Digitalfotografie

Als Digitalfotografie wird zusammenfassend die Fotografie mit Hilfe eines digitalen Fotoapparats oder die Arbeit mit digitalisierten Bildern sowie die sich daran anschließende Weiterverarbeitung mit elektronischer Bildverarbeitung sowie digitaler Präsentation und Archivierung bezeichnet.

Die Digitalfotografie weicht in zahlreichen Aspekten von der klassischen optochemisch basierten Fotografie ab und ähnelt, insbesondere bei der Bildwandlung, einerseits der Videotechnik, andererseits den bildgebenden Verfahren. Ob es daher überhaupt noch sinnvoll ist, die Digitalfotografie als Spielart der Fotografie zu bezeichnen, ist noch umstritten. thumb|250px|Sony Mavica FD5

Inhaltsverzeichnis

Bilderzeugung

Bildwandlung

In der Digitalfotografie gibt es – von Hybridverfahren wie der Kodak Photo CD abgesehen – keinen chemischen Film mehr; zur Wandlung der Lichtwellen in digitale Signale werden Halbleiter-Strahlungsdetektoren in CCD- oder CMOS-Technik als Bildsensoren verwendet. Bei dieser Digitalisierung eines analogen Bildes handelt es sich um eine Bildwandlung, bei der eine Diskretisierung (Zerlegung in diskrete Elemente) und Quantisierung des analogen Bildes durchgeführt wird.

Hybridverfahren

Eine Übergangslösung zwischen analoger und digitaler Fotografie stellt die Fotografie mit dem klassischen "Silberfilm" dar, bei der anschließend das Negativ oder Positiv zunächst mit einem Scanner digitalisiert wird und dann das gespeicherte Bild digital weiterbearbeitet wird.

Die manuellen Arbeitsschritte kann man sich sparen, wenn man vom industriellen Fotolabor eine Photo CD oder Picture Disc herstellen lässt; dabei wird der – noch ungeschnittene – Filmstreifen direkt im Anschluss an die Entwicklung mit professionellen Scannern digitalisiert und auf eine CD gebrannt.

Kamerainterne Bildverarbeitung

Jede Digitalkamera führt nach oder bereits während der Bildwandlung eine Reihe von Verarbeitungsprozessen durch wie Weißabgleich, Erhöhung der Farbsättigung, Anheben des Kontrasts, Tonwertkorrektur, Filterung, Schärfen, verlustbehaftete Komprimierung usw. durch; Consumer-Kameras schärfen auch dann noch nach, wenn man diese Funktion abgeschaltet hat (vgl. Andrea Trinkwalder, Raw-Masse. Höhere Farbtiefe, weniger Fehler: Bessere Bilder dank Rohdaten).

Es gibt keine Möglichkeit, auf das vollkommen unbearbeitete Bild zuzugreifen; die größte Näherung an dieses kamerainterne "Original" bietet die Nutzung des speicherintensiven und herstellerabhängigen Rohdatenformats (CCD-Raw).

Bildeigenschaften

Seitenverhältnis

Die meisten Digitalkameras speichern Bilder mit einem Seitenverhältnis von 1,33 (4:3). Dies hat historische Gründe: Die ersten Digitalkameras waren auf existierende Sensoren angewiesen und da 4:3 dem Seitenverhältnis der verbreiteten Fernsehnormen NTSC, PAL und SECAM entspricht (was wiederum von den frühesten Kinofilmen herührt), waren überwiegend Sensoren mit diesem Seitenverhältnis verfügbar. Inzwischen werden Sensoren mit dem Seitenverhältnis 3:2 speziell für Digitalkameras entwickelt und werden zumeist in neuere digitale Spiegelreflexkameras eingesetzt.

In der Ausbelichtung hat ein Seitenverhältnis von 4:3 die Konsequenz, dass das Bild bei Verwendung der herkömmlichen 3:2-Bildformate (z.B. 10x15 cm) entweder oben und unten beschnitten wird oder links und rechts weiße Streifen auftreten. Daher werden heutzutage meist Papierformate mit den Seitenverhältnissen 4:3 verwendet. Hierbei wird dann zum Beispiel oft von einem 10er-Format gesprochen, um anzuzeigen welche Höhe der Abzug aufweist; die Breite des Abzugs ergibt sich dann entsprechend des Seitenverhältnisses. Diese Papierformate weichen zwar von den klassischen Papierformaten (Abzügen) ab, der Abzug zeigt jedoch unbeschnitten das komplette Bild. Ein Abzug im 10er-Format mit den Seitenverhältnissen 4:3, ist 10x13,33cm groß und paßt mit den oben beschriebenen Einschränkungen nur bedingt in die üblichen Bilderrahmen.

