Erzeugung digitaler Bilder
Beispiele für bildgebende Verfahren
• Aufnahme mit Kameras
• Röntgenbild, Ultraschall (intensität der absorbierten Wellen/Strahlen)
• Infrarotbild, elektromagnetische Wellen (Farbe als Codierung)
• Lasertiefenbild
-> Egal welches Verfahren, Daten zunächst mit einer oder mehreren Zahlenmatrizen gespeichert
Bildtypen
• Binärbild (Farbe ist 0 oder 1)
• Intensitätsbilder (Graustufen von 0 bis 255)
• Farbbilder bzw. Multispektralbilder
Aufnahmeprinzip einer digitalkamera
• CCD- Sensoren (Charge Coupled Device) im Rechteck angeordnet, messen Helligkeitswerte
• farblich so beschichtet dass nur Rot-, Grün- oder Blauanteil einfällt
• Bilder meist vor Speicherung komprimiert
Farbraum
Je nach Aufnahmemethode und Ausgabemethode kann nur ein Teil der wahrnehmbaren Farben abgebildet werden.
RGB-Farbraum
• 256*256*256=16.777.216 verschiedene Farben (einschließlich der Grauwerte) darstellbar
• je Pixel wird Intensität des roten, des grünen und des blauen einfallenden Lichts gemessen
• durch additive Farbmischung werden andere Farben erzeugt
HSV-Farbraum
• Hue: Farbwinkel H auf einem Farbkreis
• Saturation: Farbintensität in Prozent
• Value: Grauwert in Prozent
Veranschaulichung als Kegel (o. Zylinder) möglich
CMYK-Farbraum
• Grundfarben Cyan, Magenta, Yellow, Black
• andere Farben durch subtraktive Farbmischung
• (deutlich) kleiner als RGB Farbraum
JPEG (Joint Photographic Experts Group)
• Platzsparende Speicherung von Farbbildern
• Verlustbehaftete Komprimierung
• unterstützt RGB, CMYK, Graustufen
GIF
• Reduktion auf maximal 256 Farben
• Verlustfreie Kompression mit Lempel-Ziv-Welch-Algorithmus
• unterstützt RGB & Graustufen
Median Cut
• Sortieralgorithmus der eine willkürliche Anzahl an Dimensionen in eine Reihe von Datensätzen
• jeder Datensatz wird am Median der längsten Dimension rekursiv geschnitten
Dithering
• durch bestimmte Pixel-Anordung aus verfügbaren Farben wird fehlende Farbe nachgebildet
• menschliches Auge nimmt Dithering als Mischung wahr, harte Übergänge werden vermieden
Transparenz
eine Farbe der Farbpalette ist als transparent markiert
Interlacing
• Speicherverfahren für Rastergrafiken
• ermöglicht schnelles Laden mit Übersicht- oder Vorschaubild
• zuerst wird grobe Auflösung übertragen, dann sukzessive verfeinert
LZW-Komprimierung
TBD
PNG
• Unterstützt RGB und Graubild
• Graubildwert mit 1, 2, 4, 8 oder 16 Bit
• RGB-Bilder mit 8 oder 16 Bit je Kanal (d.h. 16.777.216 bzw. 281.474.976.710.656 Farben)
• Transparenz-Kanal/Alpha-Kanal mit 8 oder 16 Bit
• Verlustfreie Komprimierung (Dekorrelation, LZSS-Kompression, Huffman-Kodierung)
Dekorrelation:
TIFF-Bildformat
• unterstützt CMYK, RGB, Graustufen
• bis zu 32 Bit je Kanal (hohe Auflösung gut für Druckqualität)
• Transparanz über eigenen Alphakanal
• Kompression mit LZW Algorithmus
Vergleich der Bildformate
Intensitätshistogramm
waagerechtes Balkendiagramm, dass die Anzahl der Pixel eines Intensitätsbildes (wie Grauwerte oder Farbkanal) pro Intensitätsstufe anzeigen.
Histogramm gibt keine Information darüber, wo im Bild die jeweilgien Intensitätswerte verortet sind.
Farbbild in Grauwerte umwandeln
Einfache Berechnung: Durchschnitt der Intensitätswerte der RGB-Kanäle
I = 1/3∗R+1/3∗G+1/3∗B
Menschliche Wahrnehmung nimmt Helligkeit der Farben unterschiedlich wahr, daher gewichtete Summe:
I = 0.299∗R+0.587∗G+0.114∗B
oder
I = 0.2126∗R+0.7152∗G+0.0722∗B
Operationen auf Pixeln zur Bildverbesserung
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