Aus Fotografien messen: eine Geschichte

Aus Fotografien zu messen ist beinahe so alt wie die Fotografie, und die Schwierigkeit ist von Anfang an dieselbe: Der Maßstab einer Fotografie gilt nur in einer Ebene. Alles, was näher an der Kamera liegt, wird größer abgebildet, alles, was weiter entfernt ist, kleiner. Vor der Fotografie, und lange neben ihr, wurden Funde gezeichnet, und hier setzt die Seite an. Sie verfolgt, wie die Archäologie mit dem Problem umgegangen ist, in der Reihenfolge, in der es geschah, neben den Feldern, die dem Problem zuerst begegneten oder die ausdrücklichsten Regeln schrieben: Architektur und Kartierung, Astronomie, Radiologie, Anthropologie, Polizei- und forensische Fotografie, Biologie, die Standards zur Digitalisierung des Kulturerbes und die Regeln dafür, wie die Sicherheit einer Messung anzugeben ist. Sie endet mit dem, was die Daten über die Felder hinweg zeigen, dem Platz der Archäologie darin, dem, was geklärt ist, dem, was offen bleibt, und dem, wo PHOTARCH steht.

Vor der Fotografie: Zeichnungen, Maße und angegebene Verkleinerungen

Vor der Fotografie, und lange neben ihr, wurden Funde gezeichnet, und ihre Genauigkeit kam weniger von Instrumenten als vom Messen. Ein Aufsatz, der 1749 verlesen und im ersten Band von Archaeologia (1770) gedruckt wurde, gibt die Maße eines Objekts in Zoll an und sein Bild „reduced to the size of one fourth of the original“ — die früheste gefundene angegebene Verkleinerung. Die Recueil d'antiquités (1752–67) des Comte de Caylus geben Maße im Text an und zeichnen manche Objekte in natürlicher Größe; nach Stephanie Mosers Darstellung führte er einen Maßstab ein, der die Größe der Objekte zeigt, Schnittprofile und einheitlichere Verkleinerungen. In der Description de l'Égypte (1809–29) tragen die Tafeln von Bauwerken Maßstabsleisten in Metern und Toisen, und die Erläuterung der Tafeln räumt ein, dass der Stecher mehrere Maße verändert hat, während die darauf geschriebenen Abmessungen exakt sind. Die Zahl im Text war mehr wert als die Linie auf der Tafel.

Die Instrumente halfen bei der Proportion, nicht beim Maßstab. 1807 beschrieb William Hyde Wollaston die Camera lucida, ein Prisma, durch das der Zeichner den Gegenstand und das Papier zugleich sieht; die Größe der Zeichnung wird bestimmt, indem das Original in proportional größerem Abstand als das Papier aufgestellt wird, was nur für ein flaches Original in bekanntem Abstand gilt. Die Camera lucida trug das Ebenenproblem der Fotografie schon in sich, drei Jahrzehnte vor der Fotografie. Ein Gebrauch ihrer Vorgängerin, der Camera obscura, in der archäologischen Zeichnung wurde hier nicht gefunden; das Instrument war die Camera lucida. Der Pantograph, 1631 von Christoph Scheiner beschrieben, und das Quadrieren mit einem Raster lieferten exakte Proportionen, aber nur von flachen Originalen. Durchzeichnungen lieferten eine Kopie einer flachen Fläche in voller Größe, Papierabklatsche und Gipsabgüsse eine mechanische des Reliefs: Auf Lepsius' preußischer Expedition nach Ägypten (1842–45) wurden Papierabklatsche „die treuesten Faksimile“ genannt, und bemalte Wände wurden in voller Größe durchgezeichnet und in Berlin verkleinert.

1. DAS PRISMA — von Wollaston, 1807: das Auge über seiner Kante sieht das Original und das Papier

Frederick Catherwood hatte in den 1820er- und 1830er-Jahren mit Robert Hay in Ägypten gezeichnet, wo Camera-lucida-Zeichnungen, Durchzeichnungen direkt von der Wand und Gipsabgüsse alle verwendet wurden. Die Camera lucida nahm er mit John Lloyd Stephens zu den Maya-Städten. In Copán 1839 scheiterte er zunächst, „both with the camera lucida and without“; dann zeichnete er jeden Umriss damit, wobei er sein Papier in Abschnitte teilte, um die Proportionen zu halten, und in Palenque wurden Gerüste gebaut, um das Instrument zu tragen. In Uxmal versuchten sie 1841 eine Daguerreotypie-Kamera; die Ergebnisse waren „not sufficiently perfect“, die Teile im Schatten gingen verloren, sodass Catherwood alles mit Bleistift und Camera lucida vollendete und die Daguerreotypien als Hilfsmittel an die Stecher gingen. Seine Zeichnungen verkleinerte er für den Stich selbst; in London bestellte Holzschnitte wurden als den Originalen unähnlich zurückgewiesen, und alles wurde noch einmal in Stahl gestochen, wobei Catherwood die Korrekturabzüge durchsah. In seinen Views of Ancient Monuments (1844) zeichneten sechs andere Lithografen die Ansichten auf Stein neu, und eine Gesamtansicht von Palenque ist aus einzelnen Skizzen zusammengesetzt. Die Maße reisten im Text; Maßstabsleisten erscheinen nur auf wenigen Tafeln.

