Informationsdichte / Auflösung eines Fotos bestimmen

[UlZi]

Hallo,
ich habe nun einige Dias mit 2500 DPI im verlustfreien TIFF-Format gescannt.
Wenn ich mir die Scans vergrößert anschaue, sehe ich, dass erheblich weniger DPI gereicht hätten, um die abzutasten, da die Dias nicht so scharf belichtet sind.
Jetzt würde mich interessieren, um welchen Faktor ich die Auflösung verringern kann, ohne dass Bildinformation verloren geht. Quasi eine Zahl ähnlich der Entropie in der Informationstheorie.
Gibt es einen Algorithmus oder eine Software, die eine solche Zahl aus gegebenen Scans berechnen kann?

Ziel ist, die Bild-Größe und damit die Dateigröße optimal zu verringern.

[Bobby]

Verstehe ich das richtig: Du scannst die Bilder mit 2'500 dpi, speicherst diese als tif ab und findest dann die Dateigrösse zu gross und willst diese durch Scans mit einer kleineren Auflösung verkleinern. Das ist der falsche Weg.

Scannen solltest Du immer mit der nativen Auflösung des Scanners und mit 48 bit, und als tif abspeichern. Von diesem tif aus kannst Du dann eventuelle (optionale) Bildbearbeitungen vornehmen und anschliessend in einem Format mit kleiner Dateigrösse abspeichern, zB als jpeg (24 bit). Wobei Du dann noch die Komprimierung des jpeg in der Bildsoftware einstellen kannst.

Beiliegend findest Du einen Ausschnitt aus einem Diapositiv. Das Diapositiv ist 36 mm breit, der Ausschnitt 9 mm. Der Ausschnitt geht also über 1/4 der Bildbreite.

Der Scan wurde mit 4000 dpi gemacht und als 48 bit tif gespeichert. Das oberste Bild gibt einen Ausschnitt aus diesem tif; es ist also die beste Version. Dann habe ich dieses tif im IrfanView als jpeg abgespeichert, mit verschiedener Kompression. Das sind dann die beiden unteren Bilder.

• oben: 48 bit tif, Dateigrösse 113 MByte (ganzes Dia)

• mitte: jpeg, ohne spezielle Kompression (Irfan View Qualität 100%), Dateigrösse 12.3 MByte

• unten: jpeg, stärkere Kompression (IrfanView Qualität 40%), Dateigrösse 1.20 MByte

Du siehst, dass auch hier die Bildschärfe schlechter als die Auflösung des Scanner ist. Die Pixels des Scanners sind aber trotzdem sehr nützlich, da diese bei der Bildbearbeitung verwendet werden, und dabei weniger interpoliert werden muss.

Ich denke, Du wirst mit der Bildqualität der stärkeren Kompression vermutlich zufrieden sein. Beachte aber, dass bei der Umwandlung ins jpeg aber auch farbliche Nuancen verloren gehen; 24 bit (jpeg) sind eben weniger als 48 bit (tif), und die Kompression tut auch ein wenig dazu. Musst es einfach ausprobieren und die Kompression wählen, die Dir am besten zusagt.

[Jossie]

Hallo,

vielleicht hilft Dir der Wavelet-Algorithmus weiter. Er zerlegt das Bild in Teilbilder unterschiedlicher Auflösung. Eine Anwendung davon findet sich z.B. in RawTherapee.

IrfanView ist für Demo-Zwecke okay, sollte aber nicht zum Binnen der fertigen Bilder verwendet werden, denn es zerstört das Farbmanagement.

Hermann-Josef

[Bobby]

IrfanView habe ich nur als Beispiel genommen, weil man hier am Raschesten ein Ergebnis hat. Zur "Verkleinerung" der Dateien durch Einstellen der Kompression verwende ich, wenn ich ein gutes Resultat haben will, immer RaWTherapee.

[UlZi]

Also mein Scanner, Braun MultiMag 6000 kann 5000 DPI nativ. Ich habe aber dennoch nur mit 2500 DPI gescannt, da die alten Dias noch wesentlich unschärfer sind. Bei 5000 DPI hätte ich 4-fach große Dateien und doppelte Scan-Zeit für nix. Einzig die Stauberkennung könnte bei 5000 DPI leicht besser ausfallen. Ich bin mit den Ergebnissen aber so erst mal zufrieden.
Ich hatte die Scans mit VueScan erst mal als raw mit 64 Bit/Px abgespeichert. In einem 2. Schritt habe ich die Bilder exakt gedreht und beschnitten und der Staubentfernung unterzogen (ebenfalls mit VueScan) und dann wieder als raw mit 48 Bit/Px abgespeichert.

