Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung und CCD-Sensoren

Das einfallende Licht

Das einfallende Licht erzeugt im Haus ein schwaches elektrisches Signal, das verstärkt und in digitale Daten umgewandelt wird. Diese Daten bestehen aus Strings binärer Ziffern, die als individuelle Farbquadrate, sogenannte Pixel, dargestellt werden.

Arten von CCD-Sensoren

• 35mm-Kamera: Verfügt über wenige lichtempfindliche Zellen und liefert Bilder mit niedriger Auflösung.
• Mittelformat-Kamera (6x6): Besitzt eine höhere Anzahl an lichtempfindlichen Zellen.
• Großformat-Kamera (9x12): Verfügt über dreimal mehr lichtempfindliche Zellen.

Besonderheiten von CCD-Sensoren

Ein CCD-Sensor erfasst lediglich die Lichtintensität (Helligkeit) einer Szene, jedoch keine Farben. Um Farbinformationen zu erhalten, ist eine Matrix aus Farbfiltern (Rot, Grün und Blau) vorgeschaltet. Da jedes Pixel nur die Helligkeit des Lichts registriert, das seiner Filterfarbe entspricht, werden andere Farben blockiert.

Funktionsweise der CCD-Filter

Ein blauer Filter lässt nur blaues Licht durch, ein grüner Filter grünes und ein roter Filter rotes Licht.

Pixel-Auflösung

Der Begriff Pixel steht kurz für „picture cell“ (Bildelement) und ist die kleinste Einheit eines digitalen Bildes. Diese Komponente besteht aus den drei Grundfarben. Eine große Anzahl an Pixeln bildet ein digitales Bild.

Die Auflösung bestimmt die Größe der Pixel im Bild. Je höher die Auflösung, desto kleiner sind die Pixel und desto größer ist die Bildschärfe. Die Auflösung wird in Pixel pro Zoll (DPI) ausgedrückt und durch die Multiplikation von Breite mal Höhe berechnet.

Dateneinheiten

• Byte/Bit-Zahl: 8 Bit (Oktett)
• Kilobyte (KB): 1024 Byte
• Megabyte (MB): 1024 KB
• Gigabyte (GB): 1024 MB
• Terabyte (TB): 1024 GB
• PPI (Pixel per Inch): 25,4 mm

Arten von digitalen Bildern

Vektorgrafiken

Vektorgrafiken werden aus Linien und Kurven gebildet, die durch geometrische Objekte definiert sind. Sie benötigen sehr wenig Speicherplatz und können ohne Qualitätsverlust skaliert werden.

Bitmap

Bitmaps werden von Scannern und Digitalkameras erstellt. Bei einer Vergrößerung verlieren sie an Auflösung.

Bit-Tiefe

Die Bit-Tiefe ist das Maß für die möglichen Farbwerte, die jeder Punkt (Pixel) eines Bildes annehmen kann. Eine höhere Bit-Tiefe (mehr Bits pro Pixel) ermöglicht eine genauere Darstellung von Farben und Farbabstufungen.

Da jedes Bit nur den Wert 0 oder 1 annehmen kann, lautet die mathematische Formel zur Bestimmung der Anzahl der Farben: Anzahl der Farben = 2^n (wobei n die Bit-Tiefe ist).