In Skandinavien wurde die angegebene Verkleinerung zur Regel für Funde. Worsaaes Katalog der dänischen königlichen Sammlung, die Afbildninger von 1854, gezeichnet und radiert von Magnus Petersen, gibt neben jeder Abbildung eine Verkleinerung an: ⅓, ½, 1/1. Oscar Montelius' Bücher wurden von C. F. Lindberg illustriert, dem Zeichner der Schwedischen Akademie der Wissenschaften von 1867 bis 1893 — Svenska fornsaker (1872–75), und Oluf Ryghs Norske Oldsager (1880–85) in Norwegen — und ab 1874 von Olof Sörling, der etwa sechzig- bis siebzigtausend Zeichnungen für Montelius, Hildebrand, Salin und Almgren anfertigte. Beide zeichneten direkt auf den Holzstock, aus dem ein Stecher den Druckstock schnitt, und jede Abbildung trägt ihre eigene, für das Objekt gewählte Verkleinerung: zwei Feuersteinbeile auf einer Seite bei ⅓ und ⅔. Keine gefundene Quelle sagt, wie sie maßen. Montelius hielt andere an die Konvention: 1885 korrigierte er eine deutsche Veröffentlichung, deren Abbildung nicht, wie behauptet, in natürlicher Größe, sondern auf zwei Drittel gezeichnet war. Magnus Petersen hielt 1909 schriftlich fest, dass die Fotografie nicht genüge, wo Form und Maß in jedem Detail exakt sein müssten, und 1904 nannte Petrie die Zeichnung noch „the main resource for illustration“.

Eine Verkleinerung auf einer gezeichneten Tafel bedeutet etwas anderes als auf einer Fotografie. Eine mit ⅔ bezeichnete Abbildung ist eine gemessene Konstruktion — Umriss, Schnitt, Vorder- und Seitenansicht —, aus den Abmessungen des Objekts aufgebaut, näher an einer Parallelprojektion als an einer Ansicht von einem Punkt aus; Petries Art, den Umriss eines kleinen Objekts mit einem aufrechten Bleistift um es herum auf dem Papier zu zeichnen, ergibt einen wahren Umriss. Als die Fotografien übernahmen, behielten sie die Art der gezeichneten Tafeln, den Maßstab anzugeben — die Verkleinerung in der Bildunterschrift —, obwohl keine gefundene Quelle sagt, dass die Konvention weitergegeben wurde.

1850–1885: Bauwerke, Land und die ersten archäologischen Pläne

In Frankreich zeichnete Aimé Laussedat ab 1850 Pläne nach perspektivischen Ansichten und ab 1861 nach Fotografien, wobei er Punkte durch den Schnitt der Strahlen von zwei Kamerastandpunkten festlegte. In Preußen hatte der junge Architekt Albrecht Meydenbauer 1858 dieselbe Idee, ohne von Laussedats Arbeit zu wissen. 1867 baute er dafür Kameras und schrieb im Dezember desselben Jahres in einer Architekturzeitschrift von Photogrammetrie. Seine Methode funktionierte nur, wenn die fotografische Platte streng senkrecht stand: Die Ausrichtung des Bildes wurde kontrolliert, bevor irgendetwas daraus gemessen wurde. 1885 gründete er in Berlin die Messbildanstalt, die erste Einrichtung, die Kulturerbe auf diese Weise dokumentierte; bis 1909 fotografierte sie auch Athen, Baalbek und Istanbul.

Die Archäologie gehörte zu den ersten, die es nutzten. 1874 fotografierte Stolze Persepolis mit einer Meydenbauer-Kamera, und 1879 zeichnete Meydenbauer die Freitagsmoschee von Schiras nach Stolzes Fotografien. Die frühesten gefundenen Messlatten in einer archäologischen Fotografie sind noch älter und stehen an einem Bauwerk: In John Burkes Fotografien von Tempelruinen in Kaschmir, datiert 1868, kreuzen sich zwei schwarz-weiße Latten an der Fassade. Funde wurden anders gezeigt. Schliemanns Atlas trojanischer Alterthümer (1874) fotografiert Objekte auf Regalen und schreibt den Maßstab auf die Tafel: Terrakotten aus vier Metern Tiefe, in einem Viertel ihrer natürlichen Größe.

In der Optik benannte Ernst Abbe 1878 das telezentrische Objektiv: ein System, dessen Messfaktor nicht davon abhängt, wie weit das Objekt entfernt ist. Er schrieb es für Messinstrumente, darunter fotografische Apparate. Es ist die eine optische Antwort auf das Problem, und es kehrt später in jedem Feld wieder, das misst.

1869–1898: Körper, Sterne und die ersten Zweifel

Die Anthropologie begegnete dem Ebenenproblem 1869. John Lamprey schlug vor, Menschen vor einem Raster aus Quadraten von zwei Zoll zu fotografieren, wobei die sitzende Person in einigem Abstand davor stand — der Maßstab lag also hinter dem Körper. Im selben Jahr verlangte Thomas Huxleys Plan für das Colonial Office Messstäbe in der Ebene des Motivs.

Die Astronomie maß ab den 1880er-Jahren an fotografischen Platten. Die ersten fotografischen Parallaxen wurden 1886 in Oxford genommen, und der Kongress, der 1887 die Carte du Ciel plante, ließ ein Raster, das Réseau, auf jede Platte drucken, damit sich die eigenen Verschiebungen der Platte kontrollieren ließen. 1893 löste Turner Maßstab und Orientierung jeder Platte aus Sternen bekannter Position: Der Maßstab gehörte der Platte, jedes Mal neu errechnet.

In der Archäologie kam der Zweifel früh. Im ersten Band von Excavations in Cranborne Chase (1887) warnte Augustus Pitt-Rivers, dass Schädelzeichnungen in halber Größe mit einer Camera lucida wegen der Perspektive für das Messen nicht immer verlässlich seien. Im vierten Band (1898) schrieb er, „photographs cannot be relied upon for measurement“, und maß die Schädel stattdessen mit einem eigenen Kraniometer; seine Tafeln geben die Verkleinerung an, ein Viertel der natürlichen Größe, und tragen keinen Maßstab.

In Paris machte Alphonse Bertillon die Polizeifotografie zu einem Messinstrument. In La photographie judiciaire (1890) legte er das gerichtliche Porträt auf eine Verkleinerung von einem Siebtel fest. Die Verkleinerung wurde auf einer benannten Ebene eingestellt: Ein Lineal von 28 cm, senkrecht in der Ebene des Gesichts am äußeren Augenwinkel gehalten, musste auf der Platte 4 cm lang erscheinen. Die Verkleinerung sollte auf jeder gerichtlichen Fotografie vermerkt werden, sodass der Maßstab mit dem Bild reiste.

