Aus dem AlltagAus dem AlltagSeminar: Didaktik der PhysikSeminar: Didaktik der Physik

SS 2007SS 2007Katharina PutzerKatharina Putzer

InhaltInhalt1.Lichtquellen

1.a Thermische Strahler1.b Einschub: CIE Normfarbtafel1.c Lichtfarben – Farbtemperatur1.d Normlichtarten1.e Sonnenlicht1.e Kunstlicht ( Glühlampe, Leuchtstoffröhre, LED)

2.Bildverarbeitung2.a Pixelgrafik2.b Antialiasing2.c Vektorgrafik2.d Schriftarten2.e Graustufen – Farbtiefe2.f Dateiformate2.g verlustfreie Kompression2.h verlustbehaftete Kompression2.i JPEG oder GIF

1. Lichtquellen1. Lichtquellen

1.a Thermische Strahler1.a Thermische Strahler

LichtquelleLichtquelle - Ursprungsort von Licht - Ursprungsort von Licht Sonne, Kerze, Glühlampe, Halogenlampe: die Sonne, Kerze, Glühlampe, Halogenlampe: die

wichtigsten Lichtquellen dieser Welt sind sog. wichtigsten Lichtquellen dieser Welt sind sog. Thermische Strahler. Thermische Strahler.

Wie wir es vom Eisen her kennen, das zunächst rot Wie wir es vom Eisen her kennen, das zunächst rot glüht und bei zunehmender Temperatur gelb bis glüht und bei zunehmender Temperatur gelb bis weiß leuchtet, hängt die Lichtfarbe eines heißen weiß leuchtet, hängt die Lichtfarbe eines heißen Gegenstands von seiner Temperatur ab.  Gegenstands von seiner Temperatur ab. 

Thermische Strahler liefern eine kontinuierliche Thermische Strahler liefern eine kontinuierliche Strahlung.Strahlung.

414 nm

497 nm

580 nm

7000 K

5480 K

5000 K

4000 K

400 800200 600 1000 1200 1400 1600

725 nm

Wiensches Verschiebungsgesetz:Wiensches Verschiebungsgesetz:

Die Wellenlänge des Maximums der Die Wellenlänge des Maximums der Intensitätsverteilung eines thermischen Strahlers Intensitätsverteilung eines thermischen Strahlers ist indirekt proportional zur Temperatur der ist indirekt proportional zur Temperatur der Strahlungsquelle.Strahlungsquelle.

d.h. Mit steigender Temperatur verschiebt sich das d.h. Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Strahlungsmaximum vom infraroten zu blauem / Strahlungsmaximum vom infraroten zu blauem / ultraviolettem Licht.ultraviolettem Licht.Je heißer ein Strahler ist, desto blauer erscheint Je heißer ein Strahler ist, desto blauer erscheint er.er.

.* constTm

Lichtfarbe eines glühenden Gegenstands ("schwarzer Strahler") bei von links nach rechts steigender Temperatur in °Kelvin

Das Licht eines Temperaturstrahlers wird Das Licht eines Temperaturstrahlers wird nicht nur in einer speziellen Wellenlänge nicht nur in einer speziellen Wellenlänge abgestrahlt, sondern umfasst im Prinzip alle abgestrahlt, sondern umfasst im Prinzip alle Farben des Regenbogens. Farben des Regenbogens.

Erst die Mischung der verschiedenen Erst die Mischung der verschiedenen Wellenlängen ergibt dann die Lichtfarbe. Bei Wellenlängen ergibt dann die Lichtfarbe. Bei niedriger Temperatur enthält das Licht mehr niedriger Temperatur enthält das Licht mehr Rotanteile, bei höherer Temperatur mehr Rotanteile, bei höherer Temperatur mehr Blauanteile. Die jeweiligen Lichtspektren Blauanteile. Die jeweiligen Lichtspektren sind typisch für die betreffende Temperatur. sind typisch für die betreffende Temperatur.

Streng genommen gilt dies nur für den Streng genommen gilt dies nur für den "schwarzen Strahler", näherungsweise "schwarzen Strahler", näherungsweise jedoch für alle Temperaturstrahler. jedoch für alle Temperaturstrahler.

1.a CIE Normfarbtafel1.a CIE Normfarbtafel Das Das CIE-NormfarbsystemCIE-Normfarbsystem (bekannt durch die (bekannt durch die CIE-CIE-

NormfarbtafelNormfarbtafel) ist der Versuch der Internationalen ) ist der Versuch der Internationalen Beleuchtungskommission Beleuchtungskommission (CIE - Commission internationale (CIE - Commission internationale de l'éclairage),de l'éclairage), Farben beruhend auf dem menschlichen Farben beruhend auf dem menschlichen Farbwahrnehmungsapparat darzustellen. Farbwahrnehmungsapparat darzustellen.

Exakte Definition des CIE-Farbsystem lediglich durch die ursprünglich experimentell ermittelten relativen Empfindlichkeiten der drei Farbrezeptoren des menschlichen Farbwahrnehmungsapparates (der sog. Normalbeobachter) für jede sichtbare Spektralfarbe. Die Empfindlichkeitskurven sind von Person zu Person gewissen Schwankungen unterworfen, als Mittelwerte jedoch als sog. Normalbeobachter (CIE Standard Observer) festgelegt.

Die von Helmholtz und Young entwickelte Die von Helmholtz und Young entwickelte Dreifarbentheorie besagt, dass im menschlichen Dreifarbentheorie besagt, dass im menschlichen Auge drei verschiedene Farbrezeptoren Auge drei verschiedene Farbrezeptoren vorhanden sind, die ihr Erregungsmaximum bei vorhanden sind, die ihr Erregungsmaximum bei einer jeweils genau definierten Spektralfarbe einer jeweils genau definierten Spektralfarbe haben, sodass jeder wahrnehmbare Farbeindruck haben, sodass jeder wahrnehmbare Farbeindruck mit den dem Maxima entsprechenden mit den dem Maxima entsprechenden Spektralfarben dargestellt werden kann. Spektralfarben dargestellt werden kann.

CIE-genormte Empfindlichkeitskurven der drei CIE-genormte Empfindlichkeitskurven der drei Farbrezeptoren X (rot), Y (grün) und Z (blau) Farbrezeptoren X (rot), Y (grün) und Z (blau)

Allgemeiner formulierte später Hermann Günther Allgemeiner formulierte später Hermann Günther Graßmann in seinem ersten Graßmannschen Graßmann in seinem ersten Graßmannschen Gesetz, dass jede Farbe durch drei Gesetz, dass jede Farbe durch drei beliebigebeliebige Größen – also z. B. durch Helligkeit, Farbton und Größen – also z. B. durch Helligkeit, Farbton und Farbsättigung – vollständig dargestellt werden Farbsättigung – vollständig dargestellt werden könne.könne.

Das Auge kann Farben nur anhand Das Auge kann Farben nur anhand eingeschränkter Parameter unterscheiden – eingeschränkter Parameter unterscheiden – Farben mit völlig unterschiedlichen Spektrallinien Farben mit völlig unterschiedlichen Spektrallinien (Metamere) erzeugen den gleichen Farbeindruck.(Metamere) erzeugen den gleichen Farbeindruck.

Dies gilt natürlich nur für den Menschen, bei Dies gilt natürlich nur für den Menschen, bei anderen Lebewesen kann das völlig anders sein.anderen Lebewesen kann das völlig anders sein.

Alle möglichen Farben können nach dieser Theorie in Alle möglichen Farben können nach dieser Theorie in einem Farbraum dargestellt werden, bei dem die einem Farbraum dargestellt werden, bei dem die Koordinaten für jeden Punkt im Raum die Intensitäten der Koordinaten für jeden Punkt im Raum die Intensitäten der jeweiligen Farbkomponenten (z. B. Rot, Grün und Blau) jeweiligen Farbkomponenten (z. B. Rot, Grün und Blau) widerspiegeln.widerspiegeln.

