Raumfahrtmission: Kameras und Analog vs. Digital
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Kursabschnitte

Abschnitt 1
Einführung
1
Was ist unsere Mission? - Digital und Analog
2
Wie nimmt der Rover seine Umgebung wahr?
3
Geschichte der Fotografie
4
Analoge Fotografie und Raumfahrt
Abschnitt 2
Analog vs. Digital
1
Was heißt Analog und Digital?
2
Wie wandelt man das Signal um?
3
Digitale Kameras im Orbit - Weltraumteleskope
Abschnitt 3
Digitale Bilder
1
Wie entsteht das digitale Bild?
2
Wie wird das Bild codiert
3
Farbcodierung
4
Dateigröße
Abschnitt 4
Fehler
1
Fehler im Bild
2
Fehlerkorrigierende Codierung

Digitale Bilder

Wie wird das Bild codiert

Wenn wir jetzt ein Bild mit einer Digitalkamera aufgenommen haben, haben wir eine Sammlung von Pixeln, die jeweils eine Farbe für ihre Position geben.

Die Frage ist, wie genau die Informationen gespeichert werden sollen, so dass sie von einem Computer richtig interpretiert und wieder dargestellt werden können. Da ein Computer nur Daten im Binärformat (also 0 und 1) versteht müssen wir uns eine Codierung dafür ausdenken.

Wenn dir Binärzahlen ein noch unbekanntes Konzept gucke einmal in den Tipp weiter unten.

Die Informationen, die bei einem Bild codiert werden müssen, sind immer die Farbe und die Position eines Pixels. Diese Informationen müssen für alle Pixel gegeben werden.

Die Codierung die wir definieren, muss also beide Informationen im Binärformat abbilden können

Die einfachste Art ein Bild zu codieren, ist die Breite in Pixeln anzugeben und danach in einer langen Reihe alle Pixel nacheinander aufzureihen. Damit ist die Position der Pixel durch die Reihenfolge gegeben und wir müssen nur die Farbe als Binärzahl angeben.

Für die hier genutzte Beispielcodierung (zuerst Schwarz-Weiß-Bilder) sei festgelegt, dass die ersten 5 Bit die Breite des Bilds angeben und alle folgenden Bit jeweils einen Pixel darstellen.

Das Bild codiert mit der Codierung wird zu: 00011 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Mal einmal selbst auf ein Blatt Papier ein Schwarz/Weiß-Pixelbild und codiere es mit der Vorschrift:

Um zu testen ob du richtig codiert hast, kannst du deinen Bildcode einmal in dieses Scratch programm eingeben:

Jetzt noch einmal andersrum, also das was ein Computer macht, wenn er ein ein digitales Bild darstellen will:

 

 

Binärcodierung ist ein Zahlensystem, dass nur die Ziffern 1 und 0 verwendet. Anders als das allseits bekannte Dezimalsystem, wo jede Stelle eine Zehnerpotenz ist, ist jede Stelle ein Vielfaches der Zahl 2.

Bsp.: die Dezimalzahl 105 wird dargestellt

  • im Dezimalsystem: 105 = 1*10^2 + 0* 10^1 + 5*10^0 = 1*100 + 0*10 + 5*1
  • im Binärsystem: 1 1 0 1 0 0 1 =1*2^6 + 1*2^5 + 0*2^4 + 1*2^3 + 0*2^2 + 0*2^1 + 1*2^0 =1*64 + 1*32 + 0*16 + 1*8 + 0*4 +0*2 + 1*1

Ein Bildformat dass in der Realität verwendet wird und sehr ähnlich zu der vereinfachten hier gezeigten Codierung existiert ist das pgm Format (Portable Gray Maps).

Wenn du willst kannst du dir hier einmal angucken wie ein Bild aussieht das in PGM gespeichert wurde:

PGM Website

Schwarz/Weiß Bilder sind zwar schon gut, aber es wäre natürlich besser wenn wir ein Farbbild vom Mars senden könnten. Das geht mit der bisher kennengelernten Codierung nicht, also müssen wir sie erweitern…

Panorama Mars: mars.nasa.gov/resources/26783/perseverance-views-dust-devils-swirling-across-jezero-crater/?site=msl; Abgerufen am 15.08.2022

Digitale Bilder Wie entsteht das digitale Bild?
Vollständig
Digitale Bilder Farbcodierung