Bildauflösung

Um zu verstehen, was die Auflösung wirklich ist und welche Bedeutung sie in der Praxis hat, muss man mit der Vorstellung des kleinsten, einheitlichen am Display angezeigten Elements beginnen, das Pixel heißt (px). Jedes Pixel hat die Möglichkeit der Anzeige von drei Farben gleichzeitig in der RGB-Konfiguration (rot, grün, blau), mit unterschiedlichen Helligkeits-Intensitäten. Dank dessen ist die Anzeige von fast jeder Farbe möglich (Abb. 1). Die Sammlung symmetrisch am rechteckigen Raster angeordneter Pixel ist ganz einfach das Display. Obwohl die Konstruktion der Geräte für die Bildanzeige unterschiedlichst sein kann, ist ihr Funktionsprinzip für gewöhnlich das Gleiche. In Monitoren vom LCD-Typ trifft man manchmal "tote Pixel" an. Dabei handelt es sich um beschädigte Pixel, die keine Steuermöglichkeit mehr haben. Sie emittieren keine Farbe, weshalb sie als schwarzer Punkt zu sehen sind.

Abb. 1. Vergrößertes Bild, das sich aus 9 Pixeln zusammensetzt

Nachstehend wurden als Beispiel Bilder in mehreren häufigen Auflösungen dargestellt. Das Eingangsbild war ein Foto mit einer Auflösung von 2048x1536. Natürlich wurde es verkleinert, um hier Platz zu finden, aber die Skala zwischen den einzelnen Bildauflösungen wurde erhalten (Abb. 2).

Abb. 2. Vergleich mehrerer häufig angewandter Auflösungen

Zur Erleichterung haben die häufig angewandten Auflösungen ihre Namen erhalten. Beispielsweise registriert eine Kamera, wenn in ihren Daten die Auflösung VGA angegeben wurde, Bilder mit einer Größe von 640x480 px. Ein anderer, recht wesentlicher Parameter, der untrennbar mit der Auflösung verbunden ist, ist das Bildformat, das als Quotient der Bildlänge zur Höhe beschrieben wird. Das beliebteste Bildformat ist 4:3, das im Prinzip seit Anbeginn des Fernsehsignals verwendet wird, sowie das Panoramaformat 16:9, das als Standardsignal für hohe Auflösung verwendet wird.

Tab. 1. Ausgewählte Auflösungen und ihnen entsprechende Bezeichnungen

Bildauflösung - Grafikdarstellung 

Somit ist also das Bild größer, je größer die Auflösung ist, und enthält auch mehr Details - braucht aber auch mehr Festplattenplatz. Unten sehen Sie zum Vergleich Screenshots zweier Industriekameras aus dem Angebot der Firma Delta: C86A-2812 sowie APTI-32C4-2812. Man darf sich nicht nach den Unterschieden der Farbtiefe, Schärfe oder des Blickwinkels richten, da es sich dabei um unterschiedliche Kameramodelle handelt, die in unterschiedlichen Standards arbeiten. Darüber hinaus wirken sich noch viele weitere Faktoren auf die Bildqualität aus. Hier sollte man lediglich auf die Auflösung achten, mit der beide Geräte arbeiten. Die erste Kamera arbeitet im PAL System. Obwohl dies ein analoges in Anzahl der Linien gemessenes Signal ist, beträgt seine Größe umgerechnet in Pixel 720x576. Das zweite ist eine IP-Kamera, die die Aufzeichnung mit einer Auflösung von 2048x1536 ermöglicht. Man sieht sofort, dass bereits der Zahlenunterschied enorm ist. Wie sieht das in der Praxis aus?

Abb. 3. Vergleich der Screenshots von den Kameras APTI-32C4-2812 sowie C86A-2812

Wie man sieht, ist der Unterschied enorm (Abb. 3). Das ist der beste Beweis dafür, dass auch in der Industrie-Überwachungsbranche die immer neu erscheinenden Technologien alte verdrängen. Als Beweis, dass das aus mehreren Pixeln bestehende Bild präziser ist, kadrieren wir beide Bilder so, dass die Uhrzeit auf der im hinteren Raumteil sichtbaren Uhr abgelesen werden kann. Das ist unser Ergebnis (Abb. 4).

Abb. 4. Vergleich der vergrößerten Fragmente der Screenshots. Links der Screenshot der Kamera APTI-32C4-2812, rechts C86A-2812

Das Bild von der Kamera APTI-32C4-2812 wurde ausgedruckt und zweifach vergrößert. Zwar ist die Uhrscheibe nicht genau zu sehen, aber man kann erahnen, welche Uhrzeit angezeigt wird. Problemlos sind dafür die Aktenordner-Zahlen oder das Gesicht der Puppe erkennbar. Rechts ist das Kamerabild C86A-2812, auf dieselbe Weise kadriert und mehrfach vergräért, um mit seiner Größe dem Bild der APTII Kamera z entsprechen. Leider ist die Qualität nicht zufriedenstellend, es fehlen Details, Objekte sind verformt, ihre Ränder zerfetzt. Runde Konturen werden quadratisch. Dieser Effekt, „Pixelose” genannt, entsteht dann, wenn man es mit einer zu geringen Bildauflösung zu tun hat. Natürlich würde das linke Bild bei weiteren Vergrößerungsversuchen „quadratischer” werden, jedoch erst nach viel späterer Zeit als beim Bild mit niedriger Auflösung.

