Multimedia
Praktikum
Bildgewinnung und Bilddarstellung
Wir werden uns in dieser Lektion mit den folgenden zwei Scannertypen beschäftigen.
Der EPSON Perfection 2400 Photo und der Canoscan F4000US.
Links steht ein so genannter Flachbettscanner, rechts ein spezialisierter Dia- und Film-Scanner. Die einzelnen Geräte werden in den anschließenden Artikeln behandelt. Hier sollen einige Themen für das Scannen allgemein behandelt werden.
Scanner sind wunderbar vielseitige Geräte.
Nicht nur ...
sondern auch ...
Sie können keineswegs nur zum Kopieren von Papiervorlagen, Filmen oder Dias benutzt werden. Sie eignen sich auch hervorragend dazu, Objekte, die nicht allzu dick sind, zu fotografieren. Fast alle Bilder zu den Gerätebeschreibungen dieser Vorlesung sind so entstanden.
Die Auflösung, die moderne Scanner bieten, ist beachtlich. 2000 dpi optischer Auflösung ist normal, 4000 dpi keine Seltenheit. Damit besteht die Möglichkeit, kleine Dinge stark vergrößert darzustellen. Eine 60-fache lineare Vergrößerung ist durchaus erreichbar. Man kann fast von Mikroskopieren sprechen.
Darüber hinaus gibt es inzwischen eine ganze Reihe von leistungsfähigen und zuverlässigen OCR-Programmen (Optical Character Recognition). Mit ihnen kann man eingescannte Texte, die als Bild vorliegen, interpretieren lassen. Der in dem Bild enthaltene Text wird erkannt, extrahiert und in einem der üblichen Textformate abgelegt.
Alle für den normalen Bereich üblichen Scanner arbeiten mit einem CCD-Sensor. Im professionellen Bereich findet man auch Trommel-Scanner, die so genannte Photomultiplier zum Abtasten des Lichtes verwenden. Diese bieten eine bessere Auflösung und vor allen Dingen einen wesentlich besseren Helligkeitsumfang als CCD-Sensoren. Allerdings liegen alle diese Trommel-Scanner in einer nicht erreichbaren Preisklasse.
Der CCD-Sensor eines Scanners ist als Zeile ausgeführt. Diese Zeile wird entweder an dem zu scannenden Bild entlang geführt, so beim Epson-Scanner, oder aber das Bild wird an der Sensor-Zeile vorbeigezogen, so beim Canon-Scanner. Auch die Scanner-Sensoren sind natürlich nicht farbempfindlich. Um die Farben zu erreichen, wird jedes Bild drei Mal gescannt, für jede der drei Grundfarben extra. Zwei Verfahren sind üblich, um die drei Scans zu erreichen. Bei dem ersten heute nicht mehr so häufig zu findendem Verfahren fährt der Sensor in drei separaten Durchgängen über das Foto. Für jeden Durchgang wird ein anderer Filter vorgeschaltet. Dies ist ein sehr zeitaufwendiges Verfahren. Außerdem leidet es häufig unter leichten Verschiebungen bei jedem Scan-Vorgang. Unschöne Farbfransen sind die Folge. Bei dem heute gebräuchlichen One-Path-Verfahren wird der Sensor nur einmal über das Foto bewegt. Bei jedem Mikro-Schritt der Sensorzeile wird mit einem schnellen Wechsel der Lichtfarbe gearbeitet. Bei jedem Farbwechsel wird die Sensorzeile einmal ausgelesen.
Scanner-Auflösungen werden häufig in horizontaler und vertikaler Richtung getrennt angegeben. Die horizontale Ausrichtung wird als Hauptrichtung, die vertikale als Nebenrichtung bezeichnet. Zum Beispiel wird für den Epson Scanner eine Auflösung von 2400 x 4800 dpi (Dots per Inch) angegeben. Ernst zu nehmen ist von diesen beiden Auflösungen die Hauptrichtung. Sie gibt die Anzahl der Fotoelemente je Zoll an. Die höhere Nebenrichtung ist nur bedingt wirkungsvoll. Sie bezeichnet die Mikro-Auflösung des Schrittmotors, der die Sensor-Zeile über das Foto, bzw. das Foto an der Sensor-Zeile vorbei bewegt. Nimmt man realistisch die Foto-Elemente als quadratisch an, so kann die kleinere Schrittweite keine relevanten zusätzlichen Informationen bringen.
Völlig irrelevant ist die häufig reklamierte interpolierte Auflösung. Hier findet man Werte von 19200 dpi oder höher, ein reiner Werbegag. Die Angabe bedeutet nur, dass der Scanner in der Lage ist, das Bild groß zu rechnen. Ein gescanntes Bild zu vergrößern ist zwar ein legitimes und durchaus nicht seltenes Anliegen, aber die Bildbearbeitungsprogramme können dies im Allgemeinen besser als der Scanner. Es ist also dringend anzuraten, das Bild mit der höchsten natürlichen Auflösung des Scanners zu scannen und dann mit dem Bildbearbeitungsprogramm das Bild zu vergrößern.
