Punktdichte

Vergrößerte Rasterpunkte des Vierfarbdrucks

Die Punktdichte ist bei der Bildreproduktion ein Maß für die Detailgenauigkeit einer gerasterten visuellen Darstellung und damit einer der Qualitätsaspekte des technischen Wiedergabeverfahrens. Punktdichten werden beispielsweise im Vierfarbdruck oder bei einer Bildschirmwiedergabe angegeben.

Übliche Einheiten der Punktdichte in der Praxis sind:

dpi

dots per inch, englisch für „Punkte pro Zoll“,

ppi

pixel per inch, englisch für „Pixel pro Zoll“,

lpi

lines per inch, englisch für „Zeilen pro Zoll“.

Von Punktdichte spricht man außerdem auch bei einer gerasterten Bildabtastung, zum Beispiel mittels Scanner. Auch hier ist sie einer der Qualitätsaspekte des Abtast-Verfahrens.

Für die vom menschlichen Auge „wahrgenommene Qualität“ (Visuelle Wahrnehmung) spielen neben der Punktdichte weitere Faktoren eine entscheidende Rolle, unter anderem die Farbtiefe und die Schärfe der Vorlage selbst.

Begriffliche Differenzierungen

Einordnung

Die heute gebräuchliche Unterscheidung der Punktdichte in verschiedene Einheiten hat historische Ursachen. Die Universalität digitaler Bilder und ihre Verbreitung im Massenmarkt begann erst in den 1990er Jahren. Bis dahin war die Bildverarbeitung in verschiedenen Bereichen angesiedelt:

• Reprotechnik
• Fotografie
• Drucktechnik
• Fernsehtechnik
• Computergrafik

Jeder Bereich verwendete und verwendet seine eigenen Terminologien und Maßeinheiten. Zwischen diesen Bereichen gibt es oft technische Kompatibilitätsprobleme (siehe dazu auch „Gegenwärtige Entwicklung der Bildbearbeitung“) und es muss stets darauf geachtet werden, welche Techniken und Effekte der aktuellen Wiedergabe zugrunde liegen. Hinzu kommen rein rechnerische Unterschiede durch die Verwendung sowohl des angloamerikanischen Maßsystems als auch des Metrischen Systems.

Auflösung

Qualitätsunterschiede bei der Wiedergabe von verschieden großen Grafikdateien. Die Pixel der Vorlagen müssen verkleinert (links) oder vergrößert (rechts) dargestellt werden.

Umgangssprachlich wird in allen o. g. Bereichen oft nur der variantenreiche Begriff der „Auflösung“ verwendet. Dabei ist im Einzelfall jedoch zu unterscheiden, ob es sich beispielsweise um Druckpunkte (englisch „dots“), Pixel, eine Anzahl Zeilen beziehungsweise Spalten, eine Gesamtanzahl von Pixeln oder um eine rein rechnerische Größe (zum Beispiel mittels Interpolation) handelt.

Der gelegentlich verwendete Begriff „relative Auflösung“ ist irreführend, da die Punktdichte eine absolute physikalische Größe ist und direkt gemessen werden kann.

Punkt

Punktraster eines LC-Displays. Die RGB-Pixel sind quadratisch und bestehen jeweils aus drei (nicht quadratischen) Subpixeln der Farben Rot, Grün und Blau.

Bei der Angabe einer Punktdichte muss aus dem Kontext klar hervorgehen, was im Einzelfall unter einem Punkt zu verstehen ist. Gemeint sein kann unter anderem

• ein (beliebig farbiges) Pixel einer Vorlage (zum Beispiel einer Grafikdatei)
• ein (beliebig farbiges) Pixel einer Wiedergabe (zum Beispiel ein RGB-Pixel eines LCDs)
• ein einfarbiger Punkt bei der Wiedergabe (zum Beispiel Dot, Subpixel)
• ein beliebig farbiger Druckpunkt eines Spezialwiedergabeverfahrens, zum Beispiel Thermosublimationsdruck
• ein einfarbiger Abtastpunkt eines optischen Sensors
• ein beliebig farbiger Abtastpunkt eines Sensorsystems

Die Unterscheidung ist wichtig, da zum Beispiel bei gängigen Druckverfahren auf ein Pixel mehrere Druckpunkte fallen, und sich die Unterteilung direkt auf das Verhältnis Punkte pro Länge auswirkt.

