David Obermann Fragen zu Grundlagen Digitaler Medien SoSe 2012 (Teil II)

Transkript

1 Fragen ab ca SU 7 Histogramme: Was kann man an einem Histogramm ablesen, was nicht? Welche Aussagen können Sie zu Belichtung, Kontrast, Dynamik sagen, wenn Ihnen ein Histogramm vorgelegt wird? Skizzieren Sie typische Beispiele für Ihre Aussagen. Welche Bildfehler können Sie an einem Histogramm ablesen? Gibt es ein ideales Histogramm? Begründen Sie Ihre Antwort. Wodurch entstehen Spitzen und Löcher in einem Histogramm? Wie verändert sich ein Histogramm, wenn Sie das Bild heller machen? Wie verändert sich ein Histogramm, wenn Sie den Kontrast erhöhen, erniedrigen? Nehmen ein Kästchen-Papier und schreiben Zahlen von 0-6 in ein 5x5 Quadrat, was damit ein Graustufenbild sein könnte mit 7 Helligkeitsstufen. Erstellen Sie dazu das Histogramm. a) Welche Eigenschaften des Bildes vermuten Sie, wenn Sie folgendes Histogramm sehen? b) Welche Tonwertkorrektur würden Sie hier vorschlagen? Skizzieren Sie dazu Ihre Gradationskurve in dem Histogramm. c) Nun betrachten Sie das zugehörige logarithmische Histogramm des selben Bildes. Welche zusätzliche Information können Sie daraus gewinnen? Wenn Sie nun eine Tonwertkorrektur vornehmen wollten, was würden Sie tun? d) Skizzieren Sie wieder Ihre neue Gradationskurve in dem Histogramm. 1/13 (Version: 21)

2 e) Begründen Sie Ihre Wahl der Kurve. f) Welchen Nachteil hat Ihre Gradationskurve aus dem ersten Histogramm gegenüber dieser? Unten sind 4 Histogramme abgebildet, wobei oben das Originalhistogramm dargestellt wird. a) Wie sieht dieses Original wohl aus (was zeichnet es aus?) b)was wurde mit dem Bild gemacht (bzw. wie sieht das Bild jetzt aus?), wenn sich nach der Operation das untere Histogramm A,B bzw. C ergibt? A B C 2/13 (Version: 21)

3 Skizzieren Sie das Histogramm zu diesem Bild: Skizzieren Sie das Histogramm zu diesem Bild: Filter: Schreiben Sie sich eine Matrix mit Zahlen von 0-6 in ein 5x5-Quadrat und berechnen sie verschiedene Box-Filter. Alle Einträge in einem Box-Filter seien positiv und die Summe sei 1. Um welche Art Filter könnte es sich dann handeln? Welche Art Filter ist der 3x3-Box-Filter, wo überall 1/9 drin steht? Welche Art Filter ist der 3x3-Box-Filter, wo bis auf die Mitte überall -1/9 drin steht und in der Mitte steht 8/9 drin? Geben sie eine Filter-Box an, um senkrechte Kannten hervorzuheben bzw. ein Relief-Bild zu erzeugen, in dem die senkrechten Linien hervorgehoben werden. Beschreiben Sie die Wirkungsweise von unscharf maskieren anhand einer Bildzeile. Was sind die einzelnen Schritte von unscharf maskieren, wie Sie es in der Übung kennengelernt haben? Hochpassfilter / Tiefpassfilter Zeichnen Sie eine Kennlinie eines Tiefpassfilters und eines Hochpassfilters. Was glättet ein Hochpassfilter, was ein Tiefpassfilter? Was lassen diese Filter unverändert und was ändern diese? 3/13 (Version: 21)

