cms-journal
Nr. 26
März 2005
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Aufbereitung digitaler Bilder für Mneme und Moodle

Hannelore Schmidt, Gisela Schnabel
hschmidt@cms.hu-berlin.de, schnabel@cms.hu-berlin.de

Abstract

Bilder werden in der Datenbank unseres Medienportals einen Großteil der Objekte ausmachen. Die Archivierung wird in den meisten Fällen von ganz konkreten Forderungen abhängig sein. Wir gehen davon aus, dass genügend Speicherplatz zum Abspeichern der Dateien vorhanden ist. Gedanken müssen wir uns darüber machen, wofür unsere Bilder abgespeichert werden und in welcher Menge und welchem Format sie über das Netz transportiert werden sollen. Da Qualität von Bildern meist sehr große Datenmengen impliziert, wird das Archivieren immer ein Kompromiss zwischen Qualität und Netzlast sein. Zur Nachbearbeitung der Bilddateien empfehlen wir ausdrücklich das Programm Adobe Photoshop, da es alle Möglichkeiten bietet, die Daten in ordentlicher Form und Qualität abzuspeichern. Der folgende Artikel soll bei der Erfassung und Aufbereitung digitaler Bilder helfen.


Grundlegende Begriffe der Bildverarbeitung

Bilddateien, auch Rasterbilder, Pixelbilder oder Bitmaps genannt, bestehen aus einzelnen Bildpunkten (Pixel, px), von denen jeder eine Farbinformation in Form von Zahlen enthält. Hierbei spielen Auflösung, Farbmodus und Farbtiefe eine wesentliche Rolle. Um Qualitätsverluste beim Erstellen und Nachbearbeiten der Bilder zu vermeiden, ist es für jeden Anwender unumgänglich, sich mit diesen Begriffen vertraut zu machen. Die Anwendung von Farbmanagement-Systemen dagegen ist nur für die professionelle Druckvorstufe erforderlich.

Auflösung von Bilddateien

Für den Begriff der Auflösung existieren zwei unterschiedliche mathematische Definitionen:

  • Bei Scannern und Druckern begegnet uns der Auflösungsbegriff in seiner ursprünglichen Bedeutung, nämlich als »Anzahl von Bildpunkten pro Längeneinheit«. Die Maßeinheit ist dabei in der Regel dpi (dots per inch, 1 inch = 1 Zoll = 2,54 cm).
  • Bei Bildschirmen und Digitalkameras ist meistens eine konkrete Anzahl von Bildpunkten gemeint. Gängige Bildschirmauflösungen (Breite mal Höhe) sind beispielsweise 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768, 1200 x 1024 Pixel. Die Angaben bei Digitalkameras erfolgen häufig als Produkt dieser beiden Zahlen (z. B. 3 Megapixel statt 2048 x 1536 Pixel).

Welche Definition des Auflösungsbegriffes trifft nun auf eine Bilddatei zu? Die Antwort lautet: Es kann beides gemeint sein. Für die Größe einer Bilddatei ist die konkrete Anzahl der Bildpunkte ausschlaggebend, da sie nichts anderes ist als eine Zahlenmatrix zuzüglich einiger Zusatzinformationen. Längenmaße – und daraus resultierend die Anzahl der Bildpunkte pro Längeneinheit – sind Zusatzinformationen für Drucker und Seitenlayoutprogramme.

In Photoshop kann man alle diese Größen in dem Dialogfeld Bild: Bildgröße steuern. Einen grundlegenden Unterschied macht es aus, ob man die Option Bild neu berechnen aktiviert oder deaktiviert hat:

  • Ist Bild neu berechnen aktiviert (Standardeinstellung), kann man eine gewünschte Pixelanzahl festlegen. Die Veränderung einer der Ausgabegrößen Breite, Höhe oder Auflösung zieht jedoch ebenfalls eine Veränderung der Pixelanzahl nach sich! In jedem Fall werden auf Grundlage der alten Bildpunkte neue berechnet. Wenn auch die voreingestellte Methode Bikubisch eine gute mathematische Grundlage zur Neuberechnung aller Punkte liefert, kann sich die Qualität des Bildes dabei verschlechtern, bei einer starken Vergrößerung sogar massiv. Verringert man die Anzahl der Pixel, gehen zudem Informationen verloren.
  • Ist Bild neu berechnen deaktiviert, kann die Ausgabegröße, nicht aber die Anzahl der Pixel geändert werden. Dadurch verändern sich Längenmaße und Auflösung (im Sinne von Bildpunkten pro Längeneinheit) stets gleichzeitig.