Wird ein Pixel in Druckpunkte (englisch „dots“) aufgeteilt, so verwendet man die Einheit dpi (englisch „dots per inch“), ansonsten ppi. Die Aufteilung der Pixel in verschieden farbige Wiedergabepunkte geschieht bei vielen bildgebenden Verfahren, zum Beispiel beim Vierfarbdruck, aber auch bei einem normalen Bildschirm. Dort verwendet man für die einfarbigen Wiedergabepunkte auch die Begriffe Subpixel, Segment oder Sample.

Punktdichte

Beispielwiedergabe: Fisch mit „großen Bildpunkten“

Der Punktdichte liegen folgende Definitionen zu Grunde:

1 dpi = 1 Punkt pro Zoll

wobei 1 Zoll = 25,4 mm. Umgerechnet ergibt sich

1 Punkt pro cm = 2,54 dpi

Beispiel 1

Im angegebenen Beispiel der Fischgrafik rechts ergeben sich für die Bildschirmdarstellung der gelben und blauen „Punkte“ folgende Punktdichten:

• waagrecht: 24 Bildpunkte pro Länge a (ca. 11 ppi auf einem üblichen Bildschirm)
• senkrecht: 20 Punkte pro Länge b (ca. 11 ppi auf einem üblichen Bildschirm)

Bei heute üblichen Computermonitoren und Grafiken mit quadratischen Pixeln sind waagrechte und senkrechte Punktdichten identisch.

Daneben kann die Punktdichte des darstellenden Bildschirms selbst entsprechend seinen technischen Daten angegeben werden (z. B. 96 ppi).

Beispiel 2

Eine Auflösung von 1200 dpi horizontal und 600 dpi vertikal entspricht (unter der Annahme, dass die Punkte nahtlos und flächig aneinander grenzen) einer Punktgröße von 21,2 µm × 42,3 µm. „1200 dpi horizontal“ bedeuten, dass sich 1200 Punkte in der Horizontalen auf 25,4 mm verteilen. Demnach hat ein Punkt in der Horizontalen eine Kantenlänge von

25,4 mm ÷ 1200 = 0,0212 mm = 21,2 µm.

Da die Auflösung in der Vertikalen nur 600 dpi beträgt, ist hier ein Punkt deutlich „länger“, nämlich

25,4 mm ÷ 600 = 0,0423 mm = 42,3 µm.

Für einen einzigen Punkt ergibt sich eine Gesamtfläche von

21,2 µm × 42,3 µm = 897 µm².

Anwendungen

Im Folgenden sind einige gängige Verfahren aufgeführt, in denen die Rasterung eine wesentliche Rolle spielt (Tabelle Typische Punktdichten).

Vierfarbdruck

Für den Vierfarbdruck wird jedes Pixel entsprechend seiner Farbe in Druckpunkte (engl. dots) der vier Prozessfarben (CMYK) aufgelöst. Je feiner die Druckraster aufgelöst sind (Punktdichte), umso besser vermischen sich diese Druckpunkte im Ergebnis für das menschliche Auge.

Beim Vierfarbdruck vermischt das Auge die einzelnen, sehr feinen Druckpunkte zu einer neuen, dem ursprünglichen Pixel ähnlichen Farbe.

Typische Punktdichten in der Praxis

Anwendung	Punktdichte
Tageszeitung	150 dpi
Laserdrucker	1200 dpi
Tintenstrahldrucker	1200 dpi
Foto-Ausbelichtung	300 ppi
Thermosublimationsdrucker	300 bis 400 ppi
Flachbettscanner	1200 ppi
Kleinbild-Film (ungefähres Äquivalent zwischen Filmkorn und angenommener Rasterung)	2000–10.000 ppi
Hochwertiger Filmscanner	4800 ppi
Diabelichtung 4K / 8K (bei Kleinbild-Dias)	2900 / 5800 ppi
Computermaus	400 bis 6000 ppi

Ausbelichtung auf Fotopapier

Bei einer Ausbelichtung auf foto-chemischem Papier entsteht kein sichtbares Druckraster. Die maximal erreichbare Wiedergabequalität wird vom optischen Belichtungsprozess sowie von den chemischen und physikalischen Papiereigenschaften (z. B. Korngröße, Oberflächenbeschaffenheit) bestimmt.

