Pixel-Shift

Was ist Pixel-Shift bei einem Projektor — und wo liegt der Unterschied zur nativen Auflösung?

Pixel-Shift versetzt das projizierte Bild zwischen zwei oder vier Teilbildern um einen halben Bildpunkt, meist schräg nach unten rechts. Die Teilbilder folgen so schnell aufeinander, dass das Auge sie übereinanderlegt und ein Bild mit mehr sichtbarer Struktur sieht, als der Bildwandler an Bildpunkten hat.

Der Chip im Projektor hat eine feste Zahl an Bildpunkten — und die ist bei vielen Geräten kleiner, als auf dem Karton steht. Der Trick: Das Gerät zeigt zwei Bilder ganz kurz hintereinander und rückt das zweite um einen halben Punkt zur Seite. Dein Auge ist zu langsam, um die beiden getrennt zu sehen, und macht daraus ein einziges, feineres Bild. Das funktioniert erstaunlich gut. Ein Gerät, das die Punkte wirklich alle einzeln hat, zeichnet feine Kanten trotzdem sauberer — und beides heißt im Laden „4K".

Ausführliche Erklärung

Der Bildwandler eines Projektors hat eine feste Zahl an Bildpunkten, und diese Zahl lässt sich nicht vergrößern. Der Bildpunktversatz greift deshalb am Lichtweg hinter dem Chip an: Ein schnell kippendes Glaselement oder ein bewegter Spiegel verschiebt das gesamte Bild um einen halben Bildpunkt und stellt es kurz danach wieder zurück. Der Chip zeigt in diesen beiden Stellungen verschiedene Teilbilder, die aus dem Ursprungsmaterial berechnet sind — versetzt sich das Bild, landen die Punkte des zweiten Teilbilds genau zwischen denen des ersten.

Zusammengesetzt wird das im Auge. Folgen zwei Lichteindrücke schnell genug aufeinander, verschmelzen sie zu einem; die Grenze dafür liegt weit unterhalb der Taktrate, mit der diese Geräte arbeiten. Das Ergebnis ist ein dichteres Raster aus überlappenden Punkten. Wo ein Full-HD-Bildwandler mit vierfachem Versatz arbeitet, liegen am Ende viermal so viele Punkte auf der Fläche wie physisch vorhanden — sie sind allerdings so groß geblieben, wie sie waren, und überlappen einander.

Was das Verfahren leistet

Sichtbar wird der Gewinn dort, wo Struktur im Bild liegt: an Kanten, in Hauttexturen, in Schrift und in feinem Gewebe. Der zweite, seltener genannte Gewinn ist die Rasterstruktur — die versetzten Punkte fallen in die dunklen Zwischenräume des Punktrasters und füllen sie auf, wodurch der Fliegengittereffekt deutlich zurückgeht. Dass die alten Projektorbilder ein sichtbares Gitter hatten und die heutigen nicht mehr, hat mit diesem Nebeneffekt mindestens so viel zu tun wie mit der gewachsenen Punktzahl.

Wo die Grenze liegt

Das Verfahren erhöht die Punktdichte, aber es erhöht nicht die Schärfe der einzelnen Punktkante. Weil sich die überlappenden Punkte gegenseitig aufhellen, fällt der Kontrast zwischen zwei benachbarten Punkten geringer aus als bei einem Bildwandler, der diese Punkte einzeln darstellt. Ein Muster aus abwechselnd hellen und dunklen Einzelzeilen — im Testbild der harte Fall — zeigt das sofort: Ein natives Panel trennt die Zeilen, der Versatz weicht sie auf.

Die zweite Grenze steckt in der Zeit. Beide Teilbilder gehören zu demselben Moment, gezeigt werden sie nacheinander. Bei ruhigem Bild stört das nicht; bewegt sich der Inhalt schnell, wandert der Bildinhalt zwischen den Teilbildern weiter, und der Zugewinn schrumpft genau dann, wenn viel im Bild passiert.

Die dritte Grenze ist die des Betrachters. Ob der Unterschied überhaupt ankommt, entscheidet der Winkel, unter dem ein Bildpunkt am Auge erscheint: Die Auflösungsgrenze des normalsichtigen Auges liegt bei rund einer Bogenminute, und daraus folgt für jeden Bildpunktabstand eine Entfernung, ab der die Punkte verschmelzen — nachgerechnet bei der Auflösungsgrenze des Auges. Bei 2,50 Metern Bildbreite ist ein Punkt eines 4K-Rasters etwa 0,65 Millimeter breit, und aufgelöst wird er bis zu einer Entfernung von gut zwei Metern. Wer weiter weg sitzt — der Normalfall im Wohnzimmer —, sieht den Unterschied zwischen nativer und versetzter Darstellung immer schwerer, und irgendwann gar nicht mehr.

