Wie aussagekräftig sind Kameratests? - Kriterien für die Bildqualität - Schärfe, Auflösung und Kontrast

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Blende ,"Geist und Körper"
Volkhard Sobota

Kriterien für die Bildqualität -
Schärfe, Auflösung und Kontrast

Wesentliche Faktoren, die zur Bildqualität eine Digitalkamera beitragen, sind neben der Farbwiedergabe auch der Kontrast, die Schärfe und die Detailzeichnung. Alle diese Qualitätsmerkmale werden entscheidend beeinflußt von der Charakteristik des Sensors, der Abbildungsleistung des Objektivs und der Leistungsfähigkeit des nachgeschalteten Bildverarbeitungsprozessors. Das optimale Zusammenspiel all dieser Komponenten ist ausschlaggebend für das Bildergebnis, dessen Qualität wiederum nur zum Teil die Leistungsfähigkeit einer Digitalkamera beschreibt und wenig darüber aussagt, wie einfach oder umständlich dieses Ergebnis erzielt wird. So gesehen sind Tests, die nur das Ergebnis messen, ebenso wenig aussagekräftig wie solche, die sich nur auf Einzelfunktionen berufen und dabei das Ergebnis, sprich die endgültige digitale Bilddatei beziehungsweise ihre Wiedergabe auf dem Bildschirm oder auf dem Papier vernachlässigen. Wichtig für die Beurteilung einer Digitalkamera ist auch die Angabe, für welchen Zweck sie eingesetzt werden soll. Es wird sich wohl kaum lohnen, eine hochauflösende Spiegelreflexkamera zu kaufen, wenn nur Schnappschüsse im Format 10 x 15 cm oder die Darstellung auf dem Fernseher oder Videoprojektor das Ziel sind. Für hochwertige Fachabzüge im Postkartenformat werden heute nicht mehr als drei Millionen Pixel benötigt, wenn alle übrigen Parameter stimmen.

Pixel ist nicht gleich Pixel
In der Digitalphotographie kommen unterschiedliche Sensortypen mit abweichenden Pixeleigenschaften und Anordnungen zum Einsatz. Die Pixel eines CMOS, CCD, Super-CCD oder Foveon Sensors haben jeweils ihre eigenen Vorzüge und Nachteile. So variieren ihre lichtempfindlichen Transistoren beispielsweise in Größe, Form und Empfindlichkeit. Viele Verbraucher betrachten die Pixelzahl des Kamerasensors noch immer als das wichtigste Kriterium für die Schärfe. Dabei bleibt im Rennen um die höchste Pixelzahl oftmals die Bildqualität auf der Strecke. Mehr Pixel heißt nämlich keineswegs, daß eine Kamera auch bessere oder schärfere Bilder liefert. Es kann genauso gut das Gegenteil bedeuten. Um die Produktionskosten für die Bildsensoren zu senken, werden mitunter immer mehr Pixel auf immer kleineren Chips plaziert. Das bedeutet, die Pixel werden kleiner, können daher weniger Licht einfangen und führen so zu höherem Rauschen. Die Folgen sind eine geringere Sensorempfindlichkeit sowie ein geringerer Kontrastumfang. Entscheidend ist also nicht die reine Quantität der Pixel, sondern vielmehr ihre Qualität und die Qualität der Verarbeitung der mit ihnen gewonnenen Informationen. Zwar ist eine bestimmte Pixelzahl des Sensors erforderlich, um eine spezifische Auflösung zu erzielen, allerdings ist diese weder ein ausreichendes Kriterium für die Auflösung noch für die Schärfe.

Schärfe ist nicht meßbar
Als Schärfe wird in der Photographie die Fähigkeit eines optischen Systems bezeichnet, ein Objekt detailgenau abzubilden. Dabei läßt sich der Schärfeeindruck eines Photos - der von einer Vielzahl von Faktoren abhängig ist - mathematisch nicht exakt beschreiben. Neben dem Auflösungsvermögen, das die Fähigkeit eines optischen Systems beschreibt, sind die Wiedergabe des Kontrastumfangs und die Konturenschärfe weitere wichtige Kennzeichen für Schärfe.

Für die meisten Anwendungen in der Photographie ist das Wahrnehmungsvermögen der verbindliche Qualitätsmaßstab für Schärfe. Meßbare Werte, die darüber hinausgehen, was das menschliche Auge noch erkennen und differenzieren kann, bringen dem Photographen keinerlei Nutzen. Das Auflösungsvermögen einer Satellitenkamera, mit der eine auf der Straße liegende Zeitschrift aus dem All so photographiert werden kann, daß sich ihr Inhalt lesen läßt, wird demjenigen, der seine Aufnahmen nur in Postkartengröße oder auf dem Bildschirm betrachtet, nicht zu schärferen Photos verhelfen. Ganz gleich ob auf dem Drucker zu Hause oder im Fachlabor - die Informationen einer digitalen Aufnahme werden bei der Ausgabe auf die für die gewünschte Bildgröße erforderliche Menge reduziert. Eine große Anzahl von Pixel ist nur notwendig, um großformatige Abzüge oder Ausschnittsvergrößerungen herstellen beziehungsweise digital zoomen zu können.

Objektiv und Sensorabstimmung
Wichtiges Kriterium für Schärfe und Detailwiedergabe ist die Abbildungsleistung des Objektivs und damit die Qualität des auf den Sensor projizierten Bildes. Zusätzlich spielt die Abstimmung der Objektiveigenschaften auf die spezielle Beschaffenheit des Sensors eine maßgebliche Rolle für die Qualität der vom Sensor erfaßten Bildinformation. Je besser Sensor und Objektiv miteinander harmonieren, umso wahrscheinlicher wird ein Ergebnis, in dem die Stärken beider Komponenten deutlich werden. So gesehen sagen Objektivtests für digitale SLR-Kameras nur in Kombination mit der Kamera etwas aus, auf deren Sensor und Prozessor die Abbildungsleistungen abgestimmt wurden.

