Punktdichte
Die Punktdichte ist ein Maß für die Detailgenauigkeit einer gerasterten visuellen Darstellung und damit einer der Qualitätsaspekte des technischen Wiedergabeverfahrens. Punktdichten werden beispielsweise im Vierfarbdruck oder bei einer Bildschirmwiedergabe angegeben.
Übliche Einheiten der Punktdichte in der Praxis sind:
- dpi (dots per inch, engl. für Punkte pro Zoll),
- ppi (pixel per inch, engl. für Pixel pro Zoll),
- lpi (lines per inch, engl. für Zeilen pro Zoll).
Von Punktdichte spricht man außerdem auch bei einer gerasterten Bildabtastung, z. B. mittels Scanner. Auch hier ist sie einer der Qualitätsaspekte des Abtast-Verfahrens.
Für die vom menschlichen Auge „wahrgenommene Qualität“ (Visuelle Wahrnehmung) spielen neben der Punktdichte weitere Faktoren eine entscheidende Rolle, u. a. die Farbtiefe und die Schärfe der Vorlage selbst.
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[Bearbeiten] Begriffliche Differenzierungen
[Bearbeiten] Einordnung
Die heute gebräuchliche Unterscheidung der Punktdichte in verschiedene Einheiten hat historische Ursachen. Die Universalität digitaler Bilder und ihre Verbreitung im Massenmarkt begann erst in den 90er Jahren. Bis dahin war die Bildverarbeitung in verschiedenen Bereichen angesiedelt:
Jeder Bereich verwendete und verwendet seine eigenen Terminologien und Maßeinheiten. Zwischen diesen Bereichen gibt es oft technische Kompatibilitätsprobleme (siehe dazu auch "Gegenwärtige Entwicklung der Bildbearbeitung") und es muss stets darauf geachtet werden, welche Techniken und Effekte der aktuellen Wiedergabe zugrunde liegen. Hinzu kommen rein rechnerische Unterschiede durch die Verwendung sowohl des angloamerikanischen Maßsystems als auch des Metrischen Systems.
[Bearbeiten] Auflösung
Umgangssprachlich wird in allen o. g. Bereichen oft nur der variantenreiche Begriff der Auflösung verwendet. Dabei ist im Einzelfall jedoch zu unterscheiden, ob es sich beispielsweise um Druckpunkte (dots), Pixel, eine Anzahl Zeilen bzw. Spalten, eine Gesamtanzahl von Pixeln oder um eine rein rechnerische Größe (z. B. mittels Interpolation) handelt.
Der gelegentlich verwendete Begriff „relative Auflösung“ ist irreführend, da die Punktdichte eine absolute physikalische Größe ist und direkt gemessen werden kann.
[Bearbeiten] Punkt
Bei der Angabe einer Punktdichte muss aus dem Kontext klar hervorgehen, was im Einzelfall unter einem Punkt zu verstehen ist. Gemeint sein kann u. a.
- ein (beliebig farbiges) Pixel einer Vorlage (z. B. einer Grafikdatei)
- ein (beliebig farbiges) Pixel einer Wiedergabe (z. B. ein RGB-Pixel eines LCDs)
- ein einfarbiger Punkt bei der Wiedergabe (z. B. Dot, Subpixel)
- ein beliebig farbiger Druckpunkt eines Spezialwiedergabeverfahrens, z. B. Thermosublimationsdruck
- ein einfarbiger Abtastpunkt eines optischen Sensors
- ein beliebig farbiger Abtastpunkt eines Sensorsystems
Die Unterscheidung ist wichtig, da z. B. bei gängigen Druckverfahren auf ein Pixel mehrere Druckpunkte fallen, und sich die Unterteilung direkt auf das Verhältnis Punkte pro Länge auswirkt.
