Von Christian Meyer
Vor dem Scannen: Um welchen Job geht es?
Grundsätzlich ist alles möglich. Nämlich das Digitalisieren (im Folgenden auch als "Scannen" bezeichnet) sowohl von Durchlicht- als auch von Auflichtvorlagen. Bei den Durchlicht-Bildern kann es sich um Dias handeln, gerahmt oder ungerahmt, um Negative, Filmstreifen und Filmrollen in Schwarzweiß oder Farbe. Im Auflicht-Bereich geht es um Fotoabzüge bzw. andere Positive/Prints oder um die Aufbereitung von Bildarchiven, und es lassen sich sogar verkratzte und vergilbte historische Aufnahmen per Scan digital renovieren, sprich: verbessern.
Auch dem zu scannenden Format sind keinerlei Grenzen gesetzt, die Scanner-Optionen reichen da vom Minox-, über das APS- und Kleinbildformat bis hin zu Mittelformat und Planfilm. Schließlich ist vor dem Scanner-Kauf und -Verkauf noch zu bedenken, ob es sich dabei um nur gelegentlich durchzuführende Aufgaben handelt oder aber um wiederkehrende oder gar "massenhafte" Digitalisierungsjobs. Denn der Markt bietet durchaus spezialisierte Scanner mit unterschiedlichen Features für das jeweilig angepeilte Aufgabengebiet an. Dabei muss man allerdings teilweise von einem schrumpfenden Markt ausgehen, da die heutige Generation der Knipser und Fotografen ja überwiegend bereits bei der Aufnahme digitale Datenträger erstellt und damit als Käufer von Filmscannern so gut wie nicht mehr in Betracht kommt. Das hat andererseits auch zur Folge, dass angesichts sinkender Nachfrage die Scanner-Technologie insbesondere auf dem Sektor der Durchlicht-Geräte von den Herstellern nicht mehr groß vorangebracht wird.
Die Kriterien für den aufgabengerechten Scanner - ob nun für Durchlicht- oder Auflicht-Verwendung - sind (leider) aber noch weit vielfältiger. Welche dpi-Zahl reicht für welchen Zweck aus, welche Farbtiefe ist zu wählen, was bedeutet der Begriff überhaupt, welche Scan-Technik soll zum Einsatz kommen, welche Kriterien sind bei der Schnittstelle, dem Anschluss an den Rechner, zu bedenken, wie steht es mit der Geschwindigkeit, sprich: Produktivität, der Umweltverträglichkeit, der zusätzlichen Ausstattung ...? Auf all diese Kunden-Fragen muss man vermutlich vorbereitet sein, um als Berater für voll genommen zu werden. Also, nun mal eins nach dem anderen.
Vom Licht zum Strom zum Pixel
Auflichtscanner sind in der EDV derart verbreitet, dass darüber eigentlich kaum viele Worte verschwendet werden müssten. Da es im Zusammenhang mit der qualitativ hochwertigen Digitalisierung von gleichfalls hochwertigen analogen Vorlagen jedoch um mehr geht, als mal einen E-Mail-Anhang zu erzeugen oder die Fotokopie eines Zeitungsartikels herzustellen, soll hier auf jeden Fall doch zu-nächst einmal der Versuch unternommen werden, das Grundprinzip des Scannens, nämlich den fotoelektrischen Effekt mit seinen bildbestimmenden Folgen, zu skizzieren.
Der ist, übrigens, sowohl in digitalen Kameras wie auch in Auf- und Durchlichtscannern prinzipiell gleich: In einer (oder mehreren) Fotodioden wird der so genannte Sperrschicht-Fotoeffekt ausgenutzt, um Licht in elektrische Energie umzuwandeln. Dies ist ein recht komplizierter physikalischer Vorgang unter Mitwirkung von vor allem Silizium, das mit Phosphor- oder Bor-Atomen "verunreinigt"
(fachchinesisch "dotiert") worden ist. Ein darauf auftreffender Lichtstrahl vermag mit seiner Energie Elektronen in Bewegung zu setzen, die in dem Halbleiter-Kristall Ströme erzeugen. Aus Licht wird so zunächst elektrischer Strom, und zwar mehr oder weniger - in Abhängigkeit von der zugeführten Lichtmenge bzw. -Intensität. Etwas vereinfacht kann man daher sagen, dass in der Diode (dem Siliziumkristall) bei Dunkelheit kein Strom und bei Helligkeit ein hoher Strom fließt, und dazwischen gibt es zahlreiche Abstufungen.
