Kontrast

Kontrast

Pluge-Testbild für Helligkeitsjustage und Kontrast. Im Idealfall lässt sich nur noch der linke Balken ganz leicht erkennen.

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Kontrast-Raten zeigen das Verhältnis der Lichtintensität der hellsten und dunkelsten Farben, die ein Fernsehgerät gleichzeitig produzieren kann. Fernsehgeräte mit einer hohen Kontrast-Rate zeigen schwarze Szenen tatsächlich in einer glaubwürdigen schwarzen Farbe und viele detaillierte, subtile Schatteninformationen. Fernsehgeräte mit niedrigen Kontrast-Raten werden in schwarzen Bereichen grau und lassen das Bild dadurch flau wirken. 1

Kontrast-Umfang

Der Kontrast ist ein Unterscheidungsmerkmal für den Helligkeitsverlauf eines Bildes, oder zwischen zwei Bildpunkten. Der Kontrast-Umfang oder die Dynamik beschreiben den Intensitätsunterschied zwischen dem hellsten und dunkelsten Punkt eines Bildes. Im allgemeinen Fall wird der Kontrast mit Hilfe der Modulationsübertragungsfunktion angegeben. Während das menschliche Auge den in der Natur auftretenden enormen Kontrast-Umfang relativ problemlos meistert (die Intensitäten werden nicht linear, sondern logarithmisch wahrgenommen), stoßen wir bei dem Bemühen, das Gesehene festzuhalten, an teilweise ernüchternde Grenzen. 2

Kontrast-Fähigkeit des menschlichen Auges

Die Wahrnehmung ist ein komplexer Vorgang. Einzelne Gegenstände werden nicht nur als Farben und Formen erkannt, sondern auch in Beziehung zueinander gesetzt. Der Kontrast stellt diese Beziehungen dar. Kontrast(e) werden von unserer Wahrnehmung derart ausgewertet, dass Ähnlichkeiten einander angeglichen und Unterschiede verstärkt werden. Der Sinn aller Kontrast-Erscheinungen besteht darin, die Vielfalt des Gesehenen zu ordnen und zusammenzufassen, Einzelheiten hervorzuheben und Wichtiges von Unwichtigem zu Trennen. 3

„Im Bereich der Bildauflösung kommen die neuen HDTV-Geräte der menschlichen Sehqualität schon sehr nahe“, erklärt Karol Myszkowski vom Max-Planck-Institut im pressetext-Interview. „Bei der Kontrast-Fähigkeit, also der Erfassung von Helligkeitswerten ist das menschliche Auge verglichen mit derzeit existierenden Kameras und Monitoren allerdings immer noch haushoch überlegen“, meint er. So kann das Auge von einem mondlosen Himmel (3*10-5 Candela/m2) bis zu direktem Sonnenlicht (2*10+9 Candela/m2) ein ausgesprochen großes Helligkeitsspektrum erfassen und Helligkeitswerte von mindestens fünf Größenordnungen (100.000:1) simultan sehen. Digitale Kameras und Monitore schaffen gerade einmal zwei bis drei Größenordnungen, und diese auch nicht gleichzeitig. 4

HDRC steht für High Dynamic Range CMOS, also einen CMOS-Chip mit hohem Kontrast-Umfang. Dieser Baustein steht dabei für einen bestimmten Aufbau und Herstellungsprozess in der Chipfertigung. Wie das menschliche Auge arbeitet auch der HDRC-Chip logarithmisch. Dadurch kann er einen Kontrast-Umfang erfassen, der die Fähigkeiten des menschlichen Auges erreicht und sogar übertrifft. HDRC-Sensoren bewältigen Kontrast-Verhältnisse von 1.000.000:1 oder 120 dB. CCD-Sensoren, welche oftmals unter anderem in Digitalkameras eingebaut sind, kommen dagegen beim Kontrast-Umfang kaum über 1.000:1 oder 60 dB hinaus. 5

Empfindlichkeit / Sensitivität

Ein wichtiger Einflussfaktor auf den Kontrast-Umfang hat auch die gewählte Empfindlichkeit. Höhere Empfindlichkeiten führen in der Regel zu einem niedrigeren darstellbaren Kontrast-Umfang. Dieser bewirkt, dass helle Bildteile heller erscheinen, während dunkle Bildteile dunkler wiedergegeben werden. Das Bild verfügt in diesem Fall über weniger dargestellte Details, erscheint so für den Betrachter aber gleichzeitig stark kontrast-reich. Bei der digitalen Nachbearbeitung von Bildern ist ein hoher Kontrast-Umfang jedoch in jedem Fall besser, da der Kontrast auch noch nachträglich problemlos erhöht, aber nur begrenzt wieder reduziert werden kann. 2

Definition des Kontrast

Der Kontrast wird als K definiert, wobei I die Lichtstärke bezeichnet, also den Quotienten aus Lichtstrom und Raumwinkel.

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Kontrast-Verhältnis

Wie bereits erwähnt gibt das Kontrast-Verhältnis den relativen Helligkeitsunterschied zwischen Schwarz und Weiß an. Es beschreibt also die qualitative Leistungsfähigkeit eines Bildschirms oder Projektors, ein kontrast-reiches und somit farb- und wirklichkeitsgetreues Bild zu erzeugen. Es gilt:

• Je größer das Verhältnis, desto höher der Kontrast und desto heller und "lebendiger" wirkt das Bild.
• Je geringer das Verhältnis, desto matter wirken die Farben, da die Farbsättigung durch die Beimischung von Weißanteilen nur einen geringen Bereich abdeckt und keine hohen Werte annehmen kann. Das Bild wirkt wie ausgebleicht und das Schwarz im Bild wird oft als dunkelgrau empfunden.

