Skalierung

Anwendungen

Die Skalierung von Bildern finden unter Anderem anwendung in Webbrowsern , Bildbearbeitungsprogrammen , Bild und Dateibetrachtern , Software Suchte , beim Digital – Zoom , wo Ausschnittvergrößerung und Erzeugung einge von Vorschaubild Eulen bei der Ausgabe von Bildern Durch Bildschirme oder Drucker.

Die Vergrößerung von Bildern sind also für den Heimkinobereich von bedeutung, bei jenen HDTV -fähige Ausgabegeräten mit Werkstoff in PAL -Auflösung, das z. B. von einem DVD-Player wird , werden. Sie haben eine gute Chance auf Chips (Video Scaler) in Echtzeit Durchgeführt wird das Wobei das Ausgangssignal nicht gespeichert wird. Die Hochskalierung STAND Auch im Gegensatz zum Hochkonvertieren Eines Materials, bei ihnen das Ausgangssignal nicht zwingend in Echtzeit Erstellt Werden Muss, aber Dafür Gespeichert Wird.

Skalierung bei Rastergrafiken

Skalierung mit Rekonstruktionsfilter

Bildbearbeitungsprogramme bieten häufig mehrere Skalierungsmethoden an. Die am häufigsten verwendeten Verfahren – Pixelwiederholungs, bilinare und bikubische Interpolation – skaliert das Bild eines Rekonstruktionsfilters .

Bei der Skalierung muss das vorgebogene Bild auf eine der Hauptrassen von Ausgaberaster übertragen werden. Die Skalierung Lässt sich DAHER anschaulich Schauspieler, INDEMAR über das Pixelraster Dezember Eingabebildes das Pixelraster des zu berechnenden Ausgabebildes gelegt Wird. Jeder Pixel Dezember Ausgabebild Wird ein Farbwert zugewiesen, wo aus dem in der Nähe liegend PixelNet Dezember Eingabebild berechnet Wird. Es Verwendet Rekonstruktionsfilter Bestimmt, Welche Pixel Dezember Eingabebild zur Berechnung herangezogen Werden, Und wie Ihre Farbwert GEWICHT Werden.

Bei der Skalierung wird ein Pixel des Ausgabebildes eines zweidimensionalen Rekonstruktionsfilters gelegt. Es Farbwert berechnet sich als Summe der Farbwerte der vom Träger des Rekonstruktionsfilters überlappten Pixel Dezember Eingabebildes, Gewicht Durch den Wert des Rekonstruktionsfilters eine Diesen PixelNet.

Üblicherweise Rekonstruktionsfilter mit entfernender Entfernung von Mittelpunkt ab. Datir wurde als Ausgabepixel Farbwerte stärker, und weiter entfernter schwächer gewichtet. Die Größe Eines Rekonstruktionsfilters bemisst sich am Raster Dezember Eingabebildes und bei der Verkleinerung am Raster Dezember Ausgabebildes.

Manche Rekonstruktionsfilter weisen negative Teilbereiche auf; solche Filter führen zu einer Schärfe des Bildes . Dabei können Farbwerte außerhalb des erloschenen Wertebereiches erhalten werden. Max Wert wurde eingestellt. Außerdem mussten die Pixel des Rekonstruktionsfilters überlappt werden als im Restlichen Bild. Über das dim Pixel ein Bildrändern zu hindinder, muss der Filter renormalisierenWerden. Wurde dabei die ermittelte Farbwert Dezember Ausgabebild Durch Summe der Werte sterben den Rekonstruktionsfilters einen der überlappten PixelNet Dezember Eingabewert geteilt. Dies ist eine gute Idee, denn wegen des Fallens des Bildes ist Rand des Bildes zu Farbwert am nächsten.

Konstruktion Zweidimensionaler Filter

Bei Vergleich verschiedener Rekonstruktionsfilter könnte zunächst einmal ein Filter mit Endmaß verwendet werden. Rekonstruktionsfilter, sterben als Polynom ermittelten Sind, Werden Auch Splines genannt. Weitere bekannte Filter sind die Lanczos-Filter und der Gauß-Filter .