Um Neuberechnungen, besonders Vergrößerungen, nach Möglichkeit zu vermeiden, müssten die Daten in einer ausreichenden Auflösung (Pixelanzahl) für alle später denkbaren Anwendungsfälle erfasst werden. Das wird sich – schon wegen des erwähnten Kompromisses zwischen Qualität und Netzlast – schwer realisieren lassen. Wichtig ist es, nach einer Neuberechnung das Ergebnis bei 100%-iger Darstellung zu betrachten (erreichbar z. B. durch Doppelklick auf das Zoomwerkzeug), da nur so die Qualität eines Bildes beurteilt werden kann.

Leider befindet sich in dem Dialogfeld Bild: Bildgröße ein Fehler: Die Überschrift »Dateigröße« (siehe Abb. 1) ist falsch und beruht auf einem Übersetzungsfehler. Die Größe einer Rasterdatei ergibt sich aus der Anzahl ihrer Pixel und nicht aus den für die Ausgabe bestimmten Längenmaßen. In älteren Photoshop-Versionen heißt es noch richtig »Ausgabegröße«, in englischen Versionen »document size«. Auch die Überschrift »Pixelmaße« (früher »Bildmaße«) ist in diesem Menü nicht glücklich gewählt.

Abb. 1: Das Dialogfeld »Bild: Bildgröße« in Photoshop.

Farbmodelle

Auf Monitoren werden Farben durch Mischung von rotem, grünem und blauem Licht unterschiedlicher Intensität erzeugt (RGB-Modell). Farbdrucker dagegen verwenden in der Regel die Komplementärfarben von Rot, Grün und Blau: Cyan, Magenta und Gelb, ergänzt durch Schwarz (CMYK-Modell). Auf der Grundlage eines dieser Farbmodelle können Farbinformationen für Bilder gespeichert werden. Für jeden Bildpunkt einer RGB-Datei werden drei Zahlen benötigt, die den Anteilen der Grundfarben entsprechen. Man spricht auch von den Farbkanälen Rot, Grün und Blau. Da gleiche Intensität von Rot, Grün und Blau einen Grauwert ergeben, ist bei einem Graustufenbild nur ein Kanal, der Grauwert-Kanal, erforderlich. Die Farbe eines Druckpunktes wird dementsprechend durch vier Zahlen festgelegt, den Anteilen von Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz.

Scanner und Digitalkameras liefern in der Regel RGB-Daten. Dieser Modus ist auch für die Bearbeitung und Archivierung zu empfehlen. Lediglich Bilder, die für den Offsetdruck bestimmt sind, sollten in den CMYK-Modus überführt werden.

In Photoshop wird in dem Dialogfeld Datei: Neu der Speichermodus einer Datei bestimmt, mit dem Menü Bild: Modus kann er verändert werden.

Farbtiefe

Die Farbtiefe gibt an, wie viele Bits für die Speicherung eines Bildpixels verfügbar sind. Eine größere Farbtiefe (mehr Bitinformationen pro Pixel) bedeutet mehr Farben und somit eine präzisere Farbdarstellung im digitalen Bild. Ein Pixel mit einer Farbtiefe von einem Bit hat zwei mögliche Werte, die z. B. den Farben Schwarz und Weiß entsprechen können. Ein Pixel mit einer Farbtiefe von 8 Bit hat 28 = 256 mögliche Werte, ein Pixel mit einer Farbtiefe von 24 Bit hat 224 (ca.16,7 Millionen) mögliche Werte.