Die englische Ausgabe von 1896 geht einen Schritt weiter. Das Halten des Lineals wurde durch einen Stab ersetzt, der 19 cm vor der Rückseite des Stuhls befestigt war. Bertillon wählte diesen Abstand als Durchschnitt vom Augenwinkel bis zur Stuhllehne, gemessen an dreißig Menschen unterschiedlicher Statur, sodass die Verkleinerung „in a uniform … manner“ vorgenommen werden konnte. Es ist der früheste gefundene Fall, eine unbekannte Tiefe zu behandeln, indem man die Ebene des Maßstabs auf eine gemessene mittlere Tiefe legt — dieselbe Idee wie die Korrektur einer Messung auf die Mitte der Höhe eines Objekts.

1895–1913: Röntgenstrahlen, Stereoinstrumente und die Grabungstafel

Die Radiologie begegnete dem Problem von PHOTARCH unmittelbarer als jedes andere Feld: Ein Röntgenbild vergrößert einen Körper um einen Betrag, der von seiner Tiefe abhängt. Stereo-Röntgenaufnahmen entstanden binnen Monaten nach Röntgens Entdeckung. 1897 stellte Rosenfeld fest, dass der Umriss des Herzens bei einer Röhre in etwa 40 cm Abstand nicht stark vergrößert war; 1898 empfahl Gocht einen Meter, bei dem sich das Herz fast fehlerfrei messen ließ. Moritz' Orthodiagraph von 1900 zeichnete nur den Strahl senkrecht zum Schirm nach, sodass der Umriss in wahrer Größe gezeichnet wurde. 1908 tabellierte Albert Köhler, der 1,5–2 m verwendete, die bei jedem Abstand verbleibende Vergrößerung. Den Abstand vergrößern und angeben, was bleibt: Die Radiologie hatte beide Hälften der Methode bis 1908.

Photogrammetrie und Astronomie teilten sich ein Instrument: Pulfrichs Stereokomparator, 1901 von Zeiss gezeigt, wurde zuerst an Sternplatten erprobt, und von Orels Stereoautograph (1907–09) zeichnete Höhenlinien direkt aus Bildpaaren.

Ab 1904 wandte Bertillon sein Denken auf Tatorte an, in dem, was die Presse métrophotographie nannte: Körper und Waffen wurden am Bild vermessen, ein „perspectometer“ half beim Zeichnen des Grundrisses, und die Abzüge wurden mit Zentimeterteilungen und Perspektivrahmen aufgezogen. 1907 gab es eine Überkopfkamera auf einem mehr als zwei Meter hohen Stativ; 1913 bot ein Hersteller den Apparat für Identifizierung, Anthropologie, Archäologie und Architektur an. Der Maßstab kam aus der festen Geometrie der Kamera, nicht aus einem in die Szene gelegten Lineal.

Flinders Petrie gab der Archäologie ihre Regeln dafür in Methods & Aims in Archaeology (1904). Ein einheitlicher Maßstab, schrieb er, entstehe, indem man die Brennweite unverändert halte und den Abstand von der Kamera zum Objekt messe, die Kamera rechtwinklig zur Ebene des Objekts; jede Platte behalte einen Maßstab, und „it should be stated in the heading of the plate“. Seine eigenen Royal Tombs (1900) beschriften ihre Objektfotografien mit 4:3, 1:2 oder 1:5. In denselben Jahren gelangten Maßstäbe in den Bildausschnitt. George Reisners Grabungen in Naga-ed-Dêr (1901–03, veröffentlicht 1908) zeigen in den Grabungsfotografien einen „meter staff“ und auf einer Tafel mit Gefäßen davor außerdem einen Messstreifen neben der angegebenen 1:6 — die früheste hier gefundene Objektfotografie mit einem Maßstab im Bildausschnitt. Der Archaeological Survey of Nubia (1907–08) legte eine schwarz-weiß segmentierte Leiste neben das Skelett ins Grab. Museumskataloge hielten an einem dritten Weg fest: Der Catalogue général des Kairoer Museums fotografiert Objekte vor Weiß ohne Maßstab und gibt die Abmessungen im Text an. Archäologen gingen auch in die Höhe: Giacomo Boni fotografierte 1899 das Forum Romanum aus einem Heeresballon, und Stonehenge wurde 1906 aus einem Kriegsballon senkrecht fotografiert.

1914–1931: Krieg, Luftbildarchäologie und feste Geometrie

Der Erste Weltkrieg machte die Luftbildfotografie zu einem Kartierungsverfahren und zeigte ihre Grenze. Maßstab und Neigung einer Luftaufnahme ließen sich aus dem Bild selbst nicht genau wissen, und die Entzerrung beseitigte die Neigung, ließ aber die Reliefverschiebung bestehen; die erste echte photogrammetrische Kartierung erfolgte in Mesopotamien, wo es fast kein Relief gab. Die Archäologie folgte den Fliegern. Theodor Wiegands Buch von 1920 war das erste mit archäologischen Fotografien aus einem Flugzeug; O. G. S. Crawford, ein Beobachter im Krieg, nutzte ab 1922 Fotografien der Royal Air Force; und Wessex from the Air (1928) wurde mit einer erbeuteten deutschen Kamera geflogen. 1918 entwarf Pulfrich Stereoinstrumente für Röntgenaufnahmen und verglich sie mit seinem Auswertegerät für topografische Karten.

