oberen Teil sehen wir die Pixelmaße des Bildes und gleichzeitig die Speichergröße im Arbeitsspeicher. Es hat 250 x 250 Pixel Auflösung und braucht 184 kByte des Speichers. Die unteren Felder, mit Dateigröße bezeichnet, zeigen im Prinzip nur ein Zusammenspiel zwischen Ausgabegröße und dpi. Jetzt zeigen uns die Felder an, dass das obige Bild, würden wir es mit 100 dpi ausdrucken, Abmessungen von 6,35 x 6,35 cm hätte.Wenn, so wie hier dargestellt, das Kästchen "Bild neuberechnen mit" nicht angehakt ist, so können Sie in den oberen Feldern ausprobieren, wie sich z.B. die dpi verändern würden, wenn Sie eine andere Größe für das Bild wählen wollten. Wir werden das Feld Breite auf genau 6 cm verändern und sehen was passiert:
 

Erstens ändert sich nun das Feld Höhe auch auf 6 cm, da unterhalb das Kästchen "Proportionen erhalten" angehakt ist. Aber es ändert sich auch das Feld dpi auf 105,833 dpi. Wie wir wissen erhöht sich mit einer kleineren Ausgabegröße die Auflösung. Aber an unserem Bild selbst hat sich nichts geändert, da wir ja die Pixelausmaße nicht verändert haben. Wenn man die Pixelmaße selbst ändern will, muss man nun das Kästchen  "Bild neuberechnen mit" zuerst anhaken:
 

Sie sehen jetzt, dass man Zugriff auf die Felder "Pixelmaße" bekommt und diese verändern kann. Im obigen Beispiel wurden in das Feld "Breite" unter Pixelmaße 125 Pixel, also die Hälfte von 250 Pixel eingegeben. Da "Proportionen erhalten" noch immer ausgewählt ist, ändert sich sofort die "Höhe" ebenfalls auf 125 Pixel. Außerdem verändern sich folgerichtig die Größenmaße auf 3 cm, also die Hälfte und die Auflösung in dpi bleibt ebenfalls folgerichtig gleich. Nun drücken wir den "OK"-Button rechts oben. Das Bild sieht nun in der Software folgendermaßen aus:
 

Es wird am Bildschirm um das vierfache der Fläche unseres Ausgangsbildes kleiner dargestellt und der momentane Speicherplatzbedarf hat sich ebenfalls auf 46 kByte reduziert. Nun treiben wir jedoch die Verkleinerung noch weiter, indem wir das Bild auf eine Auflösung von 64 x 64 Pixel herunterrechnen:
 

Wir geben wieder in das Feld "Breite" bei "Pixelmaße" 64 ein drücken "OK" und sehen nun, wie sich das Bild weiter verkleinert hat:
 

Man beachte, dass noch immer eine 100%-Darstellung verwendet wird, denn wir haben alle Faktoren der Bildschirmeinflüsse gleich gelassen und nur das Bild heruntergerechnet. Es ist also tatsächlich kleiner geworden und braucht jetzt am Bildschirm nur noch 64 x 64 Pixel. Der Speicherplatzbedarf reduziert sich weiter auf 12 KByte.

Nun so weit so gut. Wenn das Herunterrechnen so gut funktioniert hat, so werden wir jetzt versuchen das Bild wieder in seine ursprüngliche Auflösung zurückzurechnen. Müsste ja funktionieren oder?
 

Wir geben nun wieder 250 Pixel in "Breite" bei "Pixelmaße" ein und sehen was passiert wenn wir auf "OK" drücken:
 

Hoops! Was ist denn da passiert! Das sieht aber ganz anders aus als das Ausgangsbild. Was haben wir nicht beachtet? Solange heruntergerechnet wird ist alles ok, sobald aber wieder hinaufgerechnet wird, werden die Verluste sichtbar die beim Hinunterechnen entstanden sind, denn niemand, nicht einmal die beste Software vermag es Bildteile die fehlen korrekt zu ersetzen. Dies bedeutet, gleichzeitig, dass das Hochrechnen immer verlustbehaftet ist!