Es Gibt Zwei möglichkeiten, Wie Aus einem eindimensionalen Rekonstruktionsfilter eines zweidimensionalen Erzeugt Werden Kann, nämlich Durch radiale Symmetrie und Durch-Trennung.

Konstruktion durch radiale Symmetrie

Ein zweidimensionaler symmetrischer Radial Rekonstruktionsfilter Kann als Rotationsfläche EINES eindimensionalen Filters Erzeugt Werden. Dabei hing da Filterwert von der Entfernung vom Mittelpunkt ab. Um radiale Symmetrische Rekonstruktionsfilter anzuwenden, wo Durcheinander DAHER Euklidische Abstand zu dem PixelNet Dezember Eingabebild berechnet Werden. Radial Symmetrische Filter Führen zu Abtastfrequenz-Welligkeit: bei der Vergrößerung Wacholder einfarb Flach can sterben Farbwerte von Pixel zu Pixel variieren, es sei denn, bei Jedem Pixel Wird der Filter renormalisiert.

Konstruktion durch Trennung

Bei einigen Methoden der Skalierung wurden Filter mit quadratischem Träger verwen det. Bei separater Filtern kann die Berechnung durch zweidimensionale Filter durch eine Interpolation mit einem endlichen Referenzfilter verfälscht werden. Hierbei Wurde zunächst in Einem Zwischenschritt für JEDE des vom Filter überlappten Bildzeilen wo interpolierten Punkt an dem x berechnet Dezember Ausgabepixel koordinieren. Der Punkt wird interpolierter Farbwert am Ausgabepixel berrechnet.

Separierbarkeit Führen zu Anisotropie : Bildartefakte , stirbt Durch separierbarkeit entsteht, Ist nicht isotropisch (in alle RICHTUNG gleichmäßig) Verteilt, Sondern bevorzugt horizontal und vertikal ausgerichtet. Wenn das trennbare Filter aus der endometrischen Interpolation erhalten wurde, wurde die Interpolation der Maus und der euklidischen Abstände berechnet, da das radialsymmetrische Filter berechnet wurde.

Der Gauß-Filter ist der einzige radialsymmetrische Rekonstruktionsfilter, der zugleich separabel ist. Bei allen anderen Filtern führt die Trennung und radiale Symmetrie zu unterschiedlichen Ergebnissen.

Pixelwiederholung

Bei der Pixelwiederholung, auch Der nächste Nachbar, wird Pixel des Ausgabebildes der nächsten Ebenen Pixel des Eingabebildes zugeordnet werden. Die Verkleinerung von Bildern mit dieser Methode kann zu starken Alias-Effekten führen, die als Bildartefakte bezeichnet werden. Bei der Vergrößerung Mittels Pixelwiederholung wurde in Deutschland die „pixelige“ Darstellung geboren.

Bei der Vergrößerung der Pixelwiederholung der Rekonstruktion mit einem 1 × 1 Pixel Großen Box-Filter. Ein freier Filter wird zu einem Pixel des Eingangsbilds hinzugefügt, das dem nächstgelegene ist.

Bilineare Interpolation

Bei der Bilinearen Interpolation wird der Farbwert eines Ausgabebildes aus dem Farbbereich des Farbraums variiert. Farbwerte des Eingabebildes interpoliert.

Dieser Filter ist separat und kann als ein Reinhe von Interpolationen mit einem endimensionalen Rekonstructionfilter (dem Dreiecksfilter) verwendet werden. Bildzeilen ein interpolierter Farbwert, wird und wird zwischen zwei Punkten interpoliert. Nach dieser Methode berechnet sich der Farbwert{\ displaystyle P (x, y)} des Ausgabepixels wie folgt:

{\ displaystyle Q_ {0} = (1-d_ {x}) P_ {00} + d_ {x} P_ {10}}

{\ displaystyle Q_ {1} = (1-d_ {x}) P_ {01} + d_ {x} P_ {11}}

{\ displaystyle P (x, y) = (1-d_ {y}) Q_ {0} + d_ {y} Q_ {1}}

Die Biliner Interpolation entspricht der Konfiguration mit einem Filter der Funktionsgleichung {\ displaystyle z = (1 | x |) (1 | y |)} für {\ displaystyle x} und {\ displaystyle y} in {\ displaystyle [-1,1]}.

