Geht es schärfer als scharf?  - Grenzauflösung des Auges

 

Süddeutsche Zeitung hat folgendes geschrieben:
Das zumindest ist wahr: Die Zeit wäre reif. Alle Bilder, die derzeit im Wohnzimmer flimmern, flimmern auf dem Stand der Sechzigerjahre. Damals wurde die Fernsehnorm PAL definiert, mit einer vertikalen Auflösung von nominell 625 Zeilen pro Bild, und an dieser Grenze kam seitdem niemand mehr vorbei - nicht einmal die vielgepriesene DVD, die auch nur so scharf sein kann wie der uralte Standard es eben erlaubt. Was läge also näher, als endlich eine neue Ära zu starten, die Bildschärfe digital auf 720 oder sogar 1080 Pixel hochzusetzen, das technisch längst Machbare zu machen und Millionen alter Fernseher zum Schrottplatz zu tragen? Eigentlich nichts - die Wahrheit aber ist, dass der PAL-Standard schon bei seiner Erfindung von schwer visionärer Qualität war, und wenn wir heute eine DVD einlegen, kommt uns das Bild ja auch nicht lächerlich unscharf vor. Das ist der Grund, warum High Definition in Europa bislang nicht funktioniert hat - die alten Geräte waren einfach noch zu gut, um sie massenweise auf den Müll zu werfen
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Süddeutsche Zeitung

HDTV - PAL Vergleich mit Testbilden

Bild in Orinalauflösung (345 kb)
HQ Version (520 kb)

Geht es eigentlich besser als PAL?

Wenn die 35 dpi eines 80 cm 16:9 TVs aus 2,40 Meter Entfernung gesehen werden (3fache der Diagonalen), ist das so als würde ein TV Bild mit 336 dpi Auflösung aus 25 cm Entfernung gesehen. Das kann als Äquivalente (gleichwertige) Auflösung bezeichnet werden, die zu einem Lesebetrachtungsabstand von 25 cm berechnet werden kann. Formel:

* Äquivalente dpi Auflösung = Betrachtungsabstand (cm) : 25 cm x dpi Auflösung des Bilds

(Umrechnung in dpi: Bildpunkte oder Zeilen durch Höhe x 2,54 = dpi Auflösung)

Alle 16:9 PAL TVs mit 540 Zeilen haben aus dem 3fachen der Diagonalen äquivalent zu einem aus 25 cm betrachten Rasterbild eine 336 dpi Auflösung. Wird aus dem 2,5fachen der Diagonalen zugeschaut haben alle PAL Fernseher äquivalent zu einem aus 25 cm betrachten Rasterbild eine 280 dpi Auflösung. 16:9 Fernseher mit 480 Zeilen haben aus dem 3fachen der Diagonalen äquivalent zu einem aus 25 cm betrachten Rasterbild eine 300 dpi Auflösung.


Wer braucht schon HDTV ...

Zur Grenzauflösung des Auges gibt es unterschiedliche Angaben:

Dr. Dipl. Ing. Hans Kiening aus der Dissertation hat folgendes geschrieben:
In der Fovea des menschlichen Auges befinden sich etwa 140.000 Sehzellen auf einem Quadratmillimeter, d.h. fast alle 2,5 Mikrometer eine. Wenn hier zwei Bildpunkte in einem größeren Abstand als vier Mikrometer voneinander entfernt sind (das entspricht einem Objektabstand von 0,2 mm in 1 Meter Entfernung), können wir sie getrennt auflösen. Das Raster vergröbert sich zur Peripherie hin bis zum 40fachen. Das heißt, in 1 Meter Entfernung müsste ein Detail am Rand des Sehfeldes ca. 4 mm groß sein, um wahrgenommen zu werden. Legt man diese Daten zu Grunde, ergibt sich daraus für einen normalsichtigen Betrachter im Kino eine minimal wahrnehmbare Objektdistanz von 3 mm im Abstand von 10 Meter.
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Dissertation Hans Kiening

3 mm im Abstand von 10 Meter sind 1 mm auf 3,3 Meter. Also 1 cm auf 33 Meter und das sind 1 dpi auf 33 x 2,54 Meter also 1 dpi auf 84 Meter. Das sind 84 dpi auf 1 Meter. Das sind wiederum rund 336 dpi auf 25 cm.

 Wer braucht schon HDTV ...

BET-Broadcast-Fachwörterbuch hat folgendes geschrieben:

Die Schärfeleistung des Auges beträgt eine Winkelminute, d.h. zwei Punkte mit einem Abstand von einem Millimeter können aus einer Distanz von 3,5 Metern noch unterschieden werden.

* BET - Broadcast Fachwörterbuch - Stichwort "Auge"

1 mm im Abstand von 3,5 Meter sind 1 cm auf 35 Meter und das sind 1 dpi auf 35 x 2,54 Meter also 1 dpi auf 89 Meter. Das sind 89 dpi auf 1 Meter. Das sind wiederum rund 356 dpi auf 25 cm.

