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Grundlagen digitaler Bildbearbeitung

          Referent: Dominik Bloes
Inhalt
•   Definitionen
•   Menschliches Farbensehen
•   Technische Voraussetzungen
•   Wichtige Farbmodelle
•   Bildbearbeitung
•   Bildbearbeitungsprogramme
•   Quellen
Definitionen
Pixel

•   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.
Definitionen
ppi = pixel per inch, Bildpunkte/Längeneinheit
      Terminus in Verbindung mit Monitoren und
      Digicams

dpi = dots per inch, Punkte des adressierbaren
      Ausgabegeräts/Längeneinheit
      Charakterisierung der höchstmöglichen Auflösung
      des Ausgabegeräts

lpi = lines per inch, Rasterweite/Längeneinheit
      Darstellung von Farb- u. Graustufen
Definitionen
Voxel

•   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
Definitionen
Farbtiefe

•   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 Anregung
         Gelb:          G(rün) + O(rangerot)
         Magenta:       V(iolettblau) + O
         Cyan:          V+G
         Violettblau:   V
         Grün:          G
         Orangerot:     O
         Weiß:          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 Voraussetzungen
1.   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 Voraussetzungen
2. 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 Voraussetzungen
2. 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 Voraussetzungen
2. 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 Voraussetzungen
3. 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 Farbmodelle
1.   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 Farbmodelle
2.   CMYK – Farbmodell

•    Subtraktive Farbmischung:
     CyanMagentaYellowblacK
     subtrahiert = schwarz
•    Grundlage für Vierfarbdruck
•    Vertreten in
     Tintenstrahldruckern
•    Alle Mischungen zusammen
     ergeben ideal ca. 5000
     Farben
Wichtige Farbmodelle
Probleme 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 Farbmodelle
3. 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
Bildbearbeitung
Composing/Merging

• Zusammenfügen einzelner Fotos oder Bilddateien
• U.a. angewandt bei mehreren größeren Fotos, z.B.
  Zusammenfügen des M. sexta Gehirns
Bildbearbeitung
Colorkey

•   Der Hintergrund wird
    monochrom koloriert
•   Mittels Kolorieren wird ein
    wichtiges Bilddetail farblich
    hervorgehoben
Bildbearbeitung
Ebenen

• Verschiedene Bildelemente können übereinander gelegt
  werden
• Ähnlich wie Composing/Merging ermöglicht es Erstellung
  eines Komplexes aus verschiedenen Einzelbildern
Bildbearbeitung
Korrektur

• Korrektur von Helligkeit, Kontrast und Tonwert
• Behebung fotografischer Fehler
• Qualitätsoptimierung
Bildbearbeitung
Scharfzeichnen/Weichzeichnen

• Scharfzeichnen: Heraufsetzen der Bildschärfe
• Weichzeichnen: Herabsetzen der Bildschärfe
   – Bewusst soll Unschärfe erzeugt werden
Bildbearbeitung
Skalieren

•   Interessant für
    Conforming/Merging
•   Verkleinern oder Vergrößern
    von Bildern
•   Maßstab = Skalierungsfaktor
Bildbearbeitungsprogramme
Photoshop

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

• Vorteil gegenüber Photoshop: Freeware
• Zudem: Open-Source
   – Vorteil: Verbesserungen durch User möglich
              Kein Warten auf Firmwareupdates
   – Nachteil: Programmierkenntnisse nötig
               Bei 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/homb
  erg3_antennallobus_modell.jpg
• http://www.cecs.csulb.edu/~jewett/colors/cmyk.jpg
• http://www.satimage.fr/software/images/rgb.png

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Grundlagen digitaler bildbearbeitung dominik bloes

