Grundlagen der digitalen Bildbearbeitung

HBS Gimp 2
3. Digitalen Bildbearbeitung
GIMP und andere...
Das Thema des Seminars ist „Digitale Bildarbeitung mit GIMP“. Von anderen
Programmen war nicht die Rede. Dann hätte man das Seminar ja auch einfach nur
„Digitale Bildbearbeitung“ nennen können.
Die explizite Nennung des Programms GIMP hat einen einfachen Grund: Es soll
klargestellt werden, dass man für das Seminar keine teure Software, wie Photoshop
oder Paintshop Pro benötigt. Derartige Programm kosten mehrere hundert Euro und
sind GIMP in nur wenigen Funktionen überlegen. Auf der anderen Seite ist GIMP im
Moment das mit Abstand beste kostenlose Bildbearbeitungsprogramm. Das soll aber
nicht heißen, dass wir ausschließlich dieses Programm benutzen werden. Es gibt
natürlich noch viele andere kostenlosen Programme, die für ganz bestimmte
Aufgaben der Bildbearbeitung hervorragend geeignet sind. Die werden wir natürlich
nicht verschmähen...
Was genau ist Gimp?
GIMP , das GNU Image Manipulation Program, wurde eigentlich für das kostenlose
Betriebssystem Linux geschrieben. Dabei steht GNU synonym für GPL , General
Public License (öffent lich frei zugängliche, kostenlose Programme). Die Schöpfern
der Software haben, wie man nachlesen kann, an das Bild eines philosophischen
Gnus gedacht.
In dieser Welt ist GIMP »das Photoshop
der Linux-Welt. Mit GIMP 2 erschien
2004 eine überarbeitete und erweiterte
Fassung, die sowohl vom Funktionsumfang als auch von der Handhabung
her nahezu keine Wünsche offen lässt.
(Dieses Skript wird mit Hilfe der Version
2.2.11 erstellt. Das ist auch die Version,
die wir in der Schule haben.)
Dass das Programm nun auch unter
Windows läuft, ist keine
Selbstverstänlichkeit. Sowohl das
Programm als auch die Bibliothek GTK+ muss dazu „portiert“ werden. (Portieren
bedeutet, den Quellcode an das andere Betriebssystem anpassen).
GTK+ bedeutet GIMP-Toolkit (abgekürzt: GTK+). Das ist eine freie Komponentenbibliothek, mit welcher grafische Benutzeroberflächen (GUI : Graphic User Interface)
für Softwareprogramme erstellt werden können.
.
Hauptanwendung von GIMP ist der Einsatz zur Bearbeitung und Herstellung von
Pixelbildern oder Bitmaps. Das reicht von der Bearbeitung digitaler Fotos bis hin
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zur Erschaffung von digitaler Kunst oder Grafik wie zum Beispiel Firmenlogos oder
Grafiken für Webseiten.
Eine ganz andere Methode zur Bilderstellung und Bearbeitung von Bildern ist die
sogenannte Vektorgrafik. Dort werden nicht einzelne Bildpunkte gespeichert,
sondern mathematische Formeln, die zu der gewünschten Grafik führen. Bei einem
Kreis beispielsweise, erlaubt das Programm dann keine Veränderung einzelner
Punkte (Pixel), sondern nur die Größe oder Lage des Kreises. GIMP bietet zwar
eingeschränkte Möglichkeiten zur Herstellung von vektorbasierten Formelementen
mit dem Gfig-Plug-in und dem Pfad-Werkzeug. Doch damit kann kein VektorBildbearbeitungs-Programm, wie Corel Draw ersetzt werden.
In erster Linie ist GIMP ein Bearbeitungsprogramm für „Pixelgrafik“. Jeder Scanner,
jede Digitalkamera liefert „Pixelbilder“. Obwohl der Ausdruck Pixel schon zum
Sprachschatz eines 5-Klässlers gehört (falls er eine Digikam hat), ist vielleicht nicht
allen genau klar, was „Pixelbilder“ sind.
Pixel ist ein Kunstwort. Es wurde von "Picture Element" abgeleitet und ist die
Bezeichnung für den kleinsten darstellbaren Bildpunkt. Die Anzahl der darstellbaren
Pixel bestimmt die Auflösung. Wir erinnern uns, dass die Firmen für Digikams damit
werben: 3 MegaPixel, 5 MegaPixel etc.
