DPI und Pixel

Hier gibt es einiges an grauer Theorie. Darum wendet sich diese Seite an die jenigen die sich mit der Materie tiefer auseiander setzen möchten. Es ist nicht unbedingt nötig, dient aber dem besseren Verständnis.
Also ab jetzt wird es “trocken”!

Punktdichte
Die Punktdichte ist 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, engl. für Punkte pro Zoll),
* ppi (pixel per inch, engl. für Pixel pro Zoll),
* lpi (lines per inch, engl. für Zeilen pro Zoll).

Von Punktdichte spricht man außerdem auch bei einer gerasterten Bildabtastung, z. B. 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, u. a. 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 90er 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 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 oder vergrößert 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 (dots), Pixel, eine Anzahl Zeilen bzw. Spalten, eine Gesamtanzahl von Pixeln oder um eine rein rechnerische Größe (z. B. 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 u. a.

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

Die Unterscheidung ist wichtig, da z. B. 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 (sog. Dots) aufgeteilt, so verwendet man die Einheit dpi, ansonsten ppi. Die Aufteilung der Pixel in verschieden farbige Wiedergabepunkte geschieht bei vielen bildgebenden Verfahren, z. B. beim Vierfarbdruck, aber auch bei einem normalen Bildschirm. Dort verwendet man für die einfarbigen Wiedergabepunkte auch die Begriffe Subpixel, Segment oder Sample.

Punktdichte
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

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.

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.

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.

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 bzw. 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).

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.

Grafikdatei
Die Wiedergabequalität im Sinne von „Detailreichtum“ von Rastergrafik-Dateien (beispielsweise im JPG- oder PNG-Format) hängt im Wesentlichen vom Wiedergabeverfahren sowie der Bildgröße der Grafik in (Mega-)Pixeln ab.
Die Datei selbst besitzt keine qualitätsbestimmende Punktdichte.
Vektorgrafikdateien sind ihrer Natur nach rasterlos und besitzen ebenfalls keine qualitätsbestimmende Punktdichte.

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.

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