Intensitätsunabhängig können alle möglichen Farbeindrücke Intensitätsunabhängig können alle möglichen Farbeindrücke auf einer Fläche auf einer Fläche FF im Raum dargestellt werden, auf der für im Raum dargestellt werden, auf der für jeden Punkt gilt R + G + B = 1.jeden Punkt gilt R + G + B = 1. Projiziert man diese auf die Fläche B = 0 Projiziert man diese auf die Fläche B = 0 (f),(f), so ergibt sich eine so ergibt sich eine einfache Möglichkeit, die Verhältnisse der drei Farbwerte einfache Möglichkeit, die Verhältnisse der drei Farbwerte grafisch darzustellen: Die X- (also R) und Y- (also G) grafisch darzustellen: Die X- (also R) und Y- (also G) Komponenten können hier direkt abgelesen werden, die Z- (also Komponenten können hier direkt abgelesen werden, die Z- (also B) Komponente ergibt sich aus B = 1 – R – G.B) Komponente ergibt sich aus B = 1 – R – G.

In der entstandenen Grafik lassen sich nun von einem mittleren Weißpunkt W aus Farben mit gleichem Farbton aber unterschiedlicher Sättigung der Farbe p auf einer geraden Linie ablesen. Nach außen begrenzt ist diese durch die Linie (Schnittpunkt P) der reinen Farben, die nur durch zwei der drei Primärfarben gemischt werden (Sekundärfarben). Verfolgt man die Linie in genau entgegengesetzter Richtung von W aus, so erhält man die Linie der jeweiligen Komplementärfarben – nach außen begrenzt durch die reine Komplementärfarbe Q.

Versucht man nun allerdings, alle vorhandenen Versucht man nun allerdings, alle vorhandenen Spektralfarben auf die so entstandene Grafik einzutragen Spektralfarben auf die so entstandene Grafik einzutragen (gestrichelte Linie (gestrichelte Linie B-G-RB-G-R – geschnitten mit unserer Linie in – geschnitten mit unserer Linie in P'P'), so wird man – unabhängig vom gewählten ), so wird man – unabhängig vom gewählten Spektralfarbtrio – feststellen, dass sich die (reinen) Spektralfarbtrio – feststellen, dass sich die (reinen) Spektralfarben jeweils Spektralfarben jeweils außerhalbaußerhalb der möglichen der möglichen Komponenten-Verhältnisse befinden!Komponenten-Verhältnisse befinden!

Mathematisch betrachtet, ergeben sich Mathematisch betrachtet, ergeben sich negativenegative Werte für praktisch alle Spektralfarben (außer Werte für praktisch alle Spektralfarben (außer natürlich bei den Primärfarben selbst). Um also mit natürlich bei den Primärfarben selbst). Um also mit den drei Primärfarben ein spektrales Cyan den drei Primärfarben ein spektrales Cyan (C)'(C)' zu zu erzeugen, wäre das, mathematisch ausgedrückt, erzeugen, wäre das, mathematisch ausgedrückt, wie folgt:wie folgt:– Blau + Grün ≡ spektrales Cyan + etwas RotBlau + Grün ≡ spektrales Cyan + etwas Rot

Wie bei einer mathematischen Formel (mit Wie bei einer mathematischen Formel (mit normalemnormalem Gleichheitszeichen) umgeformt, wäre Gleichheitszeichen) umgeformt, wäre also die Formel für ein spektrales Cyan:also die Formel für ein spektrales Cyan:– Blau + Grün – etwas Rot ≡ spektrales CyanBlau + Grün – etwas Rot ≡ spektrales Cyan– Blau + Grün – etwas Rot ≡ spektrales CyanBlau + Grün – etwas Rot ≡ spektrales Cyan

Zur Vermeidung negativer Werte wurden bei Zur Vermeidung negativer Werte wurden bei der Normfarbtafel einfach theoretische der Normfarbtafel einfach theoretische Grundfarben definiert, die per Definition alle Grundfarben definiert, die per Definition alle Spektralfarben umfassen. Spektralfarben umfassen.

1.c Lichtfarben-Farbtemperatur1.c Lichtfarben-Farbtemperatur

Die menschliche Wahrnehmung kann nicht gut Die menschliche Wahrnehmung kann nicht gut zwischen den verschiedenen Lichtfarben zwischen den verschiedenen Lichtfarben unterscheiden, da sie sich an die jeweilige unterscheiden, da sie sich an die jeweilige Situation anpasst. Situation anpasst. So erscheint uns Sonnenlicht ebenso wie So erscheint uns Sonnenlicht ebenso wie Glühlampenlicht als weißes Licht. Wird eine Glühlampenlicht als weißes Licht. Wird eine weiße Wand allerdings teilweise von weiße Wand allerdings teilweise von Sonnenlicht und teilweise von Glühlampenlicht Sonnenlicht und teilweise von Glühlampenlicht erhellt, so erscheint das Glühlampenlicht erhellt, so erscheint das Glühlampenlicht wesentlich gelblicher als das Sonnenlicht. wesentlich gelblicher als das Sonnenlicht. 

Um die Lichtfarbe einer Lichtquelle zu charakterisieren, hat es Um die Lichtfarbe einer Lichtquelle zu charakterisieren, hat es sich daher als zweckmäßig erwiesen, die Temperatur des sich daher als zweckmäßig erwiesen, die Temperatur des schwarzen Strahlers anzugeben, bei der die beiden schwarzen Strahlers anzugeben, bei der die beiden Lichtspektren am besten übereinstimmen. Diese Farbtemperatur Lichtspektren am besten übereinstimmen. Diese Farbtemperatur wird in Kelvin (°K) angegeben. So entsprechen 3000°K der wird in Kelvin (°K) angegeben. So entsprechen 3000°K der Lichtfarbe "warmweiß", 4000°K "neutralweiß" und 6500°K Lichtfarbe "warmweiß", 4000°K "neutralweiß" und 6500°K tageslichtweiß. 6500°K entsprechen der Lichtfarbe bei tageslichtweiß. 6500°K entsprechen der Lichtfarbe bei bedecktem Himmel.bedecktem Himmel.

Oft ist es üblich, Beleuchtungsverhältnisse durch die Oft ist es üblich, Beleuchtungsverhältnisse durch die Farbtemperatur in Grad Kelvin und die Farbtemperatur in Grad Kelvin und die Beleuchtungsstärke in Lux zu beschreiben. Beleuchtungsstärke in Lux zu beschreiben.

1.d Normlichtarten1.d Normlichtarten Normlichtart A: Normlichtart A: x = 0,4476; x = 0,4476;

y = 0,4074 Glühlampen für y = 0,4074 Glühlampen für Kinoprojektoren 2854 KKinoprojektoren 2854 KNormlichtart C: Normlichtart C: x = 0,3102; x = 0,3102; y = 0,3162 blaustichig 6774 K nicht y = 0,3162 blaustichig 6774 K nicht mehr verwendetmehr verwendet

Normlichtart D65: Normlichtart D65: x = 0,3127; x = 0,3127; y = 0,3290 genormtes natürliches y = 0,3290 genormtes natürliches Tageslicht 6500 KTageslicht 6500 K

Normlichtart D50: Normlichtart D50: x = 0,3457; x = 0,3457; y = 0,3585 genormtes Mittagslicht y = 0,3585 genormtes Mittagslicht 5000 K5000 K

Normlichtart D75:Normlichtart D75: x = 0.299; x = 0.299; y = 0.3149 genormtes y = 0.3149 genormtes Nordhimmelslicht 7500 KNordhimmelslicht 7500 K

Es handelt sich um weiße Lichtarten, Es handelt sich um weiße Lichtarten, welche durch spezielle Lampen welche durch spezielle Lampen realisiert sind.realisiert sind.

1.e Sonnenlicht1.e Sonnenlicht

Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt rund 6000°C, in Kelvin Die Oberflächentemperatur der Sonne beträgt rund 6000°C, in Kelvin ausgedrückt ca. 6273°K. ausgedrückt ca. 6273°K.

Entspricht in etwa der Farbtemperatur des Sonnenlichts an einem schönen Entspricht in etwa der Farbtemperatur des Sonnenlichts an einem schönen Sommertag, wenn die Sonne im Zenit steht. Gegen Abend oder morgens Sommertag, wenn die Sonne im Zenit steht. Gegen Abend oder morgens erscheint das Sonnenlicht rötlicher, die Farbtemperatur liegt somit niedriger. erscheint das Sonnenlicht rötlicher, die Farbtemperatur liegt somit niedriger.

