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Warum sich TV- und Kamera-Auflösung unterscheiden

Welche Auflösung ein Fotoapprat, Camcorder oder TV-Gerät besitzt, scheint eine simple Info zu sein. Doch es verblüfft, wie sich Foto- und TV-Realität unterscheiden.

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© Roland Seibt, Archiv

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"Mein TV-Gerät hat Full HD, mein digitaler Fotoapparat und das Smartphone aber mit acht Megapixeln eine viermal so hohe Auflösung. Ihre Fotos sollten also viel schärfer sein, als sie der TV verarbeiten kann." Diese simple Rechnung stellen viele auf, doch leider hinkt der Vergleich. Das liegt zum einen an den unterschiedlichen Definitionen eines Bildpunktes im Kamera- und TV-Gewerbe und zum anderen am Signalweg, den das Bild vom Kamerasensor zum Pixel auf dem TV-Gerät zurücklegen muss.

Megapixel-Manie

Ein Full-HD-Fernseher besitzt 1.080 Bildzeilen mit jeweils 1.920 Pixeln. Jedes Pixel besteht aus einem roten, grünen und blauen Subpixel. Jeder der ca. zwei Millionen Bildpunkte kann damit jede Farbe in jeder Helligkeit annehmen. In dieser Eigenschaft stimmen alle Geräte überein. Der einzige Unterschied war früher, dass einige preiswerte Modelle kein Pixel to Pixel konnten, sie vergrößerten also das Eingangsbild immer etwas. Heutzutage ist es allein die Videoverarbeitung, die durch saubere Algorithmen und intelligente Nachbearbeitung den Schärfeeindruck optimiert.

Anders sieht es im Fotobereich aus. Hier sind die Megapixel, also die Auflösung des Sensors, das erste "Qualitätsmerkmal", nach dem der Kunde fragt. Eigentlich klar, denn je mehr Bildpunkte die Kamera herausgibt, desto höher die Auflösung, also die Schärfe der Fotos.

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Digitale Fotoapparate und (Ein-Chip-)Kameras arbeiten fast ausschließlich mit einem solchen Sensor, dessen Pixeln Farbfilter vorgesetzt sind. Grün…

Auflösung bei Kamera und TV

Doch in der Realität stimmt das nicht immer. Da Hersteller unbedingt mit dem Attribut "mehr Megapixel" werben wollen, ist zum Beispiel bei Smartphone-Kameras ein Missverhältnis zum Objektiv zu beobachten. Ist dessen optische Auflösung grundsätzlich zu klein oder nimmt die Schärfe zum Bildrand hin ab, werden mehrere Sensorpunkte vom selben Strahl belichtet und unterscheiden sich nicht mehr. Zudem bedeutet mehr Pixel auch: kleinere Pixel. Das wiederum impliziert stärkeres Rauschen, sodass bei geringem Lichteinfall wieder mehrere Bildpunkte zur Rauschunterdrückung zusammengerechnet werden. Aus diesem Grund ist es so wichtig, dass unser Schwestermagazin ColorFoto exakte Messungen vornimmt, welche Auflösung Kameras unter verschiedenen Lichtbedingungen tatsächlich bieten.

Ultra HD - Die neue Generation des Fernsehens

Grundsätzlich unterscheiden sich die von den Herstellern angegebenen Megapixel jedoch von der Auflösungsrechnung eines Fernsehers. Im Fotobereich werden nicht die Bildpunkte, sondern die Subpixel gezählt, also die Sensorflächen, die hinter Farbfiltern sitzen. Diese Unterteilung der Bildpunkte in Grundfarben wurde 1975 für Kodak von Bryce E. Bayer zum Patent angemeldet. Sie findet sich in fast jeder aktuellen Kamera wieder. Ein Full-HD-Fernseher hätte nach dieser Subpixelrechnung sechs statt nur zwei Megapixel, ein Ultra-HD-Gerät satte 24. Schaut man sich die Struktur des Bayer-Sensors allein für Rot oder Blau an, sieht es noch schlimmer aus: Vertikal und horizontal gibt es eine Auflösungshalbierung. Eine Kamera müsste also acht Megapixel besitzen, um einen Full-HD-Fernseher verlustfrei anzusteuern und 32 für ein UHD-Gerät.

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© Roland Seibt, Archiv

Das linke Bild besitzt die volle Auflösung in RGB. Jeder Bildpunkt kann jede Farbe annehmen. In der Mitte haben wir ein klassisches Bayer-Muster darübergelegt. Rechts wurde aus diesen Informationen ein RGB-Bild rekonstruiert (De-Mosaicing), aber mit dem einfachsten, schlechtesten Algorithmus.

Speicherung

Vernachlässigen wir mal die optische Absoftung durch Filter, um Moire-Bildung zu unterdrücken, ergibt sich das nächste Problem mit der Speicherung der Bilder. Ein Qualitätstrick des Bayer-Sensors ist, dass er so viele Grünsensoren besitzt wie Rot und Blau zusammen. Das kommt dem menschlichen Sehsinn entgegen, der Grün am empfindlichsten wahrnimmt und Helligkeit weitaus schärfer auflösen kann als Farbe.

Gespeichert wird nur für Profis in RAW, also den echten Sensorpixeln. Die Umrechnung ins Fotoformat JPEG ist sehr komplex und birgt Risiken für die Bildqualität. Gute Kameras vollbringen dabei aber regelrechte Wunder, indem sie die entscheidende Helligkeitsauflösung ohne sichtbare Fehler aus der vollen Subpixel-Auflösung des Bayer-Sensors errechnen. Grundsätzlich wird in JPG die gleiche Pixelformatierung wie in einem Videosignal angewendet: YCrCb 4:2:0. Es gibt ein voll aufgelöstes Schwarzweiß-Bild und unschärfere Farbanteile. Nur bei maximal gewählter JPG-Qualität wird in 4:4:4, also farblich verlustfrei gespeichert.

Videokameras

Für Ein-Chip-Videokameras gilt in der Regel dasselbe wie für Fotoapparate. Erst durch einen Sensor mit mehr als sechs Megapixeln klappen Full-HD-Aufnahmen perfekt. Hier sieht man schnell den Vorteil von Drei-Chip-Geräten. Mit Spiegel statt Filtern sind sie dank größerer Flächen zudem deutlich lichtempfindlicher.

Praxis: Tipps & Tricks zum Videodreh

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