Am Boden gaben Grabungstafeln weiterhin meist Verhältnisse an. Petries Tafeln für Tarkhan (1913), Gerar (1928) und Beth-Pelet (1930) sind mit 1:4, 5:8, 21:20 beschriftet — Verhältnisse, die nahelegen, dass der Maßstab nachträglich am Abzug abgemessen wurde — und die Ansichten der Fundstellen tragen keinen Maßstab. Bruntons Qau and Badari (1927) stellte eine „INCHES“-Leiste auf das Regal am Fuß von Gefäßgruppen; die Objekttafeln aus Samaria (veröffentlicht 1924) haben keine.

Die Anthropologie schrieb das Problem 1928 nieder. Rudolf Martins Lehrbuch der Anthropologie hält fest, „das photographische Bild stellt keine Parallelprojektion eines Objektes dar“ — eine Fotografie ist keine Parallelprojektion ihres Objekts —, und verlangt einen Kameraabstand von mindestens dem Zweieinhalbfachen der Größe des Motivs, einen Maßstab neben der Figur in der Schärfeebene und, für echtes Messen, den Dioptrographen, ein Instrument für orthogonale Projektion. Drei Jahre später, 1931, legte die Kephalometrie die Geometrie von Quelle, Kopf und Film ein für alle Mal fest, durch Broadbent in den Vereinigten Staaten und Hofrath in Deutschland.

1950er–1970er: Der Maßstab wird zur Regel der Archäologie

Zwei Handbücher von 1954 machten einen Maßstab in jeder Fotografie zur Regel der Archäologie, und beide sagten schon, wohin er gehört. Mortimer Wheelers Archaeology from the Earth verlangt einen Maßstab, Stab oder menschliche Figur, parallel zur Platte und in derselben Ebene wie das Hauptmerkmal, und merkt an, wie oft ein Maßstab viel näher an der Kamera angebracht wird als das kleine Objekt, zu dem er gehört; ein Maßstab in der Bildmitte, fügt er hinzu, sei meist schlecht. Bei einem nahen Objekt mit gewisser Tiefe ergibt ein Maßstab auf dem Hintergrund eine sichtbare Disparität, sodass er auf einem Holzstreifen oder Plastilin „raised to the required height“ werden soll. M. B. Cooksons Photography for Archaeologists erklärt, dass sich der Maßstab einer Fotografie mit dem Abstand ändert, stellt bei tiefen Ansichten Stangen in Vorder-, Mittel- und Hintergrund und setzt den Maßstab bei Töpfen aufrecht, in der Ebene ihrer Mitten. Die Archäologie hatte die Regel der gleichen Ebene 1954 niedergeschrieben — mehr als dreißig Jahre vor dem ABFO-Maßstab der forensischen Fotografie und fünfzig vor SWGTREAD.

Es dauerte eine Generation, bis daraus Gewohnheit wurde. In veröffentlichten Grabungsfotografien erscheint ein Stabmaßstab in den 1950er-Jahren in 10 % und bis zu den 1970er-Jahren in 50 %, nach Charlotte Carters Auswertung der Zeitschriften; zählt man Werkzeuge und Personen, die als Maßstab dienten, trugen 55 % überhaupt einen.

Anderswo veränderte der Computer die Photogrammetrie. Duane Browns Bündelausgleichung von 1957–59 löste Kamerapositionen und Punkte gemeinsam nach der Methode der kleinsten Quadrate, und seine Kalibriermodelle von 1966 und 1971 öffneten die Nahbereichsmessung für gewöhnliche Kameras. 1964 kartierte George Bass das Schiffswrack von Yassıada durch Stereophotogrammetrie aus einem U-Boot, und die Charta von Venedig verlangte, Denkmäler mit Zeichnungen und Fotografien zu dokumentieren. 1968 legte Maurice Carbonnell in Monumentum von ICOMOS die Gründe für Photogrammetrie am Kulturerbe dar: Methoden mit einer einzelnen Fotografie setzen voraus, dass das Motiv eine Ebene ist, obwohl sich eine Platte für jede Ebene eines Bauwerks aus vor Ort gemessenen Abständen skalieren lässt. CIPA, der internationale Ausschuss für Photogrammetrie am Kulturerbe, wurde etwa zur selben Zeit gegründet; die Quellen nennen 1968 bis 1970. In der Forensik wurden Stereokameras mit fester Basis zur Aufnahme von Verkehrsunfällen eingesetzt, und nach der Warren-Kommission (1964) und einem Gesetz der Vereinigten Staaten zur Bankenüberwachung (1967) wurde die Rückprojektion genutzt, um Personen in Überwachungsbildern zu vermessen. Die Medizin vermaß das Skelett ab Anfang der 1970er-Jahre mit der Röntgen-Stereophotogrammetrie dreidimensional. Die Computer Vision nahm das alte Problem auf: Ullman (1979) und Longuet-Higgins (1981) gewannen Struktur aus mehreren Ansichten zurück, Letzterer unter Berufung auf die photogrammetrische Literatur.

1985–1997: Ein Maßstab für die Forensik, Standards für Dateien

Der Maßstab, den die forensische Gemeinschaft als ihre Referenz anerkennt, wurde für Bissspuren entworfen. William Hyzer und Thomas Krauss veröffentlichten 1988 den ABFO No. 2 für das American Board of Forensic Odontology. Er ist L-förmig, mit Millimeterteilung auf beiden Schenkeln, sodass ein Raster über die Ebene projiziert werden kann, in der das Lineal liegt; drei Kreise im Abstand von 80 mm zeigen, ob die Kamera rechtwinklig dazu steht, da eine geneigte Kamera sie als Ellipsen zeichnet. Seine Spezifikation setzt die Teilung auf ±0,1 mm oder ±1 % an den Zentimetermarken und die Schenkel auf zwei Winkelminuten rechtwinklig. Er ist in seiner eigenen Ebene genau und sagt nichts über irgendetwas darüber oder darunter.