Die folgenden Ausschnitte von sehr scharfen Stellen zeigen vielleicht besser, was ich meine. Am Raster erkennt man die einzelnen Pixel. Meiner Meinung nach sind die Fotos erheblich überabgetastet. Besser war die Kamera damals nicht.

2500-DPI-Schärfe_1.jpg (97.92 KiB) 557 mal betrachtet

2500-DPI-Schärfe_2.jpg (185.59 KiB) 557 mal betrachtet

Aus dem Bauch heraus geschätzt könnte man die Bilder locker um Faktor 2 runterskalieren/binnen, ohne dass man Schärfeverluste bemerkt. Aber vielleicht ginge auch noch mehr. Ich denke, man müsste sowas wie ein Ortsfrequenz-Histogramm erstellen. Da könnte man dann sehen, ab welcher Frequenz kaum noch Signal da ist, und die dann in DPI umrechnen. Das mit dem Wavelet-Algorithmus ist vielleicht genau das. Dann werde ich mir RawTherapee mal genauer anschauen müssen. Hoffentlich finde ich da die passende Funktion.

Interessant wäre auch zu wissen, ob die rot-grün-Verschiebung schon im Original so ist, oder der Scanner die produziert hat. Ist letzteres denkbar?

[Bobby]

Du zeigst hier Ausschnitte aus jpeg Bildern. Diese sind bereits geglättet. Kannst Du Screenshots von den tif Bildern (mit Pixelraster) machen?

[UlZi]

Du zeigst hier Ausschnitte aus jpeg Bildern. Diese sind bereits geglättet.

In PNG oder gar TIFF-Format übersteigen sie die maximale Datei-Größe.
Die Rasterdarstellung entsteht, wenn ich das RAW-TIFF in VueScan ganz stark vergrößere. Jedes Quadrat entspricht einem Pixel aus dem Original. Davon hatte ich dann einen Screen-Shot gemacht.

Kannst Du Screenshots von den tif Bildern (mit Pixelraster) machen?

Nur vom ersten, das ist als PNG noch unter 1 MByte.

2500-DPI-Schärfe_1.png (643.11 KiB) 549 mal betrachtet

[Joe]

Das Scannen dürfte doch mit 2.500 dpi nur unwesentlich schneller sein als mit 5.000 dpi.

Speicherplatz kostet heute doch nichts mehr. Als ich mit dem Scannen angefangen habe, war das ein Thema, da hat eine 200 MB (!) Festplatte 300 Euro gekostet.

Daher wäre ich auch beim Ansatz: mit 5.000 dpi Scannen und später daraus (falls notwendig) andere "Format" generieren.

[UlZi]

Das Scannen dürfte doch mit 2.500 dpi nur unwesentlich schneller sein als mit 5.000 dpi.

Wenn doppelt unwesentlich ist, dann ja. Der Scankopf wird genau doppelt so schnell über das Dia gefahren.

Hier noch zwei 8-fach-Vergrößerungen (raw-Farbraum, und nur 24 Bit wegen IrfanView) wo die Pixel nicht geglättet sind:

raw480048_Ausschnitt_8_2.png (870.98 KiB) 539 mal betrachtet

raw480048_Ausschnitt_8_3.png (54.97 KiB) 538 mal betrachtet

[Bobby]

Ich möchte Joe's Vorschlag unterstützen, mit der nativen Auflösung zu scannen und dann nachher anhand des Scans das gewünschte Format herzustellen. Das ist technisch die einzig saubere Lösung.

Mein Coolscan macht den 4000 ppi Scan eines Dias inklusive separater Belichtung des iR Kanals in 22 Sekunden, plus 2 Sekunden für iR-Staubkorrektur und Abspeichern. Ich verwende ein Diamagazin, und so ist mir die Dauer der Belichtung eigentlich egal.

Beiliegend noch der gleiche Ausschnitt von der Häusergruppe von vorhin, aber:

• 48 bit tif, auf doppelter Pixelgrösse ("Resize 0.5" in RawTherapee, entspricht einer Auflösung von 2000 ppi)

Und dann eine Zusammensetzung von 4 Bildern (Ausschnitt am grossen Haus rechts in der Häusergruppe):

• links oben: 48 bit tif, 4000 ppi Dateigrösse 115 MByte

• rechts oben: 48 bit tif, 2000 ppi, Dateigrösse 26.1 MByte

• links unten: 24 bit jpeg, 100%, 4000 ppi, Dateigrösse 12.3 MByte

• rechts unten: 24 bit jpeg, 40%, 4000 ppi, Datgeigrösse 1.20 MByte

Die Erstellung der jpeg erfolgte (der Einfachheit halber) mit IrfanView, die % Angabe bezieht sich auf die dort gewählte "Qualität" (Kompression).

