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Bindepreisvergleich

Farbbilder - Auflösung und Farbmodell

Jeder, der einmal ein farbiges Digitalbild ausgedruckt hat, kennt das Problem: Obwohl man das Bild am Monitor als scharfes Bild mit brillanten Farben wahrnimmt, ergibt der Ausdruck ein enttäuschendes Ergebnis. Alle Mühe beim Scannen oder Fotografieren und der evtl. nachfolgenden Arbeit mit einem Bildbearbeitungsprogramm liefern im Ausdruck ein oft unscharfes Bild - es erscheint im groben Raster - die gedruckten Farben wirken matt, sind ohne Leuchtkraft und das Bild besitzt oft nur wenig Ähnlichkeit mit dem am Bildschirm angezeigten Originalbild. Das liegt zum einen daran, dass alle auf Licht basierenden Geräte wie Digitalkameras, Scanner, Computer-Bildschirme, Beamer und Handydisplays mit dem RGB-Farbmodell arbeiten, d.h. Farben mit einer additiven Mischung der drei Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) darstellen. Im Unterschied dazu arbeiten Drucker mit dem CMYK-Farbmodell, d.h. Farben werden mit einer subtraktiven Mischung der drei Grundfarben Cyan (C), Magenta (M), Gelb (Y) sowie Schwarz (K) dargestellt. Zum anderen besitzen die meisten Computer-Bildschirme eine Auflösung im Bereich von etwa 72 bis 100 ppi (englisch: pixel per inch). Für eine optimale Druckqualität von Dokumenten, die aus einem Betrachtungsabstand von etwa 25 Zentimetern betrachtet werden (z.B. DIN-A4-Seite), wird jedoch eine Auflösung von 300 ppi benötigt. Daraus wird sofort klar, dass man ein farbiges Digitalbild für einen optimalen Ausdruck sowohl von der Auflösung als auch von der Farbe her optimieren muss. Damit Ihr keine bösen Überraschungen, sowohl mit den Farben als auch mit der Auflösung Eurer Digitalbilder, beim Ausdruck der Abschlussarbeit oder der Präsentation erlebt, solltet Ihr unbedingt einige Tatsachen beachten. Fangen wir mit der Auflösung an.

Auflösung

Der Begriff Auflösung wird in vielen Bereichen der Technik häufig mehrdeutig verwendet, was zu Missverständnissen führen kann. In der Physik versteht man unter Auflösungsvermögen ein Maß für den geringsten Abstand zweier benachbarter Beobachtungswerte bzw. -objekte, die von einer Beobachtungs- bzw. Messeinrichtung getrennt registriert werden können. Das heißt, diese Größe beschreibt die Fähigkeit, beobachtete physikalische Größen gleicher Dimension voneinander zu trennen. Unter Auflösung versteht man daher im physikalischen Sinn die Dichte von Elementen (Punkte, Linien, Pixel etc.), d.h. den Quotient aus einer Elementanzahl und einer Länge. So bedeutet zum Beispiel 300 dpi (englisch: dots per inch), dass die Auflösung des Gerätes 300 Punkte pro Inch (deutsch: Zoll; 1 inch = 2.54 cm) ist. Analog bedeutet lpi: lines per inch und ppi: pixel per inch. Ein Digitalfoto besteht aus einer rasterförmigen Anordnung einzelner Bildpunkte, den sogenannten Pixeln (Kunstwort gebildet aus picture und element; oft mit px abgekürzt). Daher wird die Auflösung von Digitalbildern korrekterweise in ppi und nicht dpi angegeben. Die Auflösung eines Digitalbildes ist damit neben dessen Farbtiefe (Größe der Farbinformation eines Pixels) ein Maß für die Qualität eines Digitalbildes. Im Unterschied dazu wird bei Druckern die Auflösung in dpi angegeben, da diese jedes Pixel aus mehreren Punkten (dots) zusammensetzen. Zum Beispiel setzen Tintenstrahldrucker ein Pixel aus mehreren Punkten der farbigen Tinten zusammen, so dass unser Auge deren Farbe zu einem einheitlichen Farbeindruck “mischt” und ein Pixel mit dem gewünschten Farbeindruck entsteht.