Pixelanzahl und Auflösung

Vorlage:Megapixeltabelle

Als Auflösung bezeichnet man die Anzahl der Bildpunkte, Pixel genannt, in Breite und Höhe eines digitalen Bildes; bei 1600 × 1200 Pixeln ergibt sich also beispielsweise eine Auflösung von 1,92 Megapixeln.

Die Herstellerangaben zur Pixelanzahl müssen kritisch interpretiert werden, da sie nicht die tatsächlich vorhandene Anzahl an Farbpixeln wiedergeben. Bei dem weit verbreiteten Bayer-Sensor ist dies die Anzahl der einfarbigen Pixel, für den Foveon-X3-Sensor die Anzahl der lichtempfindlichen Elemente multipliziert um den Faktor drei.

Daher ist es nicht möglich, die Pixelanzahl der verschiedenen Sensortypen direkt miteinander zu vergleichen; nach Schätzungen liefert ein Bayer-Sensor mit sechs Megapixeln etwa dieselbe Auflösung wie ein Foveon-X3-Sensor mit 10 Megapixeln. Einen weiteren proprietären Sensor verwendet Fujifilm.

Die Auflösung digitaler Bilder ist nur eingeschränkt mit der Auflösung eines Filmnegativs oder Prints zu vergleichen, da sie u. a. vom Betrachtungsabstand und der Art der Darstellung (Bildschirm, Print) abhängig ist.

Auf normales Fotopapier ausbelichtete Digitalfotos erreichen mittlerweile annähernd die Qualität von konventionellen Papierabzügen – hier entscheidet vielmehr die verwendete Kamera, das Objektiv sowie eine Reihe weiterer Faktoren über die technische Bildqualität.

Die Pixelanzahl gibt auch nur näherungsweise die Auflösung feiner Strukturen wieder. Bei der Digitalisierung gilt das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem. Danach darf die maximale im Bild auftretende Frequenz maximal halb so groß sein, wie die Abtastfrequenz, weil es sonst zu Moireerscheinungen kommt und das Originalsignal nicht wieder hergestellt werden kann.

<math> f_{abtast} > 2 \cdot f_{max} <math>

In der Praxis bedeutet das, dass man vor der Digitalisierung die maximale Frequenz kennen oder herausfinden muss und dann das Signal zwecks Digitalisierung mit mehr als der doppelten Frequenz abgetastet werden muss. Bei der Digitalfotografie kann man, um die Moireerscheinungen von vornherein zu vermeiden, die Optik leicht unscharf stellen. Das entspricht einem Tiefpass. Wenn die Pixelzahl des Sensors erhöht wird, muss die Optik neu angepasst werden, weil sonst die erhöhte Pixelzahl nicht ausgenutzt werden kann.

Beim Scannen gerasterter Bilder muss man die Auflösung ebenfalls so groß wählen, dass die feinsten Strukturen des Rasters dargestellt werden können. Anschließend kann man entrastern (dazu gibt es unterschiedliche Funktionen) und dann die Auflösung herabsetzen.

Dateiformat

Bei der Digitalfotografie entstehen in jedem Fall Daten, die i. d. R. elektromagnetisch oder optisch gespeichert werden; dies geschieht meist in einem standardisierten Dateiformat, aktuelle Digitalkameras verwenden neben dem Rohdatenformat vor allem TIFF und JPEG, bei den Hybridverfahren wie der Kodak Photo CD entstehen ImagePaks, beim Scannen hat man eine weitgehend freie Auswahl über das Speicherformat.