Bikubische Interpolation

Bei der bikubischen Interpolation wird ein kubisches Splines (siehe Mitchell-Netravali-Filter ) interpoliert. Es gibt mehrere gebräuchliche kubische Splines mit unterschiedlichen Eigenschaften; Der Begriff „Bikubic Interpolation“ ist mehr denn je.

Das Bildbearbeitungsprogramm GIMP (Version 2.7) verwöhnt Catmull-Rom-Splines. Bei diesem Spline-Typ kam zum Überschwingen der Farbwerte an der Kante, war wie Schärfung des Bildes äußerlich. Das Bildbearbeitungsprogramm Paint.NET (Version 3.36) biegt verwöhnte kubische B-Splines, die eher zur Zwergdarstellung führen. Catmull-Rom-Splines Gedankengut außer nur{\ displaystyle C ^ {1}}- glatte , während kubische B-Splines{\ displaystyle C ^ {2}}-Guter Verstand ^[1]

Sowohl GIMP als auch Paint.NET degradieren diese trennbaren Varianten der Erweiterungsdimension Rekonstruktionsfilter mit 4 × 4 Pixel Großem Träger. Was auch immer die Interpolation ist, die Interpolation kann durch das ziddimensionale Filter ersetzt werden durch eine Reihe von Interpolationen mit einem endlichen Filter.

Mehr Skalierung Methoden

Super-Resolution-Verfahren

Bei der Skalierung durch so generierte Super-Resolution – (SR-) Methoden werden Informationen aus den Einzelbildern eines einzelnen Bildes aus einer Sequenz entfernt. Es wird eine höhere Qualität bei höherem Rechenaufwand erreicht. Derartige Methoden sind für die Medizin, Astrofotografie und forensische Analyse von Aufnahmen aus Überwachungskamerasrelevant. ^[2] Diese Verfahren sind auch für die Hochskalierung im Heimkinoberbereich interessant; Für solche Echtzeitanwendungen wurden einzelne Algorithmen verwöhnt .

Danes gibt das Single-Image-Super-Resolution-Verfahren, das durch eine Statistik statistischer Informationen zustande kommt, zu einem Künstler der Skalierung wurde. Eine weitere Technik ist das Design von im Bild wiederholenden Details in unterschiedlichen Größen, die sich auf dem größten Detail ausbilden. ^[3]

Inhalativ-abhängige Imageverzerrung

Die inhalativ bedingte Bildverzerrung ist mit den Seitenverhältnissen von Bildern unter Beibehaltung relevanter Bildinhalte verändert worden.

Skalierung von Pixel-Kunst

Zur Vergrößerung von Pixel-Art -Bilder mit harten Kanten wurden spezielle Algorithmen entwickelt, die die Bildtypen verbessern, wie sie oben beschrieben werden. This its affordable can be instant for a twi- en, Drei oder Vierfaches of Originalgröße skales, after available vector graphics. ^[4]

Nichtlineare Skalierung von Vektorgrafiken

Requirements an tekniske Grafiken

Technische Zeichnungen wie Konstruktions-, Konstruktions- und Vermessungspläne sowie Grafiken, Maßzahlen und erläuternde Texteinträge. Diese Zeichnungen basieren auf reiner Vektorgrafik und sind auch leicht zu beeinflussen. Die Gestaltung dieser Ebene ist durch allgemeine und branchenspezifische Zeichnungsnormen und Musterblätter, die es dem Benutzer ermöglichen, das Niveau des Inhalts und der Formate zu interpretieren. Wenn Mittel zur einheitlichen Gesamtgestaltung dienen

• Symbole für kleine Objekte, Punktdarstellung und Standardbauteilen
• Strichmuster für verschiedene Linientypen (z. B. verdeckt / sichtbar)
• Hervorhebung wichtiger Linien durch vergrößerter Linienbreite
• Flächendarstellung durch den Umfang, Schrafuren oder Farbflächen
• Maßangaben mit Maßketten
• Objekte zuordnende Texte für spezielle Ausstellungen oder Informationen.

