Unter der Technik-Lupe: Buchscanner für „Historisches“

Autor – Jürgen Neitzel, freier Journalist und PR-Berater für Zeutschel GmbH

Der Aufbau und die Ausstattung geeigneter Digitalisierungsplattformen sind für Bibliotheken, Archive und Museen zu einer zentralen Aufgabe geworden. Dabei nimmt die Auswahl der Scansysteme eine Schlüsselrolle ein; Grund genug, um wichtige Funktionsweisen und Qualitätsmerkmale von Buchscannern genauer unter die Lupe zu nehmen.

Grundsätzlich lassen sich zwei Systeme unterscheiden, je nach eingesetztem Verfahren: Der Aufsichtsscanner als Kombination aus Zeilenkamera und Lichteinheit sowie die Digitalkamera als Scanner. Beim Aufsichtsscanner sind Zeile, Optik und Licht miteinander gekoppelt und werden gemeinsam über die Vorlage bewegt. Beim zweiten Verfahren erfasst eine zentrisch über der Vorlage montierte Digitalkamera das Dokument.

Unterschiedliche Systeme: Zeilen- oder Flächensensor

Der Unterschied zwischen beiden Scansystemen besteht in der Anordnung der CCD-Chips als Zeilen- oder als Flächensensor:

• Im Fall der CCD-Zeile befinden sich die einzelnen lichtempfindlichen Zellen in einer Reihe. Durch die Bewegung der Zeile über die Vorlage entsteht ein zweidimensionales Bild. Um Farbbilder zu erzeugen, werden typischerweise drei Reihen von Pixeln mit minimalem Abstand parallel angeordnet. Jede Reihe ist mit einem Farbfilter – normalerweise rot, grün und blau – versehen. So kann ein Farbauszugsbild entstehen.
• Bei Flächensensoren sind die einzelnen Zellen zweidimensional angeordnet. Um Farbinformationen zu gewinnen, sind die Zellen abwechselnd mit R/G/B-Filtern versehen. Um die gesamte Farbinformation des einzelnen Pixels zu erfassen, müssen die fehlenden Farben – wie bei Digitalkameras üblich – aus der Information der Nachbarzellen interpoliert werden.

Flächensensoren werden darüber hinaus gelegentlich auch als Arraysensoren bezeichnet.

Bildauflösung als Qualitätskriterium

Ein zentrales Kriterium für die Bewertung eines Digitalisierungssystems ist dessen Bildauflösung. Dabei ist für einen Vergleich der beiden Scansysteme die tatsächliche, also nicht-interpolierte Auflösung ausschlaggebend. Denn auch wenn die Megapixel-Angabe des Flächensensors für eine Beschreibung der Gesamt-Auflösung des Scansystems üblich ist, die reale Auflösung liegt deutlich darunter.

So entfallen durch die Farbmosaikfilter auf einem 40 Megapixel-Chip 20 Megapixel auf Grüninformationen sowie jeweils 10 Megapixel auf Rot- und Blauinformationen. „Deshalb bleiben für die tatsächliche, reale Auflösung des Systems zwischen einem Drittel und einem Viertel der Megapixel-Auflösung des Sensors übrig, der Rest ist interpoliert“, beurteilt Rüdiger Klepsch, Geschäftsführer und COO Marketing & Sales der Image Access GmbH, die Herstellerangaben. Im Gegensatz dazu setzen Aufsichtsscanner für die angebotene Auflösung kein Interpolationsverfahren zur Erzeugung von Bildinhalten ein. Der Zeilensensor liefert im Vergleich zum Flächensensor ein Mehrfaches an tatsächlicher Auflösung Bei einer A2-Vorlage zum Beispiel erzielt ein handelsüblicher Zeilensensor im Vergleich zum 40 Megapixel-Flächensensor das Sechsfache an Auflösung.

Farbwiedergabe nach ICC-Standard

Die Farbwiedergabe ist ein Parameter dafür, wie genau ein System in der Lage ist, eine bestimmte Farbe korrekt wiederzugeben. Auch beinhaltet die Farbwiedergabe eine Aussage über den Umfang der vom System überhaupt erfassbaren Farben. Wichtig ist ein durchgängiges Colormanagement nach ICC-Standard. Mit der Absicht, eine Vereinheitlichung von Farbmanagementsystemen zu erzielen, haben Hersteller von Grafik-, Bildbearbeitungs- und Layoutprogrammen 1993 das International Color Consortium (ICC) gegründet. Sogenannte ICC-Profile beschreiben den Farbraum von Farbeingabe- oder Farbwiedergabegeräten. Hierdurch bleibt die Information über die Originalfarbe vorhanden und so kann diese in der späteren Verarbeitungskette präziser wiedergegeben werden, unabhängig vom verwendeten Ausgabe- oder Anzeigegerät.