Bildauflösung

Im Unterschied dazu ist die Bildauflösung ein umgangssprachlicher Begriff, der fälschlicherweise für die Bildgröße in Pixel eines Digitalbildes (Bilddimension, Pixelmaß) verwendet wird. Diese Größe wird einmal durch die Gesamtzahl der Bildpunkte angegeben (z.B. in der Digitalfotografie in der Einheit Megapixel ) oder durch die Anzahl der Bildpunkte je Zeile (horizontal) mal Anzahl der Bildpunkte je Spalte (vertikal) einer Pixelgrafik (Rastergrafik). Zum Beispiel werden die Standardauflösungen für Bildschirme als 1024 × 768 (XGA), 1280 × 960 (SXVGA), 1280 × 1024 (SXGA), 1366 × 768 (WXGA), 1600 × 1200 (UXGA), 1920 × 1080 (HD1080), 1920 × 1200 (WUXGA), oder 3840 × 2160 (UHD, 4K) angegeben. Die Angabe von Pixelzahlen, wie zum Beispiel “Ein Digitalbild hat 10 Megapixel” oder “Ein Digitalbild hat eine Auflösung von 3648 × 2736”, sind daher lediglich Bildgrößenangaben, die nur etwas über den Informationsgehaltes eines Bildes aussagen, d.h. aus wie vielen Bildpunkten des Bild besteht bzw. aus wie vielen Zeilen/Spalten das Bild aufgebaut ist. Sie sagen jedoch nichts über die tatsächliche Auflösung aus.

In der elektronischen Bildverarbeitung haben sich gewisse Standards für die Auflösung von digitalen Bildern etabliert:

Bildschirmauflösung

Für die Detailgenauigkeit der Bildwiedergabe an Bildschirmen ist die Anzahl der Pixel des Bildschirmes in horizontaler und vertikaler Richtung in Bezug zur Bildschirmdiagonale wesentlich. Diese Größen bestimmen die Auflösung (Pixeldichte) bzw. die Pixelgröße (oder die Größe der Pixel) des Bildschirmes.

Als Standardauflösung von Computer-Bildschirmen (Monitoren, Displays) wird meisten 72 ppi bzw. 96 ppi angegeben. Viele moderne Monitore arbeiten jedoch mit einer höheren Auflösung. So arbeitet zum Beispiel ein 17-Zoll-Monitor mit einer Einstellung von 1024 × 768 Pixeln (XGA, Seitenverhältnis 4:3) mit einer Auflösung von ca. 75 ppi, ein 19-Zoll-Monitor, bei dem eine Darstellung von 1280 × 960 Pixeln (SXVGA, Seitenverhältnis 4:3) eingestellt ist, mit einer Auflösung von ca. 84 ppi, ein 24-Zoll-Monitor mit 1920 × 1200 Pixeln (WUXGA, Seitenverhältnis 16:10) mit ca. 94 ppi oder ein 14-Zoll-Laptop-Display mit 1600 × 900 Pixel (WSXGA Seitenverhältnis 16:9) mit einer Auflösung von ca. 131 ppi. Dem gegenüber haben aktuelle Smartphones Displays mit 300 ppi und mehr, wie es auch der geringere Betrachtungsabstand von ca. 25 cm erfordert (bei Computer-Bildschirmen liegt der idealen Betrachtungsabstand zwischen 60 und 70 cm). Ein 4K-Flachbildschirm mit 60 Zoll Display besitzt jedoch nur eine Auflösung von 73.4 ppi, wobei in diesem Fall der Betrachtungsabstand größer als 1.18 m (was dem 0.78 fachen der Bildschirmdiagonale entspricht) sein sollte.