Das TIF-Format komprimiert verlustfrei, ist dagegen vergleichsweise speicherintensiv; JPEG ist dagegen verlustbehaftet, kann aber sehr speicherökonomisch sein. Der Fotograf muss also bereits vor dem Fotografieren eine Entscheidung über den Kompressionsgrad und damit über den möglichen Detailreichtum etc. fällen. Eine vergleichbare Vorabentscheidung trifft der analog Fotografierende nur mit der Auswahl des Filmmaterials und der Filmempfindlichkeit, er erhält aber in jedem Fall ein optimales Unikat – Kompressionsartefakte gibt es in der analogen Fotografie nicht.

Das Dateiformat sollte außerdem mit Bedacht gewählt werden; die ersten Digitalkameras aus den 90er Jahren speicherten beispielsweise in proprietären Dateiformaten, die bereits heute nicht mehr gelesen werden können.

Eine Möglichkeit diese Probleme zu umgehen besteht in der Umwandlung in ein offenes Dateiformat. Beispielsweise PNG.

Meta-Informationen

Zu den Vorteilen der digitalen Bildspeicherung gehört die Möglichkeit, umfangreiche Meta-Informationen in der Datei zu speichern; diese Zusatzfunktion ist standardisiert im Exchangeable Image File Format (Exif).

Bereits das Hybridsystem APS verfügte über noch vergleichsweise eingeschränkte Möglichkeiten der Speicherung von Meta-Informationen, und auch bei Kleinbildkameras ist das Einbelichten von Zeit- und Datumsangaben sowie der Bildnummer auf den Filmstreifen möglich, wenn die Kamera über eine entsprechende Funktion verfügt. Die analogen Kleinbild-Spiegelreflexkameras Minolta Dynax 9xi und Minolta Dynax 9 verfügen über eine Möglichkeit, zahlreiche Aufnahmeparameter zu speichern und in eine Textdatei ausgeben zu können; allerdings ist der Grad der Integration sowie insbesondere die Zuordnung des jeweiligen Datensatzes zu einem bestimmten Bild eines bestimmten Filmes nicht unproblematisch.

Bei den in die digitale Bilddatei eingebetteten Exif-Daten ist zu beachten, dass einige unzureichende Programme diese Daten bei einer Bildbearbeitung nicht erhalten; dies betrifft sowohl ältere Versionen der Bildbearbeitungssoftware Adobe Photoshop als auch das Betriebssystem Microsoft Windows. Natürlich muss man für korrekte Exif-Daten auch daran denken, bei einem Wechsel der Zeitzone die kamerainterne Uhr umzustellen, sonst erhält man unbrauchbare Zeit- und ggf. auch Datumsangaben.

Digitale Aufnahmetechnik

Kameras und Kamerasysteme

Analoge Kameras und Kamerasysteme wurden über Jahrzehnte entwickelt, gepflegt und optimiert; die Bedienung der meisten analogen Kameras ist faktisch standardisiert und intuitiv erfassbar, die Benutzung von unzureichend beschrifteten Tasten und Menüsystemen bei Digitalkameras dagegen nicht. Die Digitalfotografie befindet sich hier noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium; dies zeigt beispielsweise die weit verbreitete Nutzung von tastengesteuerten Motorzooms, die langsam, unpräzise und stromfressend sind; das entsprechende analoge Konzept des manuell zu bedienenden Zooms findet sich ausschließlich in den Spitzenmodellen von Sony und Konica Minolta, sowie bei digitalen Spiegelreflexkameras. Aufgrund des embryonalen Entwicklungsstadiums der Digitalfotografie ist damit zu rechnen, dass der Fotograf bei jedem Systemwechsel komplett umlernen muss.

Ähnliches gilt für die System- und Modellpflege; während die klassischen Kamerasysteme der drei großen Kamerahersteller – Nikon, Canon und Minolta – über Jahrzehnte unter Beibehaltung einer größtmöglichen Kompatibilität gepflegt wurden, gibt es vergleichbares bestenfalls bei digitalen Spiegelreflexkameras; aufgrund der extrem raschen Modellwechsel bei Digitalkameras ist i. d. R. Zubehör genau für eine Kamerageneration und bestenfalls noch für das Nachfolgemodell benutzbar.

