Binärdarstellung von Bildern

Heutzutage trägt ein jeder durch sein Handy zahlreiche Fotos mit sich herum, doch auch diese müssen irgendwie dargestellt werden. Bilder bestehen aus verschiedenen Bildpunkten, die Pixel genannt werden.

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Portable BitMap

Ein sehr einfaches Datenformat für Schwarz-Weiß-Bilder ist das Portable-Bitmap-Format (kurz PBM).
Dieses Format gibt es in zwei Versionen, einer ASCII- und einer Binärversion. Der folgende Quelltext zeigt, wie die Daten eines Bildes im ASCII-PBM-Format dargestellt werden. Man sieht hier, wie Stellen mit einer Null weiß und Stellen mit einer Eins schwarz sind.

P1
15 8
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1
1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0

Die erste Zeile, "P1", kennzeichnet das PBM-Format in der ASCII-Version.

Die beiden Zahlen, "15 8", in der zweiten Zeile beschreiben die Aufteilung der Pixel in Spalten und Zeilen (hier 15 Spalten und 8 Zeilen).

In den folgenden Zeilen werden die einzelnen Bits zur Darstellung der Farbwerte dargestellt. Diese sind hier - der besseren Lesbarkeit wegen - bereits im Quellcode genauso angeordnet wie in der beabsichtigten Bilddarstellung. Eine solche Anordnung ist aber nicht erforderlich. Man könnte z. B. alle Nullen und Einsen in eine einzige Zeile schreiben oder auch jede dieser Zahler in eine neue Zeile.

Portable GrayMap

Die Portable GrayMap (kurz PGM) erweitert die PBM so, dass diese nun auch Graustufen darstellen kann.

P2
11 8
255
 61  65  64  54  81  97  80  67  75  79  81
 50  57  57  91 200 233 181  73  67  84  81
 68  72  83 128 167 228 255 155  54  75  89
 72  74  83  71 127 194 240 198  54  78  90
 59  61  85  79 110 199 228 168  51  57  74
 63  79 127 104 114 192 223 100  42  37  48
 63 113 132 132 144 200 156  58  59  65  75
 62 125 111 146 169 169  55  59  62  76  90

Die erste Zeile, "P2", kennzeichnet das PGM-Format in der ASCII-Version.

Die beiden Zahlen, "11 8", in der zweiten Zeile beschreiben die Aufteilung der Pixel in Spalten und Zeilen (hier 11 Spalten und 8 Zeilen).

Die Zahl "255" in der dritten Zeile beschreibt die Anzahl der Graustufen - hier von Stufe 0 bis Stufe 255. Beachte, dass maximal 256 Graustufen festgelegt werden können.

In der vierten Zeile werden die einzelnen Bits zur Darstellung der Farbwerte dargestellt. Diese sind hier - der besseren Lesbarkeit wegen - bereits im Quellcode genauso angeordnet wie in der beabsichtigten Bilddarstellung. Eine solche Anordnung ist aber nicht erforderlich. Man könnte z. B. alle Nullen und Einsen in eine einzige Zeile schreiben oder auch jede dieser Zahler in eine neue Zeile.

Farbmischung

Durch additive Farbmischung kann man aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau das gesamte Farbspektrum erzeugen. Man muss nur die genauen Rot- bzw. Grün- bzw. Blau-Anteile festlegen. Einige dieser Farbmischungen sind in der folgenden Grafik verdeutlicht:

Bild von Wikimedia

Die Grafik zeigt u. a., dass Rot und Grün gemischt die Farbe Gelb ergibt und dass alle drei Grundfarben gemischt die Farbe Weiß ergibt.

Die Grundfarben können auch in unterschiedlichen Verhältnissen gemischt werden. Am besten, du probierst das mit einem Farbmischer aus. Fast jedes Bildbearbeitungsprogramm stellt einen solchen Farbmischer bereit. Du kannst dir aber auch ein spezielles Programm hierzu besorgen.

Unten kannst du direkt Farben mischen. Die Mischfarbe wird jeweils durch ein Zahlentripel für den Vordergrund und für den Hintergrund beschrieben. Jede der drei Zahlen liegt in einem vorgegebenen Bereich - hier 0 bis 255 - und beschreibt den jeweiligen Farbanteil.

Portable PixMap

Die Portable PixMap (kurz PPM) nutzt die additive Farbmischung aus, um mehr als nur Graustufen darstellen zu können.

P3
3 4
255
  0   0   0    0   0   0    0   0   0
255 255 255  255 255 255  255 255 255
  0   0 255    0 255   0  255   0   0
255 255   0  255   0 255    0 255 255

Die erste Zeile, "P3", kennzeichnet das PPM-Format in der ASCII-Version.

Die beiden Zahlen, "3 4", in der zweiten Zeile beschreiben die Aufteilung der Pixel in Spalten und Zeilen (hier 3 Spalten und 4 Zeilen).

Die Zahl "255" in der dritten Zeile beschreibt die Anzahl der Farbanteilen.

In den folgenden Zeilen werden die einzelnen Farben mit Hilfe von Zahlentripeln dargestellt. Diese sind hier - der besseren Lesbarkeit wegen - bereits im Quelltext genauso angeordnet wie in der beabsichtigten Bilddarstellung. Eine solche Anordnung ist aber nicht erforderlich. Man könnte z.B. alle Zahlen in eine einzige Zeile schreiben oder auch jede dieser Zahlen in eine neue Zeile.

Aufgaben

Quellen

Hero Image: Bild von Martin Vorel auf LibreShot | leicht verändert
Inhalt: Binärdarstellung von Bildern (Inf-Schule)