Bild

Ein Bild ist der Punkt oder die Ebene, an dem sich Lichtstrahlen nach dem Durchgang durch ein optisches System vereinigen und die Struktur eines Objekts nachbilden. In einer Kamera, einem Mikroskop, einem Teleskop oder einem Projektor lenken optische Elemente (Linsen, Spiegel oder beide) die einfallenden Lichtstrahlen so ab, dass sie fokussiert werden und ein verwertbares Bild auf einem Sensor, Film oder Betrachtungsschirm entstehen. Ohne diese Konvergenz haben Sie nur zerstreutes Licht; damit haben Sie räumliche Informationen, die Sie erfassen oder beobachten können.

Bilder fallen in zwei Hauptkategorien: reell und virtuell. Ein reelles Bild entsteht dort, wo sich Lichtstrahlen tatsächlich auf der gegenüberliegenden Seite der Linse vom Objekt treffen; es kann auf einen Schirm projiziert oder auf einem Sensor eingefangen werden. Ein virtuelles Bild entsteht, wenn Lichtstrahlen von einem Punkt auszugehen scheinen, sich dort aber nie wirklich treffen; Sie sehen es, wenn Sie in einen Spiegel schauen oder durch eine Lupe blicken. Reelle Bilder sind umgekehrt; virtuelle Bilder sind aufrecht. Die Unterscheidung ist wichtig, denn sie bestimmt, ob Sie das Bild direkt aufzeichnen oder darstellen können.

Optische Qualität und Aberrationen

Die Schärfe und Wiedergabetreue eines Bildes hängt davon ab, wie präzise das optische System alle relevanten Strahlen fokussiert. Aberrationen wie sphärische Aberration (Strahlen vom Rand fokussieren anders als die von der Mitte), chromatische Aberration (verschiedene Wellenlängen fokussieren an verschiedenen Punkten) und Koma (unscharfe Bereiche außerhalb der Achse) beeinträchtigen die Bildqualität. Hersteller bekämpfen diese durch Linsenkonstruktion, Materialwahl und Blendenkontrolle. Die Größe der Blende bestimmt auch die Tiefenschärfe: Eine kleinere Blende ergibt eine größere Zone akzeptabler Schärfe, lässt aber weniger Licht durch.

In digitalen Abbildungssystemen entsteht das Bild auf einem lichtsensitiven Array, typischerweise einem CCD- oder CMOS-Sensor, wobei jedes Pixel die Lichtintensität an seiner Position abtastet. Die Auflösung des Endbildes ist durch die Pixelanzahl des Sensors, die Lichtwellenlänge und die Fähigkeit des optischen Systems begrenzt, feine Details zu trennen (Beugung und Aberrationen setzen harte Grenzen). Vergrößerung, Arbeitsabstand und numerische Apertur sind die bestimmenden Parameter in der Mikroskopie; Brennweite und Blendenzahl bestimmen Fotografie und Projektion.

Der Begriff Bild gilt auch außerhalb des sichtbaren Spektrums: Wärmebild-Systeme bilden Bilder aus Wärmestrahlung, Röntgenbildgebung aus hochenergetischen Photonen und Ultraschallbildgebung aus Schallwelle-Echos. In jedem Fall bleibt das zugrundeliegende Prinzip gleich: Ein optisches oder akustisches System fokussiert Informationen von einem Objekt in ein verwertbares räumliches Muster, das Struktur und Detail offenbart.