Scanner

Scanner erfassen eine Vorlage in der Regel nach einem Rasterverfahren, zeilen- und punktweise. Aus der Historie heraus wird die Abtastdichte in Bildpunkten pro Zoll (dpi) angegeben, da sie früher fast ausschließlich in der Druckvorstufe und für einen späteren Druck verwendet wurde. Scans sind heute üblicherweise auf Pixel bezogen, so dass auch die Einheit „ppi“ Verwendung findet.

Siehe auch: Fax

Digitalkamera

Die Detailgenauigkeit von digital aufgenommenen Fotos wird meist durch die Gesamtanzahl der aufgenommenen Pixel des Sensors („Bildgröße“ des Sensors in Megapixel) angegeben.

Zu beachten ist, dass auch andere (optische und elektrische) Komponenten in der Kamera die erzielbare Bildqualität wesentlich mitbestimmen und beschränken.

Bildschirm

Bei Bildschirmen sind für die Detailgenauigkeit der Wiedergabe im Wesentlichen die folgenden Werte von Bedeutung:

• die Anzahl Bildpunkte in horizontaler oder vertikaler Richtung in Pixeln
• die Kantenlänge dieses sichtbaren Bildbereichs in cm oder Inch

Daraus errechnet sich für die Waagrechte und die Senkrechte jeweils eine Punktdichte (Wiedergabeauflösung) in Pixel pro Inch (ppi).

$d_p = \sqrt{w_p^2 + h_p^2}$

$ppi = \frac{d_p}{d_i}$

• d_p ist die diagonale Punktdichte in Pixeln,
• w_p ist die Anzahl Bildpunkte in horizontaler Richtung in Pixeln,
• h_p ist die Anzahl Bildpunkte in vertikaler Richtung in Pixeln und
• d_i ist die diagonale Länge des sichtbaren Bildbereichs in Inches. (Bildschirmgröße in Zoll, zum Beispiel 22".)

In der Praxis unterscheiden sich die Geräte in beiden Klassifizierungen. Insbesondere der oft genannte Wert von „72 ppi“ (für „RGB-Pixel“) ist nicht für alle Geräte zutreffend.

Beispiele:

• ein 20″ (50,8 cm) Bildschirm mit 1680 × 1050 Bildpunkten hat 99,06 ppi,
• ein 10,1″ (22,65 cm) Netbook-Bildschirm mit 1024 × 600 Bildpunkten hat 118 ppi.

Computermaus

Bei Computermäusen wird zur Angabe einer „Führungsgenauigkeit“ die Anzahl erfassbarer, kleinster Einzelschritte pro Längeneinheit gegeben. Die übliche, wenn auch auf Schritte und nicht auf Druckpunkte bezogene Einheit ist dpi.

Grafikdatei

Die Wiedergabequalität im Sinne von „Detailreichtum“ von Rastergrafik-Dateien (beispielsweise im JPEG- oder PNG-Format) hängt im Wesentlichen vom Wiedergabeverfahren sowie der Bildgröße der Grafik in (Mega-)Pixeln ab.

Die Datei selbst besitzt keine qualitätsbestimmende Punktdichte.

Neben Grafikdateien mit Pixelraster gibt es auch Grafikdateien ohne Pixelraster: die Vektorgrafiken.

Punktdichte-Transformation

Um eine gerasterte Vorlage einem gerasterten Wiedergabeprozess anzupassen, müssen die Ausgangsdaten transformiert werden. Die folgenden Fälle sind möglich:

• „Umsetzung 1:1“, d. h. die Größe der Vorlage (in Pixeln) entspricht genau der der Ausgabe. Beispiel: einfache Matrixanzeige
• „Verkleinerung“, d. h. die Größe der Vorlage (in Pixeln) ist größer als die der Ausgabe. Beispiel: 5-MP-JPG-Datei, dargestellt auf dem LCD der Kamera
• „Vergrößerung“, d. h. die Größe der Vorlage (in Pixeln) ist kleiner als die der Ausgabe. Beispiel: 1-MP-Foto, dargestellt auf einem LC-Bildschirm der Größe 1600×1200 Pixel (1,9 MP)

Die Umsetzung erfolgt dabei fast immer mittels Interpolation zur Errechnung ursprünglich nicht vorhandener Bildpunkte. Vergleiche hierzu auch Schärfe/Interpolation.

Bei einigen Verfahren (vorrangig im Druck) erfolgt zusätzlich eine Rasterung entsprechend dem Druckraster.

Siehe auch

• Rasterfrequenz
• Bildauflösung