Anhand dieser Bilder solltest Du sehen können, dass man mit der Wahl des Bildformats weit mehr die Dateigrösse verkleinern kann als mit einer geringeren Auflösung des Scans.

[UlZi]

Ich möchte Joe's Vorschlag unterstützen, mit der nativen Auflösung zu scannen und dann nachher anhand des Scans das gewünschte Format herzustellen. Das ist technisch die einzig saubere Lösung.

Dafür ist es jetzt erst einmal zu spät. Die Scans sind im Kasten. Scannen + genaues manuelles Beschneiden haben mich 5 Monate Arbeit gekostet, das mache ich nicht nochmal.

Mein Coolscan macht den 4000 ppi Scan eines Dias inklusive separater Belichtung des iR Kanals in 22 Sekunden, plus 2 Sekunden für iR-Staubkorrektur und Abspeichern. Ich verwende ein Diamagazin, und so ist mir die Dauer der Belichtung eigentlich egal.

Mein MM 6000 ist leider nicht so schnell, braucht dafür bei voller Auslösung 4-6 Min. pro Dia, bei halber Auflösung 2-3 Min.

Danke noch mal für die Fleißarbeit mit den Beispielen.
Im linken 4000 DPI Bild sehe ich keine schärferen Details, als im rechten 2000 DPI Bild.
Im JPG hingegen sieht man einen leichten Schärfe-Verlust.
Mich würde deshalb noch folgendes interessieren

1. Wie sähe es aus, wenn man das 2000 DPI TIFF-Ergebnis mit einem guten Algorithmus wieder auf 4000 DPI hoch skalieren würde. Das mit dem 4000 DPI Original nebeneinander verglichen würde zeigen, ob und wie viel Details verloren gehen.
2. Wie sehen die oberen beiden Ausschnitte aus, wenn man die soweit glätten würde, dass man die Quadrate kaum noch wahrnimmt? Auch das könnte zeigen, ob hier ein 2000 DPI RAW-TIFF zum Archivieren reichen würde.

Anhand dieser Bilder solltest Du sehen können, dass man mit der Wahl des Bildformats weit mehr die Dateigrösse verkleinern kann als mit einer geringeren Auflösung des Scans.

Das ist schon klar, dass man mit JPG viel besser komprimieren kann. Mir geht es aber darum, die 48 Bit RAW-TIFFs für's Archiv möglichst klein zu machen. Die 48 Bitt sollen dabei erhalten bleiben, damit man später z.B. dunkle Bereiche noch gut aufhellen kann, ohne dass Details verloren gehen. 3x12=36 Bit würden vermutlich auch reichen, doch so ein Format gibt es wohl nicht. Mit 24 Bit JPGs ist das Aufhellen dunkler Bereiche dann oft nicht mehr möglich.

[Joe]

Hast Du Alternativ Mal versucht die Scans mit einer AI Software zu optimieren. Damit habe ich schon gute Erfahrungen gemacht. Momentan habe ich für die ganze Thematik "Rund ums Scannen" leider nicht genug Zeit. Bei der AI Software solltest Du darauf achten, dass es eine ist, die Du individuell einstellen kannst.

[Bobby]

Wie sähe es aus, wenn man das 2000 DPI TIFF-Ergebnis mit einem guten Algorithmus wieder auf 4000 DPI hoch skalieren würde. Das mit dem 4000 DPI Original nebeneinander verglichen würde zeigen, ob und wie viel Details verloren gehen.

Wenn Du mit 2000 ppi scannst, und auf 4000 ppi hochrechnest, dann ist das eine Extrapolation zu nicht vorhanmdenen Werten. Der Verlust, den Du durch 2000 ppi relativ zu 4000 ppi erlitten hast kannst Du nicht wieder gut machen; verloren ist verloren. Diesen Verlust kannst Du nur durch raten überdecken, und das kann falsch oder auch richtig sein. Da hilt auch der berste Algorithmus nichts, er greift ins Blinde.