Wie wir bereits erwähnt haben, ist die Auflösung nicht der einzige Parameter, der sich auf die Bildqualität auswirkt, aber er ist doch sehr bedeutend. Je höher die Auflösung, umso mehr Speicherplatz nimmt das Bild oder der Film ein, und somit sind leistungsstärkere Geräte erforderlich, die diese speichern können. Bei der Wahl des Recorders zur Bedienung von Industriekameras ist auch auf die bedienten Auflösungen zu achten. Es wird angenommen, dass der Film für das menschliche Auge dann fließend ist, wenn er mit einem Tempo von 25 Frames pro Sekunde aufgenommen wurde. Das bedeutet, dass in einer Sekunde Videosequenz 25 Bilder notwendig sind. Für eine Auflösung von 1920x1080 und die Anzahl 25 Frames pro Sekunde kann eine Speichergeschwindigkeit von bis zu 10 Mb/s (Megabit pro Sekunde) notwendig sein. Deshalb darf man nicht vergessen, dass der Recorder prinzipiell die Möglichkeit des Anschlusses von mehr als einer Kamera hat, also ist die von ihm zu bedienende Datenmenge enorm. Natürlich gibt es unterschiedliche Komprimierungsmethoden für das Signal in Industriekameras, um die Anforderungen zu senken. Heutige Recorder besitzen auch große Möglichkeiten der Konfiguration nach dem Prinzip „auf Kosten von etwas anderem”, z. B. bessere Auflösung auf Kosten der Anzahl der Frames pro Sekunde. All diese Informationen sollten berücksichtigt werden, wenn man sich beim Kauf für den Recorder entscheidet.

Will man das beste Ergebnis erzielen, wählt man ein Gerät guter Klasse, das den Kameras nachkommt. Als Beispiel prüfen wir, welche Speichermöglichkeiten ein Gerät der guten Klasse mit vernünftigem Preis bietet - der Recorder HYBRO-416 aus dem Angebot der Firma Delta.

Das Gerät kann mit Kameras in unterschiedlichen Standards zusammenarbeiten – AHD (Analog High Definition), PAL sowie IP. Wir befassen uns jetzt mit Ersterem. AUf dem Recorder wird die Speicherauflösung auf 1280x720 eingestellt, wir erhalten insgesamt 100 Frames pro Minute aufgeteilt auf 4 Kanäle, also 25 pro Kanal. Wenn man die Auflösung hingegen auf 1920x1080 steigert, fällt die Geschwindigkeit auf 60 Frames pro Sekunde, was aufgeteilt nur noch 15 Frames pro Sekunde bietet. Das Bild wird weiterhin eine gute Qualität haben aber nicht mehr so fließend sein.

Manchmal trifft man, wenn man sich in die Spezifikation des jeweiligen Aufnahmegeräts vertieft, auf den Ausdruck interpolierte Auflösung. Dies ist eine eigene Art von Marketing-Trick, der erbarmungslos von Herstellern elektronischer Geräte verwendet wird und an unbewusste Benutzer gerichtet ist. Der Eingriff der Interpolation ist, kurz gesagt, die künstliche Erhöhung der Auflösung des registrierten Bilds. Häufig sind in solchen Geräte schwache Sensoren eingebaut, die das Bild nur in einer Auflösung von 640x480 oder 800x600 aufnehmen. Das setzt sich auf die allgemeinen Kosten des Geräts um, das allgemein günstiger ist. WIe ist es somit möglich, dass das Bild im Format 1280×720 aufgenommen wurde, was darauf hinweisen würde, dass es sich um ein HD Bild handelt? Dafür ist die Elektronik des jeweiligen Geräts verantwortlich. Zwischen zwei Pixeln werden weitere eingefügt, deren Fabre und Helligkeit mithilfe von Algorithmen auf Basis der Nachbarpixel berechnet werden. Auf diese Weise werden zusätzliche Pixel gewonnen, wodurch die Auflösung steigt. Leider kann das so erhaltene Bild aus offensichtlichen Gründen nicht von besserer Qualität sein. Es unterscheidet in eigentlich keiner Weise von einem auf demselben Gerät in niedrigerer Auflösung registrierten Bild, mit dem Unterschied, dass es einfach größer ist.

WIe bereits erwähnt ist die Auflösung des registrierten Bilds nicht alles. Manchmal kann sich herausstellen, dass eine Kamera mit geringerer Auflösung eine bessere Aufnahmequalität in Abhängigkeit von dem darin eingesetzten Grafikprozessor oder Sensor liefern kann. Nicht ohne Bedeutung ist auch die Umgebung, in der sie arbeiten soll. Wie man sieht, gehört die Wahl des richtigen Geräts nicht zu den einfachsten Entschiedungen. Man kann nicht eindeutig sagen, welche Kamera mit welcher Auflösung die beste Wahl sein wird. Jedes Projekt sollte durchdacht und individuell analysiert werden, wobei Ihnen die Mitarbeiter der Firma Delta gerne zur Seite stehen.