Häufiges Missverständnis

„Der kann 4K" ist der Satz, an dem sich die Kaufentscheidung meistens festmacht, und er stimmt in beiden Fällen — das Gerät nimmt ein 4K-Signal an und stellt es in irgendeiner Form dar. Was er verschweigt, ist die Zahl der Bildpunkte auf dem Chip. Geräte mit Versatz sind deswegen keine schlechten Geräte; sie holen aus einem kleineren Bildwandler bemerkenswert viel heraus und sind bei gleichem Preis oft heller als ein natives Gerät. Der Punkt ist, dass zwei verschiedene Dinge unter demselben Etikett verkauft werden und der Unterschied sichtbar wird, sobald man nah genug sitzt.

Beim zweiten Irrtum geht es um die Richtung des Gewinns. Der Versatz holt keine Details ins Bild, die im Signal nicht stehen — er verteilt vorhandene Bildinformation auf mehr Punkte. Ein weichgezeichneter Film wird dadurch nicht schärfer.

Nicht zu verwechseln mit

Native Auflösung: Die Zahl der Bildpunkte, die der Bildwandler physisch besitzt. Sie steht in den Datenblättern seltener als die Signalauflösung und entscheidet über alles Weitere auf dieser Seite.
Skalierung: Rechnet ein Signal auf eine andere Punktzahl um und arbeitet damit vor dem Bildwandler. Der Versatz sitzt dahinter, im Lichtweg.
Lens Shift: Verschiebt das ganze Bild dauerhaft auf der Leinwand, um die Aufstellung auszugleichen. Gleiches Wort, andere Größenordnung — hier geht es um Zentimeter, dort um einen halben Bildpunkt.
Zwischenbildberechnung: Erzeugt zusätzliche Bilder in der Zeit, um Bewegung glatter wirken zu lassen. Sie fügt Bilder hinzu, der Versatz teilt ein vorhandenes auf.

Aus der Praxis

Ein Wohnzimmer mit 2,50 Metern Bildbreite, Hauptsitzplatz 3,50 Meter vom Bild entfernt, gelegentlich sitzt jemand auf 2,50 Metern. Noch vor „nativ oder versetzt" zählen zwei Maße: Welche Bildgröße braucht dieser Raum, und wie nah sitzt der nächste Platz?

Aus den Maßen folgt die Antwort fast von selbst. Auf 3,50 Metern liegt der 4K-Bildpunkt unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges; dort trennt kein Betrachter mehr die Punkte, und der Unterschied zwischen den Verfahren verliert seine praktische Bedeutung. Auf 2,50 Metern kommt er zurück, und mit ihm die Frage, was dieser Platz wert ist. Geräte kommen danach an die Reihe — und dann meist gemeinsam mit der Frage nach Lichtstrom und Kontrast, weil ein natives Gerät derselben Preisklasse an anderer Stelle Abstriche macht. Wer die Wahl nicht rechnen mag: Ein Vergleich derselben Szene auf beiden Geräten am eigenen Sitzabstand beantwortet sie in zwei Minuten.

Verknüpfte Inhalte

Warum ein Punktraster überhaupt sichtbar wird und wann es verschwindet, steht beim Fliegengittereffekt. Wie weit man für eine gegebene Bildbreite sitzen sollte, führt der Sichtwinkel aus; ab welcher Entfernung ein Bildpunkt überhaupt nicht mehr einzeln zu erkennen ist, rechnet die Auflösungsgrenze des Auges für Projektion, Fernseher und LED-Wand gleichermaßen vor. Was der Pixelabstand einer selbstleuchtenden Fläche daraus macht, steht bei der LED-Wand. Welche Bildwandler nativ in 4K arbeiten und welche nicht, behandeln die Einträge zu LCoS und zum transmissiven LCD.

Quellen

Die Auflösungsgrenze des Auges von rund einer Bogenminute steht mit ihrer Herleitung und ihrem Beleg auf der Formelseite zur Auflösungsgrenze des Auges; die Angaben zu Zahl und Richtung der Teilbilder folgen Herstellerunterlagen.