  • 1. Grundlagen digitaler Bildbearbeitung Referent: Dominik Bloes
  • 2. Inhalt • Definitionen • Menschliches Farbensehen • Technische Voraussetzungen • Wichtige Farbmodelle • Bildbearbeitung • Bildbearbeitungsprogramme • Quellen
  • 3. Definitionen Pixel • 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.
  • 4. Definitionen ppi = pixel per inch, Bildpunkte/Längeneinheit Terminus in Verbindung mit Monitoren und Digicams dpi = dots per inch, Punkte des adressierbaren Ausgabegeräts/Längeneinheit Charakterisierung der höchstmöglichen Auflösung des Ausgabegeräts lpi = lines per inch, Rasterweite/Längeneinheit Darstellung von Farb- u. Graustufen
  • 5. Definitionen Voxel • 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
  • 6. Definitionen Farbtiefe • 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
  • 7. 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
  • 8. Menschliches Farbensehen – Zapfen: Durch unterschiedliche Anregung entstehen die acht Grundfarben: Schwarz: keine Anregung Gelb: G(rün) + O(rangerot) Magenta: V(iolettblau) + O Cyan: V+G Violettblau: V Grün: G Orangerot: O Weiß: V+G+O
  • 9. 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
  • 10. Technische Voraussetzungen 1. 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
  • 11. Technische Voraussetzungen 2. 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)
  • 12. Technische Voraussetzungen 2. 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
  • 13. Technische Voraussetzungen 2. 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
  • 14. Technische Voraussetzungen 3. Eingabegeräte • Obligatorisch: Tastatur und Maus • Grafiktablett für die einfache Handhabung von Mal- und Retuscheanwendungen – Überträgt genauste Linienführung und ist druckempfindlich => Intensitäten lassen sich wiedergeben
  • 15. Wichtige Farbmodelle 1. 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 )
  • 16. Wichtige Farbmodelle 2. CMYK – Farbmodell • Subtraktive Farbmischung: CyanMagentaYellowblacK subtrahiert = schwarz • Grundlage für Vierfarbdruck • Vertreten in Tintenstrahldruckern • Alle Mischungen zusammen ergeben ideal ca. 5000 Farben
  • 17. Wichtige Farbmodelle Probleme 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
  • 18. Wichtige Farbmodelle 3. 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
  • 19. Bildbearbeitung • Möglichkeiten sind sehr zahlreich => Vorstellung der Gängigsten: – Composing/Merging – Colorkey – Ebenen – Korrektur – Scharfzeichnen/Weichzeichnen – Skalierung
  • 20. Bildbearbeitung Composing/Merging • Zusammenfügen einzelner Fotos oder Bilddateien • U.a. angewandt bei mehreren größeren Fotos, z.B. Zusammenfügen des M. sexta Gehirns
  • 21. Bildbearbeitung Colorkey • Der Hintergrund wird monochrom koloriert • Mittels Kolorieren wird ein wichtiges Bilddetail farblich hervorgehoben
  • 22. Bildbearbeitung Ebenen • Verschiedene Bildelemente können übereinander gelegt werden • Ähnlich wie Composing/Merging ermöglicht es Erstellung eines Komplexes aus verschiedenen Einzelbildern
  • 23. Bildbearbeitung Korrektur • Korrektur von Helligkeit, Kontrast und Tonwert • Behebung fotografischer Fehler • Qualitätsoptimierung
  • 24. Bildbearbeitung Scharfzeichnen/Weichzeichnen • Scharfzeichnen: Heraufsetzen der Bildschärfe • Weichzeichnen: Herabsetzen der Bildschärfe – Bewusst soll Unschärfe erzeugt werden
  • 25. Bildbearbeitung Skalieren • Interessant für Conforming/Merging • Verkleinern oder Vergrößern von Bildern • Maßstab = Skalierungsfaktor
  • 26. Bildbearbeitungsprogramme Photoshop • Marktführer im Bereich der Bildbearbeitung • Erhältlich für Mac OS X und Microsoft Windows • Hoher Marktpreis, daher eher für Profis attraktiv
  • 27. Bildbearbeitungsprogramme GIMP • Vorteil gegenüber Photoshop: Freeware • Zudem: Open-Source – Vorteil: Verbesserungen durch User möglich Kein Warten auf Firmwareupdates – Nachteil: Programmierkenntnisse nötig Bei Unkenntnis, Wahrscheinlichkeit des Fehlereinbaus • Keine Bearbeitung von CMYK-Daten möglich
  • 28. 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/homb erg3_antennallobus_modell.jpg • http://www.cecs.csulb.edu/~jewett/colors/cmyk.jpg • http://www.satimage.fr/software/images/rgb.png