4 Gegeben sei das in der folgenden Matrix angegebene Bild. a) Wenden Sie danach hintereinander folgende 2 Filter an: A : Filterkern= [1 1 1] [ 1 1] B: Filterkern= 1 Originalbild Nach Anwendung von A Nach anschließender Anwendung von B * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * b) Beide Schritte (A, B) hätten sich auch in einem Schritt machen lassen. Welchen Filterkern hätten Sie dann anwenden müssen? Bitte hier angeben:... c) Welchen Koeffizienten für A bzw. B müssten Sie noch angeben, damit die Helligkeit sich im Wesentlichen nicht ändert. d) Welche Auswirkungen auf das Bild haben die Filter A und B jeweils? Gegeben sei folgendes Programmierbeispiel. In der Variable pixels stehen die Originalbilddaten. a) Was wurde versucht zu programmieren? b) Welche Programmierfehler wurden im Programm gemacht? Bitte die Fehler im Code markieren und kommentieren, was falsch ist. (Eine Korrektur des Codes ist nicht nötig!) int[] pixels = (int[])ip.getpixels(); 2 if ( methode == 1 ) { 3 4 // Schleife ueber die y-werte 5 for (int y=0; y<height; y++) { 6 // Schleife ueber die x-werte 7 for (int x=0; x<width; x++) { 8 int pos = y*width + x; // Arrayposition bestimmen 9 //Filterkern: [1 1 1] //Lesen der Originalwerte bei: x-1 12 int origrgbx0 = pixels[pos-1]; 13 //Lesen der Originalwerte bei: x 14 int origrgbx1 = pixels[pos]; 15 //Lesen der Originalwerte bei: x+1 16 int origrgbx2 = pixels[pos+1]; int rneu = 1/3 * ((origrgbx0 >> 16) & 0xff) /3 * ((origrgbx1 >> 16) & 0xff) + 4/13 (Version: 21)

5 20 1/3 * ((origrgbx2 >> 16) & 0xff); int gneu = 1/3 * ((origrgbx1 >> 8) & 0xff) /3 * ((origrgbx1 >> 8) & 0xff) /3 * ((origrgbx1 >> 8) & 0xff); int bneu = 1/3 * ((origrgbx2 & 0xff) /3 * ((origrgbx2 & 0xff) /3 * ((origrgbx2 & 0xff); // Werte zurueckschreiben 31 pixels[pos] = 32 0xFF (rneu << 16) (gneu << 8) bneu; Gegeben sei folgende Bildzeile eines Graustufenbildes. Bis auf wenige Ausnahmen steigen die Helligkeitswerte linear von 0 schrittweise an. An einzelnen Stellen ist der Wert stark gestört. Wenden Sie den Medianfilter der Breite 3 an. a) Warum eignet sich dieser Filter besser als ein Tiefpassfilter? b) Wie sind die neuen Helligkeits-Werte in dieser Zeile nach Anwendung Ihres Filters? Skizzieren Sie dazu die Werte nach Anwendung des Filters in dem Bild. Bite deutlich die neue Höhe durch einen Strich begrenzen! Auf die folgenden beiden Bildzeilen wenden Sie einen Filterkern der Größe 1x3 an. Skizzieren Sie dabei das Ergebnis der jeweiligen Filter im Bild. 5/13 (Version: 21)

6 a) Maximum Filter b) Filterkern [1 1 1] Skizzieren Sie in einem neuen Bild I + A und I - A sowie I + B und I - B Originalbild I Strukturelement A Strukturelement B Wozu dient Farbunterabtastung? Wie könnte man vorgehen, um den Speicherbedarf eines Farbbildes zu reduzieren,? Z.B. bei einem YCbCr -Bild. Nennen und beschreiben Sie verschiedene Farbunterabtastungen (A:B:C-Notation) Sie haben im SU ein Verfahren kennengelernt um z.b. 256 Graustufen in z.b. 8 Graustufen zu reduzieren. Dabei sollen Sie nicht die Schwellwertbildung nutzen! Auf ähnliche Weise könnten Sie auch leicht 256 Graustufen auf z.b. 128 oder 64 Graustufen reduzieren. Beschreiben Sie das Verfahren. Sie kennen bereits die Bildorganisation von RGB-Bildern in ImageJ. Wie sind die Bilddaten bei ImageJ aufgebaut? Welche andere Bildorganisation kennen Sie noch? 6/13 (Version: 21)

