VL 05: Rastergrafik (fast fertig)

Was ist die Auflösung?

Maß für Feinheit, nach der Gerät Bildinformation

• einliest (Scanner)

• darstellt (Display)

• ausgibt (Drucker)

→ Maßeinheit: Pixel

Was ist die Pixeldichte?

• Anzahl Bildpunkte in realem Längenabschnitt

• bei Scannern/Druckern oft für ,,Auflösung” verwendet

• Maßeinheit: Ipi, dpi, ppi

Was heißt dpi?

Punkte pro Zoll (dot per inch)

Was heißt ppi?

Pixel pro Zoll (pixel per inch)

Was war früher die Standardpixeldichte?

72 dpi

heutige Beispiele:

• Apple IPhone 14: 460 ppi

• Samsung Galaxy S23: 422 ppi

Sind Bilddaten mit der Pixeldichte verknüpft?

normalerweise nicht

→ Pixeldichte Ursprungsformat aber in vielen Bildformaten gespeichert

Was ist der Unterschied zwischen Pixeldichte und Pixelmaß?

Pixelmaß: wie viele Pixel Bild oder Bildschirm in Breite und Höhe hat
Pixeldichte: wie viele Pixel auf physischer Fläche

Was muss man bei Änderung der Pixelmaße beachten?

• erfordert Resampling

• kann zu Qualitätsverlust führen

Was gibt es für Änderungen der Pixelmaße?

Upsampling (Vergrößern): Wie wird Pixel aus der Quelle auf mehrere Pixel der Zielquelle abgebildet?

Downsampling (Verkleinern): Wie werden mehrere Pixel aus Quelle in einen Pixel des Zielbildes zusammengefasst?

Was ist Nearest Neighbour Upsampling?

• keine neuen Pixelwerte berechnet, sondern vorhandene vervielfacht

  → jedem neuen Pixel der Wert des nächstgelegenen Originalpixels zugewiesen

Was sind Eigenschaften des Nearest Neighbour Upsampling?

• einfach & schnell

• keine neuen Farben/Werte

• kann zu ,,Blockbildung” führen → Treppeneffekt (Jaggies)

Was ist bilineare Interpolation?

• Wert des neuen Punktes wird anhand von vier nächstgelegenen Nachbarpunkten berechnet

  → bessere Qualität als Nearest Neighbour

Was ist bikubische Interpolation?

• verrechnet 16 umliegende Quellpixel für einen Zielpixel (anhand kubischer Bézier-Kurven)

→ aufwändiger zu berechnen, aber bessere Qualität im Detail

Was ist Subpixel-Rendering?

• Pixel besteht aus drei Subpixeln (nebeneinanderliegende Farbpunkte): Rot (R), Grün (G), Blau (B)

→ alle voll aufgedreht = weiß

• erhöht wahrgenommene Auflösung durch selektive Ansteuerung von Subpixeln (Illusion)

Was sind Voraussetzungen und Eigenschaften des Subpixel-Renderings?

Vorteile:

• Anti-Aliasing

höhere wahrgenommene Schärfe

Nachteile:

• Farbsäume: nur ein Subpixel angesprochen, Kanten → farbige Schatten

• funktioniert nur gut, wenn GUI-API Zugriff auf die Subpixel hat

Wofür nutzt man Bildkompression?

• bessere Übertragungseigenschaften

• bessere Speichereigenschaften

Warum ist JPEG 2000 gleichzeitig verlustbehaftet und verlustfrei?

• andere Kompressionstechnik: Wavelet-Transformation → zwei Betriebsmodi & von denen wählbar

Welche Formate sind verlustfrei und welche verlustbehaftet?

• Verlustfreie Bildkompression: GIF, PNG, JPEG 2000

• Verlustbehaftete Bildkompression: JPEG, JPEG 2000

Wofür steht GIF?

Graphics Interchange Format

→ Farbpalette von 256 Farben inkl. Transparenz

geeignet für:

• Icons

• Diagramme

• Grafiken

• Zeichnungen

nicht für:

• Fotos, Farbverläufe

Was sind GIF-Eigenschaften?

• kein Qualitätsverlust

• Kompression durch LZW

• 1 Farbe als Alphakanal deklarierbar (eine kann unsichtbar sein, keine halbtransparenten Pixel) → kein echter Alphakanal

• Animationen

Was ist Dithering?

• GIF nur 256 Farben, Originalbilder oft mehr

• trotzdem möglichst realistisch mit Dithering

• Pixel in bestimmten Mustern mischen, Eindruck von mehr Farben

• harte Farbübergänge und Farbabrisse reduziert

Was ist Interlacing?

• Interlacing als Darstellungs- und Speicherverfahren von GIFs

• in mehreren Durchgängen speichern = Bild detailreicher

  → zuerst grobes verschwommenes Bild, dann mehr Details

Was ist PNG?

• Portable Network Graphics

• geeignet für hoch qualitative, artefaktfreie, nicht-animierte Bilder

• Nicht geeignet für Datengröße-relevante Anwendungsfälle − JPG ist kleiner

Was sind Eigenschaften von PNG?

• keine Animation

• Kompression durch Deflate-Algorithmus

• CRC-Prüfsummen → helfen: Erkennen von Fehlern beim Speichern/Übertragen der Datei → robust und zuverlässig

Wie sieht es mit der Farbunterstützung bei PNG aus?

