Einleitung - Mathematische Bildverarbeitung - page 1

1 Einleitung
1.1 Was sind Bilder?
Wir lassen den philosophischen Aspekt der Frage „Was sind Bilder?“ außen vor und
beantworten eher die Frage „Was für Bilder gibt es?“. Bilder entstehen auf die verschie-
densten Arten:
Fotografie: In der Fotografie werden Szenen der echten Welt mittels einer Optik auf
eine zweidimensionale Darstellung reduziert. Die Optik wird auf eine Entfernung
fokussiert und es entsteht eine Schärfeebene. Je weiter Objekte von der Schärfe-
ebene entfernt sind, desto unschärfer erscheinen sie. In einer Fotografie gibt es
also typischerweise in einem Bild verschieden scharfe Bereiche.
Zu Beginn wurden in der Fotografie chemische Prozesse benutzt, um die Hel-
ligkeitsinformation der Szene abzubilden. Dabei wurde zuerst ein Film belichtet,
anschließend entwickelt und dann auf Fotopapier ausbelichtet, um zu guter Letzt
noch einmal entwickelt zu werden. Jeder dieser chemischen Prozesse findet ein
wenig ungenau statt, so dass das Foto nicht ganz der projizierten Helligkeit ent-
spricht. Insbesondere haben Film und Fotopapier eine gewisse Körnung - das Fo-
to enthält Rauschen.
Heutzutage werden Fotos überwiegend digital gemacht. Hier wird die Helligkeit
der projizierten Szene an verschiedenen Stellen - den Pixeln oder Picture Elements
- digital gemessen. Es entsteht eine Matrix von Helligkeitswerten. Auch dieser
digitale Messprozess führt dazu, dass das Foto Rauschen enthält.
Scans: Wenn analoge Fotografien digitalisiert werden sollen, so werden sie gescannt.
Das Foto wird zeilenweise beleuchtet und die reflektierte Helligkeit wird gemes-
sen. Dabei entsteht im Allgemeinen kaum weitere Unschärfe. Da ein Scanner mit
einer begrenzten Auflösung arbeitet, entsteht zwangsläufig ein gewisser Verlust
von Information. Außerdem können beim Scannen weitere Artefakte entstehen.
Ältere Scans sind oft blass oder verunreinigt. Die Korrektur solcher Fehler ist eine
wichtige Aufgabe der Bildverarbeitung.
Mikroskopie: Digitale oder analoge Mikroskopie ist eine Mischform von Fotografie
und Scan: Es werden die Messtechniken aus der Fotografie benutzt, doch da der
Lichtkegel des durchleuchtenden Lichtes sehr weit geöffnet ist, ist die Tiefenschär-
fe sehr gering. Objekte außerhalb der Schärfeebene sind also sehr unscharf und
daher so gut wie unsichtbar - es entstehen also im Wesentlichen zweidimensio-
nale Bilder. In der konfokalen Mikroskopie wird dieses Prinzip weiter verstärkt