|
|
|
Testbilder
In zwei
digitalen Bildern mit gleichem Motiv und der gleichen Pixelanzahl
kann unterschiedlich viel Bildinformation enthalten sein. Die Testbilder
von zwei verschiedenen Cameras demonstrieren das sehr deutlich. Die
beiden Cameras bilden die Realität in unterschiedlicher Qualität
ab. Dazu sage ich Abbildungsqualität.
Bei den DCTau-Messprotokollen werden
vergleichbare Begriffe benutzt:
'
Linearer Wirkungsgrad', 'Effizienz der Darstellung von Bilddetails'
und 'Nettodateigrösse'. Es ist aber nicht klar, mit welchem Verfahren
dieser deutlich sichtbare Unterschied zweifelsfrei und objektiv gemessen
werden kann.
Existieren Messverfahren, die diesen (Qualitäts-) Unterschied
numerisch eindeutig erfassen?
| |
|
|
| Canon
PowerShot S80
Originalbild 3264 x 2448 x 24b, 8,0 MPixel
ISO 50, Kompression Superfine,
Zoom max
Programm Av,
Blendenautomatik
Zeit: 15.11.06, 16:12, Belichtung 1/50, F 5,3
Beschnitten, komprimiert auf 90 Prozent, Photoshop |
|
Fujifilm
FinePix F30
Originalbild 2848 x 2136 x 24b, 6,1 MPixel
ISO 100, Kompression Fine,
Zoom max
Programm
A,
Blendenautomatik
Zeit:
15.11.06, 16:13, Belichtung
1/110, F 5
Beschnitten, komprimiert auf 90 Prozent, Photoshop |
Ein weiteres
Bildbeispiel:
| |
|
|
Canon
PowerShot S80
Originalbild 3264 x 2448 x 24b, 8,0 MPixel
ISO 50, Kompression Superfine,
Zoom max
Programm Av,
Blendenautomatik
Zeit: 10.11.06, 12:41, Belichtung 1/160, F 5,3
Beschnitten und komprimiert auf 90 Prozent, Photoshop |
|
Fujifilm
FinePix F30
Originalbild 2848 x 2136 x 24b, 6,1 MPixel
ISO 100, Kompression Fine,
Zoom max
Programm
A,
Blendenautomatik
Zeit:
10.11.06, 12:43, Belichtung
1/210, F 5,6
Beschnitten und komprimiert auf 90 Prozent, Photoshop |
Weitere
Bildbeispiele ...
DCTau-Messprotokolle
Bei den DCTau-Testprotokollen von digitalcamera.de
wird zu ungenau beschrieben, wie Wirkungsgrad und Nettodateigrösse
definiert sind und mit welchem Verfahren diese Messwerte gemessen
werden. Es ist nur zu erkennen, dass es sich um Vergleichsmessungen
handelt. Dass es zu Messwerten über 100 Prozent kommen kann,
lässt am Messverfahren zweifeln. Hier die Erläuterung zu
den DCTau-Testprotokollen:
Der
Wirkungsgrad beschreibt
die Effizienz, mit der eine Kamera Bilddetails darstellen kann. Im
Vergleich zu einer definierten theoretischen Idealkamera mit einem
Wirkungsgrad von 100 Prozent gibt ein Testgerät, je nach seiner
Leistungsfähigkeit, mehr oder weniger Bilddetails wieder. Wirkungsgrade
im Bereich von 80 bis 90 Prozent sind als gut bis ausgezeichnet. Ist
ein Wert über 90 Prozent angegeben, ist es entscheidend, ob die
Detailwiedergabe durch Artefakte gestört wird. Das Verhalten
der Kameras in diesem Punkt ist im dann folgenden Absatz textlich
beschrieben. Steigt der Wirkungsgrad über 100 Prozent, so enthält
das Bild mehr Informationen als die Vorlage, was bis auf Ausnahmen
durch intensives Aufpeppen des Bildes durch künstliche Manipulationen
(mit Artefakten als Folge) und übertriebene Scharfzeichnung erreicht
wird.
