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FOTO HITS erklärt Technik

Bildformate

FOTO HITS erklärt grundlegende Begriffe der Fotografie - von der Technik über Zubehör bis hin zu Verfahrensweisen. Die digitale Computertechnik hat eine Unzahl von Bildformaten hervorgebracht, die unterschiedliche Vor- und Nachteile bieten. Ein Blick auf die Format-Auswahlliste etwa des bekannten Bildkonvertier-Programms „IrfanView“ zeigt ihre große Fülle.

Die Formate unterscheiden sich in vielen Punkten: Das fängt ganz simpel damit an, in welcher Reihenfolge die Pixel darin aufgelistet sind. Ein weitere wichtiger Aspekt ist die Bit-Tiefe, die die möglichen Helligkeits- beziehungsweise Farbstufungen pro Bildpunkt definiert. Bei einem Bit kann das Pixel lediglich Schwarz oder Weiß sein, die den Bit-Zuständen Null und Eins entsprechen. Bei den ersten „Bitmap“-Bildern wie dem schon seit der „Computer-Steinzeit“ existierenden „Gif“-Format wurde schon pro Pixel ein Farbwert mit acht Bit und damit 28=256 Farbabstufungen möglich. 

Aktuelle Bildformate nutzen für jedes Pixel drei Farbinformationen für die Grundfarben Rot, Grün und Blau. Jede Farbe wird mit acht Bit und damit 256 Helligkeitsabstufungen gespeichert. Aus diesen jeweils 256 Nuancen von Rot, Grün und Blau ergeben sich 16.777.216 (256 × 256 × 256) Kombinationsmöglichkeiten und mit diesen rund 16,8 Millionen Nuancen genug Farben für eine „fotorea­listische Darstellung“.

Das nächste Unterscheidungsmerkmal ist das verwendete Kompressionsverfahren. Speichert man wie beim TIF-Format jeden einzelnen Bildpunkt mit dieser vollen Farb­information, entstehen selbst bei Fotos mit geringer Auflösung extreme Datenmengen. Da sie sehr viel von der teuren Speicherkapazität einer Kamera verbrauchen, wurde für diese ein Kompromiss gesucht. 

Fotostandard JPEG

Man fand den Kompromiss im sogenannten „JPEG“-Format. Dieses hat sich schon sehr früh als Standard für digitale Bilder durchgesetzt – aus mehreren Gründen: Das Bildformat der „Joint Photographic Expert Group“ arbeitet bereits in seiner Urform mit einer Datentiefe von 24 Bit. 

Als zweiter Pluspunkt kommt beim JPEG-Format die „diskrete Cosinus-Transformation“ als Kompressionsberechnung zum Einsatz. Hinter dem mathematischen Begriff verbirgt sich ein Verfahren, bei der mehrere Farbinformationen aus einzelnen Bildpunkten zu einer zusammengefasst werden. Das kann man machen, weil das menschliche Auge zwar empfindlich für Helligkeitsunterschiede, aber weniger für Farb­änderungen ist. Vereinfacht ausgedrückt speichert das JPEG-Verfahren die Farbdaten in einem gröberen Raster als die Helligkeitsinformationen, sodass sich kleinere Dateien mit farbrealistischer Darstellung ergeben.

Die Stärke dieser „Vergröberung“ kann man in Bildbearbeitungsprogrammen mittels eines „Qualitäts-Schiebereglers“ oder per Werteeingabe festlegen. Kameras bieten in der Regel die Auswahl aus „Normal“, „Fein“ und „Sehr/Extra Fein“. Die letztgenannte Einstellung liefert die beste Bildqualität, aber auch die größten Fotodateien.

Obwohl das JPEG-Verfahren der unangefochtene Standard für täglich Millionen von Fotos ist, hat sich in der Fotografie ein zweiter Standard etabliert, den anspruchsvolle Fotografen bevorzugen: Das „Raw“- oder „Rohdaten“-Format.

Rohdaten

Farbe ist bei Kameras Interpretationssache, denn ihr Sensor erkennt keine. Er ist zunächst nur für Helligkeitsabstufungen empfindlich, kann also das vom Objektiv gelieferte Bild nur in ein Graustufenfoto umsetzen. Wie in Folge acht in FOTO HITS 12/2015 erläutert, werden daher vor den Pixel des Sensors winzige Farbfilter angebracht, mit denen er die oben erwähnten Helligkeitsinformationen für jeweils eine der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau erkennt. Aus dieser Einzelfarbinformation sowie aus den Farbwerten der Nachbarpixel muss der Bildprozessor das Farbbild errechnen, wobei diese „Farbinterpolation“ das gut gehütete Geheimnis jedes Kamera­herstellers ist. So lässt sich erklären, wa­rum verschiedene Kameras, die auf die gleichen Produkte eines Sensorherstellers zurückgreifen, in ihren Bildern dennoch unterschiedliche Ergebnisse zeigen. 