Das gesagt, KI bietet Dir die Möglichkeit, diesen Verlust durch ein Gefälligkeitsbild zu ersetzen. Das Ergebnis mag durchaus passabel sein. Mir sind diese Bilder aber meist zu abgeschleckt, die Gesichter glatt wie Puppen aus Wachs.

Beiliegend findest Du dasselbe Bild wie früher, und zwar das Original zu 4000 ppi, dann das auf 2000 ppi heruntergerechnete Bild, und dann das von 2000 ppi auf 4000 ppi hochgerechnete Bild. Das Ergebnis ist passabel.

[Jossie]

Interessant wäre auch zu wissen, ob die rot-grün-Verschiebung schon im Original so ist, oder der Scanner die produziert hat.

Das dürfte chromatische Aberration in der Optik des Scanners sein.

Ich denke, man müsste sowas wie ein Ortsfrequenz-Histogramm erstellen. Da könnte man dann sehen, ab welcher Frequenz kaum noch Signal da ist, und die dann in DPI umrechnen. Das mit dem Wavelet-Algorithmus ist vielleicht genau das. Dann werde ich mir RawTherapee mal genauer anschauen müssen. Hoffentlich finde ich da die passende Funktion.

Wavelets verwenden eine Fourier-Transformation. Mit der bekommst Du nach meinem Verständnis genau die Information, die Du suchst.

Aber Vorsicht beim Binnen! Diese Operation ist immer auch mit einer Glättung verbunden. Ein Scan mit 5000 ppi um einen Faktor 2 gebinnt hat eine geringere Auflösung als 2500 ppi!

Hermann-Josef

[UlZi]

Wenn Du mit 2000 ppi scannst, und auf 4000 ppi hochrechnest, dann ist das eine Extrapolation zu nicht vorhanmdenen Werten. Der Verlust, den Du durch 2000 ppi relativ zu 4000 ppi erlitten hast kannst Du nicht wieder gut machen; verloren ist verloren.

Das ist schon klar. Ich hab' (vor langer Zeit) Nachrichtentechnik studiert und kenne die Informationstheorie dahinter. Wenn das Original-Motiv aber mit einer höheren Rate abgetastet wird, als es überhaupt Information enthält, kann beim runterskalieren eben auch keine Information verloren gehen.

Das gesagt, KI bietet Dir die Möglichkeit, diesen Verlust durch ein Gefälligkeitsbild zu ersetzen. Das Ergebnis mag durchaus passabel sein. Mir sind diese Bilder aber meist zu abgeschleckt, die Gesichter glatt wie Puppen aus Wachs.

Das ist auch eher nicht mein Weg. Da überlasse ich das Erraten der fehlenden Details lieber der MI des Betrachters.

Beiliegend findest Du dasselbe Bild wie früher, und zwar das Original zu 4000 ppi, dann das auf 2000 ppi heruntergerechnete Bild, und dann das von 2000 ppi auf 4000 ppi hochgerechnete Bild.

Lieben Dank für die Mühe.

Das Ergebnis ist passabel.

Das überrascht mich nicht. Weil ich schon vorher schätzte, dass das Original-Dia nur eine Auflösung von ca. 2000 DPI hat. Die leichten Differenzen zwischen dem 4000 DPI Original und dem wieder hochskalierten können auch von Rauschen und Filmkörnung herrühren, aber eher weniger von einem Bilddetail.
Wenn Du Versuche mit verschiedenen Resample-Algorithmen machst, kommst Du dem Original evtl. noch ein bisschen näher.

[UlZi]

Das dürfte chromatische Aberration in der Optik des Scanners sein.

Das klingt auch für mich logisch, denn das waren alles Ausschnitte aus der Bildmitte. Da wäre so eine parallele Farbverschiebung durch die Kamera-Optik eher unwahrscheinlich.
Wie das durch meinen Scanner passieren kann, ist mir aber noch unverständlich, denn der MM 6000 hat doch keine Linsen. Sicher sind die rot/grün-Sensoren im CCD versetzt platziert, doch müsste die Firmware das doch eigentlich schon korrigieren.
Kann man mit RawTherapee sowas korrigieren?

Wavelets verwenden eine Fourier-Transformation. Mit der bekommst Du nach meinem Verständnis genau die Information, die Du suchst.

Bin gespannt.
Hab jetzt mal das Bild mit RawTherapee ausgewählt, bin dann auf Editor und rechts oben auf Erweitert. Dort finde ich was mit Wavelet:

RawTherapee Wavelet Auswahl.png (29.58 KiB) 479 mal betrachtet

Da werden aber nur Verarbeitungsmöglichkeiten angezeigt. Wo finde ich denn sowas wie Histogramm?