Während
der Wirkungsgrad gut geeignet ist Kameras gleicher Pixelzahl zu vergleichen,
beschreibt die Nettodateigröße
den echten Gehalt an Nutzinformationen im Bild. Sie ist damit ideal
für den Vergleich verschiedener Kameras über Auflösungsklassen
hinweg. So kann beispielsweise eine 4-Megapixel-Kamera mit sehr gutem
Wirkungsgrad im Endeffekt eine höhere Nettodateigröße
liefern als eine 5-Megapixelkamera mit niedrigem Wirkungsgrad. Übersteigt
die Nettogröße die unkomprimierte Bruttodateigröße,
so heißt das nichts anderes, als dass mehr Information in der
Datei enthalten sind als sein dürften – ein Zeichen für
Anreicherung mit Artefakten durch aggressive interne Bildverarbeitung
der Kamera. Die Nettodateigröße wird übrigens nicht
aus den JPEG-Komprimierungsstufen errechnet, sondern basiert auf einer
sehr komplexen Berechnung der unidirektionalen Auflösung an mehreren
im Bild verteilten Messpunkten.
Ungelöste
Probleme
Beide Verfahren sind Vergleichsverfahren, die Messung liefert relative,
aber keine absoluten Messwerte und es ist unklar, was mit dieser Messung
eigentlich gemessen wird. Aus dieser unbefriedigenden Beschreibung
der Messwerte und Messverfahren ist zu schliessen, dass es bisher
ein absolutes Messverfahren nicht gibt. Die Ursachen dafür sind
folgende technischen Probleme, für die es derzeitig offenbar
keine Lösung gibt:
- Es
existiert keine naturwissenschaftliche Definition für 'Bildinformation'.
Deshalb ist auch unklar, wie der Informationsinhalt eines realen
Bildes gemessen werden kann, das von unserem Auge wahrgenommen wird.
- Die
absolute Messung des 'Wirkungsgrades der Abbildung' müsste
den Informationsinhalt eines real sichtbaren Bildes mit dem des
digitalen Bildes vergleichen, das diese Wirklichkeit mit Hilfe der
Camera abbildet. Ein solches Messverfahren existiert nicht.
- Es
existiert erst recht keine naturwissenschaftliche Definition für
'Bildqualität'. Diese Definition ist noch schwieriger oder
sogar unmöglich, weil Bildqualität eigentlich nur subjektiv
zu bewerten ist und von vielen Faktoren (auch technischen) abhängt.
- Es
ist nicht zu erwarten, dass man je in der Lage sein wird, die ästhetische
Bildqualität numerisch zu messen (... möglichst noch mit
einer Einwertaussage!). Der Begriff 'Bildqualität' sollte deshalb
beim Vergleich von Cameras durch den Begriff 'Abbildungsqualität'
ersetzt werden.
- Von
Messungen der Abbildungsqualität ist aber nicht direkt auf
die Bildqualität zu schliessen, sobald man darunter auch ästhetische
Qualitäten versteht.
- Die
Nettodateigrösse bietet sich möglicherweise als Messwert
für die Menge der Bildinformationen digitaler Bilder und den
Wirkungsgrad der Bilderzeugung an.
- Da
die Nettodateigrösse aber von der Hard- und Software der Camera
beeinflusst wird, kann es hierbei nur normierte Vergleichsmessungen
und keine absoluten Messwerte geben. Die Normierung und Eichung
des Verfahrens ist das Hauptproblem
Schwierige,
technische Probleme und ich hoffe, ganze Heerscharen arbeiten an solchen
Messverfahren! Denn der 'Wirkungsgrad der Bilderzeugung' ist die entscheidenden
Kenngrösse für die Effektivität des digitalen Bilderzeugungsprozess
in einer Camera: Reales Bild >Bildsensor >Signalverarbeitung
>Bildbearbeitung >Komprimierung >Speicherung >digitales
Bild. ABER: Letztendlich interessiert nicht die Effektivität
dieses Prozesses, sondern allein die (nicht messbare) Bildqualität!!
Abbildungsqualität
Wie aber
kann man in dieser technisch sehr komplexen Situation die Eigenschaft
unterschiedlicher Cameras vergleichen die dazu führt, dass deutlich
sichtbar in zwei vergleichbaren, digitalen Bildern unterschiedlich
viel Bildinformation enthalten ist?
Ich könnte mir folgende Lösung vorstellen:
- Spricht
man von Abbildungsqualität an Stelle von Bildqualität,
kann man den subjektiven Faktor eliminieren.
- Die
Abbildungsqualität vergleicht das Bild mit der Realität
ohne nach der ästhetischen Komponente des Bildes zu fragen.
- Der
'natürliche' Messwert der Abbildungsqualität ist die Auflösung
oder 'Resolution': Wie gross sind die Gegenstände in der Realität,
die von der Camera noch abgebildet werden?
- 'Resolution'
(of a displaying device) ist nicht zu verwechseln mit der Auflösung
eines Bildsensors in Pixel oder der Auflösung eines gedruckten
Bildes in DPI ...!
- Auch
hier müssen die Umstände der Messung normiert werden.
