Digitalisieren von Bildern

Transkript

1 Digitalisieren von Bildern Digitalisieren von Bildern Digitalisieren Wir digitalisieren von Hand Wir schaffen aus Zahlen ein Bild Wir erkennen: Informationsverlust ist unvermeidbar! Digitalisieren Der Begriff Digitalisieren stammt aus dem Lateinischen. Er ist von dem Wort digitus, der Finger, abgeleitet. Wörtlich übersetzt heißt Digitalisieren: mit Fingern darstellen. Bild: Digitale Anzeige der Uhrzeit Schon lange vor den Computern gab es das Verfahren des Digitalisierens. Es gibt dafür viele Anwendungen, die sicher keinen Computer benötigen. Eine Urform digitaler Informationsübermittlung kannst du auf dem Sportplatz erleben. Vom Spielfeldrand aus informieren Trainer mit erhobenen Fingern ihre Mannschaft über die noch verbleibende Spielzeit. Genauso können sie taktische Ratschläge übermitteln. Dazu muss vorher verabredet worden sein, was die Fingerzeichen bedeuten. Eine moderne Form digitaler Informationsübermittlung sind die großen Anzeigetafeln an den Stirnseiten vieler Stadien oder Sporthallen. Du siehst, dass der Begriff Digitalisieren weit über die ursprüngliche Bedeutung von der Darstellung mit Fingern hinausgeht. Die Funktion der Finger haben die verschiedenen einzelnen Zeichen oder Ziffern übernommen. Im englischen Sprachraum und der dort entstandenen Literatur über Computer wird der Begriff sehr eingeschränkt verwendet. Hier bedeutet digit Ziffer, weshalb man dort unter Digitalisieren oft nur die Darstellung von Informationen mit Hilfe von Ziffern und Zahlen versteht. Wir wollen nun gemeinsam erleben, was Digitalisieren im Zusammenhang mit Computern bedeutet. Das schaffen wir im Wesentlichen ganz ohne Computer, nur mit Bleistift und Papier. Eine Zeichnung wollen wir digital darstellen.

2 2 Übersicht Wir wissen, dass Computer alle Informationen als Dualzahlen speichern. In diesem Kapitel wollen wir dir zuerst an der folgenden Strichzeichnung exemplarisch einen möglichen Weg erklären, wie diese Strichzeichnung in Zahlen übersetzt werden kann. Im zweiten Schritt sehen wir dann, wie aus den Zahlen ein Bild zurückgewonnen wird. Später entwickeln wir natürlich auch geeignete Computerprogramme, die uns diese Arbeit abnehmen Wir digitalisieren von Hand Wir erleben: Ein Bild wird zu Zahlen Um die Zeichnung von der Tulpe zu digitalisieren, ist es nahe liegend, ein Koordinatensystem zu verwenden. Dazu versiehst du die Zeichnung mit einem Karomuster. Das kannst du am einfachsten dadurch erreichen, dass du eine transparente Millimeterpapierfolie darüber legst. Du kannst das Bild aber auch auf Millimeterpapier durchpausen. Mit dieser Hilfe sieht das Bild etwa so aus: Das Original Die Blüte der Tulpe ist rot (= fette Linie), Stiel und Blätter sind grün (= dünne Linien).

3 Das Original mit Raster Wir notieren nun die Koordinaten der Ecken, die durch Linien verbunden sind. Das ergibt für unser Bild folgende Liste. Du musst sie zeilenweise lesen Ganz wichtig ist, dass du dir die Bedeutung der Zahlenpaare genau klar machst. Es sind die Eckpunkte eines Streckenzuges, wie du es auch aus dem Mathematikunterricht kennst. Wir schaffen aus Zahlen ein Bild Aus den eben notierten Zahlen gewinnen wir ein Bild zurück. Du beginnst im Koordinatenursprung und zeichnest Strecken von Punkt zu Punkt. Das Ergebnis siehst du links. Die Rückgewinnung des Bildes aus den Zahlen ist sehr mangelhaft, weil die Farben (= Liniendicke) fehlen und Linien erscheinen, die im Original nicht vorhanden sind. Es fehlen Informationen. fehlerhafte Rückgewinnung