Die Auflösung, mit der der Scanner arbeiten soll, ist ein Parameter des Scan-Vorgangs. Die Frage ist, wie soll diese Auflösung gewählt werden? So groß wie möglich, ist eine nahe liegende Antwort. Das ergibt aber je nach Situation einen gewaltigen Speicherbedarf für ein einzelnes Bild. Eine DIN A4 Seite mit 2400 dpi und 16 Bit Farbtiefe gescannt ergibt den erforderlichen Speicherbedarf von gut 3.3 GByte (= 8*2400*12*2400*6). Es gibt also gute Gründe, über eine geringere Auflösung nachzudenken.
Als der Königsweg wird folgende Überlegung angesehen:
Damit können wir höchstens Einzelheiten erkennen, die eine Größe von
0,015 cm (=2 x 25cm x tan(1'))
haben. Dies entspricht einer Auflösung von rund 175 dpi.
Aus dieser Überlegung ist die folgende Weisheit der digitalen Fotografie abgeleitet:
Bilder, die auf DIN A4 vergrößert werden sollen, sind mit solch einer Auflösung zu scannen, dass sie mit 300 dpi gedruckt werden können.
Ein Kleinbilddia hat eine Größe von 24 x 36 mm. Möchte man es auf Din A4 vergrößern, so ergibt sich der Vergrößerungsfaktor zu rund 8,3. Scannt man das Bild mit rund 2500 dpi, so hat man die obige Regel erfüllt.
Ich persönlich verwende für mein Archiv von Kleinbild-Dias und -Negativen in Anlehnung an diese Weisheit das folgendes Verfahren:
Die so entstehenden Bilder haben die immer noch beachtliche Größe von 36 MByte (= 2000 x 3000 x 6). Ich archiviere diese Bilder auf DVDs. Eine DVD kann ca. 130 Fotos aufnehmen. Für eine normale Serie ist dies ausreichend.
Zur Farbtiefe ist nicht viel zu sagen. Fast alle Scanner bieten Farbtiefen um 16 Bit an. Es ist dringend geraten, diese zu verwenden. Zum Archivieren der Bilder ist die höchst mögliche Farbtiefe auch beizubehalten.
Die Dynamik eines Scanners wird bestimmt durch den Helligkeitsumfang, den dieser wiedergeben kann. Die Dynamik ist definiert als der Logarithmus dieses Umfangs. In Datenblättern wird die Dynamik als DMax-Wert angegeben. Ein DMax-Wert von 2 bedeutet, dass ein Helligkeitsumfang von 100 erreicht wird. Das ist deutlich zu wenig. Für Negative wird ein DMax-Wert von über 3 benötigt, für Dias eher ein Wert um 3.6. Beachten Sie, dass ein DMax-Wert von 3 (= 1000-fach) einer Blendendifferenz von 8 Blenden entspricht.
Die Dynamik eines Scanners hängt nicht zuletzt von der Eignung des Scanners für ein bestimmtes Filmmaterial ab. So wurde in einem Test der Zeitschrift Colorfoto die Dynamik des Nikon-Scanners CoolScan 4000LD für Farb- und Dia-Filme mit einem hervorragenden Wert knapp unter 4 gemessen. Für Schwarzweißfilme wurde aber nur ein ungenügender Wert von 2.3 erreicht. Bedingt ist diese Diskrepanz durch die Verwendung einer LED-Lichtquelle. Das gerichtete Licht einer solchen Quelle wird von den Silberkristallen des Schwarzweißfilms stark reflektiert. Ein diffuse Lichtquelle, wie sie z.B. im Canon-Scanner verwendet wird, hat dieses Problem nicht. Der DMax-Wert des Canon-Scanners wird mit 3.6 angegeben.
Staub ist eine Plage. Insbesondere beim Scannen von Dias oder Negativstreifen ist er ein dauerndes Ärgernis. Der Pinsel mit Blasebalg liegt immer neben dem Dia-Scanner. Aber so sorgfältig man die Fotos auch reinigt, nach dem Scannen sind auf dem Scan wieder Fussel zu sehen.
Die Spuren des Staubs auf dem gescannten Foto kann man zwar nachträglich durch Retuschieren per Hand beseitigen. Aber das ist mühsam und beim Scannen einer Dia-Serie von 400 Bildern kaum erträglich. Die Programme bieten zwar ebenfalls Möglichkeiten an, den Staub zu entfernen. Dies führt aber fast immer zu stark weich gezeichneten Bildern. Manche erinnern auch an Renoir.
Eine gute Lösung ist dagegen die Entfernung von Staub durch eine spezielle Einrichtung des Scanners. Hochwertige Scanner legen vor dem eigentlichen Scan-Vorgang einen vorbereitenden Schritt ein. Sie tasten das Bild mit einer infraroten Lampe ab. Dabei werden Kratzer und auf dem Bild liegende Staubpartikel recht zuverlässig erkannt. Dieses Bild der Fehler wird intern im Scanner zwischengespeichert. Beim Scan-Vorgang werden die Fehlstellen dann aus ihrem Umfeld interpoliert. Man erhält ein staubfreies Bild.