In der Biologie verglichen die wegweisenden Methoden der frühen 1990er-Jahre Formen, nachdem jedes Exemplar auf dieselbe Größe skaliert worden war, sodass die Frage der Tiefe beiseitegelegt statt beantwortet wurde. Für Felskunst verband der IFRAO Standard Scale (1991 vorgeschlagen, 1994 eingeführt) einen Längenmaßstab mit Farb- und Graufeldern, die parallel zum Motiv und im selben Abstand vom Objektiv zu halten waren; jenseits von 4,5 m ließ er sich nicht mit Präzision verwenden. Das Archaeological Site Manual (1994) des Museum of London verlangte in jedem Bild einen metrischen Stab, parallel zum Bildrand, und sonst nichts darin — keinen Nordpfeil, keine Nummern —, damit das Bild wiederverwendet werden konnte.

1992 legte die TIFF-6.0-Spezifikation die Auflösungsfelder fest, die Bilddateien bis heute tragen, und sagte deutlich, dass ein Bild nicht in der Größe gezeigt oder gedruckt werden muss, die sie nahelegen: Es waren Import- und Anzeigeeinstellungen, keine Messungen des Objekts. 1993 stellte das Photogrammetrie-Handbuch des US Army Corps of Engineers das Problem für Luftaufnahmen in einer Zeile dar — „photographic scale can be defined only at a point“ — und gab die Reliefverschiebung, die Verschiebung eines erhöhten Punktes nach außen weg von der Mitte einer Senkrechtaufnahme, als d = r × h ÷ H an. Im selben Jahr erschien DICOM 3.0, der Standard für medizinische Bilder, und der Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (das GUM) erschien, 1995 mit Korrekturen nachgedruckt.

1998–2007: Computer Vision, Medizin und die forensischen Arbeitsgruppen

Die Archäologie war eines der ersten Testfelder der Computer Vision. Zwischen etwa 1998 und 2003 machte die Vision-Gruppe in Löwen aus unkalibriertem Video von Sagalassos metrische 3D-Modelle der Landschaft und der Ruinen, mit einer bekannten Länge für den Maßstab. In der Forensik maßen Criminisi und Kollegen die Körpergröße von Menschen aus einzelnen Ansichten, in Zusammenarbeit mit dem britischen Forensic Science Service. 2002 entstand mit einem Scanner das erste begutachtete 3D-Modell eines Steinartefakts, und Erik Gantt verglich in einer Masterarbeit Messungen mit Messschieber, Fotografie und Scan an Steinwerkzeugen der Folsom-Kultur: Die Mittelwerte für Länge und Breite wichen um bis zu 7,9 % ab, im Durchschnitt um 3,5 %.

Die Radiographie zählte die Kosten. 2002 zeigten Conn, Clarke und Hallett, dass die Vergrößerung von Hüftröntgenbildern trotz Standardtechnik schwankt, sodass Schablonen für den Gelenkersatz in die Irre führen, wenn sie nicht gemessen wird; eine Münze bekannter Größe verbesserte das Ergebnis. 2006 trennte eine Änderung von DICOM (CP-586) den Pixelabstand am Detektor, der nie verändert werden darf, von einem kalibrierten Abstand am Patienten und ließ die Datei angeben, wie die Kalibrierung erfolgte. Ihr Grund war Sicherheit: Hersteller hatten Bilder stillschweigend „korrigiert“, und Anzeigegeräte maßen aus verschiedenen Feldern. Der Text hält fest, dass ein kalibrierter Abstand nahe dem Zentralstrahl und in der Tiefe der Kalibrierung gilt. 2007 fand David Clunie Messungen derselben Mammografie, die zwischen Herstellern um 3–5 % abwichen, und zeigte, wie stark sich die scheinbare Größe einer Struktur mit ihrer Tiefe in der Brust ändert.

In den Vereinigten Staaten bildeten forensische Sachverständige wissenschaftliche Arbeitsgruppen, um gemeinsame Leitlinien zu schreiben. Die Gruppe für Schuh- und Reifenspuren, SWGTREAD, traf sich 2004 erstmals. Ihr Leitfaden vom März 2006 zur Fotografie von Abdrücken am Tatort legt in jede Fotografie einen starren Maßstab, neben den Abdruck und in die Ebene seines Grundes, mit der Filmebene parallel dazu und dem Fokus auf dem Grund des Abdrucks, nicht auf dem Maßstab. In Museen legten die Digitalisierungsstandards des Canadian Museum of Civilization von 2006 den Maßstab an den Fuß des Artefakts und verlangten, dass er entfernbar sei.

2008–2016: Standards, Structure from Motion und was Maßstäbe wert sind

2008 wurde das GUM als JCGM 100:2008 neu aufgelegt. Zwei seiner Regeln sind hier wichtig. Ein Ergebnis wird um jeden erkannten systematischen Effekt korrigiert, statt seine Unsicherheit zu erweitern, um ihn abzudecken. Ist von einer Größe nur bekannt, dass sie zwischen zwei Grenzen liegt, ist ihr bester Schätzwert die Mitte, mit einer Varianz von der Spannweite zum Quadrat geteilt durch zwölf.

Die FADGI-Richtlinien der US-Bundesbehörden, erstmals 2009 herausgegeben und 2010 überarbeitet, enthielten eine Kategorie für Objekte und Artefakte, allein durch die Pixelzahl bestimmt. Sie legten Referenztafeln bereits auf dieselbe Höhe wie die abgebildete Fläche, mit der Seite eines dicken Buches als Beispiel. Die Spezifikationen von English Heritage für die metrische Vermessung (2009) merkten an, dass die Entzerrung die Neigung korrigiert, aber nicht das Relief, und dass der Maßstab in der Hauptebene des Motivs liegen muss. Die niederländischen Metamorfoze-Richtlinien von 2012 verlangten, dass sich die Größe des Originals aus einem Preservation Master berechnen lässt, wobei die in der Datei angegebene Auflösung innerhalb von 2 % der wirklichen liegt.