Das von einem klarem Himmel ausgehende Licht enthält dagegen weniger Das von einem klarem Himmel ausgehende Licht enthält dagegen weniger Rotanteile. Rotanteile. Seine Farbtemperatur kann 15000  - 30000°K betragen. Das Licht des Seine Farbtemperatur kann 15000  - 30000°K betragen. Das Licht des blauen Himmels enthält auch viel  UV-Licht.blauen Himmels enthält auch viel  UV-Licht.

Die Beleuchtungsstärke des Sonnenlichts liegt in diesen Breiten im Sommer Die Beleuchtungsstärke des Sonnenlichts liegt in diesen Breiten im Sommer bei maximal 100 000 lx, im Winter etwa 20 000 lx; bei bedecktem Himmel bei maximal 100 000 lx, im Winter etwa 20 000 lx; bei bedecktem Himmel maximal 20 000 lx (Sommer) bzw. 5000 lx (Winter)maximal 20 000 lx (Sommer) bzw. 5000 lx (Winter)

1.f Kunstlicht1.f KunstlichtGlühlampenGlühlampen Glühlampen sind typische Temperaturstrahler, in denen ein Glühlampen sind typische Temperaturstrahler, in denen ein

auf ca. 2600 - 3000°K erhitzter Wolframdraht unter auf ca. 2600 - 3000°K erhitzter Wolframdraht unter Vakuum zum Glühen gebracht wird. Der Hauptanteil der Vakuum zum Glühen gebracht wird. Der Hauptanteil der abgegebenen Strahlung liegt dabei im infraroten Bereich. abgegebenen Strahlung liegt dabei im infraroten Bereich. Die Lebensdauer ungedimmter Glühlampen liegt bei 1000 Die Lebensdauer ungedimmter Glühlampen liegt bei 1000 h. Bei höherer Wendeltemperatur verbessert sich die h. Bei höherer Wendeltemperatur verbessert sich die Lichtausbeute, verkürzt sich jedoch die Lebensdauer.Lichtausbeute, verkürzt sich jedoch die Lebensdauer.

Ein hoher Fülldruck eines möglichst schweren Gases Ein hoher Fülldruck eines möglichst schweren Gases (Argon, Krypton, Xenon) vermindert die Verdampfungs-(Argon, Krypton, Xenon) vermindert die Verdampfungs-geschwindigkeit des Wolframs und damit die geschwindigkeit des Wolframs und damit die Kolbenschwärzung. Kolbenschwärzung.

Lichtausbeute mit  9-19 lm/W insgesamt sehr niedrig.Lichtausbeute mit  9-19 lm/W insgesamt sehr niedrig. Aus Gründen der Energieersparnis sollten häufig Aus Gründen der Energieersparnis sollten häufig

brennende Glühlampen durch andere Lichtquellen ersetzt brennende Glühlampen durch andere Lichtquellen ersetzt werden.werden.

GasentladungslampeGasentladungslampe Beleuchtungseinrichtung, die über Anregungsprozesse Licht Beleuchtungseinrichtung, die über Anregungsprozesse Licht

erzeugt. Durch elektrischen Strom, der durch ein Gas fließt, erzeugt. Durch elektrischen Strom, der durch ein Gas fließt, werden Gasatome oder -moleküle angeregt: werden Gasatome oder -moleküle angeregt:

Die Elektronen des elektrischen Stroms stoßen die Die Elektronen des elektrischen Stroms stoßen die Hüllenelektronen der Gasatome oder -moleküle, übertragen Hüllenelektronen der Gasatome oder -moleküle, übertragen dabei Energie auf diese. Wenn diese angeregten Gasteilchen dabei Energie auf diese. Wenn diese angeregten Gasteilchen wieder in ihren ursprünglichen Zustand - den Grundzustand - wieder in ihren ursprünglichen Zustand - den Grundzustand - zurückkehren, wird die Energie in Form von Licht zurückkehren, wird die Energie in Form von Licht ausgesandt. ausgesandt.

Das Spektrum einer Gasentladungslampe ist kein Das Spektrum einer Gasentladungslampe ist kein kontinuierliches Spektrum, sondern ein Linienspektrum. Die kontinuierliches Spektrum, sondern ein Linienspektrum. Die prinzipiellen Grenzen des Wirkungsgrades einer Glühbirne prinzipiellen Grenzen des Wirkungsgrades einer Glühbirne werden von Gasentladungslampen um einen Faktor 5-10 werden von Gasentladungslampen um einen Faktor 5-10 überschritten. Als Gasfüllungen kommen beispielsweise überschritten. Als Gasfüllungen kommen beispielsweise Edelgase (,,Neonröhren“), Quecksilber (,,Leuchtstofflampen“) Edelgase (,,Neonröhren“), Quecksilber (,,Leuchtstofflampen“) oder Metalle (moderne Metalldampflampen) zum Einsatz. oder Metalle (moderne Metalldampflampen) zum Einsatz.

LeuchtstoffröhreLeuchtstoffröhre Die Leuchtstoffröhre ist eine Gasentladungslampe, Die Leuchtstoffröhre ist eine Gasentladungslampe,

die Innen mit einem fluoriszierenden Leuchtstoff die Innen mit einem fluoriszierenden Leuchtstoff beschichtet, und mit etwas Quecksilberdampf und beschichtet, und mit etwas Quecksilberdampf und einem Edelgas - meist Argon oder eine Mischung einem Edelgas - meist Argon oder eine Mischung aus Argon und Neon – gefüllt ist.aus Argon und Neon – gefüllt ist.

An den Rohrenden befinden sich Kathoden aus An den Rohrenden befinden sich Kathoden aus Wolframdraht. Beim herkömmlichen Startprozess Wolframdraht. Beim herkömmlichen Startprozess erhitzt eine hohe Spannung kurzfristig die Kathoden erhitzt eine hohe Spannung kurzfristig die Kathoden so weit, bis sie Elektronen aussenden und dadurch so weit, bis sie Elektronen aussenden und dadurch das Gas elektrisch aufladen (ionisieren). Das das Gas elektrisch aufladen (ionisieren). Das ionisierte Gas wird elektrisch leitend und es kommt ionisierte Gas wird elektrisch leitend und es kommt zu einem starken Elektronenfluss durch die Röhre.zu einem starken Elektronenfluss durch die Röhre.

Die Elektronen kollidieren auf ihrem Weg mit den Die Elektronen kollidieren auf ihrem Weg mit den Quecksilberatomen. Die Quecksilberatome werden Quecksilberatomen. Die Quecksilberatome werden dadurch angeregt und senden bei der Rückkehr in den dadurch angeregt und senden bei der Rückkehr in den Normalzustand daraufhin hauptsächlich UV-B Strahlung Normalzustand daraufhin hauptsächlich UV-B Strahlung mit der Wellenlänge 254 nm aus. Damit sichtbares Licht mit der Wellenlänge 254 nm aus. Damit sichtbares Licht entsteht, wird die UV-Strahlung durch die phosphorhaltigen entsteht, wird die UV-Strahlung durch die phosphorhaltigen Leuchtstoffe auf der Innenseite der Röhre in sichtbares Leuchtstoffe auf der Innenseite der Röhre in sichtbares Licht umgewandelt (Fluoreszenz). Licht umgewandelt (Fluoreszenz). 

Ein nicht unerheblicher Teil der UV-Strahlung gelangt Ein nicht unerheblicher Teil der UV-Strahlung gelangt durch die Leuchtstoffschicht und die Glasröhre hindurch durch die Leuchtstoffschicht und die Glasröhre hindurch nach außen (typisch: 50 µW/lm UV-A), darunter auch ein nach außen (typisch: 50 µW/lm UV-A), darunter auch ein kleiner Teil UV-B Strahlung  (ca. 10 µW/lm). kleiner Teil UV-B Strahlung  (ca. 10 µW/lm).

Leuchtstofflampen sind in den Leuchtstofflampen sind in den LichtfarbenLichtfarben tageslichtweiß tageslichtweiß (>5000 K), neutralweiß (4000 K) und warmweiß (<3300 K) (>5000 K), neutralweiß (4000 K) und warmweiß (<3300 K) erhältlich. erhältlich.

Die Lichtfarbe von Leuchtstofflampen verändert sich im Die Lichtfarbe von Leuchtstofflampen verändert sich im Laufe der Lebensdauer ins Gelbliche.Laufe der Lebensdauer ins Gelbliche.