Analog-Digital-Wandler
Nach dieser primären Umwandlung von Licht in elektrischen Strom kommt nunmehr als nächstes das Kernstück dieses segensreichen Prozesses zum Einsatz, der so genannte Analog/Digital-Wandler (abgekürzt auch als A/D-Wandler bezeichnet). Dieser elektronische Baustein wandelt den zunächst noch analogen Strom in ein digitales Signal um. Das tut dieser elektronische "Zerhacker" mit einer konstruktiv vorgegebenen Bandbreite, ausgedrückt in Bits pro Pixel. Ein simpler 3-Bit-A/D-Wandler etwa kann aus einem analogen Stromsignal 23=8 Abstufungen generieren, ein 4-Bit-A/D-Wandler bereits 24=16 Abstufungen oder ein 8-Bit-A/D-Wandler sogar 28=256 usw.
Wie kommt Farbe ins Pixelspiel?
Das geschilderte Prinzip wurde hier zunächst nur für einen Farbkanal, nämlich Schwarz-weiß, betrachtet und beschrieben. Da es beim Digitalisieren dagegen in der Regel um Farb-vorlagen geht, wird ein Farbfiltersystem in den Farben Rot, Grün und Blau (RGB) dazu "geschaltet", das den von Natur aus farbenblinden Photozellen (Dioden) die Lichterfassung und folgende Stromumwandlung entweder ermöglicht oder eben nicht. Vor jede Diode oder Zelle ist dabei natürlich immer nur ein Filter platziert, dadurch verringert sich zugleich auch die Anzahl der tatsächlich bilderfassenden Zellen, was sich auf die Bildauflösung von Scannern grundsätzlich erstmal nachteilig auswirkt.
Andererseits entstehen durch diese Filterung aber drei Farbkanäle (eben Rot, Grün und Blau) zur Weiterverarbeitung durch den Analog/Digital-Wandler. Diese werden mit den Scannern entweder in drei Durchläufen des diodenbestückten Sensors einzeln abgetastet ("Three-Pass-System" genannt, langwierig und daher überholt) oder in nur einem Durchgang ("Single-Pass-System"), dem Stand der Technik.
Nach diesen Erkenntnissen ist es nun auch recht einfach, Hersteller-Angaben über die so genannte Farbtiefe einzustufen, die bekanntlich oft auch als Verkaufsargument herangezogen werden. Denn die Angabe der Farbtiefe (angegeben in Bit pro Pixel oder Bildpunkt) meint in den meisten Fällen die Bitbreite des im Scanner installierten A/D-Wandlers. Dazu einige Beispiele: Ein Auflichtscanner mit einer Farbtiefe von 24 Bit (eine häufig verwendete Bit-Rate in diesem Bereich) hat z. B. 24:3=8 Bit je Farbkanal und kann mithin 28=256 pro RGB-Farbkanal unterscheiden; ein Filmscanner mit einem 48-Bit-A/D-Wandler etwa besitzt dagegen 48:3=16 Bit pro Farbkanal und kann folglich 216=65.536 Tonwerte je Farbkanal differenzieren. Bei der "Farbtiefe" handelt es sich also nicht etwa um die Anzahl der darstellbaren Farben, sondern vielmehr um die Band- (sprich Bit-) Breite des eingebauten A/D-Wandlers. Die Scanner-Hardware kann oft mehr Farben erkennen als der Treiber zu verarbeiten in der Lage ist. Deshalb finden sich bei der Gerätebezeichnung durch die Hersteller oft auch Angaben zur Farbtiefe wie "Hardware" oder "Intern". Tatsächlich aber ist allein die externe Farbtiefe, die der Scanner-Treiber unterstützt, maßgeblich für das Ergebnis.