  Wer braucht schon HDTV ...

Dr. Dipl. Ing. Hans Kiening aus der Dissertation hat folgendes geschrieben:

Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Auflösungsgrenze allein noch nichts aussagt über die subjektiv empfundene Bildschärfe. (...) In der Praxis hat sich sogar gezeigt, dass (...) mit der halben Auflösung ausreichend gute Bilder erzeugt werden. (..) Obwohl das menschliche Auge in der Lage wäre, (bei dem Versuch) eine Auflösung 4k bis zu einer Entfernung von 10 Meter zu erkennen, scheint es selbst bei einer direkten Vergleichsmöglichkeit relativ unkritisch auf eine Verunschärfung zu reagieren.
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Dissertation Hans Kiening

 

Die 336 dpi auf 25 cm wurden nur bei Testbildern auch gesehen. Das eine hohe Schärfetoleranz besteht ist auch aus  dem PC Bereich bekannt. Ein Bild mit 75 dpi Auflösung wird aus einem Betrachtungsabstand von 60 - 70 cm meist genauso scharf gesehen, wie ein Bild mit 96 dpi Auflösung. Viele PC Programme und Internetseiten sind daher auf 75 dpi optimiert.  Hier ein Bildvergleich:

Schärfetoleranz


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Bild in Orginalauflösung (272 kb)
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HQ Version (525 kb) 
 Wer braucht schon HDTV ...

Malte Ruhnke aus der Diplomarbeit - Neue Distributionskanäle für Fernsehsender durch Streaming Video hat folgendes geschrieben:
Die meisten heute im Web verfügbaren Seiten sind auf eine Auflösung von 1024x768 optimiert (75 dpi auf einem 17 Zoll Monitor). (...) Ein wichtiger Aspekt ist dabei die relative Auflösung unter Berücksichtigung des Betrachtungsabstandes: Computermonitore stellen zumeist Text- und Grafikinhalte dar, die eine hohe Schärfe und damit eine hohe Auflösung benötigen: Auflösungen von 1024x768 (75 dpi) bei einem 17"-Monitor gelten heute als Standard. Bilder, gerade Bewegtbilder, kommen jedoch bei gleichem Betrachtungsabstand mit erheblich weniger Auflösung aus.
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Diplomarbeit Malte Ruhnke

Ein 17 Zoll 4:3 Monitor hat aus einem Betrachtungsabstand von 60 - 70 cm eine Auflösung die rund 230 - 270 dpi auf 25 cm entspricht. Ein 19 Zoll 4:3 Monitor hat aus den selben Betrachtungsabständen eine Auflösung, die rund 210 - 245 dpi entspricht. 

 Wer braucht schon HDTV ...

 Prof. Dr. Ing Martin Rieger aus der Vorlesung Medientechnik hat folgendes geschrieben:

Bei der Einführung des heutigen Fernsehstandards ging man von einem Verhältnis von Betrachtungsabstand E zur Bildschirmhöhe H von 5 aus. Wie weiter oben schon erwähnt, beträgt der Grenzwinkel a unter dem zwei Zeilen gerade nicht mehr wahrgenommen getrennt werden a = 0.025°. Mit der Einführung des Zeilenabstandes ?H und der Zeilenzahl Z erhält man ..... woraus sich die Zahl der benötigten Zeile zu Z = 500 ergibt. Nach der in Deutschland geltenden Norm sind 625 Zeilen pro Bild festgelegt. Davon sind 575 sichtbare Bildzeilen.
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Martin Rieger: Vorlesung Medientechnik

Das sind rund 290 dpi auf 25 cm 

 Wer braucht schon HDTV ...
Prof. Dr. E. Tiemann (Hersg.) hat folgendes geschrieben:

Der Zäpfchenabstand beträgt etwa 5µm, aus dem Abstand Netzhaut zum Knotenpunkt K' (etwa 17 mm) ergibt sich daraus ein kleinster Sehwinkel von 0,017° oder 1' (Bogenminute); d.h. im Abstand von 25 cm sollten zwei Punkte einen gegenseitigen Abstand größer als 0,08 mm haben, um gerade noch getrennt gesehen zu werden.

* Physik für Mediziner - Geometrische Optik

Das sind rund 318 dpi auf 25 cm.

 Wer braucht schon HDTV ...

Zitat:

In dem Bereich, in dem menschliche Augen am schärfsten sehen können, beträgt die Auflösung etwa 1 bis 0,4 Bogenminuten. Wenn man das auf einen Betrachtungsabstand von 30 Zentimeter umrechnet, ist das eine Auflösung von ca. 115 bis 280 Punkten pro Zoll

* Graphisoft Nordbayern

Umgerechnet auf 25 cm Leseabstand sind es 138 bis 336 dpi.