Teilweise wurden neue Leuchtstofflampen vor Gebrauch Teilweise wurden neue Leuchtstofflampen vor Gebrauch 1000 h vorgebrannt. Heutzutage nimmt die 1000 h vorgebrannt. Heutzutage nimmt die LichtleistungLichtleistung von hochwertigen Leuchtstoffröhren im Laufe ihrer von hochwertigen Leuchtstoffröhren im Laufe ihrer Lebensdauer nur um ca. 10% ab, bei billigen Qualitäten Lebensdauer nur um ca. 10% ab, bei billigen Qualitäten u.U. bis 30% und mehr. u.U. bis 30% und mehr.

Lichtspektren von Leuchtstofflampen Lichtspektren von Leuchtstofflampen  Der hohe Peak im Bereich Grüngelb ist charakteristisch für Der hohe Peak im Bereich Grüngelb ist charakteristisch für

das das LichtspektrumLichtspektrum von Leuchtstofflampen. Er beruht auf von Leuchtstofflampen. Er beruht auf dem Emissionsspektrum des in allen Leuchtstoffröhren dem Emissionsspektrum des in allen Leuchtstoffröhren enthaltenen Phosphors und zeigt sich besonders enthaltenen Phosphors und zeigt sich besonders ausgeprägt bei billigen Leuchtstoffröhren. Da er im Bereich ausgeprägt bei billigen Leuchtstoffröhren. Da er im Bereich Gelb-Grün liegt, erzeugt er einen starken Gelb-Grün liegt, erzeugt er einen starken Helligkeitseindruck - sorgt für eine hohe Lichtausbeute. Helligkeitseindruck - sorgt für eine hohe Lichtausbeute.

Zum Fotografieren sind diese billigen Lampen denkbar Zum Fotografieren sind diese billigen Lampen denkbar ungeeignet - die Bilder werden stark grünstichig. Durch ungeeignet - die Bilder werden stark grünstichig. Durch Mischung mehrerer (3 - 5, bisweilen 7 - 9) Leuchtstoffe und Mischung mehrerer (3 - 5, bisweilen 7 - 9) Leuchtstoffe und Gase versuchte man, die Farbwiedergabe zu verbessern.Gase versuchte man, die Farbwiedergabe zu verbessern.

Sogenannte Vollspektrum-Leuchtstoffröhren (Osram Sogenannte Vollspektrum-Leuchtstoffröhren (Osram Biolux) enthalten neben dem sichtbaren Licht auch einen Biolux) enthalten neben dem sichtbaren Licht auch einen extra hohen UV-Anteil. extra hohen UV-Anteil.

Die Die Lichtausbeute erreichtLichtausbeute erreicht bei bei  manchen manchen Leuchtstoffröhren über 100 lm/W, bei Röhren mit sehr Leuchtstoffröhren über 100 lm/W, bei Röhren mit sehr guter Farbwiedergabe liegt sie etwa zwischen 60 und 70. guter Farbwiedergabe liegt sie etwa zwischen 60 und 70. DieDie Lebensdauer Lebensdauer ist mit bis über 10 000 h sehr hoch. Sie ist mit bis über 10 000 h sehr hoch. Sie hängt zum großen Teil davon ab, wie häufig die Röhre hängt zum großen Teil davon ab, wie häufig die Röhre eingeschaltet wird: Durch die hohe Spannung beim eingeschaltet wird: Durch die hohe Spannung beim Einschalten verbrauchen sich die Elektroden Einschalten verbrauchen sich die Elektroden vergleichsweise besonders schnell. vergleichsweise besonders schnell.

Die Lichtausbeute hängt zudem stark von der Die Lichtausbeute hängt zudem stark von der Umgebungstemperatur Umgebungstemperatur der Lampe ab. Normalerweise der Lampe ab. Normalerweise liefern die Röhren zwischen 20°C und 30°C am meisten liefern die Röhren zwischen 20°C und 30°C am meisten Licht. Außerhalb dieses Bereichs wird der Licht. Außerhalb dieses Bereichs wird der Quecksilberdruck zu groß oder zu klein. Der Quecksilberdruck zu groß oder zu klein. Der DruckDruck in einer in einer Leuchtstoffröhre liegt normalerweise bei ca. 1/1000 Leuchtstoffröhre liegt normalerweise bei ca. 1/1000 Atmosphären, weshalb Leuchtstoffröhren implodieren und Atmosphären, weshalb Leuchtstoffröhren implodieren und nicht explodieren.  nicht explodieren.  

Durch den Quecksilberanteil von ca. 0,5 mg pro kg Lampe Durch den Quecksilberanteil von ca. 0,5 mg pro kg Lampe gehören verbrauchte Leuchtstoffröhren zumgehören verbrauchte Leuchtstoffröhren zum Sondermüll. Sondermüll.

KompaktleuchtstofflampenKompaktleuchtstofflampen Kompakt-Leuchtstofflampen erschienen etwa 1980 auf dem Markt Kompakt-Leuchtstofflampen erschienen etwa 1980 auf dem Markt

als eine energieeffiziente Alternative zu den herkömmlichen als eine energieeffiziente Alternative zu den herkömmlichen Glühlampen. Sie liefern konzentrierteres Licht als die Glühlampen. Sie liefern konzentrierteres Licht als die Leuchtstoffröhren, das Licht lässt sich dennoch weit weniger gut Leuchtstoffröhren, das Licht lässt sich dennoch weit weniger gut bündeln als bei Glühlampen. bündeln als bei Glühlampen.

Kompakt-Leuchtstoffröhren sind entweder mit Zwei- oder Kompakt-Leuchtstoffröhren sind entweder mit Zwei- oder Vierstiftsockel (mit oder ohne eingebauten Starter) oder mit Vierstiftsockel (mit oder ohne eingebauten Starter) oder mit Schraubsockel und integriertem Vorschaltgerät erhältlich.Schraubsockel und integriertem Vorschaltgerät erhältlich.

Können bei Wechselstrom wie bei Gleichstrom betrieben werden Können bei Wechselstrom wie bei Gleichstrom betrieben werden und eignen sich daher auch für Notstrombeleuchtung. und eignen sich daher auch für Notstrombeleuchtung.

Die Lebensdauer beträgt 8000 - 14 000 h (bei Billigmarken z.T. Die Lebensdauer beträgt 8000 - 14 000 h (bei Billigmarken z.T. weit weniger). Die Helligkeit nimmt im Laufe der Lebenszeit etwas weit weniger). Die Helligkeit nimmt im Laufe der Lebenszeit etwas ab, auf ca. 87% nach 8000 h. ab, auf ca. 87% nach 8000 h.

Die Lichtausbeute liegt etwas niedriger als bei langen Die Lichtausbeute liegt etwas niedriger als bei langen Leuchtstoffröhren.Leuchtstoffröhren.

LeuchtdiodenLeuchtdiodenLeuchtdioden sind keine Leuchtdioden sind keine

Temperaturstrahler. Sie Temperaturstrahler. Sie emittieren nahezu emittieren nahezu monochromatisches Licht monochromatisches Licht in einem begrenzten in einem begrenzten Spektralbereich. Deshalb Spektralbereich. Deshalb ist z. B. der Einsatz in ist z. B. der Einsatz in Signalanlagen im Signalanlagen im Vergleich zu anderen Vergleich zu anderen Lichtquellen, bei denen Lichtquellen, bei denen Farbfilter den größten Teil Farbfilter den größten Teil des Spektrums des Spektrums herausfiltern, besonders herausfiltern, besonders effektiv. effektiv.

LEDs  produzieren Licht auf ganz andere Weise: Auf einem LEDs  produzieren Licht auf ganz andere Weise: Auf einem Halbleiterchip sind eine p- und n-dotierte Zone angeordnet. Halbleiterchip sind eine p- und n-dotierte Zone angeordnet. Die p-Zone wird von positiven Ladungen, die n-Zone von Die p-Zone wird von positiven Ladungen, die n-Zone von negativen Ladungen dominiert. negativen Ladungen dominiert.

