Digitalisierung von Bildern
Material
Beim Vorgang der Digitalisierung wird das Abbild eines realen Objekts als Bild gespeichert. Anhand des Fotos eines Hundes werden auf dem Arbeitsblatt die Begriffe Diskretisierung, Rasterung, Pixel, Farbtiefe, Bildauflösung veranschaulicht. Dabei ist zu beachten, dass das abgebildete Originalfoto des Hundes nicht das Original ist, sondern bereits digitalisiert.
Die Farbtiefe ist der Speicherplatz, der benötigt wird, um die Farbinformation für ein Pixel zu speichern. Gelegentlich wird die Anzahl der möglichen Farben mit der Farbtiefe verwechselt. Beispiel: Eine Farbtiefe von 3 Bit bedeutet, dass 3 Bit Speicherplatz je Pixel zur Verfügung steht. Damit können 23 = 8 verschiedene Farben dargestellt werden.
Die Bildauflösung wird in dpi (Pixel je Inch) angegeben, und macht damit eine Aussage über die Qualität des Bildes. Bei Kameras hat sich die Angabe in MP (MegaPixel) etabliert und bezeichnet die Gesamtzahl der Pixel des Kamerasensors.
Die Gesamtzahl der Pixel des Kamerasensors liefert nur dann einen Hinweis über die Bildqualität, wenn die Größe des Sensors genannt wird. 12 MP bei einer Spiegelreflexkamera bedeuten beispielsweise etwas anderes als 12 MP bei einer Kompaktkamera. Bei einer größeren Fläche ist die Abgrenzung der einzelnen Messpunkte trennschärfer als bei einer kleinen Fläche. Da in (fast) allen Handykameras dieselbe Sensorgröße verbaut wird, verzichten die Handyhersteller meist auf die Nennung der Sensorgröße und geben nur die Gesamtzahl der Pixel als Qualitätsmerkmal an. Weiterhin ist die Verarbeitung der Messwerte ausschlaggebend für die Bildqualität, und die kann bei derselben Pixelanzahl sehr unterschiedlich sein. Ein weiterer Qualitätsfaktor ist die Optik der Linse. Wichtig für die SuS ist an dieser Stelle, dass die Angabe der Bildauflösung bei Kameras nur einen ungefähren Hinweis auf die Qualität des Bildes gibt.
Da viele SuS keine analoge Fotografie mehr kennen, kann die Herstellung von analogen Bildern thematisiert und mit der von digitalen Bildern verglichen werden (Kamera – Film belichten – Negativstreifen – Belichten des Fotopapiers). In der analogen Fotografie bestimmt das Bildkorn das Auflösungsvermögen des Films. Je lichtempfindlicher der Film ist, desto grobkörniger ist er. In Aufgabe 2 wird die Bildauflösung für zwei verschieden große Bilder ermittelt, die dieselbe Gesamtzahl an Pixeln haben. Die entstehende Datenmenge wird in Aufgabe 2(c), 4 und 5 berechnet. Eine allgemeine Formel zur Berechnung Datenmenge erstellen die SuS in Aufgabe 3.
In Aufgabe 6 recherchieren die SuS die Bildauflösung bei Drucker, Bildschirm, Kamera und Fotoausdruck. Hier kann thematisiert werden, dass man unterscheiden muss zwischen Medien zur Digitalisierung und Wiedergabemedien. Eine gute Qualität bei der Digitalisierung (Kamera) liefert auf einem schlechten Wiedergabemedium (z. B. Bildschirm) kein optimales Ergebnis.
In Aufgabe 5 wird die Datenmenge des Origianalfotos berechnet, wobei den SuS auffallen wird, dass der berechnete Wert viel größer ist als normalerweise bei Fotos üblich. Damit könnte man zur JPEG-Kompression überleiten. (Arbeitsblatt Datenkompression, ab Aufgabe 11)
In Aufgabe 7 wird ausgehend von Schwarzweiß-Bildern zur Kompression hingeleitet. Je nach Antworten und Ideen der SuS kann zuerst verlustbehaftete und/oder verlustfreie Kompression vertieft werden.
Verlustfreie Kompression: Arbeitsblatt Datenkompression, ab Aufgabe 1
Verlustbehaftete Kompression: Arbeitsblatt Datenkompression, ab Aufgabe 11
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