Aber eine Kleinigkeit habe ich Ihnen noch vorenthalten: Mit dieser wollen wir uns als nächstes beschäftigen

Umrechnungsmethoden der Bildauflösung

Es gibt nämlich verschiedene Verfahren des Umrechnens von Bildauflösungen, die im untersten Eingabefeld, dort wo jetzt immer "Pixelwiederholung" gestanden ist, ausgewählt werden können. In Photoshop gibt es drei verschiedene Arten des Umrechnens eines Bildes:

• Pixelwiederholung
• Bilineare Interpolation
• Bikubische Interpolation

Diese Auswirkungen der verschiedenen Umrechnungsarten eines Bildes, sollen in der nächsten Tabelle veranschaulicht werden. Wir nehmen dazu wieder das Bild aus den vorangegangenen Beispielen rechnen es auf 64 x 64 Pixel herunter, dann wieder auf 250 x250 Pixel hinauf und das mit allen drei Umrechnungsverfahren:
 

Sie sehen also, dass wir in jedem Fall des Hochrechnens einen Qualitätsverlust hinnehmen müssen. Im Fall der Pixelwiederholung wird das Bild pixelig, das heißt es entstehen Treppeneffekte, oder das Bild wird unscharf, wie man bei den beiden Interpolationsverfahren bilinear und bikubisch sehen kann. Wir wollen uns jetzt den einzelnen Methoden näher widmen.

Umrechnen mit Pixelwiederholung

Bei der Pixelwiederholung werden beim Hinaufrechnen einfach ganze Pixelzeilen und -spalten kopiert, also wie der Name sagt, wiederholt. Beim Herunterrechnen werden Pixelzeilen und -spalten entfernt. Dies ist natürlich bei einem nicht ganzzahligen Teilungsverhältnis unter Umständen problematisch, da manche Pixelzeilen und -spalten, weniger oft wiederholt oder weggelassen werden können, wie bei einem ganzzahligen Teilungsverhältnis. In der nächsten Abbildung sehen sie ein Bild mit 16 x 16 Pixel Bildauflösung. Das Bild besteht im Prinzip aus schwarzen, roten, grünen, blauen und weißen Pixel, die in einem Schachbrettmuster angeordnet sind:

Natürlich kann man die einzelnen Farbpunkte kaum erkennen, da sie nur ein Pixel groß sind. Jetzt berechnen wir das Bild in zwei verschiedene  Auflösungen, mit Pixelwiederholung, einmal ganzzahlig und einmal nicht ganzzahlig und sehen uns daneben einen Ausschnitt daraus an, der wiederum vergrößert wurde:
 

Sie können jetzt erkennen, dass beim ersten Beispiel (ganzzahliges Teilungsverhältnis) bei der Pixelwiederholung einfach aus einem Pixel acht Pixel entstanden sind, und dadurch das Schachbrettmuster deutlich zu sehen ist. Dabei sind die Pixel nach wie vor gleichmäßig groß. Im zweiten Beispiel (nicht ganzzahliges Teilungsverhältnis) kann man gut erkennen, dass die entstandene Schachbrettstruktur Unregelmäßigkeiten aufweist, da manche Pixel öfter als andere wiederholt werden mussten.  Wenn man also Strukturen eines Bildes, sogenannte Treppeneffekte, beibehalten will ist die Pixelwiederholung sinnvoll. Sie ist außerdem das Verfahren, welches auch beim Zoomen verwendet wird da es die schnellste Methode darstellt.

Will man jedoch Treppeneffekte vermeiden, was eigentlich meistens der Fall ist, so muss man sich mit einer Interpolationsmethode behelfen.