Als besonders wichtig hat sich ein gutes Kontrast-Verhältnis bei Heimkinoanwendungen erwiesen, bei denen es auf die wirklichkeitsgetreue Wiedergabe sowohl tiefschwarzer als auch reinweißer Flächen ankommt. 6

Helligkeitsstufen - Zeichnung

Ein hoher Kontrast alleine stellt allenfalls die Voraussetzung für ein plastisches Bild. Für eine hohe Detailgenauigkeit allerdings spielt die Anzahl der Zwischenstufen zwischen dem hellsten und dunkelsten Bildbereichen, die sogenannte «Zeichnung», eine Rolle. Diese beschreibt, wie gut ein Display in der Lage ist kleinste Intensitätsunterschiede wieder zu geben. Schafft das Display es nicht alle Abstufungen im Bild klar differenziert mit hoher Intensität abzubilden, wirkt das Bild trotz gutem Kontrastwert flach und teilweise sogar flau. Ein Beispiel für den Einfluss auf den Kontrast ist die Belichtung. Mit dieser kann man die Licht- und Schattenbereiche detaillierter (Zeichnung) wiedergeben, wobei dann allerdings die jeweils andere Seite noch weniger Zeichnung aufweist. 7

Verschiedene Kontrast-Angaben

Am Beispiel Kontrast sieht man deutlich, welchen Sinn und Zweck ISO-Normen erfüllen. Denn anders als für fast alle anderen Leisungsmerkmale gibt es für den Kontrast keine verbindlichen Normen. Die Folge ist, dass jeder Hersteller nach Gutdünken Kontrast-Angaben macht und diese dementsprechend verschieden sind. Wenn man die Hersteller darauf anspricht bekommt man zu hören, dass es eben keine Norm gibt, und der eine den Kontrast in einem optimal abgedunkelten Raum misst, während der andere Hersteller seinen Kontrast in einem Raum mit "normaler Beleuchtung" ermittelt. Für den Konsumenten bedeutet dies, weiterer Konfusion und Verwirrung beim Vergleich der verschiedenen Geräte.

Konstrast bei Plasma versus LCD

Die in Zahlen ausgedrückten Kontrast-Raten sollten also mit Vorsicht benutzt werden, da diese Raten von verschiedenen Herstellern auf verschiedene Arten und Weisen gemessen werden. Aus den Zahlen kann aber eine wichtige Schlussfolgerung gezogen werden. Mit der Plasma-Technologie kann ein besserer Kontrast erzielt werden als mit der LCD-Technologie. Bei Plasma-Bildschirmen erzeugt jedes Pixel seine eigene Lichtquelle unabhängig von den anderen Pixeln. Das bedeutet, dass nur die hellen Teile eines Bildes erleuchtet werden. Dadurch kann ein sehr tiefes Schwarz erzielt werden. Bei der LCD-Technologie müssen die einzelnen Pixel das helle Licht von einem konstanten Hintergrundlicht blockieren, damit sie selbst schwarz werden. Da sie das nicht vollständig schaffen, können sie Schwarz nicht so gut darstellen wie Plasma-Bildschirme. 1

LCD mit LED-Hintergrundbeleuchtung

Bisher arbeiten die meisten LC-Displays mit Kaltkathoden-Röhren (CCFL) als Hintergrundbeleuchtung. Diese Lichtquellen sind jedoch stets eingeschaltet, so dass die Displays selten ein sattes Schwarz erreichen. Da selbstleuchtende OLEDs, die sich für einen schwarzen Bildpunkt einfach abschalten lassen, noch nicht für die Großserienproduktion geeignet sind bieten einige Hersteller eine andere Lösung an. Die Firma Samsung beispielsweise hat auf der "International Conference and Exhibition on Display LED's" (ICDL) in Seoul ein 40-Zoll-Display mit dimmbaren LED's gezeigt. Die Hintergrundbeleuchtung erledigen dabei weiße LED's, die bei Bedarf abgeschaltet werden. Gegenüber einem identischen Panel mit CCFL-Licht mit einem Kontrastverhältnis von 1.200:1 sollen sich so 100.000:1 erreichen lassen. Unklar ist jedoch noch, wie fein die Ausleuchtung erfolgt und wie flott die Erkennung des Bildinhalts reagiert. Laut dem Bericht von AVING will Samsung Fernseher mit dimmbaren LED's noch 2007 auf den Markt bringen, Preise wurden bisher nicht genannt.

Kontrast bei Videoprojektoren

Das Kontrast-Verhältnis bei Videoprojektoren hängt stark von der verwendeten Technologie ab. Dies reicht von Projektoren mit Passiv-Matrix-LCD's (15:1), Aktiv-Matrix-TFT's (100:1) über DLP 175:1, Poly-Si LCD 300:1, 35-mm-Dias über 500:1 bis hin zu neuesten S-PVA-TFT's, welche ein Kontrast-Verhältnis bis zu 1000:1 zulassen. Zum Vergleich gute Plasma-Fernseher haben ein Kontrast-Verhältnis von 4000:1. Texas Instruments hat auf der kürzlich stattgefundenen Elektronikmesse CES in Las Vegas einen Prototyp eines Rückprojektions-Fernsehers präsentiert, welcher auf LED's als Lichtquelle setzt und ein Kontrast-Verhältnis von 100.000:1 aufweist. 6

Fazit

Alles in allem ist der Kontrast ein wichtiges Merkmal zur Qualitätsbeurteilung. Allerdings reicht er nicht alleine aus, um eine sehr gute Bildqualität zu gewährleisten. Hier müssen auch andere Details in Betracht gezogen werden. Das display-Magazin wird nach und nach zu diesem Thema recherchieren, um eine möglichst objektive Beurteilung der Bildqualität zu ermöglichen.