Bildaufl�sung und Druck, Teil 2

Ralf Turtschi Bildauflösung wird mit der Pixelzahl gleichgesetzt, die eine Kamera auflösen kann. Je mehr Pixel vorhanden sind, desto feiner ist die Aufzeichnungsdichte. Diese ist nur ein einzelner Parameter der Bildqualität. Die generelle Aussage «je mehr Pixel, desto besser das Bild» ist unzureichend formuliert, weil bei der Bilderzeugung noch andere Faktoren dazukommen, die das Endergebnis beeinflussen: Schärfe, Farbsättigung, Unter-/Überbelichtung, JPG-Komprimierung, Raw usw.

Wir beschäftigen uns hier jedoch mit der Auflösungsproblematik und der damit verbundenen Ausgabe im Druck. Ein einzelner Pixel ist das kleinste digital darstellbare Element. Pixel ist ein Akronym aus «picture» und «element».

Die Pixel entstehen, indem der CCD-Chip einer Kamera auf Fotozellen auftreffendes Licht in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Fotozellen werden in einer bestimmten Packungsdichte zu Sensoren gebaut, die unterschiedliche Grössen haben können. Ein Kamera-Vollformatsensor ist heute etwa so gross wie das einstige Kleinbildformat, nämlich 36 × 24 mm. Diese Sensorgrösse wird auch mit FX bezeichnet. Auf eine solche Fläche passen nun zum Beispiel 7360 × 4912 Fotozellen, die 36,3 Megapixel (Auflösung) aufzeichnen.

Abgesehen von den anderen Qualitätsfaktoren hat die Aufzeichnungsdichte einen entscheidenden Vorteil: Je mehr Feinheiten im Bild zu erkennen sind, desto mehr kann es vergrössert werden. Oder desto kleinere Ausschnitte sind möglich, ohne dass die Qualität leidet. Andere Qualitätsfaktoren wie Bildrauschen oder Dynamikumfang werden hier ausgeklammert.

Bildschirm besser als Print

Die in der Kamera erzeugten Pixel werden bei vergrösserter Darstellung in Photoshop als Qua­drate angezeigt, die eine Farbe zugewiesen bekommen. Natürlich ist dies nur eine Modellvorstellung, denn die Darstellung auf einem Monitor ist wesentlich komplizierter. Wer sich einen Monitor einmal mit der Lupe anschaut, wird keine Pixel (px) entdecken, sondern ein längliches Gerüst aus den drei Farben RGB (Rot/Grün/Blau). Auch hier gibt es unterschiedliche Monitorbauweisen mit unterschiedlichen Auflösungen. Eine Standardauflösung für Bürobildschirme war früher VGA mit 640 × 480 px, Full HD umfasst 1920 × 1080 px, das neuste Format UHD (Ultra-High Definition, 4K) zeigt sich mit 4096 × 3072 px. Das iPhone 6+ hat eine Auflösung von 1920 × 1080 px in einem 16:9-Format bei 14 cm Bilddiagonale. Dies entspricht einer Druckauflösung von 401 ppi. Die neusten Handys haben also die Standarddruckauflösung von 300 ppi bereits übertroffen.

Die Auflösung, die in Pixeln angegeben wird, hat immer zu tun mit der Bildschirmgrösse und der Betrachtungsdistanz. Die Auflösung allein ist keine Garantie für Bildschärfe. Betrachten Sie dazu einmal Ihr TV-Gerät (HD) von ganz nahe. Lesen Sie auf dem Fernseher die Schrift. Die Bildpunkte sind sehr grob, gut zu erkennen. Ein solches Gerät als Monitor zum Arbeiten oder als Handy – ausgeschlossen. Erst die Betrachtung aus vier bis fünf Metern lässt die Bildpunkte so fein werden, dass wir sie als scharfes Bild wahrnehmen. Trotz grober Bildschirmauflösung empfinden wir das Fernsehbild als Full HD in exzellenter Bildauflösung.