Umrechnen mit Interpolation

Bei den Interpolationsmethoden werden nicht nur Pixel wiederholt, sondern es werden die jeweils benachbarten Pixel mit einbezogen und somit ein weicher Übergang zwischen den umgerechneten Pixel geschaffen. Wir verwenden wieder unser Beispielbild mit dem Schachbrettmuster:

Wir sehen uns dabei wieder das Ergebnis, einmal normal, dann wieder vergrößert an:
 

Wir können hier deutlich erkennen, dass beide Interpolationsmethoden einen weichen Übergang zwischen den Bildpunkten schaffen, sodass die Farbpunkte nicht mehr quadratisch sondern eher rund erscheinen. Das Bild wird unscharf gegenüber der Pixelwiederholung, dafür verschwinden aber auch Treppeneffekte. Die bilineare Methode ist noch unschärfer als die bikubische Methode, wenn man genau hinsieht. In der Vergrößerung kann man auf jeden Fall eindeutige Unterschiede erkennen.

Zusammenfassung:

Wir haben nun den Unterschied zwischen reinem Zoomen in der Software und wirklicher Umrechnung der Bildauflösung kennengelernt. Es ist sehr wichtig das zu verstehen, da dieser Unterschied zwei verschiedene Ebenen bildet, um mit Bildern umzugehen. Das Zoomen bietet die Möglichkeit sich Bilder im Detail und im Überblick anzusehen, während die Umrechnung eher eine Bearbeitungsfunktion für verschiedene Einsatzzwecke des Bildes darstellt. Im ersten Fall wird am Bild selbst nichts, im zweiten Fall wird die Bildauflösung des Bildes tatsächlich verändert.

Hier noch einmal das Wichtigste zusammengefasst:

• In der Bildbearbeitung kann die Bildauflösung verändert werden
• In Photoshop funktioniert das mit dem Dialogfeld "Bildgröße" im Menü "Bild"
• "Bild neuberechnen mit" nicht angehakt bedeutet keine Umrechnung der Auflösung, dafür aber kann die Bildgröße zulasten der Auflösung, oder umgekehrt eingestellt werden.
• Mit "Bild neuberechnen mit" angehakt hat man Zugriff auf die Pixelmaße und kann die Auflösung tatsächlich neu berechnen
• Die Bildauflösung hinunterzurechnen ist kein Problem, das Hinaufrechnen ist immer verlustbehaftet
• Es gibt in Photoshop drei Umrechnungsmethoden: Pixelwiederholung, bilineare Interpolation, bikubische Interpolation
• Pixelwiederholung basiert auf einfachem Kopieren von Pixel und erzeugt sogenannten Treppeneffekte
• Die Interpolationsmethoden erzeugen ein weiches Bild, was sich nachteilig für die Bildschärfe auswirkt, es entstehen aber keine Treppeneffekte
• Der Unschärfeeffekt ist bei der bikubischen Interpolation kleiner

Und noch drei kleine Beispiele zur Übung:

1. Laden Sie ein Bild mit 640 x 480 Pixel in Photoshop und berechnen Sie es mit Hilfe des Dialogfeldes "Bildgröße" auf eine horizontale Auflösung von 400 Pixel, wobei Sie die Proportionen des Bildes beibehalten sollen. Wie groß ist jetzt die vertikale Auflösung?
    
2. Wie groß wird das Bild horizontal und vertikal in cm, würden sie es mit 100 dpi ausdrucken? Versuchen Sie das mit Hilfe des Dialogfeldes "Bildgröße" herauszufinden.
    
3. Rechnen Sie das Bild auf 1600 Pixel horizontale Auflösung einmal mit Pixelwiederholung und einmal mit bikubischer Interpolation. Welches gefällt Ihnen besser?

Lösungen zu diesen Beispielen!

Wir wünschen Ihnen viel Spaß und Erfolg beim Lösen dieser Aufgaben !

Ansprechpartner: MM-Betreuer, Michael Brem