 Wer braucht schon HDTV ...

 Zitat:

Der Aufbau der menschlichen Netzhaut des Auges bringt es jedoch mit sich, dass infolge mangelnder Auflösung eine ganz beträchtliche Schärfentoleranz besteht. Unter normalen Verhältnissen beträgt diese für eine mittlere Betrachtungsdistanz von 30 cm etwa 1/10 mm. Das Auge betrachtet demnach jede "Fläche", die nicht größer als 1/10 mm ist, als scharfen Punkt.
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Wikipedia

Das sind rund 300 dpi auf 25 cm.

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 Objektivhersteller Schneider-Kreuznach hat folgendes geschrieben:

Der übliche Betrachtungsabstand für eine DIN A4 Vorlage wird etwa 25 cm betragen ("deutliche Sehweite". Welche Details kann das  menschliche Auge dabei noch erkennen? Die Antwort aus vielen praktischen Versuchen ist:
Grenzauflösung des Auges: maximal 6 Linienpaare pro mm ( 6 Lp/mm).
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Schneider-Kreuznach

Also bei 25 cm 12 Punkte pro Millimeter = 120 Punkte pro cm x 2,54 = also auch rund 300 dpi bei 25 cm Betrachtungsabstand. Aus dem Fotobereich ist bekannt das Bilder nicht mehr als 300 dpi Auflösung brauchen, da sie nicht näher als aus 25 cm betrachtet werden. 


 Wer braucht schon HDTV ...

Objektivhersteller Schneider-Kreuznach hat folgendes geschrieben:

Allgemein kann man davon ausgehen, daß ein Bild als einwandfrei scharf beurteilt wird, wenn es, bei einem Betrachtungsabstand von 25 cm, ca. 4 Linienpaare pro Millimeter auflöst.
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Schneider-Kreuznach


Das sind 200 dpi bei einem Betrachtungsabstand von 25 cm, die also schon eine gute Schärfe ergeben.

 Wer braucht schon HDTV ...

In der Gesamtbewertung kann wohl die Angabe von 300 dpi auf 25 cm als realistisch genommen werden.

Aus dem doppelten Betrachtungsabstand braucht man nur die halbe dpi Auflösung, das sind 4 mal weniger Bildpunkte. Für einen Betrachtungsabstand von 50 cm sind also maximal rund 150 dpi nötig .

Wird ein Rasterbild aus 100 cm braucht gesehen, braucht es nur eine Auflösung von rund 75 dpi. Soll das Bild aber aus einem Abstand von 1 cm betrachtet werden, braucht es eine 100 mal höhere dpi Auflösung. Also 7500 dpi. Daraus ergibt sich die Formel:

* Maximal notwendige Auflösung (dpi) = 7500 (dpi) x 1 (cm) : Betrachtungsabstand (cm)

Für PAL Fernseher (540 Zeilen) gilt:

Die dpi Auflösung eines 16:9 PAL Fernsehers mit 80 cm Diagonale (Höhe 39,2 cm) beträgt 540 : 39,2 cm x 2,54 = 35 dpi

Maximal notwendiger Betrachtungsabstand = 7500 dpi x 1 cm : Physikalische Auflösung (35 dpi) = 215 cm

215 cm : 80 cm (Diagonale) = Faktor 2,68

Also nur unterhalb eines Betrachtungsabstands vom 2,68fachen der Diagonalen eines 16:9 TVs oder vom 3fachen eines 4:3 TVs hat HDTV deutliche Vorteile gegenüber PAL.

Selbst wenn die höchste Angabe von 356 dpi auf 25 cm, also von 8490 dpi auf 1 cm genommen wird, ergibt sich:

Maximal notwendiger Betrachtungsabstand = 8900 dpi x 1 cm : Physikalische Auflösung (35 dpi) = 254 cm

254 cm : 80 cm (Diagonale) = Faktor 3,18

Also:

Aus einem Betrachtungsabstand von dem 3,2fachen der Diagonalen eines 16:9 PAL TVs, was etwa dem 3,6fachen der Diagonalen eines 4:3 PAL TVs entspricht, kann also ein Bild mit höherer physikalischer Auflösung definitiv nicht schärfer oder detailreicher gesehen werden. Zudem besteht eine erhebliche Schärfetoleranz, so das deutliche Unterschiede erst ab einem Betrachtungsabstand von weniger als dem 2,5fachen der Diagonalen eines 16:9 TVs zu sehen sind.

Der übliche Betrachtungsabstand soll nach einer Studie weit oberhalb der PAL -Grenzauflösung liegen, etwa beim 5fachen der Diagonalen eines 4:3 TVs, was dem 4fachen der Diagonalen eines 16:9 TVs entspricht.

Wer braucht schon HDTV?

 * Weitere Informationen und Quellen

 


 



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