Aber Vorsicht beim Binnen! Diese Operation ist immer auch mit einer Glättung verbunden. Ein Scan mit 5000 ppi um einen Faktor 2 gebinnt hat eine geringere Auflösung als 2500 ppi!

Das verstehe ich nicht. Wenn beim Binnen immer 4 Pixel zu einem verschmolzen werden müsste da doch exakt das gleiche bei rauskommen, wie wenn man gleich mit der halben Auflösung scannt, perfekte Geräte vorausgesetzt.

[Jossie]

Guten Abend,

Wo finde ich denn sowas wie Histogramm?

Ist schon eine Weile her, dass ich das verwendet habe. Aber Du kannst in RT das Bild in die Unterbilder trennen, die jeweils verschiedene Auflösungen haben und in der Summe dann dem Original entsprechen sollten.

Wenn Du die Fourier-Transformation direkt verwenden möchtest, brauchst Du ein anderes Werkzeug, z.B. imageJ.

Das verstehe ich nicht.

Die Mathematik dazu habe ich leider nicht parat. Aber ich habe das experimentell verifiziert.

Hermann-Josef

[Bobby]

Das überrascht mich nicht. Weil ich schon vorher schätzte, dass das Original-Dia nur eine Auflösung von ca. 2000 DPI hat. Die leichten Differenzen zwischen dem 4000 DPI Original und dem wieder hochskalierten können auch von Rauschen und Filmkörnung herrühren, aber eher weniger von einem Bilddetail.
Wenn Du Versuche mit verschiedenen Resample-Algorithmen machst, kommst Du dem Original evtl. noch ein bisschen näher.

Hier sollte ich präzisieren: meinen Scan habe ich mit 4000 ppi gemacht. (Tatsächlich habe ich hier 3860 ppi gemessen, in beide Richtungen).

Das mit 2000 ppi bezeichnete Bild ist das 4000 ppi Original im RawTherapee mit Resize 0.5 herunterskaliert. Hier sieht man schön. dass jeweils 4 Pixel zusammengefasst wurden.

Das als "2000 ppi auf 4000 ppi hochgerechnete Bild" habe ich ebenfalls mit RawTherapee mit Resize 2.0 hochskaliert. Dabei ist -offensichtlich mit nur wenig Verlust- wieder das 4000 ppi Bild entstanden.

Nun hab ich mir den Spass gemacht, das 2000 ppi Bild auf 8000 ppi hochzurechnen, Resize 4.0. Dabei ist aber kein kleinpixeliges Bild entstanden, sondern ein sehr verwaschener (gar nicht so schlechter) Brei entstanden.

Was ich damit eigentlich sagen will ist, dass beim Resampling je nach Software alle möglichen nicht durchschaubaren weitere Änderungen wie Glättungen im Hintergrund laufen können. (Einzig bei ImageJ habe ich Vertrauen dass es nur das macht, was man eingestellt hat).

[UlZi]

Wo finde ich denn sowas wie Histogramm?

Ist schon eine Weile her, dass ich das verwendet habe. Aber Du kannst in RT das Bild in die Unterbilder trennen, die jeweils verschiedene Auflösungen haben und in der Summe dann dem Original entsprechen sollten.

Ich habe es gefunden. Im Editor muss ich das Bild aus dem Streifen oben Doppelklicken, um es auszuwählen. Dann habe ich links oben verschiedene Histogramme zur Auswahl. Ein Ortsfrequenz-Histogramm ist da leider nicht dabei. Kann man das evtl. als Extra-Modul laden?
Das mit den Unterbildern und wie mir die nützen könnten, verstehe ich nicht.

Wenn Du die Fourier-Transformation direkt verwenden möchtest, brauchst Du ein anderes Werkzeug, z.B. imageJ.

Das werde ich mir dann wohl mal angucken müssen.

Die Mathematik dazu habe ich leider nicht parat. Aber ich habe das experimentell verifiziert.

Wie sah denn Dein Experiment aus?
Rein mathematisch sehe ich keinen Grund, warum meine Behauptung falsch sein könnte.

[Jossie]

Das mit den Unterbildern und wie mir die nützen könnten, verstehe ich nicht.

Du kannst Dir das in meinen Anmerkungen anschauen. Dort habe ich die Funktionalität der Wavelets dargelegt.

Wie sah denn Dein Experiment aus?

Auch das findest Du in den Anmerkungen.

Hermann-Josef