Bildschirmmedien sind daran, der Ausgabequalität von Printmedien (300 ppi) den Rang abzulaufen. Bezüglich Darstellung von scharfer und leserlicher Schrift gibt es keine signifikanten Unterschiede mehr zwischen einem hochstehenden Offsetdruck und einem iPad, welches unter idealen Lichtbedingungen gelesen wird. Die Vor- und Nachteile bezüglich Leserlichkeit haben mit den Spiegelungen des Bildschirms und der Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung zu tun. In der grellen Sonne ist auf dem Tablet oder Smartphone keine Website angenehm zu lesen. Im Schummerlicht hat das Tablet gegenüber dem Buch Vorteile.

Eine der ungelösten Aufgaben von Crossmediaprodukten im Zusammenhang mit der Bildauflösung ist die Datenmenge, die im Quadrat zunimmt. Daher gilt im Internet noch immer die Auflösung von 72 ppi, der kleinstmöglichen Informationsdichte, die auf dem Bildschirm noch gut aussieht und die Datei nicht zu gross werden lässt.

Diese Auflösung ist für den qualitativen Druck ungenügend, der 300 ppi erfordert. Die Herausforderung ist nun die, dass fürs Internet kleine Datenmengen mit niedrigen Auflösungen bereitgestellt werden müssen, für den Druck hingegen hochaufgelöste Daten gewünscht werden.

Kommt hinzu, dass unterschiedliche Mobileformate und Proportionen existieren. Vollformatige Bilder werden entweder auf das Mobileformat hoch- oder heruntergerechnet und/oder beschnitten. In einer Bilddatenbank (Asset Management) von einem Bild mehrere Bildgrössen und Auflösungen zu erzeugen und zu verwalten, ist nicht gerade beliebt. Und das computergenerierte Beschneiden von Bildern ist, vorsichtig ausgedrückt, etwas waghalsig.

Auflösung ist schwammig

Die in der Kamera erzeugte Anhäufung von Pixeln hat die Ausdehnung, die der Sensor zur Verfügung stellt. Das DX-Format misst 23,7 × 15,6 mm, eine DX-Kamera wird beispielsweise mit einer Auflösung 6000 × 4000 Pixel (24 Megapixel) angeboten. Das macht horizontal 2531 Pixel, die auf 1 cm ab­gebildet werden, umgerechnet in Inch ergeben sich 6428 ppi – ein stattlicher Haufen. Mit dem Umrechnungsfaktor 120 lässt sich daraus die ideale Abbildungs­grösse im Druck errechnen: 53,6 cm.

Die Auflösung auf dem Monitor habe ich bereits als «abhängig von der Betrachtungsdistanz» erwähnt. Das absolute Mass der Dinge ist die Fähigkeit des Auge-Hirn-Systems, scharf zu sehen. Alles, was schärfer abgebildet wird, als wir es aufzulösen vermögen, ist unsinnig. Es sei denn, Bilder sind darauf ausgelegt, dass wir immer neu hineinzoomen können, um weitere Details zu entdecken (wie zum Beispiel bei Google Earth).

Bei einem Retinabildschirm (Smartphones, Tablets, Laptops) mit ungefähr 300 ppi ist das Soll erreicht. Ebenso beim hochwertigen Offsetdruck, der aus einer Armeslänge Distanz betrachtet wird.

Bei Grossmonitoren, Public Viewings ebenso wie bei Displays oder Mega­pos­tern kann die Auflösung ohne Probleme massiv nach unten angepasst werden. Am besten fragen Sie beim Hersteller nach, die Auflösung hängt stark von der eingesetzten Technik ab. Die beste Auflösung ist die, die wir beim natürlichen Sehen als scharf empfinden. Gerade an der Grenze zum Unscharfen. Eine höhere Auflösung bringt – ausser mehr Daten – nichts. Diese Aussage ist universell gültig – sowohl bei Monitoren als auch im Printbereich. Die Feinheit der Auflösung beim Auge-Hirn-System ist bei etwa einem 70er-Raster gegeben. Ab da wird ein Bild «fotorealistisch», das heisst mit einem kontinuierlichen Tonwertverlauf gesehen, ohne dass irgendeine Technik (Pixel oder Rasterpunkte) gesehen wird. Wir haben es also mit der Entsprechung von HD im Druckbereich zu tun. Im Gegensatz zum Bildschirm kann man in ein Druckbild nicht hineinzoomen, und so ist der Grenzwert der Druckauflösung gegeben. Und der ist jetzt nicht, wie vielleicht vermutet wird, 300 ppi, sondern 2400 dpi – eine ganz andere Masseinheit.

