Multimedia Praktikum  Bildgewinnung und Bilddarstellung 

 

 

 

Was ist ein Pixel?
oder
Die Elementarteilchen der digitalen Bilder

Sie wissen, was ein Pixel ist? Nun, ein Pixel wird als so etwas  wie das kleinste Element, das Atom, eines Bildes angesehen. Es kann ein Punkt auf dem Bildschirm, ein winziger Farbfleck auf dem Papier oder die Zelle in einem Bildsensor sein.

 

Die Physiker haben lernen müssen, dass ein Atom sehr wohl weiter zerlegbar ist in Elementarteilchen. Inzwischen hat man einen ganzen Teilchenzoo entdeckt. So ähnlich wird es uns auch ergehen. Vielleicht ergibt sich kein Zoo, aber schillernd ist der Begriff Pixel allemal. Über Pixel kann man zumindest reden.

Pixel in Bild-Sensoren



Bei den CCD-Sensoren haben wir schon gesehen, dass ein Pixel erst durch eine Interpretation entsteht. Mit einer gewissen Berechtigung kann man statt des einzelnen Fotoelementes die Zusammenfassung von vier Zellen zum Bayer-Muster als ein Pixel sehen.

 



Bei manchen CCD-Sensoren wird ein Bayer-Muster verwendet, das auf dem Prinzip der subtraktiven Farbmischung aufbaut und die Farben cyan, magenta, gelb und zusätzlich grün verwendet. Es wird reklamiert, dass ein solches Muster eine wesentlich bessere Lichtausbeute bietet. Die Canon Powershot A50 verwendet z.B. das nebenstehende Muster.

 



Beim bereits erwähnten Foveon-Chip besteht jedes Pixel aus drei Schichten. Die oberste ist blau, die mittlere grün und die unterste rot empfindlich. In Zeitschriften und im Internet wird heftig darüber gestritten, ob dies als ein oder als drei Pixel zu werten ist. Immerhin könnte Sigma dann ihre 3-MBit-Kamera auch als 9-MBit-Kamera bewerben.

 



Die Firma Fuji hat gerade einen neuen von ihr als 4th Generation Super CCD bezeichneten Bildsensor auf den Markt gebracht. Statt eines Fotoelements enthält er an jeder Stelle zwei unterschiedlich große Fotoelemente, von denen eines kleiner und empfindlicher ist. Hierdurch wird an jeder Stelle des Sensors der Dynamikumfang, das ist der erfasste Helligkeitsbereich, gesteigert. Insbesondere dunkle Schattenteile bekommen hierdurch mehr Zeichnung.

Farbstreuung beim Drucken

 


Ein Ausschnitt

des ZIV-Logos

 

 

vergrößert:

Die heute verwendeten Farbdrucker haben im Allgemeinen nur eine beschränkte Anzahl von Farben zur Verfügung, typisch 3 - 6. Die meisten Farben werden beim Drucken aus diesen zusammengemischt. Hierzu wird ein Verfahren genutzt, das man Farbzerstreuung (dithering) nennt. Dabei werden viele kleine Punkte so eng neben einander gedruckt, dass das Auge sie nicht mehr trennen kann und so einen Punkt in der Mischfarbe zu erkennen glaubt. Ein Pixel in einer Farbe, die der Drucker mischen muss, wird also als eine Vielzahl von Punkten gedruckt, bei hochauflösenden Druckern kann diese Anzahl fast zweistellig werden.

Ein grobes Beispiel ist nebenan dargestellt. Eine Seite mit dem ZIV-Logo wurde auf dem Farb-Laser-Drucker der Firma HP ausgedruckt. Das Logo enthält einfarbige blaue Quadrate. Dieses Blau war jedoch offenbar nicht direkt verfügbar. Für jedes Pixel des Quadrats wurden deshalb mehrere Punkte mit unterschiedlichen Blautönen gedruckt. Die gedruckte Seite wurde eingescannt und ist auf diese Weise ca. 30-fach vergrößert links dargestellt. Die gemessenen Blautöne sind darunter angegeben.

Die W3C-Definition eines Pixels

Ein Ärgernis für alle diejenigen, die Web-Seiten schaffen möchten und eine weitgehend angeglichene Darstellung auf Bildschirm und Drucker anstreben, ist die Definition des Pixels in der HTML-Spezifikation. Genauer gesagt ist nicht die Spezifikation das Ärgernis, sondern ihre sorglose Umsetzung in den verschiedenen Browsern.

 

In HTML ist Pixel (pxl) eine Maßeinheit, in der Längen und Höhen definiert werden können. Pixel gehört dabei zu den relativen Maßeinheiten, die erst durch die Umgebung, in der sie realisiert werden, einen Sinn erhalten. Die lobenswerte Zielrichtung ist die, dass jedes durch Pixel-Längen definierte Objekt, z.B. ein Bild, auf allen Medien den gleichen Eindruck erweckt. Nimmt man den Eindruck, den ein Bild beim Ansehen auf dem Bildschirm erzeugt, so muss jeder Punkt ausgegeben auf einem hoch auflösenden Drucker absolut gesehen vergrößert werden, auf einem groben Drucker wird jeder Punkt gegebenenfalls verkleinert.

 

Die HTML-Spezifikation verweist bezüglich der Pixeldefinition auf die CSS-Spezifikation. In der CSS Level 2 Spezifikation wird in 4.3 ein Pixel wie folgt definiert:

Ein Pixel ist die Länge, die unter einem Winkel von 0,0027° zu sehen ist, wenn sie aus einer Entfernung von 28 Zoll (=Armlänge) betrachtet wird.

Dies entspricht der Betrachtung eines Bildschirms mit 90dpi Auflösung. Ein Pixel ist dort 0,28 mm groß. Wird nach dieser Definition ein Objekt von einem Pixel Länge auf einem 300dpi Drucker ausgegeben, so wird der Drucker hierfür drei Druckerpunkte verwenden.

 

In der Spezifikation ist die folgende Grafik enthalten, die den Sachverhalt weiter verdeutlicht:

 

 


 

 

 


Wie sorglos mit dieser Definition, die eigentlich eine konsistente Darstellung auf Bildschirm und Drucker garantieren soll, umgegangen wird, zeigt sich schnell, wenn man HTML-Seiten druckt. Ein Ausdruck der Einführungsseite dieser Vorlesung erzeugt je nach Browser die nebenstehende Seite. Abgesehen davon, dass der Seitenumbruch nicht vorhersehbar ist, sind folgende kritische Anmerkungen geboten:

  1. Alle Browser zeigen die Seiten auf dem Bildschirm korrekt an.
  2. Der Internet Explorer skaliert die Bilder beim Drucken falsch.
  3. Beim Netscape-Browser ist die Druckvorschau völlig unbrauchbar.
  4. Der Opera-Browser liefert die besten Ergebnisse.