Bei einem Zoom von 100% zeigt der Bildschirm immer alle Pixel einer Pixelgrafik 1:1 an, unabhängig wie groß die Auflösung bzw. Dokumentgröße des Bildes ist. Der Computer-Monitor stellt ein Bild mit einer bestimmten Pixelzahl immer gleich groß dar. Hat das Bild mehr Pixel als der Bildschirm, ist es in der Wiedergabe auch größer als der Bildschirm, besteht es aus weniger Pixel als der Monitor besitzt, werden nur diese Pixel angezeigt und das Bild erschient kleiner als der Monitor. Bei einem Monitor mit beispielsweise 1280 × 960 Pixeln füllt ein Bild mit einer Bildbreite von 640 Pixeln die halbe Bildschirmbreite aus, unabhängig davon wie groß die Bildschirmdiagonale ist. Daher hat die Standardauflösung von Computer-Bildschirmen von 72 (bzw. 96 ppi) überhaupt nichts mit der in der Bilddatei gespeicherten Auflösung und Dokumentgröße zu tun, sondern macht lediglich eine Aussage über die Pixelzahl eines Bildschirmes in Bezug zu seiner Größe. Aus diesem Grund müssen Bilder für das Internet (auf Webseiten im World Wide Web) nicht mit 72 (oder 96 ppi) gespeichert werden – diese Angabe ist nur für den Drucker – sondern in einem adäquaten Pixelmaß wie etwa 1024 × 768 Pixel. Für die Anzeige eines Bildes mit einem Bildbetrachtungsprogramm oder mittels eines Webbrowsers am Monitor spielen daher weder die Auflösung (Pixeldichte) noch die Dokumentgröße (geometrische Abmessungen) des Bildes eine Rolle – diese Größen spielen nur beim Druck des Dokumentes eine Rolle.

Ausgabeauflösung auf dem Drucker

Der übliche Betrachtungsabstand für eine DIN-A4-Seite, der ein bequemes Lesen erlaubt, beträgt 25 cm (deutliche Sehweite, Bezugssehweite oder Buchabstand). Da man aus 25 Zentimeter Betrachtungsabstand die einzelnen Pixel einer Pixelgrafik mit einer Auflösung von 300 ppi nicht mehr auflösen kann, gilt für die Ausgabe auf Papier eine Auflösung von 300 ppi bei Bildern bis zum DIN-A4-Format als Standard.

Bilder, die für die Ausgabe am Monitor optimiert sind (z.B. Bilder für eine Präsentation im Internet), besitzen meistens Auflösungen von 72 bis 100 ppi, da hier der ideale Betrachtungsabstand, zwischen 60 und 70 cm liegt. Im Druck erscheinen solche Bilder hochgradig unscharf und im groben Raster, da das menschliche Auge in diesem Fall die einzelnen Pixel aus 25 cm Betrachtungsabstand auflösen kann. Für eine gute Druckqualität sollten daher alle Digitalbilder eine Auflösung von mindestens 300 ppi besitzen. Es ist daher wichtig die Auflösung der Digitalbilder mit einem Bildbearbeitungsprogramm (z.B. Adobe® Photoshop®, Corel Paint Shop Pro® oder GIMP (Freeware)) zu prüfen, bevor man sie am eigenen Drucker ausdruckt oder an eine Druckerei sendet. Kommen wir nun zu den Farbmodellen.

Farbmodelle

Ein Digitalfoto ist eine Pixelgrafik, wobei jedem Pixel ein bestimmter Farbwert zugeordnet ist. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Farben zu beschreiben. Bei Digitalkameras, Scannern, Computer-Bildschirmen, Beamern (Videoprojektor), aber z.B. auch bei Handydisplays findet das RGB-Farbmodell Anwendung. Bei diesem Farbmodell werden die Farben durch eine additive Mischung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau erzeugt. Eine Mischung von Licht der drei reinen Farben Rot, Grün und Blau ergibt Weiß, da alle Farben addiert werden. Additive Farbmischungen entstehen, wenn Licht aus selbstleuchtenden Lichtquellen überlagert wird (Lichtfarben). Jede dieser Grundfarben kann verschiedene Helligkeitswerte, die sogenannten Tonwerte, annehmen. Der Umfang dieser Werte (Zahl der Abstufungen) wird als Farbtiefe bezeichnet. Bei einem RGB-Bild bedeutet eine Farbtiefe von 24 Bit, dass pro Farbkanal 8 Bit (3 × 8 = 24) für die Farbinformation verwendet werden. Damit stehen pro Farbkanal 28 = 256 Farbabstufungen zur Verfügung so dass die Tonwerte Werte zwischen 0 und 255 annehmen. Bei drei Farbkanälen bedeutet das, dass jedes Pixel 2563 = 16,7 Millionen Farben annehmen kann.