Die beiden Zonen sind durch eine Barriere getrennt, die Die beiden Zonen sind durch eine Barriere getrennt, die erst ab einer gewissen Spannung Elektronen von der n- erst ab einer gewissen Spannung Elektronen von der n- zur p-Zone fließen lässt. Ab einer gewissen Spannung zur p-Zone fließen lässt. Ab einer gewissen Spannung besitzen die Elektronen in der n-Zone genügend Energie, besitzen die Elektronen in der n-Zone genügend Energie, um die Barriere zu überwinden. um die Barriere zu überwinden.

In der p-Region angekommen, verbinden sich die In der p-Region angekommen, verbinden sich die Elektronen mit den positiven Ladungen. Hierbei wird Elektronen mit den positiven Ladungen. Hierbei wird Energie frei, die in Form von elektromagnetischer Energie frei, die in Form von elektromagnetischer Strahlung abgegeben wird. Strahlung abgegeben wird.

Die Wellenlänge dieser Strahlung ist charakteristisch für Die Wellenlänge dieser Strahlung ist charakteristisch für das Halbleitermaterial (Gallium, Arsen, Phosphor...). Jedes das Halbleitermaterial (Gallium, Arsen, Phosphor...). Jedes Material kann nur Strahlung in einem engen Material kann nur Strahlung in einem engen Wellenlängenbereich abgeben. Wellenlängenbereich abgeben.

Verschiedenfarbige LEDs sind aus verschiedenen Verschiedenfarbige LEDs sind aus verschiedenen Materialien hergestellt Materialien hergestellt

Da praktisch keine Energie in Form von Wärme Da praktisch keine Energie in Form von Wärme und UV-Strahlung abgegeben wird, sind LEDs und UV-Strahlung abgegeben wird, sind LEDs weitaus effizienter als Glühlampen. Die weitaus effizienter als Glühlampen. Die Lichtausbeute ist in den letzten Jahren stark Lichtausbeute ist in den letzten Jahren stark verbessert worden. verbessert worden.

Die Lebensdauer beträgt 100 000 h und mehr. Die Lebensdauer beträgt 100 000 h und mehr.

Weiße LEDs:Weiße LEDs: Um weißes Licht zu erzeugen, werden blaue Um weißes Licht zu erzeugen, werden blaue LEDs (465 - 480 nm) mit speziellen Lumineszenzkappen LEDs (465 - 480 nm) mit speziellen Lumineszenzkappen versehen, welche das blaue Licht großenteils in weißes Licht versehen, welche das blaue Licht großenteils in weißes Licht umwandeln. Aufgrund der speziellen Sensibilität des umwandeln. Aufgrund der speziellen Sensibilität des menschlichen Auges für den Gelb/Grünbereich nimmt die menschlichen Auges für den Gelb/Grünbereich nimmt die Helligkeit hierdurch auf das Zweieinhalbfache zu. Helligkeit hierdurch auf das Zweieinhalbfache zu.

Die Dicke der Lumineszenzkappe ist entscheidend für den Die Dicke der Lumineszenzkappe ist entscheidend für den Farbton: ist sie zu dick, entsteht ein Gelbstich, ist sie zu dünn Farbton: ist sie zu dick, entsteht ein Gelbstich, ist sie zu dünn ein Blaustich. ein Blaustich.

Die typische Farbtemperatur liegt bei 8000 K, bei teuren auch Die typische Farbtemperatur liegt bei 8000 K, bei teuren auch 4700 K. 4700 K.

Auch durch spezielle Gelbfilter lässt sich die Farbtemperatur Auch durch spezielle Gelbfilter lässt sich die Farbtemperatur von 8000 K auf 3500 K vermindern und somit dem von 8000 K auf 3500 K vermindern und somit dem Halogenlicht angleichen. Halogenlicht angleichen.

2. Bildverarbeitung2. Bildverarbeitung

2.a.Pixelgrafik:2.a.Pixelgrafik: Beobachtung:Beobachtung:

Realistische Bilder können aus einzelnen Punkten Realistische Bilder können aus einzelnen Punkten zusammengesetzt werden, ohne dass unser Auge den zusammengesetzt werden, ohne dass unser Auge den Wechsel zwischen den einzelnen Punkten wahrnimmt Wechsel zwischen den einzelnen Punkten wahrnimmt (Zeitungsbilder, Photos).(Zeitungsbilder, Photos).Voraussetzung:Voraussetzung: Die Punkte müssen zahlreich und recht klein sein.Die Punkte müssen zahlreich und recht klein sein.

Auf diesem Prinzip basieren auch alle Pixelgraphiken. Auf diesem Prinzip basieren auch alle Pixelgraphiken. Diese Bildpunkte nennt man bei digitalen Bildern „Pixel“.Diese Bildpunkte nennt man bei digitalen Bildern „Pixel“.Pix’ steht für ‘picture’, und ‘el’ für ‘element’.Pix’ steht für ‘picture’, und ‘el’ für ‘element’.

Besteht aus einer Vielzahl Besteht aus einer Vielzahl einzelner Bildpunkte einzelner Bildpunkte (Plakatwand)(Plakatwand)

Jeder Bildpunkt besitzt eine Jeder Bildpunkt besitzt eine FarbinformationFarbinformation

Linie = Aneinanderreihung von Linie = Aneinanderreihung von BildpunktenBildpunkten

Kleinere Pixel – mehr für Kleinere Pixel – mehr für Darstellung eines Bildes Darstellung eines Bildes benötigt – mehr Details benötigt – mehr Details

Nachträgliche Vergrößerung - Nachträgliche Vergrößerung - Unschärfe Unschärfe

Vgl. Bild digitalisieren – sehr feines Drahtgitter über Bild Vgl. Bild digitalisieren – sehr feines Drahtgitter über Bild legen, Helligkeit und Farbe jedes Loches ermitteln und in legen, Helligkeit und Farbe jedes Loches ermitteln und in korrekter Reihenfolge in riesige Liste eintragenkorrekter Reihenfolge in riesige Liste eintragen

Wie viele Bildpunkte braucht man, Wie viele Bildpunkte braucht man, um ein Bild zu beschreiben?um ein Bild zu beschreiben?

Grundsätzlich: je mehr Punkte je besser.Grundsätzlich: je mehr Punkte je besser. Allerdings nur, bis trotz erhöhter Pixelanzahl Allerdings nur, bis trotz erhöhter Pixelanzahl

keine extra Details hinzukommen.keine extra Details hinzukommen. Eine Grenze stellt auch die Auflösung des Eine Grenze stellt auch die Auflösung des

Monitors dar.Monitors dar.Unterscheide:Unterscheide:– Monitor Pixel:Monitor Pixel: hat bestimmte physische Größe, die hat bestimmte physische Größe, die

sich durch das Lochraster der Röhre ergibt.sich durch das Lochraster der Röhre ergibt.– Bild-Pixel:Bild-Pixel: hat beliebige Größe. hat beliebige Größe.

Es ist einfach eine mathematische Definition, die der Es ist einfach eine mathematische Definition, die der Benutzer festlegen kann.Benutzer festlegen kann.Die Größe und die Anzahl der Bildelemte hängt von Die Größe und die Anzahl der Bildelemte hängt von der Größe und/oder vom Betrachtungsabstand ab.der Größe und/oder vom Betrachtungsabstand ab.

PixelanzahlPixelanzahl Die kleinst mögliche Pixelanzahl um ein Bild Die kleinst mögliche Pixelanzahl um ein Bild

zu beschreiben ist 1. zu beschreiben ist 1. -> Größe des Bildes, dessen Durchschnittsfarbe -> Größe des Bildes, dessen Durchschnittsfarbe

und Durchschnittshelligkeit. und Durchschnittshelligkeit. Bild - PixelBild - Pixel

PixelanzahlPixelanzahl

Mehr Details – mehr PixelMehr Details – mehr Pixel Nehmen wir nun einmal ein Gitter mit 2x2 Nehmen wir nun einmal ein Gitter mit 2x2

Quadraten an.Quadraten an.

Bild 2x2:Bild 2x2: 2x2 Pixel 2x2 Pixel (insgesamt4)(insgesamt4)

Nun wird wieder der Durchschnittswert für Farbe Nun wird wieder der Durchschnittswert für Farbe und Helligkeit ermittelt. Unterschiede in der Farbe und Helligkeit ermittelt. Unterschiede in der Farbe und der Helligkeit erkennbar - Aber nicht mehr.und der Helligkeit erkennbar - Aber nicht mehr.