Digitale Kamerarückwände

Digitale Bilder können nicht nur durch native Digitalkameras oder durch digitalisieren analoger Vorlagen, sondern auch mit einer digitalen Kamerarückwand angefertigt werden; diese Rückwände sind vor allem für Mittelformat- und Großformatkameras verbreitet. Das erste derartige Digitalrückteil für eine Kleinbild-Spiegelreflexkamera stellte Minolta Mitte der 80er Jahre für die Minolta 9000 vor.

Scan Backs funktionieren nach dem Prinzip eines Flachbettscanners; es wird dabei zwischen Single-shot- und Multi-shot-Verfahren unterschieden.

Objektive

Da heutige Digitalkameras meist Sensoren mit einer gegenüber den klassischen Filmformaten geringeren Fläche aufweisen, verändert sich effektiv die Wirkung der Brennweite des Objektivs. Gegenüber dem Kleinbildfilm ergibt sich der so genannte Verlängerungsfaktor. Die tatsächliche Brennweite eines Objektivs wird um diesen Faktor vergrößert. Dies bedeutet, dass die Brennweite eines Normalobjektivs bei einer Digitalkamera den Effekt eines leichten Teleobjektivs hervorruft. Dies freut zwar den Naturfotografen, führt jedoch zu Problemen für Freunde des Weitwinkelobjektivs: Es ist sehr schwierig, verzerrungsarme Superweitwinkelobjektive für Digitalkameras zu konstruieren. Dementsprechend teuer sind diese Objektive.

Der Verlängerungsfaktor des Objektives wird entweder im Datenblatt der Kamera oder des Objektivs angegeben, oder die "effektive" Brennweite wird analog zu Kleinbild angegeben. Besitzer von digitalen Spiegelreflexkameras müssen den Verlängerungsfaktor ihrer Wechselobjektive dagegen selbst umrechnen, da dieser nicht auf den Objektiven selbst angegeben ist, denn diese Objektive können meist auch auf herkömmlichen Kleinbild-Spiegelreflexkameras eingesetzt werden. Er liegt hier in der Regel zwischen 1,5 und 2.

Digitale Aufnahmepraxis

Die digitale Aufnahmepraxis weist gegenüber der konventionellen Fotografie einige Besonderheiten auf.

Bildgestaltung

Als Beispiel sei hier die Veränderung der so genannten Tiefenschärfe erwähnt, die sich aus der Brennweitenverlängerung ergibt; Objektive, die in der Kleinbildfotografie als Weitwinkel gelten, treten bei den meisten Digitalkameras als Normalobjektiv auf. Da sich die optischen Gesetzmäßigkeiten nicht verändern, nimmt die effektive Schärfentiefe (genauer: der Schärfebereich) des Bildes zu. Mit Digitalkameras ist es ungleich schwerer als in der Kleinbildfotografie, einen in Unschärfe zerfließenden Bildhintergrund zu erzielen, wie er beispielsweise in der Porträt- und Aktfotografie häufig erwünscht ist.

Spezialfunktionen

Viele Digitalkameras bieten dreh- oder schwenkbare Displays, mit denen Aufnahmestandpunkte möglich werden, die in der klassischen Fotografie schlicht unmöglich waren (beispielsweise das Fotografieren aus einer Menschenmenge heraus über den Kopf hinweg). Die Bauchperspektive, die früher den Box- und Mittelformatkameras mit Aufsichtsucher vorbehalten war, ist mit jeder Digitalkamera mit drehtbarem Display möglich. Ähnliches gilt für extrem niedrige Aufnahmestandpunkte, wie sie häufig in der Makrofotografie benötigt werden; auch hier erweist sich ein Display als komfortabler als ein angesetzter Winkelsucher.

Aktuelle Digitalkameras (Stand: 2004) bieten fast ausnahmslos die Möglichkeit der Aufzeichnung kurzer Videoclips von etwa einer Minute im Format QQVGA oder QVGA, teilweise auch mit Ton. Tendenziell ist eine Entwicklung der digitalen Fototechnik zu beobachten, immer weiter mit der Videotechnik zu konvergieren; in Spitzenmodellen ist die Länge der Videoclips nur noch durch die Kapazität des Speichermediums begrenzt; die Bildauflösung liegt dabei im Bereich der Qualität von VHS (VGA, 640 × 480 bzw. PAL, 720 × 576).

