Einführung
Um ein Bild digital darstellen zu können, muss es zuerst digitalisiert werden. Dazu wird ein digitaler Datenbestand verlangt.
Um dies zu verstehen, müssen zuerst die unten folgenden Begriffe klar sein.
Analog- und Digitalsignale
- Sie haben zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert unendlich viele Zwischenwerte.
- Stufenlos
- Sie haben zwischen Minimalwerten und Maximalwerten eine bestimmte Anzahl Zwischenwerte.
- Abgestuft
Ein analoger Fiebermesser gibt mit einem Strich, welcher an jeder beliebigen Stelle sein könnte, die Temperatur an. Ein digitaler Fiebermesser stellt hingegen einen fixen Wert dar.
Bildaufbau
- Ein Bild besteht aus ganz vielen verschiedenen Punkten, welche verschiedene Farbtöne und Helligkeiten aufweisen.
- Bei analogen Bildern können unendlich viele Bildpunkte enthalten sein. Die Ton- und Farbwerte können ineinander verlaufen.
- Bei digitalen Bildern sind die Anzahl Bildpunkte und die Ton- und Farbwerte definiert.
Digitalisierung
Bei der Bilddigitalisierung spricht man von der Zerlegung des Bildes in ein zweidimensionalen Bereich.
Die Elemente der Matrix werden in Pixel umgewandelt. Dabei spricht man von der zwei Phasen Digitalisierung.
Scanauflösung berechnen
Bei Halbtonvorlagen sind …
- die Rasterweite im Druck,
- der Vergrösserungsfaktor und
- die Feinheiten der Details in der Vorlage
… für die Scanauflösung bestimmend.
Scanauflösung (ppcm) = Rasterweite (L/cm) × GF × Vergrösserungsfaktor
Scanauflösung (ppi) = Rasterweite × GF × Vergrösserungsfaktor × 2,54
Die Rasterweite ist primär abhängig vom Druckverfahren und den Eigenschaften des Bedruckstoffes.
Halbtonbilder, die keine feinen Details enthalten, können auch mit einer geringeren Auflösung abgetastet werden.
Normalerweise liegt der QF bei 1,5 oder 2. Die Aufösung darf aber nie den Wert der Rasterweite unterschreiten.
Die Rasterweite, also die Ausgabeauflösung bei Halbtonbildern, bezieht sich immer auf das Endformat. Die Abtasteauflösung ändert sich proportional zum Vergrösserungsfaktor.
Datenmenge
Die Scanauflösung, die Grösse der Reproduktion und die Anzahl Farben bestimmen die erwartende Datenmenge. Die Rasterweite multipliziert mit dem Qualitätsfaktor im Quadrat ergibt die Anzahl Pixel pro Quadratzentimeter.
Prinzip der Quantisierung
Der durchschnittliche Helligkeitswert innerhalb der Fläche eines Pixels wird auf die nächstliegende Tonwertstufe interpoliert.
Codierung der Tonwerte im Binärsystem
Die Anzahl Tonwertstufen bestimmt die länge des Binärcodes. 1 Bit ist die kleinste Speichereinheit und kann so als zwei unterschiedliche Stufen dargestellt werden.
Mit jedem Bit das dazukommt, erhöht sich die Anzahl der möglichen Tonwertstufen.
| Anzahl Bit | Anzahl Tonwertstufen |
|---|---|
| 1 | 2 |
| 2 | 4 |
| 3 | 8 |
| 4 | 16 |
| 5 | 32 |
| 6 | 64 |
| 7 | 128 |
| 8 | 256 |
| 9 | 512 |
| 10 | 1024 |
| 11 | 2048 |
| 12 | 4096 |
Umwandlung Tonwertverlauf
Zuerst wird eine Fläche in eine bestimmte Anzahl Felder unterteilt. Jedes Feld ergibt einen Bildpunkt/Pixel.
(Analoger Tonwertverlauf)
Im zweiten Schritt wird jedem Bildpunkt ein genauer Wert zugeordnet. Die analogen (stufenlosen) Tonwerte sind nun digitalisiert.
(Digitaler Tonwertverlauf)
Die Anzahl Tonwerte sind nun von der Anzahl Bit abhängig, mit denen ein Pixel codiert wird.
Für die Bilddigitalisierung muss man herausfinden, wie viele Tonwertstufen notwendig sind, um ein Halbtonbild abbilden zu können. Für die visuelle Betrachtung genügen 256 Tonwertstufen, also 8 Bit oder 1 Byte.
Farbbilder
Bei Farbbildern werden die Tonwertstufen zum Beispiel in die RGB-Kanäle unterteilt. Jeder Kanal hat 256 Stufen. Je mehr Bit desto mehr Farben können dargestellt werden.
S = Scanauflösung in ppi (Pixel per Inch)
m = Vergrösserungsfaktor
QF = Qualitätsfaktor
L = Rasterweite in lcm (Linien per Zentimeter)
S = L × QF × m × 2,54
M = Datenmenge in Bytes
bL = Breite des Lithos in Zentimetern
hL = Höhe des Lithos in Zentimetern
n = Anzahl Farkanäle
M = (L × QF)2 × bL × hL × n
Pb = Anzahl Pixel in der Breite
Ph = Anzahl Pixel in der Höhe
Pb = L × QF × bL
oder
bL = Pb : (L × QF)
Ph = L × QF × hL
oder
hL = Ph : (L × QF)
Byte : 1024
Byte : (1024)2
Anzahl Tonwertstufen = 2 Anzahl Bit