2. Digitales Bild

Für das Verständnis der digitalen Fotografie ist es sinnvoll, sich zunächst das Ergebnis des Aufnahmeprozesses genauer anzusehen, das digitale Bild.

Das digitale Bild ist genau genommen eine riesige Aneinanderreihung unzähliger Nullen und Einsen. Erst in Verbindung mit einer passenden Software, dem Bildbetrachtungsprogamm, wird aus diesem Zahlensalat wie aus Zauberhand ein farbenprächtiger Sonnenuntergang, ein beeindruckendes Porträt oder etwas ganz anderes.

Pixel

PixelJedes digitales Bild besteht aus einer Vielzahl winzig kleiner Bildpunkte, den sog. Pixeln (Kunstwort aus "Picture Element). Die einzelnen Pixel sind so klein und liegen so eng nebeneinander, dass sie bei der Darstellung des Bildes nicht mehr als einzelne Punkte wahrgenommen werden.

Man kann sich das digitale Bild als ein riesiges Schachbrett vorstellen, wobei jedes Feld für ein einzelnes Pixel steht (sog. Raster).

Aus wie vielen Pixel ein Bild besteht, wird durch die (absolute) Auflösung angegeben. Sie wird entweder durch die Anzahl der Pixel in der Breite und Höhe (z.B. 3072 x 2048 Pixel) oder durch die Anzahl aller Pixel in Megapixel angegeben (z.B. 3072 x 2048 = 6291456 Pixel entspr. 6,3 Megapixel).

Neben der absoluten Auflösung ist insbesondere für die Darstellung des digitalen Bildes auch die relative Auflösung wichtig. Die relative Auflösung gibt an, wie viele Pixel auf einer bestimmten Fläche bzw. Strecke angeordnet sind. Sie hängt davon ab, wie groß das einzelne Pixel dargestellt wird und kann je nach Ausgabemedium (Bildschirm, Druck u.a.) stark variieren. Üblich ist die Angabe der relativen Auflösung in "Pixel per inch" (ppi). Die Angabe 300 ppi bedeutet beispielsweise, dass sich auf einer Strecke von einem Zoll (= 2,54 cm) 300 Pixel befinden.

Jedes einzelne Pixel enthält hält alle notwendigen Informationen, um Farbton, Sättigung und Helligkeit des Bildpunkts darstellen zu können (sog. Farbinformationen). Bei der Digitalisierung werden die Informationen für jedes Pixel in binäre Zahlen umgewandelt und gespeichert. Das digitale Bild ist also eine riesige Aneinanderreihung von Zahlen, die die Farbinhalte für jedes Pixel repräsentieren.

RGB-Farbmodel

Informationen über Farbton, Sättigung und Helligkeit jedes Pixels werden bei der Digitalisierung in einen binären Zahlencode umgewandelt. Zwar wäre es durchaus möglich, dabei jeder Eigenschaft, also Farbton (engl. "Hue"), Sättigung ("Saturation") und Helligkeit ("Brightness") eine bestimmte Zahl zuzuweisen (sog. HSB-Farbmodell, ähnlich auch HSL- oder HSV-Modell). In der digitalen Fotografie werden die Farbinformationen jedoch in der Form erfasst, dass die Helligkeitswerte für die drei Grundfarben der additiven Farbmischung, Rot, Grün und Blau, digitalisiert werden (RGB-Farbmodell).

RGB-Farbmodell
Überschneiden sich Lichtkegel in den Primärfarben, entstehen neue Farben.

Das RGB-Farbmodell beruht auf den Prinzipen der additiven Farbmischung (Lichtmischung). Licht setzt sich aus den drei Grundfarben (Primärfarben) Rot, Grün und Blau zusammen. Sind alle drei Grundfarben gleichmäßig vorhanden entsteht Weiß. Durch die Veränderung der Anteile (Helligkeit) der Grundfarben kann (theoretisch) jede andere sichtbare Farbe nachgebildet werden:

Rot + Grün + Blau = Weiß
Rot + Grün + - = Gelb
Rot + - + Blau = Magenta
- + Grün + Blau = Cyan
Rot + Dunkelgrün + Blau = Violett
Rot + Dunkelgrün + - = Orange
Dunkelrot + Dunkelgrün + - = Oliv
Dunkelrot + Dunkelgrün + Dunkelblau = Grau
- + - + - = Schwarz

Beim digitalen Foto werden für jeden Pixel die Helligkeitswerte (Tonwerte) der Farben Rot, Grün und Blau in binären Zahlen gespeichert. So wird Schwarz z.B. durch die Werte 0, 0, 0 dargestellt, Weiß könnte die Wert 255, 255, 255 haben, Gelb die Werte 255, 255, 0 und Orange die Werte 255, 127, 0. Bei den sog. unbunten Farben Schwarz, Weiß und Grau sind die Helligkeitswerte aller Grundfarben gleich (z.B. Grau: 127, 127, 127).

FarbkanäleDie Helligkeitswerte aller Pixel werden für die drei Grundfarben getrennt in den sog. Farbkanälen zusammengefasst. Ein RGB-Bild besitzt also drei Farbkanäle, einen für Rot, einen für Grün und einen für Blau. Jeder Farbkanal enthält die Ton- bzw. Helligkeitswerte für die jeweilige Primärfarbe.

Farbtiefe

Die Tonwerte der Primärfarben werden für jedes Pixel als binäre Zahl gespeichert, die sich nur aus Nullen oder Einsen zusammensetzt (00 = 0, 01 = 1, 10 = 2, 11 = 3). Zwischen wie vielen Tonwerten in jedem Farbkanal differenziert werden kann, hängt von der Daten- bzw. Farbtiefe der Datei ab. Bei einer Datentiefe von 1 Bit kann nur zwischen zwei Tonwerten unterschieden werden, zwischen 0 und 1. Bei 2 Bits Datentiefe sind es bereits vier Tonwerte, bei 3 Bits sind es acht Tonwerte usw.

1 Bit Datentiefe = 2 Tonwerte
0 1
2 Bits Datentiefe = 4 Tonwerte
00 01 10 11
3 Bits Datentiefe = 8 Tonwerte
000 001 010 011 100 101 110 111

Die meisten Bilddateien haben eine Farbtiefe von 8 Bits je Farbkanal. Je Kanal kann hier zwischen 28 = 256 Tonwerten zwischen 0 und 255 differenziert werden. Durch die Kombination aller drei Farbkanäle ergeben sich 2563 = 16.777.216 Farben. Einige Bilddateien arbeiten mit 16 Bits Datentiefe. Je Farbkanal stehen hier 216 = 65.536 Tonwerte zur Auswahl. Hierdurch lassen sich immerhin 281.474.976.710.656 Farben digital darstellen.

Gelegentlich wird die Farbtiefe nicht für den einzelnen Farbkanal angegeben, sondern addiert für alle drei Kanäle. Bei 8 Bits je Farbkanal ergeben sich so 24 Bits für alle Kanäle, 16 Bits je Kanal entsprechen 48 Bits für alle.