Elektronische Bildbearbeitung

Neben der automatisch durch die Kamera durchgeführte Bildverarbeitung eröffnet die Digitalfotografie zahlreiche Möglichkeiten der Bildmanipulation und -optimierung durch die elektronische Bildbearbeitung, die über konventionelle Bildretusche und Ausschnittsvergrößerung weit hinausgehen.

Beispielsweise können aus einer Folge von Einzelbildern komfortabel Panoramafotos montiert, Bildhintergründe ausgetauscht oder Personen aus Bildern entfernt oder hineinkopiert werden.

Speicherung und Archivierung

Als Vorteile gegenüber der chemischen Fotografie wird häufig die entfallende Filmentwicklung sowie die einfache, günstige und platzsparende Archivierbarkeit angeführt. All dies erfordert jedoch entsprechende technische Mittel (Computer, Software, CD- oder DVD-Recorder etc.), technische Fähigkeiten und letztlich doch enormen Platz.

Tatsächlich ist die Verfügbarkeit digitaler Bilder aufgrund der Weiterentwicklung von Speichermedien und Formaten ungewiss. Unter Umständen müssen die sämtliche Dateien nach einigen Jahren in neue Formate umgewandelt werden; die Haltbarkeit selbstgebrannter CD-Rs liegt, je nach Qualität des Mediums und des Brenners, zwischen einem und schätzungsweise hundert Jahren. In der analogen Fotografie weisen unter günstigen Bedingungen gelagerte Kodachrome-Dias auch nach 80 Jahren nur geringe Alterungserscheinungen auf; in der Digitalfotografie wird ein erheblicher Umkopier- und Konvertierungsaufwand betrieben werden müssen, um eine vergleichbare Langzeitarchivierbarkeit zu erreichen; siehe hierzu auch Digitales Vergessen.

Speichermedien zum Fotografieren

thumb|300px|Drei Ansichten einer CompactFlash-I-Karte Gebräuchliche Speichermedien in der Digitalfotografie sind:

Compact-Flash-Karten bieten derzeit das mit einigem Abstand beste Preis-Leistungsverhältnis, sind äußerst robust, gleichzeitig aber auch das sperrigste noch verbeitete Speichermedium, nachdem die PC Card kaum noch in Digitalkameras genutzt wird.

Diese Speichermedien bilden nur das Äquivalent zum fotografischen Film, sie sind jedoch wiederbeschreibbar. Dies ermöglicht zwar bei geringen Aufnahmequantitäten ein vergleichsweise günstiges Preis-Leistungsverhältnis, die Digitalfotografie wird jedoch sehr aufwändig und teuer, sobald mehrere tausend Bilder in Serie aufgenommen werden sollen (z. B. in der Bildberichterstattung und Reisefotografie); das Mitführen eines Zwischenspeichers (z. B. Image Tank) oder eines Notebooks wird dann unumgänglich.

Die Digitalfotografie schließt sich unter Bedingungen aus, in denen die entsprechenden Gerätschaften aufgrund klimatischer Bedingungen (Wüstensand, hohe Luftfeuchtigkeit) oder fehlender Energieversorgung nicht betrieben werden können.

Speichermedien zum Archivieren

thumb|CD-R Rückseite Ein zuverlässiges Langzeitspeichermedium für digitale Daten existiert bisher nicht; die Problematik wird als digitales Vergessen nicht nur von Fotoamateuren, sondern auch von hauptamtlichen Bibliothekaren und Archivaren erörtert.

Selbstgebrannte CDs oder DVDs können bereits nach wenigen Jahren unlesbar werden; dasselbe gilt für Disketten, die insbesondere in der Frühzeit der Digitalfotografie noch häufig als Speichermedium eingesetzt wurden. Besonders riskant ist die Archivierung in proprietären Speichermedien wie Zip- oder Jaz-Disks, die nur von wenigen Herstellern für einen begrenzten Zeitraum hergestellt werden; entsprechend archivierte Daten können nur so lange genutzt werden, wie das benötigte Lesegerät funktionsfähig ist.

Als sehr zuverlässig gelten MO-Disketten, die jedoch nicht besonders verbreitet und preiswert sind.