Pixelanzahl

Bei 32x32 (gesamt 1024) Pixel: man kann das Bild bereits erahnen. Pixelgesamtanzahl steigt sehr schnell (wichtig für Speicherbedarf)steigende Pixelzahl -> steigende Auflösung.Ab einer bestimmten Pixelanzahl bringt eine weitere Erhöhung der Anzahl keine Verbesserung mehr. Dies liegt an der festgelegten Pixelgröße des Monitors. Sind die Bildpixel kleiner als die Bildschirmpixel so können sie einfach nicht mehr so klein dargestellt werden. Es hätte also nur Sinn die Pixelanzahl weiter zu vergrößern, wenn man später ins Bild hineinzoomen möchte.

VerkleinerungVerkleinerung

Verkleinert man ein bestehendes Bild, wäre es folglich unsinnig die Pixelanzahl beizubehalten. Sie kann mit Verkleinerung des Bildes proportional mit verringert werden, ohne dass es bemerkt wird.

Bilder 256x256, 128x128, 64x64

2.b Antialiasing2.b Antialiasing

Antialiasing bei der Ausgabe auf ein Rastermedium wie Antialiasing bei der Ausgabe auf ein Rastermedium wie dem Bildschirm nennt man auch Treppeneffektglättung dem Bildschirm nennt man auch Treppeneffektglättung oder Kantenglättung.oder Kantenglättung.

Entstehung von AliasingEntstehung von AliasingWeder Monitor noch Drucker, können unendlich fein Weder Monitor noch Drucker, können unendlich fein auflösen. Das kleinste darstellbare Element ist ein Pixel. auflösen. Das kleinste darstellbare Element ist ein Pixel.

Ohne Antialiasing wird diesem Pixel nur diejenige Farbe Ohne Antialiasing wird diesem Pixel nur diejenige Farbe zugewiesen, die an dessen Position liegt. Alle zugewiesen, die an dessen Position liegt. Alle Informationen, die sich in der Nähe des Pixels befinden, Informationen, die sich in der Nähe des Pixels befinden, werden unterschlagen. Nicht nur im Pixelraster nicht werden unterschlagen. Nicht nur im Pixelraster nicht mehr darstellbare Informationen werden weggelassen, mehr darstellbare Informationen werden weggelassen, sondern die dargestellten Informationen zusätzlich sondern die dargestellten Informationen zusätzlich verfälscht. verfälscht.

Beim Antialiasing von Vektorgrafiken berücksichtigt Beim Antialiasing von Vektorgrafiken berücksichtigt man, inwieweit die in der Nähe der Grafik liegenden man, inwieweit die in der Nähe der Grafik liegenden Pixel von der Grafik beeinflusst werden und gibt ihnen Pixel von der Grafik beeinflusst werden und gibt ihnen einen entsprechend gewichteten Farbwert. einen entsprechend gewichteten Farbwert.

Je mehr von einem über dem Pixel zentrierten Je mehr von einem über dem Pixel zentrierten Glättungskern durch die Grafik abgedeckt wird, desto Glättungskern durch die Grafik abgedeckt wird, desto mehr wird das Pixel mit deren Farbe eingefärbt.mehr wird das Pixel mit deren Farbe eingefärbt.

SampleanzahlSampleanzahl– Ein Ein SampleSample ist ein in der Nähe des eigentlichen Pixels ist ein in der Nähe des eigentlichen Pixels

gelegener Punkt. gelegener Punkt. – Sobald man die Anzahl der Samples pro Pixel erhöht, Sobald man die Anzahl der Samples pro Pixel erhöht,

spricht man von Antialiasing. spricht man von Antialiasing. – Prinzipiell kann man Kanten um so besser glätten, je Prinzipiell kann man Kanten um so besser glätten, je

mehr Samples man benutzt.mehr Samples man benutzt. Full-Screen Antialiasing (FSAA) und Fragment Antialiasing Full-Screen Antialiasing (FSAA) und Fragment Antialiasing

(FAA)(FAA)– Während bei FSAA der Antialiasing-Algorithmus auf das Während bei FSAA der Antialiasing-Algorithmus auf das

gesamte Bild angewendet wird, analysiert FAA das Bild gesamte Bild angewendet wird, analysiert FAA das Bild zunächst darauf, wo Polygonkanten entstehen; danach zunächst darauf, wo Polygonkanten entstehen; danach wird nur auf diese Bereiche Antialiasing angewendet. wird nur auf diese Bereiche Antialiasing angewendet.

– Vorteile FSAA vs. FAA: einfach zu implementieren Vorteile FSAA vs. FAA: einfach zu implementieren – Nachteile FSAA vs. FAA: kostet wesentlich mehr Nachteile FSAA vs. FAA: kostet wesentlich mehr

Performance Performance – Nachteile FAA vs. FSAA: muss vom Grafikchip Nachteile FAA vs. FSAA: muss vom Grafikchip

unterstützt werden, kostet Rechenlogik unterstützt werden, kostet Rechenlogik

2.c. Vektorgrafik2.c. Vektorgrafik Eine Vektorgrafik

beschreibt ein Bild durch mathematische Funktionen in einem 2- oder 3-dimensionalen Koordinatensystem. Vektoren definieren Linien, Kurven oder Flächen, anders als eine Pixelgrafik, die Bildpunkte speichert.

Ausschnittsvergrößerungen

Um beispielsweise das Bild eines Kreises zu speichern, benötigt eine Vektorgrafik vier Werte: die Lage des Kreismittelpunkts, den Kreisdurchmesser, die Farbe der Kreislinie und ihre Strichstärke.

Vektorgrafiken können im Gegensatz zu Pixelgrafiken ohne Qualitätsverlust stufenlos skaliert und verzerrt werden. Außerdem bleiben bei Vektorgrafiken die Eigenschaften einzelner Linien, Kurven oder Flächen erhalten und können auch nachträglich noch verändert werden.

Vektorgrafiken sind ungeeignet für die Darstellung von komplizierten Bildern wie Fotos, da diese sich kaum mathematisch modellieren lassen. Im Extremfall müsste jeder Bildpunkt durch eine Fläche wie etwa ein Quadrat modelliert werden, wodurch der Nutzen der Vektorgrafik verloren ginge.

2.d Schriftarten2.d Schriftarten Bei Computern gibt es verschiedene Techniken Bei Computern gibt es verschiedene Techniken

zur Darstellung von Schriften:zur Darstellung von Schriften: Rasterschriften oder Bitmap-Schriften (Raster- Rasterschriften oder Bitmap-Schriften (Raster-

oder Pixelfonts), bei denen jeder Bildpunkt eines oder Pixelfonts), bei denen jeder Bildpunkt eines Zeichens einzeln festgelegt ist. Zeichens einzeln festgelegt ist.

Vektorschriften (Vektorfonts), bei denen die Vektorschriften (Vektorfonts), bei denen die Darstellung der Zeichen durch Angabe von Darstellung der Zeichen durch Angabe von Vektoren für deren Umrisse erfolgt. Vektoren für deren Umrisse erfolgt.

Heute wird das Wort Vektorschrift oft als Synonym Heute wird das Wort Vektorschrift oft als Synonym für Outline-Schrift verwendet. In einer Outline-für Outline-Schrift verwendet. In einer Outline-Schrift besteht nicht das Zeichen selbst aus Schrift besteht nicht das Zeichen selbst aus (einfachen) Vektoren, sondern es wird der Umriss (einfachen) Vektoren, sondern es wird der Umriss (outline) des Zeichens als Ansammlung komplexer (outline) des Zeichens als Ansammlung komplexer Vektoren beschrieben. Neben Geraden und Vektoren beschrieben. Neben Geraden und Bögen zählen dazu Bézierkurven.Bögen zählen dazu Bézierkurven.

Im Gegensatz zu Bitmap-Schriften sind Im Gegensatz zu Bitmap-Schriften sind Vektorschriften unabhängig von der Auflösung des Vektorschriften unabhängig von der Auflösung des Ausgabegerätes definiert und können ohne Ausgabegerätes definiert und können ohne Qualitätsverluste beliebig skaliert ausgegeben Qualitätsverluste beliebig skaliert ausgegeben werden. Weil die Ausgabe meist in Form von werden. Weil die Ausgabe meist in Form von Pixeln erfolgt, ist eine Umrechnung nötig und nur Pixeln erfolgt, ist eine Umrechnung nötig und nur eine näherungsweise Ausgabe möglich, die bei eine näherungsweise Ausgabe möglich, die bei einer nur wenige Pixel großen Ausgabe Probleme einer nur wenige Pixel großen Ausgabe Probleme verursachen kann.verursachen kann.

