gf1:analogdigitalbilder

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gf1:analogdigitalbilder [2024/08/16 10:48] – marrocgf1:analogdigitalbilder [2024/08/19 09:36] (aktuell) – marroc
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-<WRAP nicebox green> +===== Fotografie -Pixel, die Bildpunkte =====
-**Auftrag 11** \\  +
-In Gruppenarbeit steht ihnen jeweils eine kleine Kiste mit Material zur Verfügung. Bearbeiten Sie den folgenden Arbeitsauftrag. Ordnen Sie den Gegenständen jeweils das Prädikat "analog" oder "digital" zu. Notieren Sie zu jedem Gegenstand eine //Begründung// auf dem vorgesehenen OneNote. +
-</WRAP> ===== Fotografie -Pixel, die Bildpunkte =====+
  
 Zum Starten betrachten wir als Beispiel ein "gewöhnliches" Blumenfoto. Zu erkennen sind die Geranien in verschiedenen Farben, ein Fenster im Hintergrund und viele kleine Details. Damit das Foto jedoch digital abgespeichert werden kann, muss schon beim Fotografieren in der Digitalkamera das Bild in ganz kleine Quadrate eingeteilt, über das gesamte Bild wird somit ein Raster (oder auch Gitter) gelegt. \\  Zum Starten betrachten wir als Beispiel ein "gewöhnliches" Blumenfoto. Zu erkennen sind die Geranien in verschiedenen Farben, ein Fenster im Hintergrund und viele kleine Details. Damit das Foto jedoch digital abgespeichert werden kann, muss schon beim Fotografieren in der Digitalkamera das Bild in ganz kleine Quadrate eingeteilt, über das gesamte Bild wird somit ein Raster (oder auch Gitter) gelegt. \\ 
-Diese „Bildpunkte“ nennen wir die **Pixel** des Bildes. Pixel ist die Abkürzung von **//«Picture Element»//** oder **Picture**. In der Realität (in der analogen Welt) besteht das Bild aus unendlich vielen solcher Punkte, die alle unendlich klein sind. Nennen wir diese Lichtpunkte. Da wir im Computer jedoch nicht unendlich viele Pixel darstellen oder speichern können, sind diese Pixel viel grösser als die unendlich kleinen Lichtpunkte und das Pixel-Gitter oder -Raster viel gröber als diese alanoge Lichtpunkteflut. \\  +Diese „Bildpunkte“ nennen wir die **Pixel** des Bildes. Pixel ist die Abkürzung von **//«Picture Element»//** oder **Picture**. In der Realität (in der analogen Welt) besteht das Bild aus unendlich vielen solcher Punkte, die alle unendlich klein sind. Nennen wir diese Lichtpunkte. Da wir im Computer jedoch nicht unendlich viele Pixel darstellen oder speichern können, sind diese Pixel viel grösser als die unendlich kleinen Lichtpunkte und das Pixel-Gitter oder -Raster viel gröber als diese analoge Lichtpunkteflut. \\  
-Die Konzequenz davon ist, dass wir das Foto also nicht auf ein beliebig grosses Plakat drucken, ohne dass diese Pixel sichtbar werden. Das Bild hat eine gewisse Auflösung - und diese wird daher auch ab einer bestimmten Grösse sichtbar. +Die Konsequenz davon ist, dass wir das Foto also nicht auf ein beliebig grosses Plakat drucken, ohne dass diese Pixel sichtbar werden. Das Bild hat eine gewisse Auflösung - und diese wird daher auch ab einer bestimmten Grösse sichtbar. 
  