Bei technischen Zeichnungen ist eine gute Gesamtgestaltung wichtig, den Planinhalt zu interpretieren. Dazu GEHöRTE that Darstellung der wesentlichen Planinhaltes und sterben erläuternde Zusatzangaben in Einem ausgewogenen Verhaltnis Stehen, war nur in ihnen Skalierungsbereich Möglich ist, die this Exigences Erfüllt sterben. Zur Ausgabe Muß in Rastergrafiken vektorgrafik umgerechnet Werden, DAMIT Die Grenzen Auch für vektorgrafik bei der Ausgabe gelt. Vergrößerungen Sind allgemeine unproblematische, hier Begrenzt zu sterben Plangröße Skalierung sterben. Bei Verkleinerungen stehen für die simultane Informationsproof Writer Pixel zur Verfügung; Die Darstellung wirkt dann schnell über und ist schwer differenzierbar.

Im zuge of this Konvertierung ist es aber Möglich, stirbt Ausgabe zu beeinflussen, beispielsweise zu kleinen und DAHER undeutlich erkennbaren Einzelheiten auszuzublenden. Bei Symbolausgaben, Texteinträge und Maßangaben sind allgemein sterben Wichtigkeit des Eintrag Durch Die Größe der Darstellung zu Erkennen, was für eine gute Übersicht sorgt, denn die Plannutzer gewinnen so leichter EINEN Gesamteindruck und Kann ich besser in dem Planinhalt einarbeiten. Nackt Details Sind Tage durch kleine, aber oder auch lesbare Darstellung gekennzeichnet. This Darstellungsweise ermöglicht es Ihnen, einen Überblick über den Informationsdomain zu erhalten.

Problem Bei Linear Skalierung

Jede zusätzliche Information in einer Grafik steht Ihnen kostenlos zur Verfügung, dies ist der Hauptzweck der Objektliste, damit Sie sie bearbeiten und löschen können, sowie im Bereich „Writer“. Die informationsorientierten Flugzeuge bildeten die Grundlage der Grundmaßstab der Darstellung. Einer Verkleinerung sind en Grenzen gesetzt, weil Texte und Symbole unter einer Größe von 1,3 mm, nicht mehr lesbar sind. Auch Vergrößerungen sind nicht glaubwürdig machbar. Durch lineare Skalierung war sich bewusst, dass der Grundplan sich der Tatsache bewusst war, dass sie in Gefahr waren, den Gesamtindruck erhebbar zu stören und zu stören. Bei einer Skalierung des Faktors 2 ist die Planfläche quadratisch mit Faktor 4 und drängt sich in die Zukunft. Bei Flächenschrafuren am Tag des Flächeneindrucks einer Schraffur, wird der Schrafurabstand zu groß und der Eindruck paralleler Einzelposten fällt. Die Wahrscheinlichkeit der wesentlichen Planinhalte wird durch zu große Zusatzinformationen schwächer und ergeht schlechtere Planqualität.

Das Beispiel sieht einen kleinen Ausschnitt aus einem topographischen Plan als Grund lage für eine Planung; Es ist ein Ausgangsmaßstab, der von der hohen Informationsdichte 1: 250 abweicht. Im Wesentlichen ist ein Pumpwerk, die Bruchkanten des Geländes, Böschungen und Wegänder, Höhenlinien, eine der begehrtesten Leitungen. Die Basis für die digitalen gelend-Modelle bildet die Kombination mit Höhenangaben.