Bekannte Outline-Schriften sind TrueType-, Bekannte Outline-Schriften sind TrueType-, PostScript- und OpenType-Schriften. PostScript- und OpenType-Schriften.

In Grenzen ist es auch möglich, neue Schriftgrade In Grenzen ist es auch möglich, neue Schriftgrade und Schriftstile (fett, kursiv) durch reine und Schriftstile (fett, kursiv) durch reine Umrechnung der Vektordaten zu erhalten, für Umrechnung der Vektordaten zu erhalten, für professionelle Zwecke werden aber üblicherweise professionelle Zwecke werden aber üblicherweise eigens angefertigte Schriftschnitte eingesetzt.eigens angefertigte Schriftschnitte eingesetzt.

TruetypeTruetype True TypeTrue Type ist ein ist ein

Schriftdarstellungsstandard Schriftdarstellungsstandard für Bildschirm und Druck für Bildschirm und Druck (TrueType en. „echte (TrueType en. „echte Schrift“ bzw. „echter Schrift“ bzw. „echter Buchstabe“). Buchstabe“).

TrueType-Schriften gehören TrueType-Schriften gehören zu den Outline-Schriften. zu den Outline-Schriften. Sie werden nach dem Sie werden nach dem Prinzip einer Vektorgrafik Prinzip einer Vektorgrafik aus Konturen aufgebaut. aus Konturen aufgebaut.

Die Dateierweiterung für Die Dateierweiterung für TrueType unter Windows ist TrueType unter Windows ist .ttf. Die Schriftartdateien .ttf. Die Schriftartdateien befinden sich unter befinden sich unter Windows im Ordner C:\Windows im Ordner C:\WINDOWS\FONTS WINDOWS\FONTS

MetafontMetafont METAFONT ist eine abstrakte Beschreibungssprache zur

Definition von Vektorschriften. METAFONT ist speziell entworfen, um TeX zu unterstützen, und ist deshalb auch Teil vieler TeX-Distributionen.

Die Form der Buchstaben wird in METAFONT über geometrische Gleichungen definiert. Anders als die verbreiteteren Outline-Schriften, besteht ein METAFONT-Font hauptsächlich aus Strichen von „Stiften“ bestimmter Breite, zusammen mit gefüllten Flächen.

METAFONT unterscheidet sich von anderen Systemen durch die Variabilität der Fonts durch wenige Parameter wie Seitenverhältnis, Neigung, Strichstärke, Serifengröße. So kann durch Veränderung von relativ abstrakten Parametern an einer Stelle in der METAFONT-Datei eine in der ganzen Schrift konsistente Änderung im Aussehen erreicht werden.

1: beginlogochar("F",14);2: x1=x2=x3=leftstemloc; 3: x4=w-x1+ho; x5=x4-xgap;4: y2=y5; y3=y4; bot y1=-o;5: top y3=h; y2=barheight; 6: draw z1--z3--z4; draw z2--z5; 7: labels(1,2,3,4,5); endchar; Die x-Koordinaten und y-Koordinaten können einzeln bestimmt

werden. Zeile 1: definiert neues Zeichen mit dem Namen F und dem

Zeichenkode 14. In der 2. Zeile werden die x-Positionen der Punkte 1, 2 und 3 auf

leftstemloc gesetzt, einen Wert, der die Position des linken Striches angibt.

Die Zeile 3 definiert x4 so, dass er abgesehen vom over-shot den gleichen Abstand vom rechten Rand (spezifiziert durch w) hat, wie ihn Punkt 1 vom linken Rand hat.

In Zeile 6 werden letztendlich die Punkte 1, 3 und 4 durch gerade Linien (der linke und obere Strich vom F) verbunden und der kleine waagerechte Strich in der Mitte durch Verbinden der Punkte 2 und 5 gezeichnet.

Pixelgrafik - VektorgrafikPixelgrafik - Vektorgrafik

Jedes einzelne Pixel Jedes einzelne Pixel kann bearbeitet werden.kann bearbeitet werden.

Größe und Position der Größe und Position der einzelnen Monitorpixel einzelnen Monitorpixel können nicht verändert können nicht verändert werden.werden.

Beim Vergrößern der Beim Vergrößern der Pixelgrafiken ist ein Pixelgrafiken ist ein Qualitätsverlust zu Qualitätsverlust zu befürchten.befürchten.

Pixelgrafiken haben Pixelgrafiken haben einen hohen einen hohen SpeicherbedarfSpeicherbedarf

Es kann nur das gesamte Objekt bearbeitet werden.Größe, Form und Position der Objekte können ohne Qualitäts - verlust verändert werden. Beim Vergrößern von Vektorobjekten ist ein Qualitätsverlust nicht zu befürchten.Vergleichbare Vektorgrafiken haben einen deutlich niedrigeren Speicherbedarf.

2.e Graustufen:2.e Graustufen:

Die Zahl der Abstufungen Die Zahl der Abstufungen zwischen Grau und Weiß genau zwischen Grau und Weiß genau definiert sein, um jedem definiert sein, um jedem Bildpunkt genau einen definierten Bildpunkt genau einen definierten Wert zuzuweisen.Wert zuzuweisen.

Wie viele Abstufungen braucht Wie viele Abstufungen braucht man, um ein Bild sinnvoll man, um ein Bild sinnvoll darzustellen?darzustellen?Das hängt von dem Bild selbst Das hängt von dem Bild selbst ab. Handelt es sich bei dem Bild ab. Handelt es sich bei dem Bild um eine SW-Zeichnung usw.... um eine SW-Zeichnung usw....

Was ist aber bei einem Foto?Was ist aber bei einem Foto?Hier wird das Bild durch 8 Hier wird das Bild durch 8 verschiedene Abstufungen verschiedene Abstufungen beschrieben.beschrieben.

8 Graustufen:

Weiß, Schwarz und 6 Abstufungen von Grau -> das Foto sieht gemustert aus ->8 Abstufungen also eindeutig zu wenig.

Wieviele braucht man aber wirklich.Tests -> das menschliche Auge kann ca. 200 Abstufungen einschließlich S&W erkennen.

Bei den Bildern werden 256 verwendet.

Grund: Mit 7 Bit ->128 Werte darstellbar. Mit 8 Bit (ein Byte) -> schon 256 Möglichkeiten

vorhanden. Warum sollte man also nur 200 verwenden?

Das 2 Bit BildDas 2 Bit Bild

Mit 2 Bits wären dann 4 Töne möglich. (Weiß, Hellgrau, Dunkelgrau, Schwarz)

Bittiefe und Grautöne:Bittiefe und Grautöne:

3 Bit:3 Bit: 8 Töne8 Töne4 Bit:4 Bit: 16 Töne16 Töne5 Bit:5 Bit: 32 Töne32 Töne6 Bit:6 Bit: 64 Töne64 Töne7 Bit:7 Bit: 128 Töne128 Töne8 Bit:8 Bit: 256 Töne256 Töne

8-Bit Bild 8-Bit Bild

24-Bit Farben:24-Bit Farben: Natürlich ist es auch möglich digitale Fotos in Farbe Natürlich ist es auch möglich digitale Fotos in Farbe

darzustellen. darzustellen. mehr Information -> mehr Bits (und damit Speicherplatz)mehr Information -> mehr Bits (und damit Speicherplatz) 8 Bit (256 Grautöne) ausreichend, um Schwarzweißbilder zu 8 Bit (256 Grautöne) ausreichend, um Schwarzweißbilder zu

beschreiben. beschreiben. Farbbild setzt sich aus den 3 Primärfarben Rot, Grün und Farbbild setzt sich aus den 3 Primärfarben Rot, Grün und

Blau zusammen – additive Farbmischung ->alle anderen Blau zusammen – additive Farbmischung ->alle anderen Farben.Farben.

Für jede der 3 Primärfarben werden 8 Bit benötigt. Für jede der 3 Primärfarben werden 8 Bit benötigt. ->24 Bit nötig um Echtfarbenbild zu charakterisieren.->24 Bit nötig um Echtfarbenbild zu charakterisieren.

