Grundlagen digitaler Bildbearbeitung

Referent: Dominik Bloes

Inhalt• Definitionen• Menschliches Farbensehen• Technische Voraussetzungen• Wichtige Farbmodelle• Bildbearbeitung• Bildbearbeitungsprogramme• Quellen

DefinitionenPixel

• Begriff zusammengesetzt aus „picture element“• Bezeichnet kleinsten darstellbaren Punkt eines Bildes• Anzahl ist Maß für Auflösung eines Bildes• Trägt sämtliche Informationen, wie z.B. Farbe, Helligkeit,

u.v.a.

Definitionenppi = pixel per inch, Bildpunkte/Längeneinheit

Terminus in Verbindung mit Monitoren und Digicams

dpi = dots per inch, Punkte des adressierbarenAusgabegeräts/LängeneinheitCharakterisierung der höchstmöglichen Auflösung des Ausgabegeräts

lpi = lines per inch, Rasterweite/LängeneinheitDarstellung von Farb- u. Graustufen

DefinitionenVoxel

• Begriff zusammengesetzt aus „volumetric“ und „pixel“

• In einem Datensatz, der im kartesischen KO vorliegt, bezeichnet Voxel einen diskreten Wert an einer Koordinate = 3D-Version eines Pixels

• Jedes Voxel erhält dabei einen Farbwert, entsprechend dem Pixel

DefinitionenFarbtiefe

• Speicherplatz für die Werte eine Farbkanals in einem Farbraum

• Gemessen in Bit• Gibt Feinheit der Farbnuancen an• Bsp: 1 Bit = 2 Farbzustände pro Farbe:

Entweder „schwarz“ oder z.B. „rot“8 Bit = 256 Farbzustände pro Farbe

Menschliches Farbensehen• Zwei Typen von Sehzellen: Stäbchen und Zapfen

– Stäbchen: Wahrnehmung von Helligkeitsunterschieden

– Zapfen: Wahrnehmung der Spektralbereiche um 450nm, 540nm und 640nm und deren Weiterleitung zum Gehirn=>Farbeindruck V = violettblau, G = grün

oder O = orangerot

Menschliches Farbensehen– Zapfen: Durch unterschiedliche Anregung

entstehen die acht Grundfarben:

Schwarz: keine AnregungGelb: G(rün) + O(rangerot)Magenta: V(iolettblau) + OCyan: V + GViolettblau: VGrün: GOrangerot: OWeiß: V+G+O

Menschliches Farbensehen• Farbschattierungen ergeben sich, wenn Zapfen

unterschiedlich stark angeregt werden• Z.B.: Gelbton, wenn neben G-Zapfen auch O-Zapfen

angeregt wird• Normalerweise werden nur selten einzelne Zapfen

angeregt, sondern unterschiedliche Intensität aller drei Zapfen veranlasst Farbempfinden

Technische Voraussetzungen1. Der Computer

• RAM, „Viel hilft viel“, gilt für Hauptspeicher und Grafikkarte

• Festplatte, abhängig von Größe und Zahl der Bilder• Schnittstellen, USB(2.0)/FireWire• Internet

Technische Voraussetzungen2. Der Monitor

• CRT = cathode tube ray– Phosphorschicht wird durch Elektronenstrahl

angeregt– Intensitätsveränderung führt zur unterschiedlichen

Helligkeit der angeregten Punkte– RGB-Farbmodell– 24-Bit-Farbpalette => 16,7 Mio. mögliche Farben

(256mal rot x 256mal grün x 256mal blau)– 60 - 100Hz Bildwiederholfrequenz (ideal ab 85Hz)

Technische Voraussetzungen2. Der Monitor

• TFT = thin film transistor– Strahlungsarm, flimmerfrei, sehr kontrastreich– Keine Verzerrung an Bildrändern– Wesentlich kompakter als CRTs– Schaltzeiten und somit der Bildaufbau sind langsamer

als bei CRTs, ideal: einstellige ms-Werte

Technische Voraussetzungen2. Der Monitor

• Monitorgröße– Angabe in Zoll– Bsp.: 17“: 768 Zeilen, pro Zeile 1024 Bildpunkte

=> Raster von 1024 x 768 Bildpunkten– Mehrfrequenzmonitore lassen sich auch umstellen

Technische Voraussetzungen3. Eingabegeräte

• Obligatorisch: Tastatur und Maus• Grafiktablett für die einfache Handhabung von Mal- und