Daher an dieser Stelle noch einige Anmerkungen zu den nicht sogleich durchschaubaren Definitionen "interne" oder "externe" Farbtiefe. Auflicht- oder Durchlichtscanner besitzen zunächst - hardwarebedingt, siehe oben - eine bestimmte interne Farbtiefe. Gute Auflichtgeräte bringen es da auf Werte von (intern) insgesamt 32 Bit für alle drei Farbkanäle und können extern (etwa an die Bildbearbeitung per Photoshop) 24 weiter geben. Gute Filmscanner dagegen erreichen heute Werte von (intern) 48 Bit insgesamt, also 16 Bit pro Farbkanal und geben diese - dank adäquater Bildwandlung und folgendem Processing - auch mit 48 (extern) an die Bildbearbeitung weiter. Dazu ist gut zu wissen, dass ein Bildbearbeitungsprogramm wie Photoshop mit bis zu 16 Bit pro Farbkanal zu arbeiten vermag. Erst nach erfolgter Bildbearbeitung ohne Qualitätsverluste im 48-Bit-Modus kann die Band-breite des Bildes dann auf 24 Bit zurückgeführt werden, um erträglich kleine Dateien zu erhalten.
Hiernach wird verständlich, dass der A/D-Wandler sowie die gesamte Elektronik in einem Scanner-Modell für die Qualität der Scans entscheidende Rollen spielen. Der Wandler muss das analoge Signal zunächst einmal differenziert und genau genug abtasten, und auf den darauf folgenden Prozess sorgfältiger, fehlerfreier Signalverarbeitung kommt es gleichfalls an.
Vorlagengerecht scannen
Nun jedoch ein Blick auf die Merkmale der zu digitalisierenden Vorlagen, also Filme (Durchlicht-Vorlagen) oder Schwarzweiß- bzw. Farbpositive (Auflicht-Vorlagen). Fangen wir mit einem guten Schwarzweißfoto an. Es umfasst (vom gerade noch durchgezeichneten Weiß bis zum noch zeichnenden Schwarz) 256 Grautöne und kann daher mit einer Farbtiefe von 8 Bit gescannt und abgespeichert werden, ohne dass Qualitätsverluste hingenommen werden müssten.
Bei einem Farbfoto hingegen sieht die Sache folgendermaßen aus: Da jeder Bildpunkt aus der Überlagerung der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau (im RGB-Modus) besteht, ist hier mit einer gesamten Farbtiefe von 8x3=24 Bit pro Bildpunkt zu kalkulieren; es ergeben sich daraus insgesamt 224 =16,7 Millionen Farben ("True Color"). Solche Bilder sind folglich am besten mit einer Farbtiefe von 24 Bit in entsprechender Qualität zu scannen und zu speichern. Etwas anders sieht die Sache (zunächst) im so genannten CMYK-Modus (oder -Farbraum) aus, der von Druckern verwendet wird und, übrigens, auch bei der Bildbearbeitung mit Adobe Photoshop und anderen Programmen wie PaintShop Pro gewählt werden kann. Hierbei besteht ein Bildpunkt aus der Addition der Farben Cyan, Magenta, Yellow und Key (Schwarz), so dass mit 8x4=32 Bit je Bildpunkt (oder Pixel) gerechnet werden muss; das bedeutet eine gesamte Farbtiefe von 32 Bit mit theoretisch ca. 4 Milliarden Farbkombinationen. Aber eben nur theoretisch, denn unter dieser gigantischen Menge an Farbnuancen befinden sich sehr viele Dubletten.