 <grid><col> {{:gf1:blumen2.jpeg?nolink&400 |}}</col><col>{{:gf1:blumen3.png?nolink&400 |}}</col></grid> <grid><col> {{:gf1:blumen2.jpeg?nolink&400 |}}</col><col>{{:gf1:blumen3.png?nolink&400 |}}</col></grid>
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 <WRAP nicebox red> <WRAP nicebox red>
 **Offene Fragen sind** **Offene Fragen sind**
-  * Wie können aber diese Pixel in 0 und 1 umgeseschrieben werden? +  * Wie können aber diese Pixel in 0 und 1 umgeschrieben werden? 
   * Was könnten die Herausforderungen und Schwierigkeiten sein?   * Was könnten die Herausforderungen und Schwierigkeiten sein?
   * Was genau bedeutet "Auflösung"?    * Was genau bedeutet "Auflösung"? 
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 Wie weiter oben erwähnt, wird ein Bild mit Farbtiefe 24 Bit ( als "farbecht" bzw. True-Color) bezeichnet, was dann bedeuten würde, dass jedes Pixel mit pro Farbkanal 8 Bit an Farbcodierung hat und somit ein Pixel beispielsweise 01001010 11100011 01011001 als digitalisierte Farbe inne hätte. Grundsätzlich könnten rund 281 Billionen Farbmöglichkeiten.  Wie weiter oben erwähnt, wird ein Bild mit Farbtiefe 24 Bit ( als "farbecht" bzw. True-Color) bezeichnet, was dann bedeuten würde, dass jedes Pixel mit pro Farbkanal 8 Bit an Farbcodierung hat und somit ein Pixel beispielsweise 01001010 11100011 01011001 als digitalisierte Farbe inne hätte. Grundsätzlich könnten rund 281 Billionen Farbmöglichkeiten. 
 Die Konsequenz einer grossen Farbtiefe ist der teilweise enorme Speicherbedarf. Hier wird eine verlustlose Kompression nötig (Komprimierung siehe weiter unten). Die Konsequenz einer grossen Farbtiefe ist der teilweise enorme Speicherbedarf. Hier wird eine verlustlose Kompression nötig (Komprimierung siehe weiter unten).
 +=== Farbmischungen === 
 +Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten Farben zu mischen, sind:  
 +**Additive Farbmischung** werden Farbmischungen genannt, wenn Lichtstrahlen zusammenkommen und sich überlagern, die Primärfarben sind Rot, Grün, Blau. **Subtraktive Farbmischung** sind Farbmischungen, wo Farben miteinander gemischt werden und dabei bestimmte Lichtstrahlen absorbiert und andere reflektiert werden, hier sind die Primärfarben andere, nähmlich Cyan, Magenta, Gelb. 
 +^Additive Farbsynthese ^Subtraktive Farbsynthese^ 
 +|Lichtfarbe | Körperfarbe| 
 +|Computerbildschirme | Drucken| 
 +|Fernseher |Buchdruck| 
 +|Regenbogen | Wasserfarben | 
 +|...|...|
 === Das Farbformat RGB (Rot-Grün-Blau)=== === Das Farbformat RGB (Rot-Grün-Blau)===
 Die Forschung zum „Farbsehen“ begann im 18. Jahrhundert und führte im  19. Jahrhundert zur quantitativen Theorie der Dreifarbentheorie. Diese besagt, dass Farbreize durch das Mischen dreier Primärfarben nachgebildet werden können. Um diesen Farbreiz nachzubilden, reicht es aus, ein Zahlentripel zu speichern, das die Menge an rotem, grünem und blauem Licht beschreibt. Digital verwenden häufig die Ganzzahlen zwischen 0 und einer Maximalzahl wie 255. Die Forschung zum „Farbsehen“ begann im 18. Jahrhundert und führte im  19. Jahrhundert zur quantitativen Theorie der Dreifarbentheorie. Diese besagt, dass Farbreize durch das Mischen dreier Primärfarben nachgebildet werden können. Um diesen Farbreiz nachzubilden, reicht es aus, ein Zahlentripel zu speichern, das die Menge an rotem, grünem und blauem Licht beschreibt. Digital verwenden häufig die Ganzzahlen zwischen 0 und einer Maximalzahl wie 255.