RGB-, Graustufen- und CMYK-Bilder enthalten meist acht Bit pro Farbkanal. Dies entspricht einer Farbtiefe von 24 Bit bei einer RGB-Datei, von 8 Bit bei einer Graustufen-Datei und 32 Bit bei einer CMYK-Datei.TrueColor oder FullColor sind in Scannersoftware häufig verwendete Bezeichnungen für RGB-Bilddaten mit 24 oder mehr Bit Farbtiefe. Der Farbmodus Indizierte Farben ist eine spezielle RGB-Speicherform mit maximal 8 Bit Farbtiefe.

Viele Scanner sind in der Lage, mehr als acht Bit pro Kanal zu erfassen, und Photoshop bietet die Möglichkeit, mit 16 Bit pro Farbkanal zu arbeiten. Das würde bei einer RGB-Datei die Darstellung von 248 (ca. 281,4 Billionen) verschiedenen Farben ermöglichen. Dieser Modus sollte allerdings der Arbeit innerhalb von Photoshop vorbehalten sein, da er von den meisten anderen Programmen und Systemen, so auch Mneme und Moodle, nicht unterstützt wird. Vor dem Abspeichern einer solchen Datei kann mit Hilfe des Menüs Bild: Modus die Farbtiefe wieder auf 8 Bit pro Kanal herabgesetzt werden.

Farbmanagement

Scanner, Kameras, Monitore und Drucker können nicht alle mit dem menschlichen Auge sichtbaren Farben erfassen bzw. darstellen. Zudem unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen Technologie die Farbumfänge aller Gerätearten wie Scanner, Monitore, Digitalkameras, Tintenstrahl-, Laser- und Offsetdrucker. Dadurch kann beispielsweise der Farbdruck einer Datei erhebliche Abweichungen gegenüber der Bildschirmdarstellung aufweisen. Das betrifft besonders die extremen Farben des jeweiligen Modells, z. B. das voll gesättigte Rot, Grün und Blau des Monitors. Aber auch zwischen den entsprechenden Geräten verschiedener Hersteller gibt es Unterschiede, ebenso zwischen den einzelnen Modellen desselben Herstellers, ja sogar zwischen den Geräten gleicher Bauart.

Das Farbverhalten eines Gerätes kann in einer Datei, dem so genannten ICC-Profil, festgehalten werden. Viele Firmen stellen Profildateien für ihre Geräteserien zur Verfügung, professionelle Nutzer erstellen sie sich mit geeigneter Hard- und Software für ihre Geräte selbst. Durch die Auswertung dieser Dateien werden die unvermeidlichen Farbabweichungen eines Bildes auf dem Weg Scanner/Digitalkamera – Computermonitor – Drucker auf ein Mindestmaß beschränkt.

Für Dokumente, bei denen die Farbinformation auch nach längerfristiger Archivierung von Bedeutung ist, empfiehlt sich die Einbettung eines genormten RGB-Profils wie ECI-RGB, sRGB oder AdobeRGB (1989).

Auf unseren Internetseiten [5] und [6] erhalten Sie einige Hinweise zum Einrichten von Farbmanagement auf Ihrem Computer sowie eine Beschreibung des gesamten Farbmanagement-Systems in Photoshop (ab Version 6).

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Digitale Bilder in Mneme und in Moodle

Von Mneme werden zusätzlich zu dem Original von jedem Bild automatisch vier Thumbnails erzeugt und gespeichert: Zwei Miniaturansichten (in Quadrate von 80 x 80 bzw. 150 x 150 Pixeln eingepasst), eine Voransicht (350 x 350 Pixel) und eine Großansicht (700 x 700 Pixel). Die Miniaturansichten dienen der Vorschau auf dem Mneme-Leuchttisch. Nach Mausklick auf eine Miniaturansicht erscheinen wahlweise die Voransicht oder die Großansicht des Bildes. Diese beiden Varianten eignen sich bereits für Bildschirmpräsentationen. Man kann sie mit Hilfe der rechten Maustaste herunterladen. Das hochauflösende Original erhält man mittels der Download-Funktion des Systems.

Moodle dagegen speichert nur die Originaldaten, wobei es sich häufig um mehrseitige Dokumente mit eingebetteten Bildern handelt.