Wird ein Pixel in Druckpunkte (sog. Dots) aufgeteilt, so verwendet man die Einheit dpi, ansonsten ppi. Die Aufteilung der Pixel in verschieden farbige Wiedergabepunkte geschieht bei vielen bildgebenden Verfahren, z. B. beim Vierfarbdruck, aber auch bei einem normalen Bildschirm. Dort verwendet man für die einfarbigen Wiedergabepunkte auch die Begriffe Subpixel, Segment oder Sample.
[Bearbeiten] Punktdichte
Der Punktdichte liegen folgende Definitionen zu Grunde:
- 1 dpi = 1 Punkt pro Zoll
wobei 1 Zoll = 25,4 mm. Umgerechnet ergibt sich
- 1 Punkt pro cm = 2,54 dpi
- Beispiel 1
Im angegebenen Beispiel der Fischgrafik rechts ergeben sich für die Bildschirmdarstellung der gelben und blauen „Punkte“ folgende Punktdichten:
- waagrecht: 24 Bildpunkte pro Länge a (ca. 11 ppi auf einem üblichen Bildschirm)
- senkrecht: 20 Punkte pro Länge b (ca. 11 ppi auf einem üblichen Bildschirm)
Bei heute üblichen Computermonitoren und Grafiken mit quadratischen Pixeln sind waagrechte und senkrechte Punktdichten identisch.
Daneben kann die Punktdichte des darstellenden Bildschirms selbst entsprechend seinen technischen Daten angegeben werden (z. B. 96 ppi).
- Beispiel 2
Eine Auflösung von 1200 dpi horizontal und 600 dpi vertikal entspricht (unter der Annahme, dass die Punkte nahtlos und flächig aneinander grenzen) einer Punktgröße von 21,2 µm × 42,3 µm. „1200 dpi horizontal“ bedeuten, dass sich 1200 Punkte in der Horizontalen auf 25,4 mm verteilen. Demnach hat ein Punkt in der Horizontalen eine Kantenlänge von
- 25,4 mm ÷ 1200 = 0,0212 mm = 21,2 µm.
Da die Auflösung in der Vertikalen nur 600 dpi beträgt, ist hier ein Punkt deutlich „länger“, nämlich
- 25,4 mm ÷ 600 = 0,0423 mm = 42,3 µm.
Für einen einzigen Punkt ergibt sich eine Gesamtfläche von
- 21,2 µm × 42,3 µm = 897 µm².
[Bearbeiten] Anwendungen
Im Folgenden sind einige gängige Verfahren aufgeführt, in denen die Rasterung eine wesentliche Rolle spielt (Tabelle Typische Punktdichten).
[Bearbeiten] Vierfarbdruck
Für den Vierfarbdruck wird jedes Pixel entsprechend seiner Farbe in Druckpunkte (engl. dots) der vier Prozessfarben (CMYK) aufgelöst. Je feiner die Druckraster aufgelöst sind (Punktdichte), umso besser vermischen sich diese Druckpunkte im Ergebnis für das menschliche Auge.
| Anwendung | Punktdichte |
|---|---|
| Tageszeitung | 150 dpi |
| Laserdrucker | 1200 dpi |
| Tintenstrahldrucker | 1200 dpi |
| Foto-Ausbelichtung | 300 ppi |
| Thermosublimationsdrucker | 300 bis 400 ppi |
| Flachbettscanner | 1200 ppi |
| Kleinbild-Film (ungefähres Äquivalent zwischen Filmkorn und angenommener Rasterung) |
2000 - 10.000 ppi |
| Hochwertiger Filmscanner | 4800 ppi |
| Diabelichtung 4K / 8K (bei Kleinbild-Dias) |
2900 / 5800 ppi |
| Computermaus | 400 bis 5700 ppi |
[Bearbeiten] Ausbelichtung auf Fotopapier
Bei einer Ausbelichtung auf foto-chemischem Papier entsteht kein sichtbares Druckraster. Die maximal erreichbare Wiedergabequalität wird vom optischen Belichtungsprozess sowie von den chemischen und physikalischen Papiereigenschaften (z. B. Korngröße, Oberflächenbeschaffenheit) bestimmt.