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   - Informieren Sie sich, was der Unterschied zwischen "additiver" und "subtraktiver" Farbmischung ist und notieren Sie sich diese Erkenntnis in Ihr OneNote. Mit welcher Farbmischmethode wird in der Informatik gearbeitet?   - Informieren Sie sich, was der Unterschied zwischen "additiver" und "subtraktiver" Farbmischung ist und notieren Sie sich diese Erkenntnis in Ihr OneNote. Mit welcher Farbmischmethode wird in der Informatik gearbeitet?
   - Welche verschiedenen Farbformate gibt es? Notieren Sie sich diese kurz und überprüfen Sie, in welchem Farbformat die gespeicherten digitalen Bilder die Farben gespeichert haben.   - Welche verschiedenen Farbformate gibt es? Notieren Sie sich diese kurz und überprüfen Sie, in welchem Farbformat die gespeicherten digitalen Bilder die Farben gespeichert haben.
-  - Besuchen Sie den [[https://g.co/kgs/k4c3Z5 |Farbwähler]] und formulieren Sie drei Feststellungen zu den Farbvormaten (Veränderung der einzelnen Parameter der Farbformate).+  - Besuchen Sie den [[https://g.co/kgs/k4c3Z5 |Farbwähler]] und formulieren Sie drei Feststellungen zu den Farbformaten (Veränderung der einzelnen Parameter der Farbformate).
   - Erklären Sie in einfachen eigenen Worten einem Laien, was der Begriff Farbtiefe bedeutet.   - Erklären Sie in einfachen eigenen Worten einem Laien, was der Begriff Farbtiefe bedeutet.
 \\ \\
 **Auftrag 15** **Auftrag 15**
   - Arbeiten Sie die Aufgaben [[https://studio.code.org/s/pixelation/lessons/3/levels/1 |hier]] durch. Es geht darum erste Erfahrungen mit dem Codieren von Farben zu sammeln.    - Arbeiten Sie die Aufgaben [[https://studio.code.org/s/pixelation/lessons/3/levels/1 |hier]] durch. Es geht darum erste Erfahrungen mit dem Codieren von Farben zu sammeln. 
-  - Im folgenden ist ein Bild abgebildet. Dies wurde [[https://studio.code.org/s/pixelation/lessons/5/levels/1 | hier ]] erstellt. Bilden Sie dieses Bild möglichst genau nach. +  - Im folgenden ist ein Bild abgebildet. Dies wurde [[https://studio.code.org/s/pixelation/lessons/5/levels/1 | hier ]] erstellt. Bilden Sie dieses Bild möglichst genau nach. 
 {{ :gf1:pixelation2.png?nolink&200 |}}  Bearbeiten Sie im Anschluss die folgenden Fragen:   {{ :gf1:pixelation2.png?nolink&200 |}}  Bearbeiten Sie im Anschluss die folgenden Fragen:  
   * Was sind die zentralen Erkenntnisse in Bezug auf die Farbcodierung?    * Was sind die zentralen Erkenntnisse in Bezug auf die Farbcodierung? 
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 Somit sind die geläufigsten Farbformate: Somit sind die geläufigsten Farbformate:
   * Das RGB-Format, was drei Farbkanäle umfasst: Rot, Grün und Blau.   * Das RGB-Format, was drei Farbkanäle umfasst: Rot, Grün und Blau.
-  * Das CMYK-Format, was vier Farbkanäle umfasst: Cyan, Mangenta, Yellow und Black (Key). Dieses Format wird beispielsweise in Druckern vewendet.+  * Das CMYK-Format, was vier Farbkanäle umfasst: Cyan, Magenta, Yellow und Black (Key). Dieses Format wird beispielsweise in Druckern verwendet.
   * Andere Farbformate, welche weniger verbreitet ist, beinhalten neben den Farben auch Parameter zur Leuchtdichte, Sättigung oder auch Farbton oder Farbigkeit.   * Andere Farbformate, welche weniger verbreitet ist, beinhalten neben den Farben auch Parameter zur Leuchtdichte, Sättigung oder auch Farbton oder Farbigkeit.
  