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Empfehlungen

Dateigrößen

JPEG-Bilder, die für Mneme bestimmt sind, sollten in der Regel nicht größer als 1500 x 2000 Pixel sein, woraus sich eine Speichergröße von 800 KB bis 2 MB ergibt. Für Bilder in Moodle empfehlen wir als Obergrenzen eine Pixelanzahl von 1024 x 768 (eine zurzeit gängige Bildschirmauflösung) sowie eine Dateigröße von 150 KB. Bitte beachten Sie, dass in Moodle eine Sperre für Dateien über 16 MB besteht und für Nutzer mit ISDN-Anschluss der Download von 1 MB vier Minuten in Anspruch nimmt.

Mehrseitige eingescannte Dokumente sollten beispielsweise bei 20 Seiten 2 MB nicht überschreiten.

Datenerfassung

Scannen

Installieren Sie die mit Ihrem Scanner gelieferte Software nach Möglichkeit so, dass sie als Zusatzmodul unter Photoshop läuft und durch Datei: Importieren aufgerufen werden kann.

Wie viele Bildpunkte vom Scanner erfasst werden, ergibt sich aus der Scanauflösung und der Größe des Bildausschnittes. Um bei einem vorgegebenen Bildausschnitt eine vorgegebene Pixelanzahl zu erreichen, muss die Auflösung von Fall zu Fall variiert werden.

Einige Beispiele:

BildausschnittAuflösung beim Scannen Erfasste Bildpunkte
9 x 13 cm350 1240 x 1791
10 x 15 cm 3001181 x 1772
21 x 27 cm (DIN A4)150 1240 x 1754
2,4 x 3,2 cm1500 1417 x 1890

Es gibt Scannersoftware, die den Nutzer an dieser Stelle unterstützt, bei weniger komfortabler müssen Sie die Berechnung der optimalen Scan-Auflösung selbst durchführen.

Wir empfehlen, so gut wie alle Vorlagen mit 24 oder mehr Bit Farbtiefe einzuscannen und Modusänderungen/Farbreduzierungen zur Speicherplatzverringerung in Photoshop vorzunehmen.

Es folgen einige Tipps für unterschiedliche Vorlagen, ausführlichere Beschreibungen finden Sie in [3] und [4].

  • Texte, die wegen schlechter Qualität mit Texterkennungswerkzeugen wie Omnipage oder Finereader zu keinem befriedigenden Ergebnis führen, scannen Sie wie Bilder mit 200 bis 300 dpi. Bei einem Fax sind 150 dpi ausreichend. Die Acrobat-Funktion PDF erstellen: Von Scanner ist wegen schlechter Kompression nicht zu empfehlen.
  • Zum Scannen von Dias und Negativen bieten Flachbettscanner mit Durchlichtaufsatz eine preisgünstige Möglichkeit, wobei für Kleinbildvorlagen die optische Auflösung meist nicht ausreichen wird. Verwenden Sie in keinem Fall eine höhere Auflösung als die vom Hersteller angegebene optische (nicht interpolierte!) Auflösung des Scanners. Für Kleinbildvorlagen gibt es Filmscanner mit einer Auflösung von 2700 bis 7200 dpi.
  • Gedruckte Vorlagen bestehen aus Rasterpunkten, die sich beim Scannen unschön bemerkbar machen. Hier sollten Sie mit einer höheren Auflösung scannen und anschließend die Anzahl der Bildpunkte reduzieren. Damit wird durch die Interpolation zwischen benachbarten Punkten der Rastereffekt abgemildert. An dieser Stelle muss in der Regel ein wenig experimentiert werden. Bei unglücklicher Überlagerung des Scan-Rasters kann es zu gleichmäßigen Mustern auf dem eingescannten Bild kommen. Diesen so genannte Moiré-Effekt können Sie einschränken, indem Sie die Vorlage vor dem Scannen etwas drehen.

Digitale Bilder aus Kameras

Es ist ausreichend, wenn die Kamera eine physikalische Auflösung von 3 MP hat. Bei Kameras mit 6 bis 7 MP sind nur Modelle mit großem Bildwandler zu empfehlen, deren Preise zzt. noch über 2 000 € liegen.