Im Gegensatz zum RGB-Farbmodell werden die Farben beim CMYK-Farbmodell durch die subtraktive Farbmischung erzeugt. Auf diesem Farbmodell basiert zum Beispiel die Funktion von Desktopdruckern für den Privat- und Office-Bereich (Tintenstrahl- und Laserdrucker) aber auch der Vierfarbendruck auf Offsetdruckmaschinen. Diese drucken auf weißes Papier mit den Grundfarben Cyan (Türkis, Blaugrün), Magenta (helles Purpur, Rotblau), Yellow (Gelb) und als zusätzliche Farbe Key (Schwarz). Eine Mischung der reinen Farben Cyan, Magenta und Gelb ergibt Schwarz, da alle Farben subtrahiert werden. Subtraktive Farbmischungen entstehen, wenn Licht von Körpern reflektiert oder durchgelassen wird und dabei aus dem auftreffenden Licht bestimmte Farben entfernt werden (Körperfarben). Die Menge aller Farben, die durch eine farbgebende Methode (wie zum Beispiel ein Farbmodell oder ein Gerät) dargestellt werden kann, wird als Farbraum bezeichnet. Der subtraktive CMYK-Farbraum ist ebenso wie der additive RGB-Farbraum geräteabhängig, da jedes Gerät nur die Farben reproduzieren kann, die im Farbenumfang des Geräts (englisch: gamut) vorhanden sind. Dieser Farbenumfang definiert den sogenannten Gerätefarbraum. Höherwertige digitale Spiegelreflexkameras und Scanner können deutlich mehr Farben aufzeichnen als Computer-Monitore ausgeben können und Computer-Monitore besitzen im Allgemeinen einen höheren Farbenumfang als Drucker. Drucker unterschiedlicher Modelle und Hersteller verwenden verschiedene Software und unterschiedliche Farben für ihre Farbpatronen bzw. -kartuschen. Im Resultat sind daher die Gerätefarbräume unterschiedlich groß. Alle Farben, die außerhalb des Gerätefarbraumes liegen, kann das jeweilige Gerät nicht darstellen und müssen durch Farben angenähert werden, die innerhalb des eigenen Gerätefarbraums liegen. Daher können sich die Farben digitaler Bilder ändern, wenn man sie an verschiedenen Ausgabegeräten ausgibt, da jedes Gerät die Farbwerte entsprechend dem eigenen Farbraum interpretiert.

Da alle herkömmlichen Druckverfahren auf dem CMYK-Farbmodell basieren, müssen RGB-Bilder, die zum Beispiel mit einem Scanner oder einer Digitalkamera erfasst und anschließend gedruckt werden sollen, vor dem Drucken vom RGB- in den CMYK-Farbraum umgewandelt werden (Farbseparation). Die meisten nicht-professionellen Desktopdrucker für den Privat- und Office-Bereich können den RGB-Farbmodus (Farbmodus: Farbmodell zur Ausgabe auf einem Gerät) gut interpretieren, obwohl sie das CMYK-Farbmodell verwenden. Solche Drucker werden vom Betriebssystem des Computers als RGB-Geräte interpretiert und die Umwandlung in den CMYK-Modus wird unbemerkt vom Anwender direkt im Druckertreiber erledigt. Lediglich Drucker für professionelle Zwecke interpretiert das Betriebssystem als echte CMYK-Geräte. Daher sollte man im nicht-professionellen Bereich ausschließlich im RGB-Modus arbeiten, wenn man RGB-Bilder mit einem Tintenstrahl- oder Laserdrucker selbst ausdrucken will, da nur in diesem Farbmodus die Bilder ohne Qualitätsverslust am Computer-Bildschirm angezeigt werden können. Darüber hinaus steht im RGB-Modus die gesamte Palette von Werkzeugen eines Bildbearbeitungsprogramms zur Verfügung. Liegen einige Farben im Bild außerhalb des Farbenumfangs des Druckers, dann wird in dem Fall beim Ausdruck die ähnlichste reproduzierbare Farbe verwendet. Dies führt jedoch beim Druck von Digitalfotos häufig zu Farbverfälschungen. Es ist deshalb besser, sich mit einem Bildbearbeitungsprogramm die Farben eines RGB-Bildes anzeigen zu lassen, die außerhalb des Farbenumfangs eines Ausgabegerätes (Drucker, Beamer) liegen und somit nicht exakt reproduziert werden können. Mit einem Bildbearbeitungsprogramm lassen sich für diese Farben automatisch die ähnlichsten finden, die das Ausgabegerät dann auch ausgeben kann.