Die Anzahl der möglichen Farben ist daher:Die Anzahl der möglichen Farben ist daher:2^24=16.777.213 Farben = 256*256*2562^24=16.777.213 Farben = 256*256*256

Alle Primärfarben zusammen ergeben Weiß. Alle Primärfarben zusammen ergeben Weiß. Schwarz entsteht, wenn keine der Primärfarben enthalten ist.Schwarz entsteht, wenn keine der Primärfarben enthalten ist.

2.f Dateiformate2.f Dateiformate

Formate:Formate: TIFF: (Tagged Image File Format)TIFF: (Tagged Image File Format)

Druckgeeignet, lizenzpflichtig, wird von fast allen Druckgeeignet, lizenzpflichtig, wird von fast allen Softwarepaketen unterstützt.Softwarepaketen unterstützt.

BMP: (Bitmap)BMP: (Bitmap)unkomprimiertes Pixelformat, nicht für große oder unkomprimiertes Pixelformat, nicht für große oder hochauflösende Bilder geeignethochauflösende Bilder geeignet

GIF: (Graphics Interchange Format)GIF: (Graphics Interchange Format)Webgeeignet, komprimiertes Format, Problem: max. Webgeeignet, komprimiertes Format, Problem: max. Farbtiefe von 8 Bit = 256 FarbenFarbtiefe von 8 Bit = 256 Farben

JPEG: (Joint Photographic Experts Group)JPEG: (Joint Photographic Experts Group)für maximale Bildkompression entwickeltfür maximale Bildkompression entwickelt

VektorgrafikformateVektorgrafikformate

.ps.ps PostScript PostScript .svg.svg Scalable Vector Graphics Scalable Vector Graphics

(Im World Wide Web verwendet)(Im World Wide Web verwendet) .wmf.wmf Windows Metafile Windows Metafile .eps.eps Encapsulated Postscript (EPS) Encapsulated Postscript (EPS) .dxf.dxf Drawing Interchange Format Drawing Interchange Format

(Auch für 3D-Modelle geeignet) (Auch für 3D-Modelle geeignet)

2.g Verlustfreie Kompression2.g Verlustfreie KompressionLZWLZW (Lempel, Ziv & (Lempel, Ziv &

Welch)Welch) lizenzpflichtig (Patent lizenzpflichtig (Patent

von Unisys)von Unisys) viele Varianten, auch viele Varianten, auch

lizenzfreie (png)lizenzfreie (png) erstellt ein Wörterbuch erstellt ein Wörterbuch

der enthaltenender enthaltenenZeichenketten, das Zeichenketten, das nicht mitgespeichert nicht mitgespeichert wird; setzt das Bild aus wird; setzt das Bild aus den Indizes zusammen den Indizes zusammen - geeignet auch für - geeignet auch für komplexe Bilderkomplexe Bilder

Verlustfreie KompressionVerlustfreie Kompression

RLE (Run Length RLE (Run Length Encoding)Encoding)

fasst aufeinander- fasst aufeinander- folgende Wertefolgende Wertezusammenzusammen

geeignet für simple geeignet für simple ZeichenfolgenZeichenfolgen

Verlustfreie KompressionVerlustfreie Kompression

Huffman: arbeitet mit einem fest vereinbarten Huffman: arbeitet mit einem fest vereinbarten WörterbuchWörterbuchWeist den am häufigsten vorkommenden Zeichen Weist den am häufigsten vorkommenden Zeichen die kürzesten Codes zu.die kürzesten Codes zu.

ZIP: Dateiformat zur komprimierten Archivierung ZIP: Dateiformat zur komprimierten Archivierung von Dateien (Endung .zip)von Dateien (Endung .zip)Speicherung mehrerer Dateien in einer Speicherung mehrerer Dateien in einer Archivdatei, einzelne Dekomprimierung und Archivdatei, einzelne Dekomprimierung und einzelnes Löschen möglich.einzelnes Löschen möglich.

2.h Verlustbehaftete Kompression - 2.h Verlustbehaftete Kompression - JPEGJPEG

Das wichtigste verlustbehaftete Das wichtigste verlustbehaftete Kompressionsverfahren heißt JPEG:Kompressionsverfahren heißt JPEG:

Idee: menschliches Auge sieht Farbinformationen Idee: menschliches Auge sieht Farbinformationen nicht differenziertnicht differenziert

Bildinformationen als YCC (Helligkeit+Farbton) => Bildinformationen als YCC (Helligkeit+Farbton) => Farbinformationen weglassen,Farbinformationen weglassen,

kleine Unterschiede ignorieren (verlustfrei, kleine Unterschiede ignorieren (verlustfrei, Toleranz einstellbar)Toleranz einstellbar)

integriert verlustfreie Verfahren RLE und Huffmanintegriert verlustfreie Verfahren RLE und Huffman

Andere verlustbehaftete Verfahren arbeiten mit Andere verlustbehaftete Verfahren arbeiten mit Farbreduktion (GIF, PNG).Farbreduktion (GIF, PNG).

2.i JPEG oder GIF2.i JPEG oder GIF

FotosFotos meist hohe Anzahl von verschiedenen Farben:meist hohe Anzahl von verschiedenen Farben: GIFGIF-Format: -Format: FarbtabelleFarbtabelle, kann höchstens 256 Farben , kann höchstens 256 Farben

aufnehmen. aufnehmen. ->Datenmenge kann nur durch die Reduzierung der Farben ->Datenmenge kann nur durch die Reduzierung der Farben

verringert werdenverringert werden ->256 Farben sind häufig zu wenig für ein ansprechendes ->256 Farben sind häufig zu wenig für ein ansprechendes

Foto.Foto. JPEGJPEG speichert mehr Farbinformationen ab, wodurch eine speichert mehr Farbinformationen ab, wodurch eine

hohe Farbanzahl gewährleistet werden kann. hohe Farbanzahl gewährleistet werden kann. Die eingebaute flexible Komprimierung ermöglicht Die eingebaute flexible Komprimierung ermöglicht zusätzlich eine Reduzierung der Dateigröße, ohne große zusätzlich eine Reduzierung der Dateigröße, ohne große Einschnitte in der Qualität zu machen.Einschnitte in der Qualität zu machen.

BeispielphotoBeispielphoto Als Beispiel hier ein Foto mit einem blauen Himmel:Als Beispiel hier ein Foto mit einem blauen Himmel: JPEG ( 200 x 270 Pixel ) 11.9 KBGIF (200 x 270 Pixel ) JPEG ( 200 x 270 Pixel ) 11.9 KBGIF (200 x 270 Pixel )

14,8 KB 14,8 KB

Logos und Texte Die meisten Logos sind aus wenigen flächigen Farben und Die meisten Logos sind aus wenigen flächigen Farben und

Schrift in Form von Buchstaben oder Worten aufgebaut.Schrift in Form von Buchstaben oder Worten aufgebaut. Solche Grafiken sind der optimale Einsatz für GIFs.Solche Grafiken sind der optimale Einsatz für GIFs.

->sehr kleine Dateigröße, Logo wird schnell geladen und ->sehr kleine Dateigröße, Logo wird schnell geladen und erscheint als ersteserscheint als erstes->Transparenz-Effekt von dem GIF-Format ->Transparenz-Effekt von dem GIF-Format

(Transparenz bedeutet, daß der weiße Hintergrund von (Transparenz bedeutet, daß der weiße Hintergrund von diesem Logo durchsichtig wäre und die Schrift auch auf diesem Logo durchsichtig wäre und die Schrift auch auf einem schwarzen Hintergrund gut zu sehen wäre).einem schwarzen Hintergrund gut zu sehen wäre).

Wenn es um die Darstellung von Texten als Bild geht, ist das Wenn es um die Darstellung von Texten als Bild geht, ist das GIF-Format eindeutig die bessere Wahl. Das liegt daran, GIF-Format eindeutig die bessere Wahl. Das liegt daran, das GIF die scharfen Kanten der Buchstaben klarer das GIF die scharfen Kanten der Buchstaben klarer darstellen kann, als das JPEG-Format. darstellen kann, als das JPEG-Format.

Vielen Dank für die Vielen Dank für die AufmerksamkeitAufmerksamkeit