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Digitales Bild

Das digitale Bild
 
Sprechen wir von konstanten oder gleichen Daten, so handelt es sich um unendlich viele Werte. Wenn wir in die Landschaft blicken und wir dabei Bezug auf die Anzahl der vorhandenen Farben nehmen, sieht man unendlich viele Farbunterschiede. Macht man davon nun einen Diafilm, reduzieren sich die Farbunterschiede im Vergleich zur Landschaft zwar, aber dennoch sind unendlich viele vorhanden. Computer sind Rechenmaschinen, die nur mit Zahlen etwas anfangen können. Daher müssen gleiche Daten in eine für den Computer verständliche Version umgewandelt werden d.h. die Unendlichkeit muss in getrennte Zahlenwerte umgewandelt werden. Bei diesem Vorgang spricht man von der Digitalisierung. Digitale Daten
Rastergrafik
 
Eine Rastergrafik, oft auch Pixelgrafik genannt, sagt etwas über die Art der Darstellung des Bildes aus. Wie der Name schon vermuten lässt, besteht das Bild aus einer rasterförmigen Anordnung. Das Raster wird in identische vertikale und horizontale Linien eingeteilt. Dadurch bilden sich quadratische Felder. Jedes dieser Felder entspricht dann einem Bildpunkt, welche Pixel genannt werden. Jedem dieser Pixel ist eine Farbe zugeordnet. Dabei spricht man von der Farbtiefe, worauf wir später noch eingehen werden. Auf heutigen Computerbildschirmen ist die Rastergrafik die häufigste Form der Darstellung. Vektorgrafiken müssen daher vor der Ausgabe gerastert werden. Diese Umwandlung nennt man Rasterung. Die einzelnen Pixel können in Schwarz-Weiß, Graustufen oder Farbe dargestellt werden. Bekannte Formate für die Rastergrafik sind unter anderem JPEG, PNG und GIF. Ein Nachteil von Rastergrafiken ist der hohe Speicherverbrauch. Zudem kann es beim Skalieren zu dem unerwünschten „Treppeneffekt“ kommen, da zweidimensionale geometrische Formen nur angenähert werden. Mit dem sogenannten Anti-Aliasing kann dieser Effekt allerdings etwas reduziert werden, da die Kanten geglättet werden. Daher spricht man beim Anti-Aliasing auch von der Kantenglättung. Auf dem folgenden Bild ist dieser Effekt sehr gut zu erkennen. Ganz links in dem Quadrat befindet sich das Original. Nun wurde das Bild vergrößert und man kann sehr schön den „Treppeneffekt“ erkennen. Ganz rechts konnte der „Treppeneffekt“ durch das Anti-Aliasing reduziert werden.
Zudem können durch die Skalierung Informationen verloren gehen oder es werden Farben erzeugt, die vorher nicht da waren.

Vektorgrafik

Im Gegensatz zur Rastergrafik besteht die Vektorgrafik aus mathematisch definierten Punkten, Linien und Kurven. Wollen wir zum Beispiel ein Bild eines Kreises speichern, so werden zwei Werte benötigt. Einmal die Lage des Kreismittelpunkts und der Kreisdurchmesser. Ein großer Vorteil von Vektorgrafiken ist, dass sie sich ohne Qualitätsverlust skalieren lassen. Das ist bei der Rastergrafik nicht möglich. Vektorgrafiken eignen sich hervorragend für einfache Zeichnungen und Skizzen. Für komplexe digitale Bilder sind sie nicht geeignet, denn diese werden als Rastergrafik erfasst.
Hier einmal ein Beispiel der beiden Grafiken:
 
 
Links befindet sich die Vektorgrafik und rechts die Rastergrafik, die beide vergrößert wurden.
 
Wie man sieht, lässt sich die Vektorgrafik ohne Qualitätsverlust skalieren. Die Rastergrafik wirkt unscharf und der „Treppeneffekt“ entsteht.
Die Farbtiefe
 
Die Farbtiefe gibt an, wie viele Farben ein Bild enthalten kann. Je größer die Farbtiefe ist, desto mehr Farben stehen zur Wiedergabe des Bildes zur Verfügung. Gemessen wird die Farbtiefe in Bit. Zum Verständnis nehmen wir als Beispiel ein Bild mit dem RGB-Farbmodell. Hat das Bild eine Farbtiefe von 24 Bit, so stehen 16,7 Millionen Farben zur Verfügung. Pro Farbkanal haben wir 8 Bit und da wir drei Farbkanäle im RGB-Farbmodell besitzen, kommen wir so insgesamt auf 24 Bit (3 * 8 = 24). Also haben wir pro Farbkanal 28 = 256 Farbabstufungen zur Auswahl. Mit allen drei Farbkanälen kommen wir auf 2563 = 16,7 Millionen Farben.
Bildauflösung
 
Die Bildauflösung gibt an wie groß ein Bild ist. Dabei wird die Anzahl der horizontalen Pixel mit der Anzahl der vertikalen Pixel multipliziert.
Punktdichte
 
Die Punktdichte gibt an, wie viele Pixel sich pro Längeneinheit in einer Rastergrafik befinden und zeigt damit, wie detailgenau ein Bild ist. Je größer die Punktdichte ist, desto detailreicher ist das Bild. Gemessen wird die Punktdichte in dpi = dots per inch (dt. Punkte pro Zoll) oder ppi = pixel per inch (dt. Pixel pro Zoll).
Grafikformat
 
Das Grafikformat beschreibt den Aufbau einer Bilddatei. Alle Grafikformate hier aufzulisten würde den Rahmen sprengen, daher nennen wir nur die bekanntesten Formate.
 