Bilddatenbanken

Während in der konventionellen Fotografie die Übersicht über die einzelnen Bilder eines Filmes sehr rasch durch einen Kontaktabzug, Index-Print oder auf einem Leuchttisch möglich ist, werden in der Digitalfotografie spezielle Programme zum Auffinden von archivierten Bilddateien benötigt. Die so genannten Bilddatenbanken erzeugen ein Thumbnail des Bildes und bieten Felder zur Beschreibung des Bildes und der Aufnahmesituation; ein gewisser Komfort ergibt sich durch die Metadaten, die durch das EXIF-Format automatisch aufgezeichnet werden (Datum, Uhrzeit, Brennweite, Blende etc.).

Präsentation

Digitale Bilder können ebenso präsentiert werden wie konventionelle Fotografien; für nahezu alle Präsentationsformen existieren mehr oder minder sinnvolle Äquivalente. Die Diaprojektion vor kleinem Publikum wird beispielsweise ersetzt durch die Projektion mit einem Videoprojektor (Video-Beamer); das Fotoalbum durch die Web-Galerie; das gerahmte Foto durch ein spezielles batteriebetriebenes Display usw.

Wird eine erneute Bildwandlung (D/A-Wandlung) in Kauf genommen, können digitale Bilder ausgedruckt oder ausbelichtet werden und anschließend genauso wie konventionelle Papierabzüge genutzt werden; sogar die Ausbelichtung auf Diafilm ist möglich.

Allerdings erfordern alle digitalen derzeitigen Präsentationsformen ausreichende Technikkenntnisse sowie recht kostspielige Technik; der billigste Video-Beamer kostet derzeit noch immer etwa das Fünffache eines guten Diaprojektors. Als weiteres neues Problem stellt sich das der Kalibrierung des Ausgabegeräts, was bei den meisten Monitoren, jedoch nur bei wenigen Flüssigkristallbildschirme (LCDs) möglich ist und insbesondere bei Beamern einen erheblichen Aufwand verursachen kann.

Fotowirtschaft

Durch die enge Verwandtschaft der Digitalfotografie einerseits mit der Videotechnik und andererseits mit der Informations- und Kommunikationstechnik erschienen ab den 80er Jahren eine Reihe von neuen Akteuren wie Sony und Hewlett Packard auf dem Fotomarkt, die ihr Know-how aus dem Bereich der Video- und Computertechnik gewinnbringend einsetzen konnten. Traditionelle Fotoanbieter wie Leica gingen Kooperationen mit Elektronikunternehmen wie Panasonic, um kostspielige Eigenenticklungen zu vermeiden.

Der Digitalfotografie kommt in der Fotowirtschaft eine wachsende Bedeutung zu. So wurden nach Branchenschätzungen bereits 1999 neben 83 Milliarden analogen Fotografien schon 10 Milliarden Digitalbilder hergestellt.

Nach Angaben des Marktforschungsunternehmens Lyra Research wurden 1996 weltweit insgesamt 990.000 Digitalkameras abgesetzt. In Deutschland wurden im Jahr 2003 erstmals mehr Digitalkameras als analoge Kameras verkauft; nach Aussagen des Einzelhandels wurden 2004 bereits teilweise doppelt so viele digitale Geräte wie analoge Kameras abgesetzt.

Die bisher preiswerteste Digitalkamera wurde im Juli 2003 mit der Ritz Dakota Digital vorgestellt; dabei handelt es sich um ein Modell mit einer Auflösung von 1,2 Megapixeln (1280x960 Pixel) und CMOS-Sensor, die in den USA zu einem Preis von 11 USD angeboten wird.

Neben der Ausbreitung der Digitalfotografie in den Massenmarkt gibt es einen Trend zum Zurückdrängen der analogen Fotografie. Seit etwa 2004 ist beispielsweise eine größflächige Verdrängung fotochemischer Produkte aus dem Angebot von Fotohändlern und Elektronikmärkten zu beobachten: So ging das Produktsortiment an fotografischen Filmen deutlich gegenüber dem Vorjahr zurück. Kodak kündigte im Januar 2004 die Einstellung des Verkaufs von Filmkameras in den Märkten der Industrienationen an.

Außerdem ist eine zunehmende Medienkonvergenz von Fotografie und Computertechnik festzustellen.

Vergleich mit analoger Fotografie

Vorteile

Nachteile

Literatur

Weblinks



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