7 Welche Auswirkung hat die Anwendung der folgenden Matrix auf die Bildkoordinaten x,. ( ) Welche Auswirkung hat die Anwendung der folgenden Matrix auf die Bildkoordinaten: ( cos(30 ) sin sin (30 ) cos(30 )) Beschreiben Sie ein mögliches Verfahren, um ein Farb-Bild schärfer zu machen. Bitte einzelne Schritte angeben, nicht nur den Namen des Verfahrens angeben! Ein Farbbild mit 3*8 Bit für RGB soll nun in ein Ein-Byte-Farbbild gespeichert werden. Dabei möchten Sie 3 Bit jeweils für Rot und Grün verwenden und die restlichen 2 Bits für Blau. Am bequemsten lässt man dafür die überzähligen rechten Bits der Originalwerte weg. Schreiben Sie dafür den Algorithmus auf (ca. 1 Zeile Code ist zu ergänzen) ColorProcessor cp = (ColorProcessor) ip; int C = cp.getpixel(u, v); int R = (C & 0x00ff0000) >> 16; int G = (C & 0x0000ff00) >> 8; int B = (C & 0x000000ff); // 3:3:2 uniform color quantization byte RGB = Wie könnte man dabei vorgehen, um den Speicherbedarf eines YCbCr - Farbbildes zu reduzieren? Welche Verfahren kennen Sie? (Idee genügt!) Ihr Chef möchte von Ihnen ein Programm erstellen lassen, das die Anzahl mehrerer Objekt auf einem Bild sicher zählen kann. a) Welche Eigenschaften des Bildes (an die Bildqualität und den Bildinhalt) würden Sie sich wünschen, damit dies leichter möglich ist? b) Wie würden Sie dann im Programm vorgehen? Nennen Sie dabei nur die Schritte, die Sie gehen würden, ohne den Algorithmus aufzuschreiben. Was bewirken die folgenden Überblendungen von Image-Stacks (Filmen) A und B? Beide Filme zeigen über die gesamte Dauer die Buchstaben A bzw. B an der gleichen Position an. 7/13 (Version: 21)

8 //Arrays fuer die einzelnen Bilder: int[] pixels_b, pixels_a, pixels_erg; //... //Schleife ueber alle Bilder: for (int z = 1; z<= length; z++) { pixels_a = (int[]) stack_a.getpixels(z); pixels_b = (int[]) stack_b.getpixels(z); pixels_erg= (int[]) stack_erg.getpixels(z); int pos = 0; for ( int y = 0; y < height; y++) { for ( int x = 0; x<width; x++, pos++) { int ca = pixels_a[pos]; int ra = (ca & 0xff0000) >> 16; int ga = (ca & 0x00ff00) >> 8; int ba = (ca & 0x0000ff) ; int cb = pixels_b[pos]; int rb = (cb & 0xff0000) >> 16; int gb = (cb & 0x00ff00) >> 8; int bb = (cb & 0x0000ff) ; if ( methode ==1) { int translatx = ((z-1)* width)/(length-1); if ( x >= translatx) { pixels_erg[pos] = pixels_b[pos-translatx]; else { pixels_erg[pos] = pixels_a[pos + width - translatx]; if ( methode ==2) { int translatx = ((z-1)* width)/(length-1); if ( x >= translatx) { pixels_erg[pos] = pixels_b[pos]; else { pixels_erg[pos] = pixels_a[pos + width - translatx]; if ( methode ==3) { int translatx = ((z-1)* width)/(length-1); if ( x >= translatx) { pixels_erg[pos] = pixels_b[pos]; else { pixels_erg[pos] = pixels_a[pos]; if (methode == 4) { if((ra>=130)&&(ga<220)&&(ba<100)) pixels_erg[pos] = pixels_b[pos]; else pixels_erg[pos] = pixels_a[pos]; a) Zeichnen Sie für die Methoden in den nächsten Zeilen ein, was im Ergebnisfilm zu den unterschiedlichen Zeitpunkten zu sehen sein wird und markieren Sie Bewegungsrichtungen durch Feile. 8/13 (Version: 21)