„Anwender sollten streng darauf achten, dass der eingesetzte Scanner individuelle ICC-Profile mitbringt und der gesamte Digitalisierungsprozess ein Farbmanagement nach ICC-Standard unterstützt. Nur dann lässt sich Farbverbindlichkeit und am Ende die farbtreue Reproduktion von Originalvorlagen erzielen“, erklärt Volker Jansen, Technischer Leiter der Zeutschel GmbH. Handelsübliche Buchscanner verfügen über Echtfarbverarbeitung mit einer Ausgabe von 24 Bit Farbe und 8 Bit Graustufen. Hochwertige Zeilenscanner tasten auf der Erfassungsseite mit hoher Bittiefe (zum Beispiel 42 Bit Farbe) ab. Notwendige Korrekturen für Linearität, Farbe, Homogenität, etc. werden in dieser hohen Bittiefe ausgeführt. Erst das komplett korrigierte Bild wird dann auf das verwendete Ausgabeformat von 8 Bit pro Farbkanal (24 Bit) reduziert.

„Es ist zudem ratsam, dem Problem der ‚Farbinterpolation’ Beachtung zu schenken“, so Volker Jansen weiter. Denn bei einem Großteil der Flächensensorsysteme beschränkt sich die pixelweise Abtastung auf eine Farbe pro Pixel. Die fehlende Information muss durch Interpolation aus den Nachbarpixeln generiert werden. Diese sogenannte ‚Farbinterpolation’ führt bei Vorlagen mit feinen Strukturen und hohem Kontrast zu Bildstörungen in Form von ‚Farbmoires’. Bei flächigen, intensiven Farben kommt ein Farbrauschen hinzu. Die Deutsche Forschungsgesellschaft hat in ihren Digitalisierungsrichtlinien diese Probleme aufgegriffen und bezeichnet deshalb unter anderem Zeilenscanner als geeignetes System für zum Beispiel filigrane Motive und Tiefdrucke.

Optimale Beleuchtung – auch unter konservatorischen Gesichtspunkten

Die Beleuchtung muss die Vorlage homogen ausleuchten und ausreichend hell sein, um in offenen Systemen den Fremdlichteinfluss zu unterdrücken. Darüber hinaus muss sie konservatorisch sicher sein, das heißt der Vorlage keinen Schaden zufügen. Zeilenscanner setzen daher verstärkt auf die LED-Technologie: „LEDs verfügen über eine hohe Lichteffizienz, eine gute Farbwiedergabe, eine hohe spektrale Stabilität und erlauben eine zeilenförmige Fokussierung“, beschreibt Markus Schnitzlein, Geschäftsführer der Chromasens GmbH, eines Spezialisten für Bildverarbeitungssysteme, die Vorteile dieser Technologie.

Die reihenförmige Anordnung der LEDs ermöglicht zudem eine homogene Ausleuchtung. Dadurch tritt der Einfluss des Umgebungslichts in den Hintergrund. Von Vorteil ist zudem, dass die auf die Vorlage gebrachte Lichtmenge sehr limitiert ist. Zeilenbasierte Systeme arbeiten mit ‚Lauflichtern’, bei denen ein Punkt der Vorlage nur unmittelbar während des Abtastvorgangs beleuchtet wird. Die dort verwendeten LEDs emittieren zudem keine UV- und IR-Strahlung, was die Vorlage zusätzlich schont. Keines der am Markt verfügbaren Systeme mit Flächensensor setzt ein vergleichbares Licht ein, so dass eine optimale und konstante Qualität nur sehr schwer zu erreichen ist. Es wird daher eine spektral korrekte Dauerbeleuchtung benötigt, was unter konservatorischen Gesichtspunkten bedenklich ist.

Fazit

Für die Digitalisierungsvorhaben von Bibliotheken, Archiven oder Museen stehen zwei unterschiedliche Scanner-Systeme zur Verfügung, die einer Reihe von Anforderungen genügen müssen: Hohe Bildauflösung, Farbmanagement nach ICC-Standard und optimale Beleuchtung – letztere muss zudem konservatorischen Kriterien genügen. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass Zeilenscanner diese technischen Voraussetzungen in der Regel mitbringen. Buchscanner mit Flächensensortechnik eignen sich dagegen nur sehr eingeschränkt für qualitativ-hochwertige Digitalisierungsaufgaben und für den Einsatz im Freihandbereich von Bibliotheken.

www.zeutschel.de
www.imageaccess.de

Jürgen Neitzel ist freier Journalist und PR-Berater und versteht sich als moderner ‚Storyteller‘.
Die Zeutschel GmbH liefert seit mehr als 50 Jahren Lösungen für das Dokumenten- und Archivmanagement. Die Produktpalette umfasst Aufsichtsscanner für Kopier- und Digitalisierungsanwendungen, Scan-Software, Lieferdienst-Software und Software-Lösungen für den Aufbau digitaler Sammlungen im Internet sowie Mikrofilmsysteme. Image Access entwickelt und vertreibt Großformatscanner und Digitalisierungslösungen. Mit seinen Produkten deckt das Unternehmen die Segmente Aufsichtsscanner, Durchlaufscanner und Flachbettscanner ab.