Bei Film-Vorlagen (Durchlicht) gelten die gleichen Kriterien, jedoch spielt bei ihnen zusätzlich die Dichte der Farben eine Rolle fürs Scannen. Filmscanner bester Qualität bewältigen einen Dichteumfang von bis zu 4,0, Flachbettscanner hingegen bringen es auf den Wert von 3-3,2 (das ist jeweils ein logarithmischer Index). Um bei einem Farbdia etwa von der dunkelsten bis zur hellsten Bildpartie die gleiche Dynamik im Scan wie im Original zu erzielen, kommt es sehr auf die Intensität der Lichtquelle im Filmscanner an. Manche Hersteller (Konika Minolta zum Beispiel) haben dieses Problem recht elegant durch mehrmaligen Filmtransport an der Lichtzone vorbei gelöst. Ja, richtig: Bei reinen Filmscannern (mit Ausnahmen bei Planfilm-Scannern für Formate ab 4x5") wird tatsächlich nicht der CCD-Sensor über das zu scannende Objekt bewegt (wie bei den Flachbettscannern die Regel), sondern der Film wird am Sensor vorbei transportiert.
Scan-Techniken: CCD oder CIS?
Grundsätzlich kommen bei allen marktgängigen Scannern zwei unterschiedliche Sensortechnologien zum Einsatz: CCD (Charge Coupled Device) und CIS (Contact Image Sensor). CIS-Scanner sind sehr klein und leicht und begnügen sich teilweise mit der Stromversorgung aus dem USB-Anschluss allein. Vorteil: Sie eignen sich natürlich besonders für den mobilen Einsatz am Notebook. Nachteil: ihre Bildqualität - bei CCD-Scannern ist sie deutlich besser. Außerdem hapert´s bei den CIS-Geräten an der Schärfen-tiefe; liegt die Vorlage nicht ganz eben auf der Scheibe, so ist teilweise im Scan nichts mehr zu erkennen.
Der CCD-Sensor eines Farbscanners besteht, genau betrachtet, aus drei parallelen Zeilen von nebeneinander gereihten CCD-Elementen mit jeweils einem Farbfilter in den Farben Rot, Grün und Blau davor. Die Anzahl dieser CCD-Elemente entscheidet über die optische Auflösung des Scanners in der Breite. In Längsrichtung andererseits hängt die optische Auflösung von der mehr oder weniger kleinen Schrittweite des Transportmotors nach jedem Zeilen-Scan ab. Beide Werte multipliziert, ergeben schließlich die nominelle Auflösung eines Geräts, also etwa 4.000 x 6.000 gleich 24 Millionen Bildpunkte bzw. Pixel oder, noch anders ausgedrückt, auch 72 MByte. Dieses Rechenbeispiel signalisiert übrigens zugleich auch sehr anschaulich, dass die mit Scannern erreichbare Auflösung von Bildern die Möglichkeiten jeder Digitalkamera am Markt derzeit übertrifft.
Treue als Scanner-Tugend
Die Auflösung von Scanner-Sensoren wird regelmäßig auch noch in der Dimension "dpi" ausgedrückt, womit die englische Abkürzung von "dots per inch" gemeint ist, also die Anzahl der Bildpunkte auf einer Länge oder Breite von 1" (entsprechend 2,54 cm). Für den Druck (entweder in Illustrierten oder Bildbänden oder aber auch auf Consumer-Printern) gilt eine Auflösung von 300 dpi als ausreichend, Zeitungen begnügen sich gar mit nur 200 dpi. Gute bis erstklassige Kleinbilddias oder feinkörnige Farb- oder Schwarzweißnegative hingegen bringen es auf Auflösungen zwischen 2.700 und 4.000 dpi, was beim Digitalisieren per Scan natürlich entsprechend zu beachten ist. Um auf Nummer Sicher zu gehen, sollte man daher mit entsprechenden Scannern bzw. Einstellungen zu Werke gehen. Das Ergebnis sind riesige Dateien mit bis zu 20 Millionen Bildpunkten (schon beim Kleinbildformat) - völlig ungeeignet als E-Mail-Anhänge. Jedoch auf CD-ROM oder DVD gebrannt, bewahren sie alle Informationen aus den Original-Vorlagen für das digitale Archiv, sowohl hinsichtlich Farbtreue, Dynamik als auch Originaltreue. Für Präsentationen, Publikationen oder den E-Mail-Transport kann man dann immer noch handlichere Datenpakete daraus machen.