Print kennt keine ppi

Vorab eine kurze Klärung des weitverbreiteten Begriffs dpi, welcher immer wieder zu Missverständnissen führt. dpi heisst Dots per Inch, damit wird die Aufzeichnungsdichte auf der Ausgabeseite bezeichnet. Ein Dot ist der kleinste darstellbare Punkt im Druck. Bei einem Plattenbelichter im Offset schiesst der Laser ein winziges Lichttüpfelchen auf die Druckplatte. Das ist ein Dot, der digital gesehen aus «Strom ein» besteht. Der Laser wird etwas weiterbewegt und setzt unentwegt aus den Dots ganze Bilder oder auch Schriften zusammen. Am Ende einer Zeile macht der Laser «eine Zeilenschaltung» und belichtet eine neue Zeile (Line). Englisch wird auch von lpi (Lines per Inch) gesprochen. Dot entspricht einem Laserschuss, eine ganze Zeile entspricht einer Line.

Die Anzahl der Dots, die auf einen Inch aufgebracht werden können, wird mit dpi bezeichnet. ppi bezeichnet also die Auflösung in Pixeln auf Kamera- und Bildschirmseite, mit dpi ist Auflösung gemeint, die «hinten als Printprodukt herauskommt». Eine Kamera oder ein Bildschirm kann keine Dots aufweisen, die richtige Einheit hier ist ppi. Bei einem Laserdrucker wird mit dem Laser ein elektrostatisches Feld aufgebaut, an dem der Toner haftet. Auch hier spielt der Dot eine Rolle. Tintenstrahldrucker schiessen kleinste Tröpfchen auf das Papier, die eine Grösse von 15–20 Mikrometer aufweisen, Tausendstelmillimeter. Die Technologien sind so unterschiedlich, dass nicht überall der Begriff dpi angebracht ist, doch er hält sich nun einmal für die Auflösung auf dem Markt. Man findet also Fax, Kopierer, Laser- oder Tintenstrahldrucker, die arbeiten mit 600, 800 oder 1200 dpi. Im Vergleich von dpi mit der Auflösungsfeinheit ppi auf dem Bildschirm werden bei 600 dpi 236 Punkte/cm aufgezeichnet. Oder 23,6 Punkte auf einem Millimeter.

Eine Schrift, die etwa 8 pt gross ist, hat eine Versalhöhe von etwa 2 mm. Das heisst, dass die Schrift in der Höhe bei 600 dpi aus 47,2 Dots zusammengesetzt wird. Ein Drucker mit 1200 dpi Auflösung gibt das identische Schriftbild doppelt so fein aus, nämlich mit 96,4 Dots, die auf 2 mm Versalhöhe «untergebracht» werden (Abb. oben). Pro Millimeter sind dies fast 50 Dots! Da gibt es von Auge keine Treppenstufen mehr zu sehen, zumal sich Tinten und Toner nicht exakt begrenzen lassen. Durch die Hitzeeinwirkung oder das Eindringen der Tinte in das Papier verlaufen scharfe Grenzen.

Mit anderen Worten: Eine feinere Auflösung als 600 dpi ist bei Printern kaum wahrnehmbar. Im Gegenteil, sie kann sogar zu schlechteren Druckresultaten führen, indem Tonwerte bei Bildern zuschmieren.

Im Offsetdruck liegt die obere Grenze bei 2400 dpi. Ein Laserschuss hat eine Grösse von etwa 1/100 mm. Die viskose Druckfarbe lässt zum Schluss keinerlei Zackenränder mehr zu.

Umrechnung von Pixeln zu Rasterpunkten

Die Bildschirmpixel werden für die Druckausgabe transferiert. Dabei wird nicht einfach ein Pixel in einen Dot umgewandelt, dies geschieht «integral». Integral heisst, eine Anzahl Pixel repräsentiert eine bestimmte Fläche. Rasterpunkte haben die gleiche Aufgabe. Es geht nicht um den einzelnen Punkt, sondern um eine Fläche, die Verläufe oder Kanten aufweisen kann.

Auf dem Bildschirm haben wir es mit RGB-Werten und Pixeln zu tun, auf der Ausgabeseite muss das Bild in CMYK-Werte und Dots umgerechnet werden. Die Software, die dafür eingesetzt wird, heisst Raster Image Processor (RIP). Mit dieser Software wird festgelegt, wie fein die Rasterpunkte sind, welche Form sie haben und welche Winkelung sie aufweisen. Die Art und Weise, wie Farbe von RGB nach CMYK umgerechnet wird, bezeichnet man als Rendering Intent. Wer will, kann diese Parameter verändern. Es ist sogar möglich, eine Logofarbe gezielt anzusteuern und sie von Rot zu Grün umzufärben. Hier sind Standards gefragt, die in Farbprofilen hinterlegt sind, die dann etwa so heissen können: ISO coated v2 300% (ECI). In InDesign sind diese Profile im Menü Bearbeiten > Profile zuweisen ersichtlich.

Ein Pixel wird in jeder der drei Farben R/G/B in 256 Stufen von 0 bis 255 definiert. 0/0/0 heisst Schwarz und 255/255/255 heisst Weiss. Insgesamt ergeben sich 256 × 256 × 256 Farbtöne, total 16,7 Millionen.

Bei der Ausgabe ist es nur möglich, ganze Punkte auszugeben. Die Punkte sind flächig und haben keine Graustufen oder Farbtöne. Integral gesprochen wird eine Fläche mit einem Prozentwert bezeichnet, der die Flächenbedeckung meint. Ein Schachbrett weist 50% Schwarz- und Weissanteil auf. 0% ist Weiss und 100% ist Schwarz. Man nimmt nun als Basiselement für die Belichtung eines Rasterpunktes eine Matrix, die aus 16 × 16 Zellen besteht. Digital gesprochen entspricht dies 28 Bit oder 256 Möglichkeiten, die Matrix mit Laserdots auszufüllen, um einen Tonwert in Punktform darzustellen (s. Abb. S. 63). Es ist wie beim Schachbrett: Wenn 50% aller Felder Schwarz sind, entsteht aus der Ferne gesehen ein mittleres Grau. Ein Schachbrett aus 256 Zellen bietet 256 Abstufungsmöglichkeiten.

Mit welcher Technik diese Abstufung geschieht, ob mit Rasterpunkten oder mit Tintenstrahltröpfchen gearbeitet wird, spielt für das Verständnis keine Rolle. Die Rasterpunkte sind unterschiedlich gross, aber gleichabständig. Im heutigen Offsetstandard werden je nach Papier 70er- bis 100er-Rasterweiten eingesetzt. Das heisst, ein Bild weist pro cm 70–100 Rasterpunkte auf und jeder Rasterpunkt (= Farbton) wird aus Werten von 0–255 Dots zusammengesetzt.

Gewaltige Rechenleistung

Die Druckplattenbelichtung oder generell die Datenausgabe ist mit einer gewaltigen Rechenleistung verbunden. Nehmen wir an, ein CMYK-Bild in der Grösse A4 soll mit 2400 dpi belichtet werden. Ich hab es für Sie ausgerechnet. Es sind 2,2 Milliarden Dots im Spiel, die digital gesehen «Strom ein/aus» bedeuten. Für ein einziges A4-Bild! Das Hochrechnen auf ein Fotobuch mit 120 A4-Seiten überlasse ich gerne Ihnen. Welche Rechenleistung und Datenmenge in einem Handy steckt, welches so selbstverständlich einen YouTube-Film mit 25 Bildern proSekunde streamt, kann man sich kaum vorstellen – das Ende der Fahnenstange ist noch nicht erreicht.

Korrigendum

Im letzten Publisher schrieb ich, der Publisher sei mit frequenzmoduliertem (FQM) Raster gedruckt. Ein aufmerksamer Lernender der RTK Medientechnik AG hat genau hingeschaut und mich auf einen Fehler hingewiesen, der durch alle Instanzen hindurch unentdeckt blieb. Der Publisher wird mit einem 80er-Raster gedruckt, der von einem Heidelberg-Suprasetter erzeugt wird. Entschuldigen Sie das Versehen.