Farben in Bits und Bytes – Farbtiefe und Farbauflösung

Neben der eigentlichen »Pixel«-Auflösung ist auch die so genannte Farbtiefe ein qualitätsrelevanter Faktor bei der Digitalkamera. Ein Bildpunkt ist schließlich nicht nur ein Punkt an einer bestimmten Stelle des digitalen Bildes, sondern er besitzt auch eine ganz bestimmte Farbe, und diese sollte als Qualitätsmerkmal möglichst nah am Original sein.

Stichworte zum Inhalt

Farbtiefe

BIT & Byte

JPEG

RAW

 

Um die Bedeutung der Farbtiefe zu verstehen, muss man sich einmal die Art und Weise anschauen, mit der die Farbigkeit eines Pixels gespeichert wird.

Die Farbtiefe gibt die mögliche Anzahl von Helligkeits- beziehungsweise Farbabstufungen in einem Bild an. Das menschliche Auge erkennt in einer farbigen Fläche etwa 100 verschiedene Abstufungen – beispielsweise 100 verschiedene Varianten der Farbe Rot. Im Bereich der digitalen Bildaufzeichnung und -bearbeitung hat sich ein Wert von 256 Helligkeitsstufen pro Farbkanal als Standard etabliert. Um diese Farbinformationen in einem digitalen Bild zu speichern, ist ein Speicherplatz von acht Bit nötig. Diese Angabe findet sich auch in der Bezeichnung der Bilddaten wieder. Bei einem 8-Bit-Bild mit maximal 256 unterschiedlichen Helligkeitsabstufungen in einem einzigen vorhandenen Farbkanal handelt es sich um ein Schwarzweißbild.

Im Gegensatz zu Schwarzweißbildern, die nur aus einem Farb- oder besser gesagt Helligkeitskanal bestehen, werden Farbbilder aus den drei Farben Rot, Grün und Blau (RGB) additiv zusammengemischt. Dabei hat jede Farbe ihren eigenen Kanal. Pro Farbkanal können bei 8 Bit Farbtiefe wieder 256 Helligkeitsunterschiede dargestellt und beliebig miteinander kombiniert werden. Insgesamt macht das 16,7 Millionen Variationsmöglichkeiten oder Farbnuancen (256 Rot x 256 Blau x 256 Grün). Stehen die Werte für Rot, Grün und Blau alle auf null, so ergibt sich Schwarz; bei 255, 255, 255 entsteht Weiß. Sind die drei Farbanteile gleich (beispielsweise 150, 150, 150), so definieren sie einen neutralen Grauton.

Der dafür benötigte Speicherplatz beträgt 3 x 8 Bit also 24 Bit. Das Ergebnis ist also ein Bild mit 24-Bit-Farbtiefe, ein so genanntes Truecolor-Bild. Dieses kann von Truecolor-Geräten wie Computermonitor, Grafikkarte und Drucker angezeigt und ausgegeben werden, die alle mit maximal 24-Bit-Farbtiefe arbeiten.

Bei 24-Bit ist auf der Farbtiefenqualitätsskala aber noch nicht Schluss. Einige Geräte arbeiten mit 30, 36 oder sogar 48 Bit. Je höher die Farbtiefe, umso besser kann die Kamera feine Abstufungen in den Tiefen und Lichtern unterscheiden. Bei 30 Bit stehen dafür statt der 16,7 Millionen eine Milliarde und bei 36 Bit sogar 68 Milliarden Nuancen zur Verfügung.

Zwar wird diese enorme Farbauswahl für die Weiterverarbeitung letztendlich wieder auf die gängigen 24 Bit reduziert; dabei können jedoch die kritischen Bereiche wegen des umfangreicheren »Ausgangsmaterials« wesentlich differenzierter wiedergegeben werden.

Die meisten Kameras arbeiten im JPEG-Dateiformat mit der üblichen 24-Bit-Farbtiefe. Lediglich im RAW-Modus können Bilddateien mit einer Farbtiefe von bis zu 48 Bit generiert werden. Wer also auf der Suche nach der besten Farbausbeute ist, der sollte im RAW-Modus fotografieren. Mehr dazu im folgenden Abschnitt.

Farbe benötigt Speicherplatz

Und noch ein interessanter Zusammenhang: Die meisten Kameramodelle liefern, wie im oberen Absatz beschrieben, Bilddateien mit acht bis 16 Millionen Pixeln Auflösung. Bleiben wir mal am unteren Ende der Skala: Um zu ermitteln, wie groß der Speicherbedarf für ein solches 8-Megapixel-Bild ist, können Sie das oben angeführte Rechenspiel noch weiter treiben. Um einfacher mit den Zahlen zu jonglieren, wandeln wir die Bits in Bytes um, denn die Größe digitaler Bilder wird in (Mega-)Byte gerechnet: Acht Bit entsprechen dabei einem Byte. Jede Sensorzelle einer 8-Megapixel-Kamera erhält – wenn auch nur durch Farbinterpolation – die volle RGB-Farbtiefe von 3 x 8 Bit oder umgerechnet von 3 x 1 Byte. Wenn Sie die drei Byte Farbtiefe mit den acht Millionen Sensorzellen des CCD, die das Bild aufzeichnen, multiplizieren, kommen Sie auf eine Dateigröße von 24 Millionen Byte pro Bild. Würden Sie eine solche Datei in ihrer vollen Größe speichern, wäre Ihre Speicherkarte schnell voll. Deshalb greifen beim Abspeichern im JPEG-Format verschiedene Komprimierungsmethoden, die die gigantischen Datenmengen klein rechnen. In der Regel nimmt eine Datei aus einer 8-Megapixel-Kamera zwischen 1,5 und zwei Megabyte Speicherplatz in Anspruch.

Beim RAW-Format sind die Dateien aufgrund der höheren Farbtiefe etwas größer. Bei unserem Beispiel rangieren die Dateigrößen um die sieben MB.

Je größer die Farbtiefe, desto besser ist die Qualität eines Bildes und desto besser lässt es sich bearbeiten, ohne dass Tonwertlücken auftreten und das Bild in den Lichtern ausfrisst oder in den Tiefen zuläuft. Durch eine höhere Farbtiefe zeigen alle Bereichen eines Bildes mehr Farbinformationen. Eine Datei mit 8-Bit-Farbtiefe zeigt maximal 256 verschiedene Helligkeitsabstufungen pro Farbekanal; eine Datei mit 48-Bit-Farbtiefe kann mehr als 35 Billionen verschiedene Farben darstellen.

Farbtiefe berechnen

8 Bit = 256 Helligkeitsabstufungen pro Farbkanal

10 Bit = 1.024 Helligkeitsabstufungen pro Farbkanal

12 Bit = 4.096 Helligkeitsabstufungen pro Farbkanal

14 Bit = 16.384 Helligkeitsabstufungen pro Farbkanal

16 Bit = 65.536 Helligkeitsabstufungen pro Farbkanal

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