Anschluss gesucht: USB 2.0 Full-Speed oder Hi-Speed oder Firewire?
Mittlerweile besitzen fast alle Scanner einen USB-Port. Jedoch Achtung: Eine schnelle 2.0 Hi-Speed-Schnittstelle unterscheidet sich von einer 2.0 Full-Speed-Schnittstelle in Sachen Übertragungsgeschwindigkeit (und Preis). USB 2.0 Full-Speed wird manchmal auch als USB 1.1 bezeichnet - etwas irreführend. USB 2.0 Full-Speed /USB 1.1 bringt es gerade mal auf 1,5 MBytes/s Übertragungsgeschwindigkeit, USB 2.0 Hi-Speed dagegen setzt pro Sekunde bis zu 60 MBytes durch. Firewire ist mit max. 50 MBytes/s auch nicht fixer. Nur die überholten Techniken Ultra 2 Wide SCSI mit bis zu 80 und Ultra 3 Wide SCSI mit max. 160 MBytes/s waren einmal die "Formel 1" im Schnittstellen-Rennen; da kein aktueller PC heute noch eine SCSI-Schnittstelle besitzt, sind diese beiden damit aus dem Rennen.
Flachbettscanner gehören heute eigentlich zur Standard-Ausstattung jedes Computer-Arbeitsplatzes, und sie sind von den führenden Herstellern inzwischen fast immer mit integrierten Dia- bzw. Durchlichteinrichtungen ausgerüstet; zumindest lassen sich derartige Aufsätze meist nachrüsten. Für das gelegentliche Einscannen von Positiv- und/oder Filmmaterial mag das reichen, für die professionelle Digitalisierung hingegen nicht, insbesondere, wenn es um die Aufbereitung und kommerzielle Nutzung größerer Archivbestände geht.
Produktivität und weitere Scanner-Kriterien
Unter Berücksichtigung aller hier behandelten Kriterien gibt es den idealen Universal-Scanner nicht, und es wird ihn auch nicht geben. Auf dem Markt sind jedoch Filmscanner in den Preisklassen von 200 bis ca. 4.000 Euro mit unterschiedlichen Features für praktisch alle Einsatzzwecke verfügbar. Das gilt gleichermaßen auch für Flachbettscanner, dort zu Preisen ab 100 Euro aufwärts. Bei Beratung, Verkauf und Anschaffung ist daher insbesondere immer nach dem Haupt-Einsatzgebiet zu fragen, wobei auch die Kriterien Produktivität und zugehörige bzw. zusätzlich verfügbare Software wichtig sind. Der Scanvorgang nur eines einzelnen Farbdias im Kleinbildformat kann - je nach Gerät und Qualitätsanspruch - zwischen zwei bis zehn Minuten, ja sogar eine Stunde dauern. Es versteht sich, dass folglich funktionierendes Zubehör für die automatische Vorlagen-Zufuhr im Stapelbetrieb gefragt und angesagt ist.
Ähnlich verhält es sich es beim Thema Software bzw. Treiber. Bei vielen Geräten wird Photoshop Elements mitgeliefert, gut geeignet für die Nachbearbeitung der Scans. Empfehlenswert ist auch die Software von SilverFast, des deutschen Marktführers bei Scanner- und Bildbearbeitungssoftware, die mehr als 120 Scanner und digitale Kameras unterstützt und unter den Betriebssystemen Windows und Mac läuft.
Last, but not least spielen auch Umweltverträglichkeit (Geräusche oder sonstige Emissionen), Hotlines der Hersteller und Gerätedesign eine Rolle bei Kaufentscheidungen