2009 kritisierte ein Bericht des US National Research Council die wissenschaftliche Grundlage großer Teile der forensischen Praxis. Eine Studie am US National Institute of Standards and Technology, 2013 veröffentlicht und als im Einklang mit diesem Bericht dargestellt, untersuchte ABFO-No.-2-Maßstäbe von vier Herstellern. Jeder Längenmaßstab erfüllte seine Spezifikation von ±1 %. Die Kreise waren oft in der Größe falsch, und mehr als die Hälfte der Lineale war nicht innerhalb der erlaubten zwei Winkelminuten rechtwinklig; ihre Rechtwinkligkeit driftete auch über vier Jahre. Die Autoren rieten, Maßstäbe an zertifizierten Linealen zu prüfen. 2014 richteten NIST und das Justizministerium OSAC ein, das Organization of Scientific Area Committees, um die getrennten Arbeitsgruppen in ein System von Konsensstandards zu überführen.

Structure from Motion kam als Alltagssoftware in der Archäologie an. Agisofts PhotoScan erschien 2010 und fügte 2012–13 codierte Marken und Maßstabsleisten hinzu; bis 2013 konnte die dichte Mehrbild-Rekonstruktion, in Verhoevens Worten, „almost be considered a standard tool“ in der Archäologie sein. Ihre Modelle haben keinen eigenen Maßstab: Eine bekannte Länge oder kalibrierte Maßstabsleisten — mindestens drei, riet Cultural Heritage Imaging 2015 — geben ihnen einen. Photogrammetrie wurde 2008 erstmals für ein 3D-Modell eines Steinartefakts verwendet und wurde ab 2016 gängig.

Derselbe Fehler wurde anderswo gemessen. In der geometrischen Morphometrie stellte Andrea Cardini 2014 fest, dass Größen aus Seitenfotografien von Murmeltierschädeln etwa 1,7 % zu groß herauskamen, höchstwahrscheinlich weil der Maßstab hinter der Ebene der Landmarken lag. In der Hüftchirurgie fanden Sinclair und Kollegen, dass falsch platzierte Kalibrierkugeln über 112 Röntgenbilder einen mittleren Fehler von 6,8 % ergaben, bis zu 26 %; ein Jahr später fanden Boese und Kollegen, dass ein um 100–175 mm seitlich verschobener Marker seine Vergrößerung um 1–2 % veränderte. Brecko und Kollegen beschrieben 2014 kostengünstiges Fokusstapeln für Typusexemplare, bei dem das Ausrichten der Einzelbilder auch ihre Parallaxe korrigiert, sodass das Ergebnis ein Komposit ist und keine einzelne Ansicht von einem Punkt aus. In der Archäologie hob das US Veterans Curation Program den Maßstab auf die der Linse nächste Oberfläche des Artefakts und richtete ihn bündig links aus — eine Konvention, die, wie ihr Autor sagt, aus der forensischen Fotografie übernommen wurde. Der IIIF-Dienst für physische Dimensionen, 2014 veröffentlicht und 2015 überarbeitet, ließ ein Bild im Web einen Maßstabsfaktor pro Ansicht tragen und warnte, dass solche Daten oft fehlen oder unzuverlässig sind. 2016 wurden digital erzeugte, nach der Aufnahme eingefügte Maßstabsleisten als gängige Praxis beschrieben; die Ausgabe 2016 von FADGI verlangte, dass Kamera, Objektiv und Original in parallelen Ebenen liegen, und strich die Kategorie für Objekte.

2017–2023: Von der Anleitung zu Standards, und eine Messung

ISO 19264-1, zuerst 2017 eine technische Spezifikation und 2021 eine Norm, analysiert die Bildqualität eines Digitalisierungssystems aus einem einzelnen Bild einer Testtafel, für flache Originale. Die Anleitung von Historic England zur Photogrammetrie (2017) merkte an, dass für kleine Objekte Messschieber eine bessere Referenz sind als eine Maßstabsleiste.

2018 legten die Richtlinien des American Board of Forensic Odontology zu Bissspuren den Maßstab in dieselbe Ebene wie die Spur und neben sie, mit dem Sensor parallel, und merkten an, dass „image management software cannot correct for deficiencies“ dabei. Auf einer gekrümmten Fläche werden mehrere Bilder gemacht, jeweils mit dem Maßstab in der Ebene seines Teils. Das Handbuch des Rijksmuseum zur Fotografie dreidimensionaler Objekte, aus demselben Jahr, legt einen neutralen Hintergrund bei L* 80 und den hellsten Punkt bei L* 97 fest, sagt aber nichts über Maßstäbe.

SWGDE, die Arbeitsgruppe für digitale Beweismittel, nahm die Regel 2019 in ihre allgemeinen Fotografierichtlinien auf: der Maßstab in derselben Ebene wie der Gegenstand, sonst erscheint der Gegenstand größer oder kleiner, als er ist, und die Kamera senkrecht dazu. 2021 wurde der Leitfaden von SWGTREAD zu einem Konsensstandard: ANSI/ASB Best Practice Recommendation 050, über OSAC erarbeitet und vom AAFS Standards Board veröffentlicht, legt einen L-förmigen Maßstab in dieselbe Ebene wie den Grund des Abdrucks, die Brennebene der Kamera parallel dazu, mit einem Winkelmesser geprüft.