4 4 Übersicht Das Problem mit den überflüssigen Linien und der unterschiedlichen Liniendicke bekommen wir in den Griff. Die Eckkoordinaten erhalten eine zusätzliche Zahl, den Farbwert. Den interpretieren wir folgendermaßen: 0 = keine Farbe, 1 = grün (= dünn), 2 = rot (= dick) Das zurückgewonnene Bild sieht jetzt so aus: Schon besser, aber nicht originalgetreu! verbesserte Rückgewinnung Wir erkennen: Informationsverlust ist unvermeidbar! An dieser Stelle müssen wir feststellen: Beim Digitalisieren gehen prinzipiell Informationen verloren. Du siehst sofort, dass das zurückgewonnene Bild stellenweise etwas eckiger ist. Es unterscheidet sich vom Original. Zu Recht wendest du ein, dass wir die Ecken besser abrunden, wenn wir mehr Zwischenwerte erfassen. Du wirst aber auch zugeben, dass sich das Problem, unter der Lupe betrachtet, prinzipiell nicht verändert hat. Du kannst immer Unterschiede zwischen Original und zurückgewonnenem Bild feststellen, weil durch den Vorgang des Digitalisierens immer Informationen verloren gehen. Die Entscheidungen, welcher Aufwand gerechtfertigt und welcher Informationsverlust hinnehmbar ist, müssen für jedes Problem neu gefällt werden!

5 Aufgaben Aufgabe 1 Was ist das? (zeilenweise betrachtet) Verwende einen DIN A4 Bogen Millimeterpapier im Querformat und lege den Koordinatenursprung etwa in die Mitte des Blattes Aufgabe Notiere eine angemessene Koordinatenliste für die folgende Darstellung eines Autos in dein Hausheft. Entscheide, welche Umrisslinien du digitalisierst und welche nicht. Arbeite sorgfältig, denn deine Koordinatenliste ist die Voraussetzung dafür, dass du die folgenden Experimente mit dem Computer durchführen kannst.

6 6 Übersicht Aufgabe: Erkläre in wenigen Sätzen, was Digitalisieren ist und welche grundsätzlichen Probleme dabei auftreten.

7 Wir übertragen die bisher mit Kopf und Kreide ausgeführten Arbeiten in zwei Schritten auf den Computer: 1. Schritt: aus Zahlen wird automatisch ein Bild Wir stellen uns das so vor, dass wir unsere Zahlen in einer Datei gespeichert haben. Wir entwickeln eine Software, die mit den Zahlen aus der Datei das Bild im Grafikfenster erzeugt. 2. Schritt: Ein Bild wird fast automatisch zu Zahlen Zuerst bringen wir eine Projektionsfolie, auf die wir unser Bild kopiert haben, vor dem Grafikfenster unseres Bildschirms mit Klebefilm an. Mit dem Mauszeiger fahren wir die Konturen nach. Mit jedem Mausklick wird die aktuelle Position des Mauszeigers gespeichert. Die beiden Beschreibungen unserer Vorhaben setzen voraus, dass unsere Programmierumgebung geeignete Methoden bereitstellt, Daten aus einer Datei zu lesen und Daten in eine Datei zu schreiben. Bevor wir unsere beiden Vorhaben verwirklichen können, wollen wir ein Kapitel einschieben, in dem wir die Eigenschaften des Objekts Datei beschreiben. Das Digitalisieren von Bildern ist ausführlich dargestellt. Die wichtigsten Punkte in Stichworten: Aus einem Bild werden geeignete Zahlen gewonnen. Dazu ist, wie wir gesehen haben, insbesondere kein Computer nötig. Aus den Zahlen wird wieder ein Bild erzeugt. Dazu ist, wie wir gesehen haben, wiederum kein Computer nötig. Beim Digitalisieren treten Fehler auf. Einige Fehler sind behebbar. Grundsätzlich gehen beim Digitalisieren Informationen verloren. Auch mit großem Aufwand kann dieser Informationsverlust nur verringert werden. Informationsverlust ist beim Digitalisieren unvermeidbar.