9 Zeitpunkt Anfang Mitte Ende methode==1 methode==2 methode==3 b) Was wurde bei Methode 4 versucht? c) Korrigieren Sie die Methode. Geben Sie hier die korrekten Code-Zeilen an. Sofern Sie dafür Annahmen machen müssen, geben Sie diese mit an. a) Von folgendem Byte (gespeichert in "byte varbyte1;") mit dem Binärwert: wollen Sie nur die 3 linken Stellen in ein neues Byte kopieren. Schreiben Sie dazu die Vorgehensweise in Java auf. //varbyte1 enthalte bereits den angegebenen Wert von b) Wie ist der Dezimalwert der Binärzahl 101? c) von dem Byte (gespeichert in "byte varbyte2;") mit dem Binärwert: möchten Sie ebenso die 3 Stellen von links in ein neues Byte kopieren, aber nun an die Position 4-6 von links. //varbyte2 enthalte bereits den angegebenen Wert von d) Was ist der Dezimalwert von der Hexadezimalzahl E0 di) Berechnen Sie im folgenden Diagramm die Zwischenwerte 2,3,4,6,7,8,10,11,12 für Nearest Neighbour und lineare Interpolation und für 6,7,8, mit Kubischer Interpolation /13 (Version: 21)

10 Sie haben einen Kreis auf dem Bildschirm gezeichnet mit einem Durchmesser von 160 Pixeln. a) Welchen Durchmesser in cm hat der Kreis auf einem Bildschirm mit 160dpi b) Welchen Durchmesser in cm hat der Kreis auf einem Bildschirm mit 100 dpi c) Welchen Durchmesser in cm hat der Kreis auf einem Bildschirm mit 240 dpi. Welche negativen Effekte können auftreten, wenn man ein Bild durch einfache Unterabtastung verkleinert? Bei der Unterabtastung können Aliasing-Effekte auftreten. Was heisst das? Was kann man gegen die Aliasing-Effekte bei Unterabtastung tun? Welche Frequenzen werden bei Unterabtastung möglicherweise falsch? Schreiben Sie (für eine Dimension, z.b. Bildzeile) die Funktionsdefinition auf für Nearest Neighbour f(x+h):= Schreiben Sie (für eine Dimension, z.b. Bildzeile) die Funktionsdefinition auf für die Interpolation 1. Ordnung f(x+h) Schreiben Sie (für eine Dimension, z.b. Bildzeile) die Funktionsdefinition auf für die kubische Interpolation. Wenn Sie ein Bild um den Faktor 1,5 vergrößern möchten. Welche Schritte sind dazu nötig?2) 1) Größenverhältnis als ganzzahligen Bruch annähern hier 3/2 2) Bild vergrößern um den Faktor 3 und Zwischenwerte auf 0 setzen. 3) Interpolationsverfahren anwenden in Form eines entsprechenden Filters. 4) Tiefpassfilter anwenden 5) Unterabtasten d.h. hier jeden 2. Wert übernehmen 6) Werte der Unterabtastung in das neue Bild eintragen Was ist mit Überabtasten gemeint? Was ist mit Unterabtastung gemeint? Bei einem Farbsystemwechsel von RGB zu YcbCr ergab die Summe Gewichte der einzelnen RGB-Komponenten gerade 1. Welchen Vorteil hat das bzw. warum ist das sinnvoll? Sie haben die 4 Werte für x0, x1, x2, x3 gegeben und sollen Zwischenwerte berechnen. Aufgrund 10/13 (Version: 21)