2022 maß Dominik Göldner, was die Position einer Maßstabsleiste bewirkt, für eine Strecke an einem Schädelnachbau: Mit der Leiste 10 cm näher am Objektiv kam die Messung 24 % zu klein heraus, 5 cm näher 13 % zu klein, in der Ebene 2 % zu klein, 5 cm weiter weg 8 % zu groß und 10 cm weiter 19 % zu groß. Er schloss, dass Fotografien nicht zum Messen verwendet werden sollten, wenn sie nicht eigens kalibriert sind. Im selben Jahr hielt OSAC einen Forschungsbedarf für die dreidimensionale Aufnahme von Schuh- und Reifenabdrücken fest. Es beschrieb die richtige Praxis — den Maßstab in der Tiefe des Grundes des Abdrucks — und räumte ein, dass die Beweislage sie oft unmöglich macht. In einem Fall in den Vereinigten Staaten von 2022, Maryland v. Matthews, entschied das Gericht, dass eine unbekannte Fehlerrate das Gewicht der Rückprojektions-Photogrammetrie betrifft und nicht ihre Zulässigkeit. 2023 beschrieben Schiks und Kollegen eine Größenreferenz, die per Laser auf das Beweismittel projiziert wird, ohne dass etwas platziert wird; sie behandelt die Höhe nicht. Die dritte Ausgabe von FADGI im selben Jahr misst den Reproduktionsmaßstab an der in der Datei geschriebenen Auflösung, mit Toleranzen von ±3 % bis ±1 %, und hat noch immer kein Kapitel für dreidimensionale Objekte.

2024–2026: Wo es steht

Die Richtlinie von SWGDE zur Makrofotografie (2024) wiederholt die Regel und fügt hinzu, dass, wenn kein Maßstab einbezogen werden kann, ein Bild eines Maßstabs im selben Fokusabstand aufgenommen wird; auf einer gekrümmten Fläche wird der Fokus auf halbem Weg zwischen dem nächsten und dem am weitesten entfernten Detail gesetzt. Metamorfoze 2.0 erschien 2025. In einem 2026 veröffentlichten Datensatz von Laufkäfern wurden Maßstabsleisten in der Höhe der Exemplare selbst auf deren Nadeln angebracht, und Messungen aus den Bildern stimmten mit Messschieberwerten auf etwa 0,15 mm überein. Das Portable Antiquities Scheme, das archäologische Funde erfasst, verlangt, dass Maßstäbe „lie at the same level as the object's centre“ — Cooksons Regel für Töpfe, siebzig Jahre später —, bevorzugt aber eine digitale Maßstabsleiste, die nachträglich in das Bild eingefügt wird und keine eigene Ebene zeigt; es warnt, dass Drucker gedruckte Maßstabsleisten um etwa 10 % verkleinern, und nennt die perspektivische Verkürzung ein Problem, das sich nicht überwinden lässt. Image Scale Metadata (ISM), ein Entwurf vom September 2026, schreibt den Maßstab eines Bildes in die Datei, mit der Art, wie er gemessen wurde, und wie sicher er ist; die Ebene, in der er gilt, wird in Worten beschrieben.

Was die Daten über die Felder hinweg zeigen

Dasselbe Problem kam in Gruppen. Zwischen den 1850er- und den 1890er-Jahren wurde die Fotografie binnen etwa vierzig Jahren in fünf Feldern zum Messinstrument — Kartierung, Architektur, Anthropologie, Astronomie und Polizeiarbeit — und in jedem war der Maßstab an eine Ebene oder eine Platte gebunden. Röntgenstrahlen brachten das Problem binnen zwei Jahren nach ihrer Entdeckung in die Medizin, und die Stereoinstrumente von Zeiss dienten der Photogrammetrie, der Astronomie und der Radiologie gleichermaßen. Der Erste Weltkrieg trieb Luftkartierung, Röntgenlokalisation und Luftbildarchäologie zugleich voran. Der Computer brachte in den 1950er- bis 1970er-Jahren die analytische Photogrammetrie, dann die Nahbereichs- und die medizinische Stereophotogrammetrie. Das digitale Bild brachte 1985–1995 Dateistandards, und billige Kameras mit Computer-Vision-Software brachten Structure from Motion um 2010 in die Archäologie. Zwischen 2013 und 2015 wurde der Ebenenfehler in Forensik, Morphometrie, Radiographie und Archäologie gemessen oder verbindlich geregelt; keine der gelesenen Quellen zitiert die Studie eines anderen Feldes.

Methoden wanderten — manchmal belegt. Die Photogrammetrie kam mit Meydenbauers Kamera in Persepolis (1874) und später über CIPA zur Archäologie. Militärballons und Flugzeuge kamen 1899, 1906 und nach dem Ersten Weltkrieg zur Archäologie, oft mit denselben Männern und Kameras. Pulfrich verglich sein Röntgeninstrument mit seinem Kartenauswertegerät (1918). Die Computer Vision entdeckte die Photogrammetrie wieder und sagt es auch; dann kam sie in Sagalassos und in der Structure-from-Motion-Software von 2010 zur Archäologie. Die forensische Beweisfotografie kam beim US Veterans Curation Program (2014) zur Archäologie. ISM nennt DICOM als sein Vorbild, obwohl es unabhängig zur selben Unterscheidung zwischen Rastern gelangt ist.

Die Auslöser wiederholen sich. Eine neue Art, Bilder zu machen — Fotografie, Röntgenstrahlen, CT und MRT, Digitalkameras. Krieg — 1870 beendete Laussedats Forschung, der Erste Weltkrieg schuf die Luftkartierung, Raketen trieben die Bündelausgleichung an. Computer. Recht und Sicherheit — das preußische Parlament debattierte vor 1885 die Genauigkeit der Photogrammetrie, das Überwachungsrecht 1967, der Bericht des National Research Council 2009, DICOMs „safety hazard“ von 2006. Kulturerbe-Doktrin und Digitalisierung — die Charta von Venedig, FADGI, IIIF.

Vieles verläuft parallel ohne Abstammung. Die Regel, dass ein Maßstab in die Ebene gehört, die gemessen wird, wurde unabhängig voneinander von Huxley (1869), Bertillon (1890), Martin (1928), Wheeler und Cookson (1954), Carbonnell (1968), der ABFO (1988 und 2018), SWGTREAD (2006), English Heritage (2009) sowie SWGDE und der ASB (2019, 2021) niedergeschrieben. Keine gefundene Quelle lässt ein Feld ein anderes dafür zitieren, mit Ausnahme der Schuld des Veterans Curation Program gegenüber der Forensik. Das Vergrößern des Abstands (Gocht, Köhler, Martin, Petries fester Abstand) und das orthografische Ideal (Abbes telezentrisches Objektiv, der Orthodiagraph, der Dioptrograph) sind dieselben Ideen, neu gefunden, nicht weitergegeben. Bertillons Stab in gemessener mittlerer Tiefe und die Korrektur von PHOTARCH auf die halbe Höhe eines Objekts sind eine Parallele, keine Abstammung.