Datenkomprimierung

Zur Reduzierung des Speicherplatzes empfehlen wir für die unterschiedlichen Arten von Bilddateien folgende Maßnahmen:

  • Weisen Sie Farbfotos den Modus RGB mit 8 Bit je Kanal und Schwarz/Weiß-Fotos den Modus Graustufen zu und wählen beim Speichern das jpg-Dateiformat. Mit diesem Format kann die Dateigröße durch Komprimierung erheblich reduziert werden. Es handelt sich jedoch um eine verlustbehaftete Komprimierung, die in Photoshop durch die Auswahl verschiedener Qualitätsstufen gesteuert werden kann (Abb. 2). Je höher der Komprimierungsgrad, desto niedriger ist die Bildqualität. Bei Auswahl der höchsten Qualitätsstufe ist das Ergebnis meistens nicht vom Original zu unterscheiden. Photoshop erlaubt die Auswahl der Stufen 0 bis 12 (Datei: Speichern unter) bzw. 0 bis 100 (Datei: Für Web speichern), jeweils mit Vorschau und voraussichtlicher Dateigröße. In dem Dialogfeld Datei: Für Web speichern kann man sich gleichzeitig das Original und drei verschiedene Qualitätsstufen anzeigen lassen.
  • Gescannte Texte und Grafiken mit wenigen Farben können Sie in Photoshop aus dem Modus RGB in den Modus Indizierte Farben (Abb.3) umwandeln. Besteht die Datei nur aus Text, sind zwei bis vier Farben ausreichend. Wichtig bei dieser Modusänderung ist die Auswahl der Palette. Hier sollten Sie bei aktivierter Vorschau mit den verschiedenen Varianten und Optionen experimentieren. Danach speichern Sie die Datei im PNG- oder PDF-Format ab. Ein ähnliches Ergebnis erzielen Sie mit dem Dialogfeld Datei: Für Web speichern und dem Optimierungsformat PNG-8. Die Paletten werden hier als Farbreduktionsalgorithmen bezeichnet (Abb. 4).
Abb. 2: jpg-Dateien, in Photoshop mit höchster (links) und niedrigster Qualitätsstufe gespeichert.
Abb. 3: Das Menü »Bild: Modus« und das Dialogfeld »Indizierte Farben« in Photoshop.

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Abb. 4: Ausschnitt aus dem Dialogfeld »Datei: Für Web speichern« in Photoshop.

Mehrseitige Dokumente

Um mehrere gescannte Seiten zu einer Datei zusammenzufügen, sollten Sie diese im PDF-Format speichern. Anschließend benutzen Sie in Adobe Acrobat entweder das Dialogfeld Datei: PDF erstellen: Aus mehreren Dateien (Abb. 5 und 6) oder – bei bereits geöffneten Dateien – den Karteireiter Seiten. In letzterem Fall können Sie sich Ihr Dokument aus den einzelnen Seiten der Dateien per Drag and Drop zusammenstellen.

Abb. 5: Adobe Acrobat: »PDF erstellen«.
Abb. 6: Adobe Acrobat: Das Dialogfeld »PDF aus mehreren Dokumenten erstellen«.

Lizenzen

Von den Adobe-Produkten Photoshop und Acrobat erhalten Mitarbeiter der HU bei der Zentralen Softwarebeschaffung des CMS kostengünstige Campus-Lizenzen für Forschung und Lehre.

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Empfehlungen...

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Weiterfuehrende Literatur

1 Ihrig, Sybil und Emil: Professionell Scannen. Heidelberg, Dpunkt-Verlag, 1999
2 Lewandowsky, Pina: Photoshop 7. Hamburg, Rowohlt, 2003
3 Schmidt, Hannelore: Wie scanne ich richtig. RZ-Mitteilungen Nr. 20, Juni 2000, S. 45–50, http://edoc.hu-berlin.de/e_rzm/20/
4 Schmidt, Hannelore: OCR – Was macht's, was bringt's. RZ-Mitteilungen Nr. 23, Mai 2002, S. 45–47, http://edoc.hu-berlin.de/e_rzm/23/