Bei Entwicklung der Raw-Bilder zu einem sichtbaren Foto überlässt die Kamera dies dem nachgeschalteten Konverterprogramm auf dem Computer. Sie ist daher von der Software-Architektur statt der Kameraelektronik abhängig. Eine identische Raw-Datei sieht in den drei bekanntesten Raw-Programmen „Adobe Lightroom“, „Phase One Capture One“ und „DxO Optics Pro“ jeweils etwas anders aus. 

Bei der Konvertierung kann der Fotograf weitgehend in den Prozess eingreifen, weshalb „Raws“ so beliebt sind. Er kann unter anderem die Sättigung, den Kontrast und die Belichtungseinstellung in einem gewissen Rahmen den eigenen Wünschen anpassen. Das Raw-Format wird daher als „digitales Negativ“ bezeichnet, das wie im analogen Filmlabor eine umfassende und verlustfreie Bearbeitung erlaubt.

Leider ist „Raw“ nicht gleich „Raw“. Selbst die Rohdaten aus den Kameras eines Herstellers unterscheiden sich, sodass die Konverter-Programme bei jeder Kameraneuvorstellung angepasst werden müssen. 

Das Rohdaten-Format ist aufgrund der Tatsache, dass jeder Bildpunkt einzeln mit seiner jeweiligen Einzelfarbinformation (Rot, Grün oder Blau) gespeichert wird, deutlich größer als ein JPEG-Bild. Dennoch können es viele Kameras speicherplatzsparender und komprimiert sichern.

Teilweise bieten Kameras sogar eine verlustbehaftete Rohdaten-Sicherung an, bei der durch das Verwerfen von einander sehr ähnlichen Farbinformationen Platz gespart wird. Die jeweiligen Einstellungen erfolgen im Kameramenü.

Unterschied Vektor/Pixel

Bei Abbildungen auf einem Computerbildschirm kommen zwei verschiedene Systeme zum Einsatz: Erstens die Pixel-Bilder etwa von digitalen Kameras, zweitens „Vektorgrafiken“. Die Pixel-Fotos bestehen aus einer fest definierten Anzahl von Bildpunkten, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Ein Sechs-Megapixel-Bild besteht aus 3.000 Bildspalten mit jeweils 2.000 Zeilen (3.000 × 2.000=6.000.000 Pixel). Jeder Bildpunkt besitzt einen definierten Helligkeits- und Farbwert, sodass sich wie bei einem Mosaik ein Foto ergibt. Typische Bildformate sind JPEG, TIFF, BMP oder PNG, die ähnlich aufgebaut sind, sich aber in der Dateistruktur oder im Kompres­sionsverfahren unterscheiden (siehe oben).

Schriften oder Logos auf einem Computer werden dagegen als „Vektorgrafiken“ gesichert. Im Gegensatz zu riesigen Bilddateien, die Pixel für Pixel enthalten, stellt eine Vektorgrafik einen Buchstaben mit wenigen mathematischen Formeln und Kurven dar – bei der einfachsten Buchstabenform eines „o“ ist das in Sprache übersetzt etwa „kleiner Kreis im größeren Kreis“. 

Das ist sehr platzsparend (kleine Dateigröße) und bietet die Möglichkeit, die Vektordaten auch beliebig skalieren zu können. Die hier gezeigte Grafik des Buchstabens „a“ aus dem Zeichensatz „Times New Roman“ kann qualitativ ohne Verlust auf einer Taschenbuchseite winzig klein oder auf einem Plakat in drei Metern Größe gedruckt werden – seine mathematische Beschreibung bleibt immer gleich. Erst das Ausgabegerät wie etwa der Drucker muss die Vektoren in ein Pixelmuster mit seiner eigenen Auflösung umrechnen, also beispielsweise ein „600 dpi“-Drucker in 600 Druckpunkte pro Zoll.

Viele Fotobearbeitungsprogramme wie „Adobe Photoshop“ oder GIMP können Vektordateien wie AI („Adobe Illustrator“), EPS („Encapsulated PostScript“) oder auch PDFs in Pixelbilder übersetzen. Man muss dazu beim Öffnen der Dateien die gewünschte Größe und Bildauflösung eingeben, dann „rastert“ das Programm die mathematische Form in ein entsprechendes Bild aus Einzelpixel.

Vergleichsgrafik