Der Platz der Archäologie

Die Archäologie nahm das Messen aus Bildern auf zwei Uhren auf. Für Fundstellen und Bauwerke kam es früh, binnen weniger Jahre nach jeder neuen Methode und meist durch Entlehnung: Meydenbauers Kamera in Persepolis 1874, Militärballons 1899 und 1906, Luftaufnahmen aus dem Krieg in den 1920er-Jahren, Unterwasser-Stereophotogrammetrie 1964, Structure from Motion in Sagalassos vor 2003 und als Routine bis 2013. Für bewegliche Objekte kam es spät. Von Pitt-Rivers und Petrie bis Wheeler wurden Funde als Einzelansichten mit angegebener Verkleinerung und dann einem Maßstab fotografiert. Die Archäologie schrieb die Regel der gleichen Ebene 1954 nieder, früher als die Forensik, baute aber keine festen Aufbauten wie die Radiologie (1897–1908) und die Kephalometrie (1931), tabellierte den verbleibenden Fehler nicht wie Köhler 1908 und maß ihn nur in zwei kleinen Studien, von denen keine begutachtet wurde. Über mehr als ein Jahrhundert wurde die nächstliegende Arbeit zum Problem von PHOTARCH — ein Körper mit Tiefe, in einer einzigen Projektion vergrößert — in der Radiologie und der Anthropologie geleistet, nicht in der Archäologie.

Was geklärt ist

• Ein Maßstab gilt in einer Ebene. Jedes Feld, das aus einzelnen Bildern misst, sagt das, von Bertillons Lineal in der Ebene des Gesichts und Wheelers Maßstab in der Ebene des Hauptmerkmals bis zum Maßstab am Grund des Abdrucks nach ANSI/ASB 050, über Kartierung, Radiographie, Biologie und die Kulturerbe-Standards.
• Legen Sie den Maßstab in die Ebene, die gemessen wird, mit der Kamera rechtwinklig dazu. Es ist die Regel der Archäologie seit 1954 und der Forensik seit 1988, die, die FADGI auf die Seite eines Buches anwendet und der Käferdatensatz auf seine Exemplare.
• Der Maßstab reist mit dem Bild. Gezeichnete Tafeln gaben ihre Verkleinerung ab 1770 an, die nordischen Kataloge neben jeder Abbildung; Bertillon schrieb sie auf jeden Abzug, Petrie in die Überschrift jeder Tafel; DICOM hält den Abstand fest und wie er kalibriert wurde; FADGI und Metamorfoze verwenden die Auflösung in der Datei als Maßstab eines flachen Originals.
• Korrigieren Sie einen bekannten Fehler und geben Sie an, was bleibt. Die Regel des GUM, mit der Mitte des Bereichs und seiner Streuung, wenn nur die Grenzen bekannt sind — und die Praxis der Radiologie seit Köhler.

Was noch offen ist

• Kein forensischer oder Kulturerbe-Standard misst den Fehler, wenn ein Objekt Höhe hat. Die Forensik vermeidet ihn, indem sie den Maßstab platziert; OSAC räumt ein, dass das oft unmöglich ist, und Standards für 3D-Bildgebung sind noch ein Forschungsbedarf.
• Dreidimensionale Objekte liegen außerhalb der Standards der Bildgebung für das Kulturerbe. FADGI hat seit 2016 keine Kategorie dafür, und ISO 19264-1 ist für flache Originale geschrieben.
• Wenige Studien messen die Größe des Fehlers. Die Morphometrie hat Cardinis 1,7 %, die Radiographie ihre Markerstudien; für archäologische Objekte gibt es zwei kleine Studien, von denen keine begutachtet wurde — Gantt (2002) und Göldner (2022).
• Die Praxis unterscheidet sich weiterhin. Archäologische Anleitungen setzen den Maßstab heute neben oder an den Fuß des Objekts, auf seine Oberseite angehoben, in die Ebene seines Hauptmerkmals, auf die Höhe seiner Mitte, oder fügen nachträglich eine digitale Leiste ein; Historic England bevorzugt für kleine Objekte Messschieber.
• Keine allgemeine Möglichkeit, festzuhalten, wo ein Maßstab gilt. DICOM hält fest, wie eine Kalibrierung vorgenommen wurde, ISM beschreibt die Ebene in Worten; keines gibt sie für Fotografien von Objekten als Zahl an.

Wo PHOTARCH steht

PHOTARCH übernimmt die Regeln, die geklärt sind, und arbeitet an dem, was offen ist. Es legt den Maßstab, wo es geht, in die Ebene des Umrisses, mit einem Messschieber, wie Wheeler, die forensische Praxis und der Käferdatensatz es tun. Wo der Maßstab an der Fläche gilt, auf der das Objekt ruht — dem Board, einem Lineal —, korrigiert es die Messung auf die halbe Höhe des Objekts und gibt an, was bleibt, als Spanne: die Regel des GUM, Köhlers Praxis, den Rest anzugeben, und dieselbe Idee wie Bertillons Stab und Cooksons Maßstab in den Mitten der Töpfe. Es schreibt den Maßstab, wie er gewonnen wurde und wie sicher er ist, als ISM in die Datei. Was kein Feld veröffentlicht hat, ist eine Messung des Fehlers für Objekte in größerem Umfang; eine Testreihe mit Objekten bekannter Größe und Höhe ist geplant, um sie zu messen. Die Herleitung steht im Leitfaden Maßstab.

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