Bildentstehung

Was ein Bild oder ein Foto ist, ist heute jedem Kind klar.

Wenn Computer mit Bildern arbeiten möchten, benötigen sie ein Modell dafür. So wie Zahlen und Texte in Informatiksystemen in bestimmten Codierungen gespeichert werden, müssen auch Bildinformationen in einer Codierung gespeichert werden, die das Informatiksystem versteht.

Unbenannt
Bildentstehung und Informationsreduktion, Quelle [1]
Entsteht das Bildmaterial mittels einer Kamera, reduziert diese die Information der dreidimensionalen Umgebung.

Zwei wichtige Begriffe dabei sind die Abtastung und Quantisierung.

Das Informatiksystem (z.B. Bildssensor) verfügt nur über eine begrenzte Auflösung, auf die die Umgebung abgebildet wird (Anzahl der Bildpunkte, z.B. 64×64 oder 1280*1024). Es wird also mit Raster- oder Pixelgrafiken gearbeitet.

Die (stetige, kontinuierliche) Realität wird somit auf einen diskreten Ausschnitt abgebildet. Diese Diskretisierung im Ortsbereich heißt Abtastung. Somit entsteht eine Menge von Bildpunkten $latex{f(r,c)}$, insgesamt MxN viele:

\{f(r,c)|0\le r<M,0\le c<N\}

Die Funktion f bildet die Realität auf einen geeigneten Wertebereich ab, der wiederum diskretisiert wird (Quantisierung). Dabei kann man verschiedene Farbtiefen wählen: 1-bit-Binärbilder können nur die Werte {0,1} annehmen. 8-bit-Grauwertbilder können Graustufen von 0,1,\cdots,2^8-1=255 annehmen.

Farbbilder enthalten pro Pixel mehrere Farbkanäle (z.B. RotGrünBlau mit jeweils 8bit, sie Abbildung unten). Für unterschiedliche Zwecke haben sich verschiedene Bildformate entwickelt.

Damit kann man sich dieses Bild als dreidimensionale Matrix vorstellen (M x N x C) wobei MxN die Auflösung des Bildes und C die Anzahl der Farbkanäle definiert.

Unbenannt
Beispielbild „Lena.png“ enthält 200*200 Pixel mit jeweils drei Farbkanälen à 8bit, ergo 200*200*3*8bit = 117 KB. Durch Komprimierung beträgt die tatsächliche Dateigröße etwa 34 KB.

[1]: Jiang 2013: Vorlesungsskript Computer Vision

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