[Bearbeiten] Scanner
Scanner erfassen eine Vorlage in der Regel nach einem Rasterverfahren, zeilen- und punktweise. Aus der Historie heraus wird die Abtastdichte in Bildpunkten pro Zoll (dpi) angegeben, da sie früher fast ausschließlich in der Druckvorstufe und für einen späteren Druck verwendet wurde. Scans sind heute üblicherweise auf Pixel bezogen, so dass auch die Einheit „ppi“ Verwendung findet.
Siehe auch: Fax
[Bearbeiten] Digitalkamera
Die Detailgenauigkeit von digital aufgenommenen Fotos wird meist durch die Gesamtanzahl der aufgenommenen Pixel des Sensors („Bildgröße“ des Sensors in Megapixel) angegeben.
Zu beachten ist, dass auch andere (optische und elektrische) Komponenten in der Kamera die erzielbare Bildqualität wesentlich mitbestimmen bzw. beschränken.
[Bearbeiten] Bildschirm
Bei Bildschirmen sind für die Detailgenauigkeit der Wiedergabe im Wesentlichen die folgenden Werte von Bedeutung:
- die Anzahl Bildpunkte in horizontaler oder vertikaler Richtung in Pixeln
- die Kantenlänge dieses sichtbaren Bildbereichs in cm oder Inch
Daraus errechnet sich für die Waagrechte und die Senkrechte jeweils eine Punktdichte (Wiedergabeauflösung) in Pixel pro Inch (ppi).
In der Praxis unterscheiden sich die Geräte in beiden Klassifizierungen. Insbesondere der oft genannte Wert von „72 ppi“ (für „RGB-Pixel“) ist nicht für alle Geräte zutreffend.
[Bearbeiten] Computermaus
Bei Computermäusen wird zur Angabe einer „Führungsgenauigkeit“ die Anzahl erfassbarer, kleinster Einzelschritte pro Längeneinheit gegeben. Die übliche, wenn auch auf Schritte und nicht auf Druckpunkte bezogene Einheit ist dpi.
[Bearbeiten] Grafikdatei
Die Wiedergabequalität im Sinne von „Detailreichtum“ von Rastergrafik-Dateien (beispielsweise im JPG- oder PNG-Format) hängt im Wesentlichen vom Wiedergabeverfahren sowie der Bildgröße der Grafik in (Mega-)Pixeln ab.
Die Datei selbst besitzt keine qualitätsbestimmende Punktdichte.
Vektorgrafikdateien sind ihrer Natur nach rasterlos und besitzen ebenfalls keine qualitätsbestimmende Punktdichte.
[Bearbeiten] Punktdichte-Transformation
Um eine gerasterte Vorlage einem gerasterten Wiedergabeprozess anzupassen, müssen die Ausgangsdaten transformiert werden. Die folgenden Fälle sind möglich:
- „Umsetzung 1:1“, d. h. die Größe der Vorlage (in Pixeln) entspricht genau der der Ausgabe. Beispiel: einfache Matrixanzeige
- „Verkleinerung“, d. h. die Größe der Vorlage (in Pixeln) ist größer als die der Ausgabe. Beispiel: 5-MP-JPG-Datei, dargestellt auf dem LCD der Kamera
- „Vergrößerung“, d. h. die Größe der Vorlage (in Pixeln) ist kleiner als die der Ausgabe. Beispiel: 1-MP-Foto, dargestellt auf einem LC-Bildschirm der Größe 1600 × 1200 Pixel (1,9 MP)
Die Umsetzung erfolgt dabei fast immer mittels Interpolation zur Errechnung ursprünglich nicht vorhandener Bildpunkte. Vergleiche hierzu auch Schärfe/Interpolation.
Bei einigen Verfahren (vorrangig im Druck) erfolgt zusätzlich eine Rasterung entsprechend dem Druckraster.
