Einleitung: Was sind digitale Bilder? – digibasics
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Prototyp zur Erprobung

Einleitung: Was sind digitale Bilder?

Ein analoges Bild, z.B. eine Fotografie, zu digitalisieren, bedeutet, das Bild als eine Folge von nummerischen Werten darzustellen. Diese Werte lassen sich auf dem Computer speichern. Das Bildbearbeitungsprogramm stellt die Wertefolge als sichtbares Bild dar und verändert das Bild, indem es Rechenoperationen mit den Werten ausführt, etwa um den Farbkontrast zu erhöhen.

Rasterung und Auflösung

Der erste Schritt bei der Digitalisierung stellt die Diskretisierung dar. Bei einem Bild geschieht dies durch die Rasterung: Auf das Bild wird ein Raster gelegt, um so die Rasterpunkte zu bestimmen. Je engmaschiger das Raster ist, desto mehr Rasterpunkte fallen an: Das digitalisierte Bild wird eine höhere Auflösung haben.

analoges Original

Rasterung 11×11 Punkte

Rasterung 22×22 Punkte

Die Auflösung wird gewöhnlich in dpi (dots per inch) angegeben, d.h. aus wie vielen Punkten pro Zoll (2.54 cm) das Bild besteht. Mit steigender Auflösung nimmt auch die Datenmenge zu: das digitalisierte Bild belegt mehr Speicherplatz.

Digitalisierung

In einem zweiten Schritt wird jedem Rasterpunkt ein nummerischer Wert zugewiesen, um die Farbe im betreffenden Rasterpunkt zu kodieren. Bei einem reinen Schwarzweissbild reichen theoretisch die Werte 0 und 1 aus (0 für Weiss, 1 für Schwarz), wie im folgenden Beispiel:

analoges Original

gerastert

digitalisiert

Kodierung von Farben

Bei Farbfotografien, die eine Fülle an unterschiedlichen Farben enthalten, verwendet man das RGB-Farbmodell. RGB steht für Rot-Grün-Blau. Für jede Farbe wird ihr Anteil an Rot, an Grün und an Blau ermittelt und mit einem Wert von 0 bis 255 angegeben. Reines Rot hat einen maximalen Rotanteil von 255, einen Grünanteil von 0 und einen Blauanteil von 0, also den RGB-Wert 255,0,0. Grün hat den RGB-Wert 0,255,0 und Blau 0,0,255 (Schwarz 0,0,0 und Weiss 255,255,255).

Mische eine Farbe, indem du ihre Rot-, Grün- und Blauanteile veränderst. Verwende die Schieberegler oder gib die Werte in die Felder ein.

RGB-Farbmischer
Rot:
  
Grün:
  
Blau:
  

Warum aber ein Wert zwischen 0 und 255? Weil sich diese 256 Werte (die Null mitgezählt) mit einem Byte (bestehend aus 8 Bits) darstellen lassen: 28 = 256. Um den ganzen RGB-Wert zu speichern, benötigt man 3 Bytes, eines für Rot, eines für Grün und eines für Blau. Das ergibt 3×8 = 24 Bits, die entweder 0 oder 1 enthalten, und folglich 224 = 16’777’216 Bitkombinationen, sprich ~16 Mio. verschiedene Farben. Deshalb spricht man auch von einer Farbtiefe von 24 Bit.

Um die Farbe Rot zu speichern, reicht ein Bit (0 oder 1) nicht aus. Im RGB-Modell brauchen wir 24 Bits (3 Bytes).

Farbe: Rot
RGB-Wert: 255, 0, 0
Bits: 11111111, 00000000, 00000000

Je grösser die Farbtiefe, desto mehr verschiedene Farben lassen sich darstellen. Die Fähigkeit des menschlichen Auges, Farben zu unterscheiden, ist allerdings begrenzt, sodass eine Farbtiefe von 24 Bit völlig ausreicht.

1 Bit
2 1 = 2 Farben (schwarz/weiss)

4 Bit
24 = 16 Farben

8 Bit
28 = 256 Farben

24 Bit
224 = 16’777’216 Mio. Farben

Mit der Rasterung und der Farbcodierung ist das Bild digitalisiert: Es besteht nun aus einer langen Folge von Zahlenwerten, mit denen das Bildbearbeitungsprogramm Rechenoperationen ausführen kann.

Rasterung ist nicht das einzige Verfahren, um Bilder zu digitalisieren. Neben den hier beschriebenen Rastergrafiken gibt es auch Vektorgrafiken, die aus mathematisch beschriebenen Objekten aufgebaut sind. Dieses Verfahren wird in 4.1 Die Begriffe Rastergrafik und Vektorgrafik verstehen beschrieben.

Weiterführende Links

Interaktive Seiten des Computer Science Field Guide aus Neuseeland: