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Auflösung (Physik)

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Die Auflösung im physikalischen Zusammenhang ist die Grenze der Fähigkeit eines Geräts, Werte für eine physikalische Größe voneinander trennen zu können. Die Auflösung gibt also den kleinsten wahrnehmbaren Unterschied an. Dabei kann es sich um Spannungen, Winkel, Entfernungen, Frequenzen oder beliebige andere physikalische Größen handeln. Die Auflösung kann absolut, also in der Maßeinheit der betreffenden Größe, oder relativ, also als Zahlenverhältnis mit dem Messbereichsendwert im Nenner, angegeben werden.

Datei:Messschieber.jpg
Messschieber mit Haupt- und Nonius-Skale

Anwendungen

Messtechnik

Die für die Messtechnik grundlegende Norm[1] definiert die Auflösung als eine Angabe, wie weit ein Messgerät zwischen nahe beieinander liegenden Messwerten eindeutig unterscheiden kann; quantitativ kann sie durch die kleinste Differenz zweier Messwerte, die ein Messgerät eindeutig unterscheidet, angegeben werden. Dabei ist die Messabweichung, die bei beiden Werten gemeinsam auftritt, unerheblich.

Die Auflösung ist im Allgemeinen kleiner („besser“) als die systematische Abweichung. Dies kann aber auch umgekehrt sein: Wenn bei entsprechender Präzision die Auflösung die systematische Abweichung überdeckt, kann durch Wiederholung der Messung und Mittelbildung die Messunsicherheit vermindert werden. Kleine Messwertänderungen lassen sich durch ein differenz-bildendes Messverfahren, beispielsweise Wheatstone-Brücke, besser auflösen als bei der Beobachtung der Messgröße selbst.

Die Darstellung einer Messgröße auf einer Skale ist im Prinzip beliebig fein möglich, aber die Ablesung des Messwertes an dieser Skale ist nur mit begrenzter Auflösung möglich. Diese ist je nach Ausbildung der Skale beschränkt auf ½ … ⅟10 Skalenteilungswert. Bei einer in Millimeter geteilten Skale ist ohne weitere Hilfsmittel so etwa ½ … ⅕ mm auflösbar. Im gezeigten Bild können mittels Nonius-Skale noch Längen von 0,01 mm (½ Skalenteilungswert auf dem Schieber) unterschieden werden.

Die Ablesung eines Messwertes an einer Ziffernanzeige ist immer fehlerfrei möglich, aber die Darstellung der Messgröße auf dieser Anzeige ist nur mit begrenzter Auflösung möglich. Diese ist beschränkt dadurch, dass nur abzählbar viele Werte angezeigt werden können, und dadurch, dass jeder Anzeigewert für einen kleinen Teilbereich innerhalb des Messbereichs steht. Die kleinste Differenz zweier Messwerte, die das Messgerät eindeutig unterscheidet, ergibt sich in der Regel aus einem Ziffernschritt (Digit) auf der nierderwertigsten Stelle der Anzeige. Bei einem Spannungsmessgerät, das den Messbereich 0 … 2000 mV in 2000 gleich breite Schritte aufteilt, beträgt die Auflösung 1 mV. Neben dieser absoluten Auflösung kann auch eine relative Auflösung (bezogen auf den Endwert) angegeben werden, im konkreten Fall 1/2000.

Bildgebende Verfahren

Hauptartikel: Auflösungsvermögen

Die Auflösung von Kameras, Teleskopen, oder anderer bildgebender Verfahren wird Auflösungsvermögen genannt. Sie gibt an, wie nahe zwei Quellen sein können, damit sie gerade noch von einer einzigen Quelle unterschieden werden können. Dieser kleinste Abstand wird Strukturauflösung, in manchen Quellen auch nicht ganz treffend Ortsauflösung (wohl von Ortsfrequenzauflösung) genannt.

Hiervon zu unterscheiden ist die mögliche Schrittweite bei der Lagebestimmung einer Struktur im Bild. Diese kann durch den Einsatz von Subpixelalgorithmen deutlich feiner sein als die Strukturauflösung und wird als Ortsauflösung oder auch metrologische Auflösung bezeichnet.

In der Astronomie ist der Abstand zu den beobachteten Planeten, Sternen, oder Galaxien um viele Größenordnungen unterschiedlich groß. Daher ist es bei Teleskopen üblich, nicht die Strukturauflösung, sondern die Winkelauflösung anzugeben. Diese gibt die minimale Winkeldifferenz an unter der Quellen getrennt beobachtet werden können.

Frequenz

Bei Messverfahren für die Frequenz von Signalen ist die Auflösung der kleinste Frequenzabstand, bei dem noch zwei Frequenzen von einer unterschieden werden können. Seine Größe ist ein Qualitätsmerkmal für Spektrometer.

In der Akustik und in der Signalverarbeitung ist die betrachtete Größe direkt als zeitabhängiges Signal zugänglich. Die Frequenzauflösung bestimmt sich daher aus der Länge des Zeitintervalls, das zur Analyse herangezogen wird.

Einzelnachweise

  1. DIN 1319-1:1995; Grundlagen der Messtechnik - Grundbegriffe

Siehe auch


Dieser Artikel basiert ursprünglich auf dem Artikel Auflösung (Physik) aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Doppellizenz GNU-Lizenz für freie Dokumentation und Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported. In der Wikipedia ist eine Liste der ursprünglichen Wikipedia-Autoren verfügbar.