11 dieser 4 Werte könnten Sie nun das Polynom 3. Grades aufstellen und verschiedene Zwischenwerte berechnen. Für welche Werte wird es in der Praxis genutzt? Für Zwischenwerte zwischen x0 und x3? Für Zwischenwerte zwischen x1 und x2? Für Zwischenwerte zwischen x0 und x1? Für Zwischenwerte zwischen x2 und x3? Für Zwischenwerte zwischen x1 und x3? Für Zwischenwerte zwischen x0 und x2? Welche 4 Gleichungen sind zu lösen, wenn Sie hier kubische Interpolation durchführen möchten? f(0) = 2, f(4) = 4, f(8)=0, f(12)=2 Statt das Polynom für die Punkte 0,4,8,12, zu lösen können Sie auch das Polynom für die Punkte f (0)=2, f (1)=4, f (2)=0, f (3)=2 lösen. f (x)= f ( x 4 )=a( x 3 4 ) +b( x 2+c( 4 ) x 4 )+d Schreiben Sie die 4 Gleichungen auf, die für das kubische Polynom durch diese Punkte zu lösen sind f (0)=2, f (1)=4, f (2)=0, f (3)=2 Zwischen welchen dieser 4 Stützstellen, würden Sie lineare Interpolation durchführen? Nennen Sie alle, wo das möglich ist. Gegeben ist die affin-lineare Transformationsforschrift: ( x' y') = ( )( x y) + ( 4 5) Schreiben Sie dieselbe Transformation in homogenen Koordinaten auf 11/13 (Version: 21)

12 Welche Auswirkung hat die Addition des Vektors ( 4 5) in der obigen Transformation Nun stehe innerhalb des Dreiecks, das von den Punkten A= ( 0 0), B= ( 1 0),C= ( 0 1) aufgespannt wird, der Buchstabe F. Wie sieht das Dreieck nach Anwendung der Transformation aus einschließlich dem Buchstaben F? C 1 A B Diskutieren Sie die Haltung von Ihren Kollegen: Ein Kollege A hat die Meinung: Es ist völlig ausreichend ein Programm so zu schreiben, dass damit das Problem gelöst wird. Die Geschwindigkeit spielt dabei keine Rolle. Wenn das Programm zu langsam ist, kann man dafür schnellere Server kaufen und damit die Geschwindigkeit erhöhen. Ein Kollege B meint: es sei immer wichtig auf die Geschwindigkeit zu achten. Ein anderer Kollege C betont: es hängt sehr von der Art der Problemstellung ab, ob ein Programm nur das Problem lösen kann, oder ob zusätzlich die Geschwindigkeit eine Rolle spielt. Ein weiterer Kollege D meint: bei einem Programmieranfänger, darf ein Programm so sein, dass es das Problem löst, ohne dabei besonders schnell zu sein. Geschwindigkeit kommt dann später von alleine mit der Erfahrung. Finden Sie Argumente für jeden Ihrer Kollegen und stellen Sie, wenn möglich, den Bezug zu Medieninformatik her. Diskutieren Sie die folgenden verschiedenen Haltungen: 12/13 (Version: 21)

13 A: Kommentare im Code sind reine Zeitfresser. Ich muss schon auf den Fertigstellungstermin achten und kann mich dabei nicht mit Kommentaren abgeben. B: Kommentare im Code kann es nicht genug geben. Am besten ist, wenn jede Codezeile kommentiert ist. C: Kommentare im Code sind nur für andere da. Da ich das Programm alleine schreiben und warten muss, erspare ich mir die Mühe. D: Ich schreibe selbsterklärenden Code. Kommentare sind daher nicht nötig. Meinungen zu Teamfähigkeit: A: Teamarbeit bringt mir nichts und bremst mich nur. Ich möchte nicht diskutieren, welche Lösungen ich wie erreiche. Da setze ich mich lieber schnell hin und löse die Aufgabe. B: Ein Programm im Team zu erstellen ist schon deshalb gut, weil dann im Krankheitsfall immer jemand da ist, der sich auskennt. C: Wenn ich ein Problem selbst gelöst habe, ist mein Erfolgserlebnis höher und ich habe mehr dabei gelernt D: In einem guten Team, lassen sich Probleme schneller lösen, da vielfach die Kollegen dort weiterhelfen, können, wo ich selbst nicht weiterkomme und umgekehrt. Was sagt Ihnen das Target to Source -Verfahren? 13/13 (Version: 21)