BMP (Windows Bitmap):
  • BMP ist das Standardformat von Windows. Durch die schwache Komprimierung findet es im Internet kaum Verwendung.
GIF (Graphics Interchange Format):
  • Ein Vorteil ist die Unterstützung von einfachen Animationen. Da GIF aber nur über 256 Farben verfügt, ist es für Farbfotos nicht geeignet.
JPEG (Joint Photographic Experts Group):
  • JPEG ist sehr weitverbreitet für fotoähnliche Bilder
TIFF (Tagged Image File Format):
  • TIFF ist ein sehr vielseitiges Format. In jedem einzelnen Pixel werden alle Informationen abgespeichert. Dadurch entstehen zwar keine Qualitätsverluste, aber die Daten werden sehr groß.
 
Farbmodell
 
Wie wir bereits wissen, besteht ein digitales Bild aus Pixel und jedem von ihnen ist eine bestimmte Farbe zugeteilt. Nun gibt es unterschiedliche Arten diese Farben zu beschreiben. Dazu gibt es einige Farbmodi. In der Fotografie sind die Modi RGB, CMYK, Lab und Graustufen relevant.
 
Das RGB-Farbmodell
 
Der RGB-Farbraum ist ein additiver Farbraum, denn die Farbwahrnehmungen werden durch das additive Mischen der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau nachgebildet. Jede einzelne Grundfarbe kann Werte zwischen 0 und 255 (8 Bit pro Kanal) annehmen. Sind alle Werte auf 0 gesetzt, so ergibt sich schwarz. Sind alle Werte auf 255 gesetzt, so bekommt man weiß.
In diesem Bild wird die additive Farbmischung noch einmal etwas deutlicher:
 
 
 
Anwendung findet dieses Farbmodell bei Computerbildschirmen, Fernsehern und Beleuchtungen. Bei Computerbildschirmen wird durch die Ausstrahlung von Licht durch roten, grünen und blauen Phosphor die Farbmischung erzeugt.
 
Das CMYK-Farbmodell
 
Der CMYK-Farbraum zählt zu den subtraktiven Farbmischungen. Weißes Licht trifft auf eine durchscheinende Farbe. Dabei werden einige Wellenlängen des Spektrums von der Farbe aufgenommen und andere werden durchgelassen. Die Farbe, die durchgelassen worden ist, wird vom Auge letztendlich wahrgenommen. Ein CMYK-Bild besteht aus den Farben Cyan, Magenta, Yellow und dem Schwarzanteil „Key“.
Der zusätzliche Schwarzanteil wird benötigt, da das mischen der Grundfarben zwar schwarz ergibt, es aber nicht schwarz genug ist.

 

In diesem Bild wird die subtraktive Farbmischung noch einmal etwas deutlicher:

(Quelle: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Synthese.svg&filetimestamp= 2010020802538)

 

Jede einzelne Farbe kann einen Wert zwischen 0 und 100% annehmen. Wenn alle Farben den Wert 100% besitzen, so ergibt sich die Farbe schwarz. In der Drucktechnik ist dieses Farbmodell das Standardfarbmodell für den Vierfarbdruck. Aber auch Tintenstrahl- und Tintendrucker arbeiten mit diesem Verfahren. Farblaserdrucker und Farbnadeldrucker arbeiten ebenso mit den CMYK Farben.
 
Das Lab-Farbmodell
 
Der Lab-Farbraum ist geräteunabhängig, was so viel bedeutet, dass die Farben unabhängig von der Art sind, wie sie erzeugt oder dargestellt werden. Das Lab-Farbmodell ist eigentlich ein Koordinatensystem mit drei Achsen. Auf der a-Achse befinden sich die Farben Grün und Rot. Negative Werte beschreiben die Farbe Grün und positive Werte die Farbe Rot. Auf der b-Achse befinden sich die Farben Blau und Gelb. Negative Werte stehen für Blau und positive für Gelb. Der Zahlenbereich für die a- und b- Achse liegt zwischen –127 und 128. Auf der L-Achse wird die Helligkeit der Farbe gesteuert, man spricht auch von der Luminanz. Die Helligkeit wird mit den Werten zwischen 0 und 100 definiert.
Da dieses Farbmodell alle potentiellen Farben enthält und geräteunabhängig ist, eignet es sich bestens für die Fotobearbeitung z.B. mit Adobe Photoshop. So können Bilder mit dem RGB-Farbmodell, wie sie auf Monitoren angezeigt werden in das CYMK-Farbmodell umgewandelt werden, welches beim Drucken verwendet wird.
Hier einmal ein Bild, um den Aufbau des Koordinatensystems zu verdeutlichen:
 
 
In diesem Bild wird noch einmal der Farbraum vom CYMK- und RGB.Farbmodell verdeutlicht:
 
Die graue Linie umfasst den Farbraum von CMYK und die schwarze Linie den RGB-Farbraum.
 
Graustufen
 
Bei den Graustufen gibt es nur eine Farbkomponente bzw. nur ein Farbkanal. Mit den Werten zwischen 0 und 255 kann die Graustufe definiert werden. 0 definiert weiß und 255 definiert schwarz.

 

 

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