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Grafikfilter

März 2015





Filtern


Das Filtern besteht darin, eine Transformation ( Filter genannt) bei einem gesamten oder nur einem Teil eines digitalen Bildes durch Benutzung eines Betreibers anzuwenden. Generell unterscheidet man zwischen folgenden Filtertypen :

  • Die Tiefpassfilter schwächen die Komponenten des Bildes mit einer hohen Frequenz (dunkle Pixel) ab. Dieser Filtertyp wird generell benutzt, um das Rauschen des Bildes abzuschwächen, aus diesem Grund spricht man von Glätten. Bei den Durchschnittswertfiltern handelt es sich um einen Tiefpassfiltertyp, dessen Prinzip darin besteht, den Durchschnittswert der benachbarten Pixel auszurechnen. Das Ergebnis dieses Filtes ist ein weniger scharfes Bild.
  • Die Hochpassfilter schwächen im Gegensatz zu den Tiefpassfiltern die Komponenten mit niedriger Frequenz des Bildes und ermöglichen insbesondere die Verstärkung der Details und des Kontrasts, aus diesem Grund wird der Begriff "Verstärkungsfilter" manchmal benutzt.
  • Durch die Tiefpassfilter kann der Unterschied zwischen dem Originalbild und dem Bild, das durch die Anwendung eines Tiefpassfilters erreicht wurde, hervorgehoben werden.
  • Die Richtfilter benutzen eine Transformation nach einer gegebenen Richtung.Man spricht von adaptiven Filtern bei Filtervorgängen, die eine vorläufige Auswahlstufe der Pixel enthalten.

Was ist ein Filter?


Ein Filter ist eine mathematische Transformation ( Konvolutionsprodukt), diefür jedes Pixel des Bereichs, für die sie gilt, eine Veränderung seines Wertes je nach den Koeffizienten zugeordneten Werten der benachbarten Pixel ermöglicht.

Der Filter wird durch eine Tabelle (Matrix) dargestellt, die durch ihre Dimensionen und Koeffizienten gekennzeichnet ist. Ihr Mittelpunkt entspricht dem betroffenen Pixel. Die Koeffizienten der Tabelle bestimmen die Eigenschaften des Filters. Hier ein Beispiel für einen Filter 3 x 3 :

1 1 1
1 4 1
1 1 1



So ergibt das Produkt der Bildmatrix, die generell sehr groß ist, weil sie durch den Filter das ursprüngliche Bild darstellt (Pixeltabelle), eine Matrix, die dem bearbeiteten Bild entspricht.

Prinzip des Rauschens


Das Rauschen ist kennzeichnend für Parasiten oder Interferenzen eines Signals, das bedeutet die lokal deformierten Teile des Signals. So bezeichnet das Rauschen eines Bildes die Bildpixel, deren Intensität sich sehr von den benachbarten Pixeln unterscheidet.

Das Rauschen kann verschiedene Ursachen haben :

  • Umgebung beim Erwerb
  • Qualität des Sensors
  • Qualität der Probenahme

Glätten


Man spricht von "Glätten" (manchmal auch Enttonung oder Anti-Rauschfilter ) bei einem Filtervorgang, der das Rauschen eines Bildes entfernen soll.

Den spezifischen Vorgang des Glättens, der darin besteht, den Treppeneffekt abzuschwächen, der durch die Pixel am Rand einer geometrischen Form entsteht, nennt man Anti-Aliasing.

Verstärkung


Die Verstärkung (oder Vertonung) ist das Gegenteil von Glätten; es handelt sich um einen Vorgang zur Abschwächung der Unterschiede zwischen den benachbarten Pixeln.

Die Verstärkung ermöglicht so die Hervorhebung der Grenzen zwischen den homogenen Bereichen des Bildes und wird Bildung von Konturen (auch Konturbildung oder Verstärkung der Konturen) genannt.

Rasterung


Die Rasterung (auf Englisch dithering oder halftoning) ist eine Methode, die darin besteht, geometrische Motive abwechselnd aufeinander folgen zu lassen, indem wenig Farbe benutzt wird. Man nennt sie "Raster", um eine ausgearbeitetere Farbe nachzuahmen.

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