Bei der Verkleinerung auf dem Maßstab 1: 500 (Skalierungsfaktor 0,5) wird die zusätzliche Höhenangabe der Lesbarkeitsgrenze und unfallfrei. Nur zwei wichtige, folgst hergehofteter Punker sind jetzt oder mit zusätzlichen Angaben verknüpft. Die Darstellung ist nur noch übersichtlich brauchbar, weil einige Höhenangaben fehlen.

Bei der Vergrößerung auf 1: 100 (Skalierungsfaktor 2.5) Ist Die Zusatzangaben und sterben untergeordnete Hilfslinien im Vergleich mit der WICHT Geländebruchkanten sehr dominant, Welche Characterized etwas zurückgedrängt Wirken.

Verb Esser Kind Durch nichtlineare Skalierung

Eine bessere Darstellung der Zusatzangaben im Rahmen der Möglich Skalierungsbreite bringt Eine Skalierung mit der Wurzel aus dem Skalierungsfaktor, so that Derens Flächenanspruch with the Skalierungsfaktor wo Grundrissgeometrie linear übereinstimmt. Gekoppelt mit Einer MATIC Positionierung wo Text Lagen entsprechend der sich ergebenden Freiflächen kann so ein Informationsverlust vermieden Werden, nicht jedoch Eine verschlechterte Darstellungsqualität im Grenzbereich, wo Skalierung.

Die Verkleinerung auf den Maßstab 1: 500 (Skalierungsfaktor 0,5 / 0,7) geht oder ohne Informationsverluste, bringt Ihnen die automatische Textpositionierung an die Grenzen ihrer Möglichkeiten. Die Planqualität ist schlecht aber noch brauchbar, wird nur eine Bildschirmdarstellung oder einen temporären Arbeitsplan in einem handlichen Format für Entwurfszwecke benötigt.

Die Vergrößerung auf den Maßstab 1: 100 (Scalierungsfaktor 2.5 / 1.6) ist eine gute braubar und eine ausgezeichnete Wahl der Nacharbeit. Zuwarts ist hier zu sehen, dass auch etwas im Vordergrund, die Zusatzinformationen aber so zurückhaltend, wird.

Literatur

• Stephen Marschner, Richard Lobb: Eine Evaluierung von Rekonstruktionsfiltern für das Volume-Rendering. In: Proceedings der Konferenz über Visualisierung ’94, S. 100-107. IEEE Computer Society Press, Los Alamitos 1994, ISBN 0-7803-2521-4 (Dieser Artikel beschreibt die Rekonstruktion von 3D Voxeldata , da sie auf den zweidimensionalen Rastergrafiken basiert.)
• Peter Shirley und A .: Grundlagen der Computergrafik . AK Peters, Wellesley 2005, ISBN 1-56881-269-8 , S. 99-104
• Ken Turkowski, Steve Gabriel: Filter für häufige Resampling-Aufgaben. In: Andrew Glassner: Graphics Gems In . Academic Press, Boston 1990, ISBN 0-12-286165-5 , S. 147-165, worldserver.com (PDF; 160 KB)

Einzelstunden

1. Hochspringen↑ James Foley u .: Computergraphik: Prinzipien und Praxis, S. 515. Addison Wesley, Reading 1996, ISBN 0-201-84840-6
2. Hochspringen↑ Siehe ua Video-zu-Video Dynamische Super-Resolution für Graustufen und Farbsequenzen . In: EURASIP Journal für Angewandte Signalverarbeitung , 2006, Artikel-ID 61859, doi: 10.1155 / ASP / 2006/61859 ,people.duke.edu (PDF; 3.2 MB)
3. Hochspringen↑ Sehen Sie sich Daniel Glasner ua an: Super-Auflösung aus einem einzigen Bild . ICCV (Internationale Konferenz für Computer Vision) 2009
4. Hochspringen↑ Sehen Sie sich Johannes Kopf, Dani Lischinski an: Depixelizing Pixel Art. ACM-Transaktionen auf Grafiken 30, 4 (Juli 2011): 99: 1-99: 8, ISSN  0734-2071 ( Online )
5. Hochspringen↑ hq3x Vergrößerungsfilter ( Memento vom 8. Februar 2008 im Internet Archive )