Unterschiedliche Sensortypen stellen unterschiedliche Anforderungen an die Beschaffenheit und Charakteristik der Lichtstrahlen eines projizierten Bildes. So gibt es Sensoren, die beispielsweise durch winzige Linsen auf den lichtempfindlichen Photodioden auch schräg auftreffende Lichtstrahlen, die sonst nicht voll erfaßt würden, einfangen und so die drohende Randabschattung ausgleichen. Auch dieses Beispiel zeigt, daß Messungen von Einzelkomponenten wenig aussagefähig über das zu erwartende Bildresultat sind. Nur die optimale Abstimmung von hoher Objektiv- und Sensorqualität läßt - eine ebenso hohe Qualität des bilderzeugenden Prozessors vorausgesetzt - ein hochwertiges Ergebnis erwarten.

Kurzer Prozess
Die letzte Station, die ein digitales Photo im Laufe seiner Entstehung in der Kamera durchläuft ist der Prozessor, der die vom Sensor erfaßten Informationen schließlich wieder zu einem Bild zusammensetzt. Auch seine Leistungsfähigkeit hängt von zahlreichen Faktoren ab. So bestimmt seine Rechenleistung, wie schnell das Ergebnis vorliegt. Für die Qualität des Bildes allerdings ist die Komplexität der für die Bildbearbeitung verwendeten Algorithmen zuständig. Die internen Bildverarbeitungsprozesse vor der eigentlichen Bildausgabe können heute mögliche Schwächen von Objektiv und Sensor kompensieren, so daß dennoch optimale Ergebnisse erzielt werden. Das beginnt bei der Vignettierung und reicht über Verzeichnungen bis hin zu der automatischen Eliminierung von roten Blitzaugen oder stürzenden Linien bei Aufnahmen von hohen Gebäuden mit gekippter Kamera. Auch die nachträgliche Anhebung der Schärfe läßt sich in manchen Digitalkameras durch die interne Bildverarbeitung realisieren.

Entscheidenden Einfluß auf die Schärfeleistung einer Digitalkamera haben auch die vom Prozessor vorgenommene Kantenkorrektur und Kontrastanhebung. Die Kantenkorrektur dient zur Steigerung des subjektiven Schärfeeindrucks. Dieser wiederum hängt unter anderem vom Kontrast kleiner Bilddetails ab. Neben der angestrebten Erhöhung der subjektiven Schärfe kann die Kantenanhebung dem Bild jedoch auch eine unnatürliche Wirkung geben. Sie kann auch zur Folge haben, daß winzige Details des Bildes verdeckt werden. Je größer der Helligkeitsunterschied kleiner noch sichtbarer Details im Bild ist, desto höher ist auch der Schärfeeindruck. Die Helligkeitsunterschiede erleichtern die Wahrnehmung feiner Strukturen und Bilddetails. Dieser Helligkeitsunterschied wird auch als Kontrast beschrieben. In der Natur gibt es maximale Helligkeitsunterschiede bis zu etwa 1:1.000.000. Diese Spreizung vom hellsten zum dunkelsten Punkt einer Szene kann weder mit Film noch auf photographischem Papier wiedergegeben werden. Auch Sensoren oder Displays können dies nicht. Filme können einen Kontrastumfang von etwa 1:500 erfassen. Der Sensor einer Digitalkamera erkennt nur eine begrenzte Anzahl von Helligkeitsstufen. Bei den meisten Kameras dürfen die Helligkeitsunterschiede nicht mehr als 5 bis 6 Blendenwerte übersteigen, da sonst weder in den dunklen noch in den hellen Bildpartien Detailzeichnung zu erkennen ist. Inzwischen gibt es bereits Digitalkameras mit speziellen Sensoren, die auch größere Helligkeitsunterschiede erfassen können. Vor allem Überbelichtungen machen den meisten Sensoren zu schaffen. Schon ein bis zwei Blendenwerte Überbelichtung kann zu Detailverlust in den hellsten Bildpartien führen. Moderne Sensoren können heute einen Kontrastumfang von etwa 11 Blenden verkraften.

Eine Anhebung des Kontrasts kann oftmals für die Verbesserung des Schärfeeindrucks nützlich sein. Bei vielen Kameras werden die Bilddaten bereits in der Kamera so automatisch nachgeschärft. Ein zu starkes Nachschärfen kann sich jedoch auch negativ auf die Bildqualität auswirken. Überzogene Scharfzeichnung mit einer Überbetonung der Kanten lassen die Aufnahmen leicht unnatürlich aussehen. Die Beurteilung der Qualität der automatischen Schärfeanhebung ist daher nur anhand einer großen Anzahl unterschiedlicher Testmotive subjektiv durch ein geschultes Auge möglich. Wichtig bleibt daher für die Beurteilung der Bildqualität einer digitalen Kamera die visuelle Prüfung der Bildergebnisse durch Experten. Dazu sollten sowohl Ergebnisse aus realen Praxistests als auch von reproduzierbaren Testmotiven herangezogen werden. Synthetische Testmotive sind allerdings nur dann sinnvoll, wenn sie auch die Vielfalt der Qualitätskriterien verdeutlichen und sich nicht auf einige wenige Eigenschaften beschränken.

 

Digitalfotografie 04 / 2005

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