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 Beim Blumenbild zeigen die Informationen zum Foto 3456 × 2592 Pixel.  Beim Blumenbild zeigen die Informationen zum Foto 3456 × 2592 Pixel. 
  
-Die **relative Auflösung** eines Bildes wird in der Regel in „ppi“ (pixels per inch) angegeben und beschreibt, wie viele Pixel (digitale Bildpunkte) auf der Länge von einem inch oder auch Zoll genannt - was  2.54 cm entspricht - vorhanden sind. +Die **relative Auflösung** eines Bildes wird in der Regel in „ppi“ (Pixels per inch) angegeben und beschreibt, wie viele Pixel (digitale Bildpunkte) auf der Länge von einem Inch oder auch Zoll genannt - was  2.54 cm entspricht - vorhanden sind. 
  
 {{ :gf1:ppi_2.png?nolink&200|}} {{ :gf1:ppi_2.png?nolink&200|}}
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 <WRAP nicebox blue> <WRAP nicebox blue>
-Ein kurzer Überblück über die bereits erarbieteten Begriffe:\\ +Ein kurzer Überblick über die bereits erarbeiteten Begriffe:\\ 
   * Pixel: Das kleinste Element der digitalen Bilddarstellung.   * Pixel: Das kleinste Element der digitalen Bilddarstellung.
-  * Die menschliche Wahrnehmung umfasst ungefähr 20 Millionen Farben. Eine Farbtiefe von $2^24$=$16,2$ Mio, wird als "vollwertig" angesehen und "True Color" genannt.  +  * Die menschliche Wahrnehmung umfasst ungefähr 20 Millionen Farben. Eine Farbtiefe von $2^24$=$16,2$ Mio., wird als "vollwertig" angesehen und "True Color" genannt.  
-  * Farbtiefe: Wie viele Bits pro Farbkanal sind für die Darstellung der Farbe reserviert? Die Anzahl Bits wird auf die Farbkanäle aufgezeilt und ist wird als Farbtiefe bezeichnet. Somit ist die Farbtiefe die eigentliche Menge der Farbabstufungen.  +  * Farbtiefe: Wie viele Bits pro Farbkanal sind für die Darstellung der Farbe reserviert? Die Anzahl Bits wird auf die Farbkanäle aufgeteilt und ist wird als Farbtiefe bezeichnet. Somit ist die Farbtiefe die eigentliche Menge der Farbabstufungen.  
-  * Farbformate: Die digitalen Farben könne in RGB oder in CYCn angegeben werden.+  * Farbformate: Die digitalen Farben könne in RGB oder in CMYK angegeben werden.
   * Auflösung: Die Auflösung bedeutet, wie viele Pixel pro Masseinheit (meist inch) überhaupt gespeichert bzw. gedruckt werden. Dies hat einen Einfluss darauf, um wie viel das Bild vergrössert werden kann, ohne dass die Pixel zu gross werden und störend auf den Betrachter wirken (das Bild unscharf wird).   * Auflösung: Die Auflösung bedeutet, wie viele Pixel pro Masseinheit (meist inch) überhaupt gespeichert bzw. gedruckt werden. Dies hat einen Einfluss darauf, um wie viel das Bild vergrössert werden kann, ohne dass die Pixel zu gross werden und störend auf den Betrachter wirken (das Bild unscharf wird).
 </WRAP> </WRAP>
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 ^Farbtiefe ^Farbstufen ^Breite ^Länge ^Grösse in Bit ^Grösse in Byte ^Bemerkungen ^^ ^Farbtiefe ^Farbstufen ^Breite ^Länge ^Grösse in Bit ^Grösse in Byte ^Bemerkungen ^^
 |1 Bit| 2 Farbstufen |1600 Pixel | 1800 Pixel| 2.8 Megapixel = 2.88. Megabit|  2,88 Megabit : 8 = 0,36 Megabyte|| |1 Bit| 2 Farbstufen |1600 Pixel | 1800 Pixel| 2.8 Megapixel = 2.88. Megabit|  2,88 Megabit : 8 = 0,36 Megabyte||
-|8 Bit| 256 Graustufen|1600 Pixel | 1800 Pixel| 2.8 Megapixel = 2.88. Megabit|  2,88 Megabit · 8 : 8 = 2.88 Megabyte|Schwarzweissfotographie|| +|8 Bit| 256 Graustufen|1600 Pixel | 1800 Pixel| 2.8 Megapixel = 2.88. Megabit|  2,88 Megabit · 8 : 8 = 2.88 Megabyte | Schwarzweissfotographie|| 
-|24 Bit | 256 Abstufungen in Rot Grün Blau ergibt 16.7 Mio Farben |1600 Pixel | 1800 Pixel| 2.8 Megapixel = 2.88. Megabit|  2,88 Megabit · 24 : 8 = 8.4  Megabyte|Farbfotographie||+|24 Bit | 256 Abstufungen in Rot Grün Blau ergibt 16.7 Mio. Farben |1600 Pixel | 1800 Pixel| 2.8 Megapixel = 2.88. Megabit|  2,88 Megabit · 24 : 8 = 8.4  Megabyte | Farbfotographie||
  