Retuscheanwendungen– Überträgt genauste Linienführung und ist

druckempfindlich => Intensitäten lassen sich wiedergeben

Wichtige Farbmodelle1. RGB-Modell

• Additive Farbmischung: RotGrünBlau aufaddiert = weiß

• Vertreten in Geräten, die mit Lichtstrahlen arbeiten:Scanner, Monitor, digitale Kameras

• Unterschiedliche Farb- und Lichtintensitäten bilden Zwischentöne

• Ergibt zusammen 16,7 Mio. Farben bei 8Bit Farbtiefe( (2^8)^3 )

Wichtige Farbmodelle2. CMYK – Farbmodell

• Subtraktive Farbmischung:CyanMagentaYellowblacKsubtrahiert = schwarz

• Grundlage für Vierfarbdruck• Vertreten in

Tintenstrahldruckern• Alle Mischungen zusammen

ergeben ideal ca. 5000 Farben

Wichtige FarbmodelleProbleme bei RGB/CMYK

• Kombination von RGB und CMYK ist schwierig, da RGB aus 16,7 Mio. aber CMYK nur aus ~ 5000 Farben wählen kann

• Bildbearbeitungsprogramme können RGB-Farben in CMYK-Farben umwandeln=> Man arbeitet nur mit den Farben, die auch gedruckt

werden können• Eine Rückumwandlung ist nicht möglich, da

Farbinformationen reduziert wurden

Wichtige Farbmodelle3. CIE-L*a*b* - Modell

• a und b definieren Buntton und Buntheit

• L definiert die Helligkeit• Beschreibt alle Farben, der

Mensch sehen kann• Geräteunabhängige

Beschreibung• Umfasst RGB- und CMYK-

Modelle und mehr

Bildbearbeitung• Möglichkeiten sind sehr zahlreich

=> Vorstellung der Gängigsten:

– Composing/Merging– Colorkey– Ebenen– Korrektur – Scharfzeichnen/Weichzeichnen– Skalierung

BildbearbeitungComposing/Merging

• Zusammenfügen einzelner Fotos oder Bilddateien• U.a. angewandt bei mehreren größeren Fotos, z.B.

Zusammenfügen des M. sexta Gehirns

BildbearbeitungColorkey

• Der Hintergrund wird monochrom koloriert

• Mittels Kolorieren wird ein wichtiges Bilddetail farblich hervorgehoben

BildbearbeitungEbenen

• Verschiedene Bildelemente können übereinander gelegt werden

• Ähnlich wie Composing/Merging ermöglicht es Erstellung eines Komplexes aus verschiedenen Einzelbildern

BildbearbeitungKorrektur

• Korrektur von Helligkeit, Kontrast und Tonwert• Behebung fotografischer Fehler• Qualitätsoptimierung

BildbearbeitungScharfzeichnen/Weichzeichnen

• Scharfzeichnen: Heraufsetzen der Bildschärfe• Weichzeichnen: Herabsetzen der Bildschärfe

– Bewusst soll Unschärfe erzeugt werden

BildbearbeitungSkalieren

• Interessant für Conforming/Merging

• Verkleinern oder Vergrößern von Bildern

• Maßstab = Skalierungsfaktor

BildbearbeitungsprogrammePhotoshop

• Marktführer im Bereich der Bildbearbeitung• Erhältlich für Mac OS X und Microsoft Windows• Hoher Marktpreis, daher eher für Profis attraktiv

BildbearbeitungsprogrammeGIMP

• Vorteil gegenüber Photoshop: Freeware• Zudem: Open-Source

– Vorteil: Verbesserungen durch User möglichKein Warten auf Firmwareupdates

– Nachteil: Programmierkenntnisse nötigBei Unkenntnis, Wahrscheinlichkeit des Fehlereinbaus

• Keine Bearbeitung von CMYK-Daten möglich

Quellen• Digitale Bildbearbeitung, Thomas Maschke, Springer-

Verlag Berlin Heidelberg New York, 2004• http://de.wikipedia.org/wiki/• http://www.grafipress.de/lexikon/lab.jpg• http://www.uni-

marburg.de/fb17/forschung/fobericht/Foberichtneu/homberg3_antennallobus_modell.jpg

• http://www.cecs.csulb.edu/~jewett/colors/cmyk.jpg• http://www.satimage.fr/software/images/rgb.png