Mindestens: 1. Grösse und Fläche der Objekte 2. Abstand
der Objekte von der Camera 3. Beleuchtung 4. Fläche des digitalen
Bildes in Pixel f(x,y) usw.
- Nach
der Normierung der Umstände aber werden Absolutwerte gemessen:
Länge und Fläche der Objekte, die gerade noch abgebildet
werden können.
- Die
normierten Messwerte sind der Abbildungsqualität direkt proportional.
- Es
ist allerdings anzunehmen, dass weitere technische Parameter die
Abbildungsqualität beeinflussen ... Welche?
Mit einem
Messverfahren, das diese 'Resolution' misst, kann die Abbildungsqualität
zweier Cameras verglichen werden. Die ersten beiden Bilder (s.o.)
demonstrieren das eindrucksvoll:
Links:
Canon S80 - Rechts: Fujifilm F30
Oben auf 300 % vergrössert - Unten Original 100 %
Eindeutig
ist zu sehen: Die Fujifilm F30 bildet die Spitze auf dem Dach noch
ab, die Canon S80 nicht. Wären diese beiden Bilder unter normierten
Bedingungen entstanden, könnte man (trotz eines kleinen Ermessensspielraums)
eine objektive Aussage zur Abbildungsqualität beider Kameras
treffen. So könne eine Beurteilung aussehen:
Die
F30 bildet einen Gegenstand von einem Meter Länge und einer Fläche
von 0,4 Quadratmetern in einer Entfernung von zwei Kilometer bei der
Beleuchtung xyz und einer Pixelanzahl von 42 x 30 Pixeln noch ab.
Die Canon S80 ist dazu nicht in der Lage.
Messung
der Resolution in LPH
Die Messwerte
LPI und DPI (lines or dots per inch) messen die Auflösung von
gedruckten Bildern. Es handelt sich hier um Messverfahren, die die
oben beschriebene Resolution messen, allerdings für einen anderen,
speziellen Fall: Abbildungsqualität von Bildern, die auf Papier
oder Film existieren. Damit kann die Resolution einer Digitalcamera
nicht gemessen werden! Siehe
...
Auch
die 'Auflösung' einer Digitalcamera, gemessen in Pixel oder MPixel
misst etwas anderes: Hier wird absolut die Pixelanzahl in x- und y-Richtung,
oder das Produkt daraus gemessen. Diese Messwerte kennzeichnen lediglich
die Grösse des digitalen Bildes, das diese Camera erzeugt. Es
besteht kein direkter Zusammenhang zwischen dieser Grösse und
der Abbildungsqualität der betreffenden Camera (aber ein indirekter).
CHIP
Online und Dpreview.com verwenden ein normiertes Verfahren nach ISO
12233 zur Messung der oben beschriebenen Resolution.
Gemessen wird in 'Resolution in LPH' (Lines per Picture Height). Hierbei
werden als 'absolute resolution' die Anzahl der Linien gemessen, die
auf einem digitalen Bild noch als einzelne Linien erkennbar sind.
Auch hier gibt es einen Ermessensspielraum. Aber die Anzahl der einzeln
sichtbaren Linien ist der Abbildungsqualität der Camera direkt
proportional! Siehe
... und Vergleich
F30/S80 ...
Die Messung
der Resolution in LPH ist also am ehesten in der Lage, den Unterschied
in der Abbildungsqualität der oben sichtbaren Testbilder numerisch
zu beschreiben und zu erklären. Die ästhetische Bildqualität
hat damit unmittelbar nichts zu tun.
Facit
Mit der Messung der LPH nach ISO 12233 wird ein Absolutwert ermittelt,
der unmittelbar Rückschlüsse auf die Abbildungsqualität
der Camera erlaubt. Es wird damit nicht gemessen, wie gross Gegenstände
in der Realität sein dürfen, damit sie von einer Digitalcamera
noch abgebildet werden können. Auf dieses Kriterium der Abbildungsqualität
kann höchsten aus den LPH-Werten geschlossen werden. Vielleicht!
Ausserdem ist zu berücksichtigen, dass weitere Bildparameter
die Abbildungsqualität beeinflussen: Motiv, Farbe, Helligkeit,
Kontrast ... usw.
An dieser
Problematik ist zu erkennen, wie raffiniert unsere Sinnesorgane funktionieren:
Und sie liefern gerade keine numerischen Messwerte! Wir können
sofort sehen, dass das Bild der F30 besser ist, als das der S80. Aber
diese Aussage numerisch zu fassen, ist unendlich schwierig.
Links:
Testmethoden für digitale Cameras
|