  
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 **Vektorgrafik** \\ **Vektorgrafik** \\
-Eine weitere Möglichkeit ist die Vektorgrafik. Dies sind Grafiken, die aus so genannten Vektoren (und dadurch aus Polygonen, Kreisen und anderen geometrischen Figuren) zusammenzusetzen und so abzuspeichern werden. Dieses Verfahren wird bei am Computer generierten Grafiken häufig eingesetzt. //Dies sind die Bildateien mit der Endung  .eps, .svg und auch .ai.// \\  +Eine weitere Möglichkeit ist die Vektorgrafik. Dies sind Grafiken, die aus so genannten Vektoren (und dadurch aus Polygonen, Kreisen und anderen geometrischen Figuren) zusammenzusetzen und so abzuspeichern werden. Dieses Verfahren wird bei am Computer generierten Grafiken häufig eingesetzt. //Dies sind die Bilddateien mit der Endung  .eps, .svg und auch .ai.// \\  
  
 Hinter der Vektorgrafik steht eine ganz andere Idee und der Unterschied zwischen beiden Ideen versteht man am besten, wenn man einmal versucht ein Objekt zum einen nur aus Punkten/Pixeln (Rastergrafik) und zum anderen dasselbe Objekt nur aus //Vektoren// zu zeichnen.  Hinter der Vektorgrafik steht eine ganz andere Idee und der Unterschied zwischen beiden Ideen versteht man am besten, wenn man einmal versucht ein Objekt zum einen nur aus Punkten/Pixeln (Rastergrafik) und zum anderen dasselbe Objekt nur aus //Vektoren// zu zeichnen. 
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 Es gibt viele verschiedene **Kompressionsalgorithmen**, der in der Aufgabe verwendeter Algorithmus ist vermutlich die [[https://de.wikipedia.org/wiki/Laufl%C3%A4ngenkodierung|Lauflängencodierung]].  Es gibt viele verschiedene **Kompressionsalgorithmen**, der in der Aufgabe verwendeter Algorithmus ist vermutlich die [[https://de.wikipedia.org/wiki/Laufl%C3%A4ngenkodierung|Lauflängencodierung]]. 
-In den Zusatzaufgaben können Sie noch die Huffmancodierung erarbeiten.+In den Zusatzaufgaben können Sie noch die Huffman Codierung erarbeiten.
  
 <accordion> <accordion>
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 <WRAP center round todo 80%> <WRAP center round todo 80%>
 **Zusatzaufgabe** **Zusatzaufgabe**
-Schauen Sie das [[https://youtu.be/qE4mEwHL62c|Video]]und codieren Sie den Satz «Heute haben wir Schule» mit der Huffmancodierung. +Schauen Sie das [[https://youtu.be/qE4mEwHL62c|Video]]und codieren Sie den Satz «Heute haben wir Schule» mit der Huffman Codierung. 
  
 Lösung 110110011000111011111010010010110110110111001011000101 \\  Lösung 110110011000111011111010010010110110110111001011000101 \\ 
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 === Eine Frage der Qualität? === === Eine Frage der Qualität? ===
  
-Die beiden Beispiele aus der Fotografie und der Musik zeigen deutlich auf, dass es unmöglich ist, ein analoges Signal (ob nun Bild oder Ton) ganz genau digital abzuspeichern. Beim Digitalisieren von analogen Signalen entsteht also immer ein Verlust an Informationen. Dieser Infomrationsverlust fällt jedoch nicht immer gleich schwer ins Gewicht. In vielen Fällen bietet das digitale Speichern und Verarbeiten von analogen Signalen einfach so viele Vorteile, diese die Nachteile des Verlustes überwiegen. +Die beiden Beispiele aus der Fotografie und der Musik zeigen deutlich auf, dass es unmöglich ist, ein analoges Signal (ob nun Bild oder Ton) ganz genau digital abzuspeichern. Beim Digitalisieren von analogen Signalen entsteht also immer ein Verlust an Informationen. Dieser Informationsverlust fällt jedoch nicht immer gleich schwer ins Gewicht. In vielen Fällen bietet das digitale Speichern und Verarbeiten von analogen Signalen einfach so viele Vorteile, diese die Nachteile des Verlustes überwiegen. 
  
  
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  • Zuletzt geändert: 2024/08/16 10:48
  • von marroc