Da das CMYK-Farbmodell für die gesamte Druckvorstufe (Zusammenfassung aller Texte, Bilder und Grafiken zu Druckvorlagen für den professionellen Vierfarbendruck) verwendet wird, bedeutet das, daß alle Digitalbilder, die im RGB-Farbraum erstellt wurden (z.B. von Digitalkameras und Scannern erstellt und evtl. am Bildschirm optimiert), in den CMYK-Farbraum transformiert werden müssen, bevor man sie auf der Offsetdruckmaschine möglichst farbrichtig ausdrucken kann. Wenn Vorlagen, die Farbbilder beinhalten, wie das zum Beispiel für eine Abschlussarbeit der Fall sein kann, an eine Druckerei für den Offsetdruck gegeben werden, sollte die Umwandlung in den CMYK-Modus in enger Abstimmung mit der Druckerei erfolgen. Besitzt man keine einschlägigen Kenntnisse und Erfahrungen, dann sollte man besser den dortigen Experten die Umwandlung in den CMYK-Modus überlassen.

Alle diejenigen, die die Farbseparation selbst durchführen können und wollen, müssen beachten, dass eine Änderung des Farbmodus (Konvertierung von RGB zu CMYK) irreversibel ist, d.h. nicht mehr rückgängig gemacht werden kann. Jeder professionelle Drucker besitzt ein sogenanntes Farbprofil (ICC-Farbprofil). Hat man dieses Farbprofil des Druckers der Druckerei auf dem eigenen PC installiert, dann kann man am eigenen PC die Bilder mit einem Bildbearbeitungsprogramm zum einen so betrachten, wie sie im CMYK-Druckfarbraum aussehen (softproof) und zum anderen die Bilder in den CMYK-Farbraum des Druckers konvertieren. Vor der eigentlichen Konvertierung sollte man sich aber die Farben der RGB-Bilder anzeigen lassen, die außerhalb des Farbenumfangs des Druckers liegen (out-of-gamut) und folglich bei der Farbseparation nicht exakt reproduziert werden können. Solch ein Softproof ist gewissermaßen eine Druckvorschau. Wie oben erwähnt, verfügen die meisten Bildbearbeitungsprogramme über die Möglichkeit, für diese Farben automatisch die Farbe zu finden, die der dargestellten am ähnlichsten ist und auch exakt reproduziert werden kann. Außerdem besteht dann die Möglichkeit, gesättigte Farben zu drucken, die außerhalb des CMYK-Farbraums liegen, indem man die entsprechenden Farben durch Sonderfarben (Schmuckfarben) ersetzt. Genauso verfährt man mit spezifischen Farbtönen und Sonderfarben, um z.B. das Corporate Design (z.B. bei Logos) einzuhalten. Auch wenn man selbst die Farbseparation durchführen will, sollten zunächst alle Bearbeitungsschritte im RGB-Modus erfolgen, da nur RGB-Bilder korrekt am Bildschirm ausgegeben werden und nur in diesem Modus eine umfangreiche Bildbearbeitung möglich ist. Die eigentliche Konvertierung in den CMYK-Modus erfolgt erst am Schluss.

Will man im Offsetdruck die höchstmögliche Qualität erreichen und möglichst zu den exakt gewünschten Farbergebnissen kommen, dann muss man die Farben auch heute noch anhand eines sogenannten Farbmusterbuchs (gedruckte standardisierte Farbtabellen) definieren, d.h. aussuchen und die dafür angegebenen digitalen Farbwerte in den Computer eingeben.

Autor: Lutz Wendler

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