Pro Pixel: High-Color / True-Color

• 24-bit RGB → 8 Bit pro Farbkanal (R, G, B) → 16,7 Millionen Farben

• 48-bit RGB → 16 Bit pro Kanal → sehr hohe Farbgenauigkeit (z. B. für Fotografie, Druck)

Graustufen

• 8 oder 16 Bit pro Pixel, wenn das Bild nur in Graustufen vorliegt

Alpha-Kanal (Transparenz)

• PNG unterstützt echten Alpha-Kanal:

  • 8 Bit → 256 Stufen der Transparenz

  • 16 Bit → feinere Stufen

• weiche Übergänge, Transparenzen, Schlagschatten etc. möglich – im Gegensatz zu GIF (nur 1 transparente Farbe).

Was sind Eigenschaften von JPEG?

• häufigsten verwendete Grafikkompression für Einzelbilder

→ möglichst wenig Verlust für menschlichen Betrachter für typische Alltagssituationen

→ Schwerpunkte: Kompressionsfaktor, Geschwindigkeit

→ Verlustbehaftete Kompression

→ Bildqualität schwindet mit Dateigröße

→ Bis zu 256 Intensitäten möglich

→ Keine Animation möglich

→ Keine Transparenz möglich

→ Dateiformat: meist JFIF (JPEG File Interchange Format), sonst SPIFF, JNG

Welche verschiedenen Modi gibt es für das Kompressionsverfahren?

• Progressive Mode:

  → kodiert und dekodiert Bild in mehreren Durchgängen

  → gut für progressive Übertragung

  → Stopp bei ausreichender Qualität

• Hierarchical Mode:

  → speichert Bild in geringer Auflösung sowie in voller Auflösung, d.h. Vorschau auf vollaufgelöste Version möglich

• Lossless Mode:

  → einziges Verfahren für verlustfreie Kodierung; Nachteil: geringe Kompressionsrate

• Sequential Mode:

  → kodiert Bild in einem Durchgang von links oben nach rechts unten mit mehrstufigem Verfahren; beste Kompressionsrate

Was ist die Grundidee von JPEG?

• feinere Details weglassen

• Darstellung Bildstruktur als Überlagerung von Kontrastmustern verschiedener Frequenzen

Was ist der Ablauf von JPEG?

1. Chroma-Subsampling

2. Umkodierung in Frequenzraum

3. Quantisierung

4. Kompression

Wie sieht die Irrelevanzreduktion bei JPEG aus?

1. Blockbildung 8x8

2. Farbmodellkonvertierung / Subsampling

3. DC Transformation

4. Quantisierung

Wie sieht es bei der Redundanzreduktion aus?

5. Zick-Zack Abtastung

6. Lauflängencodierung RLE

7. Huffman-Codierung

Wie funktioniert die Blockbildung?

Unterteilung des Bildes in 8*8-Pixel große Blöcke

• für jeden der drei Kanäle Y, Cb, Cr (s. nächster Schritt)

• deshalb haben viele Bildformate Pixelmaße als Vielfache von 8

Wie funktioniert die Farbmodell-Konvertierung?

Repräsentation der Farbe jedes Pixels durch 3-dimensionalen Vektor (R, G, B)

• hohe Korrelation → Farbraum-Transformation in neuen Vektor:

• Luminanz (Y): Helligkeit

• Blau-Chrominanz (Cb)

• Rot-Chrominanz (Cr)

Was ist DCT-Transfomation?

• Zerlegung in Frequenzanteile von 64 Blöcken

• Transformation ortsabhängiger Pixelwerte (Helligkeits- oder Farbwerte) in frequenzabhängige Amplituden

• Interpretation von Pixelwerten als Überlagerung von diskreter Cosinus-Funktionen verschiedener Frequenzen

• Zu jeder Cosinus-Schwingung wird durch DCT eine Amplitude bestimmt

Was ist High Dynamic Range?

• vermeidet Über- und Unterbelichtung

• Wiedergabe auf speziellen Anzeigegeräten (HDR-Monitor benötigt)

• Bild mit hohem Dynamikumfang (Hochkontrastbild)

Was sind Anwendungszwecke von Bildbearbeitungsprogrammen?

• Bildkorrektur, Qualitätsaufbesserung technischer Fehler, Retusche unschöner Details

• Neugestaltung und künstliche Bildkompositionen

Was sind Eigenschaften von Ebenen (Layern)?

• Bilder werden in übereinanderliegenden Ebenen organisiert

• Teile von Ebenen können transparent sein

• Jede Ebene kann unabhängig bearbeitet werden

• Ermöglicht:

  • freie Anordnung von Bildteilen

  • Experimentieren mit verschiedenen Versionen

  • Projektionseffekte

Was macht Pixel Group Processing?

• Verändern Farbwerte eines Pixels in Abhängigkeit von umgebenden Pixeln

• z.B. Weichzeichnen, Kanten hervorheben, Schärfe-Filter

Was machen Selektionswerkzeuge?

Bereiche können durch Zeichnen von Umrissen selektiert werden:

• frei gezeichnet (Lasso Tool)

• Kontrastorientiert (Magn. Lasso Tool)

• Bézier-Kurven (Bézier-Stift)

• ähnliche Farbräume (Zauberstab)

Was machen Alpha-Kanäle?

• Ermöglicht Effekte wie Transparenzverläufe, weiche Übergänge

• Kann mit einer Ebene verknüpft werden

2.3 Weitere Formate

fehlt

ab JPEG: DC-Transformation

fehlt