Wenn man in GIMP oder Picture Publisher (haben wir im Schulnetz!) einen
Schriftzug wie diesen
verfasst, so zeigt eine starke Vergrößerung zum Beispiel des zweiten Buchstaben,
wie das Bild aufgebaut ist:
Es handelt sich offensichtlich um lauter
kleine Farbquadrate (Pixel, dot), die das
Bild wie ein Mosaik aufbauen. Mit einem
Bildbearbeitungsprogramm kann man die
Pixel verändern, - entweder gleich
tausende auf einen Schlag, oder nur
einzelne, wie hier unten:
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Aufgrund des Aufbaus aus einzelnen Bildpunkten sind Pixelbilder auch nur begrenzt
zu vergrößern, nämlich so weit, bis die einzelnen Bildpunkte sichtbar werden.
Bildgröße und Auflösung bestimmen die Dateigröße eines Bildes. Die Struktur von
Pixelbildern bestimmt die Möglichkeiten der Bearbeitung. Wie man oben gesehen
hat, kann jeder Bildpunkt einzeln in Helligkeit und Farbe bearbeitet werden.
Entsprechend feine Werkzeuge stehen zur Verfügung.
Um nur Teilbereiche des Bildes zu verändern, werden die gewünschten Bildbereiche
in der Regel mit so genannten Auswahl-Werkzeugen markiert oder sogar
ausgeschnitten und als separate Ebenen (transparente »Folien« mit einzelnen
Bildobjekten) eingefügt.
Auswahlen, Masken und Ebenen: Das sind fortgeschrittene Arbeitstechniken und
Hilfsmittel, die wesentlich sind für das Arbeiten mit Bild bearbeitungs programmen für
Pixelbilder wie dem GIMP.
Ganz anders arbeiten die sogenannten Vektor-Grafik-Formate, wie z.B. WMF
("Windows Meta File"), DXF (AutoCAD Drawing eXchange Format) oder EPS
("Encapsulated PostScript"). Bei diesen Formaten werden keine Bild-Inhalte,
sondern Bild-Konstruktionsbeschreibungen abgespeichert. Man geht also nicht
vom fertigen Bild aus, sondern protokolliert den Entstehungsprozess des Bildes.
Dies muss so genau geschehen, dass die aufgezeichneten Daten später zur exakten
Rekonstruktion des Bildes ausreichen.
Bild 1
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Bild 2
Man kann das gut verstehen, wenn man sich die obigen Bilder ansehen. Bild 1 ist ein
WMF-Bild. Solche Bilder lassen sich mit vielen Programmen öffnen, - allerdings kann
man sie nur in einigen wenigen, den sogenannten Zeichenprogrammen (Microsoft
Draw oder Corel Draw), auch verändern.
Eine möglicher Veränderung sehen wir in Bild 2. Es wurden hier bestimmte
Bestandteile des Bildes verschoben. Der verschobene Vollkreis und die anderen
verschobenen Segmente sind jeweils „zusammenhängend“, das heißt, es sind
offensichtlich nur die mathematische Beschreibung der Objekt und ihre Lage im Bild
kodiert. Der Vollkreis liegt jetzt woanders, seine mathematische Beschreibung hat
sich aber nicht verändert.
Auch seine Größe lässt sich natürlich auch auf diese Weise verändern. Dabei ändert
man wiederum nicht die mathematische Formel.
Und was soll der Vorteil sein?
Sie sind ohne Qualitätsverlust skalierbar (vergrößer- oder verkleinerbar).
Allerdings sind nur solche Bilder für diese Formate geeignet, bei deren Entstehung
eine Konstruktionsbeschreibung aufgezeichnet werden kann: wer ein eingescanntes
Photo in eine Vektorgraphik umwandeln will, wird in den meisten Fällen keine
befriedigenden Ergebnisse erzielen können.
Die Dichte dieser Bildpunkte kann variieren. Sie wird als Aufl ösung bezeichnet.
Gemessen wird die Aufl ösung üblicherweise in dpi (engl.: dots per inch, d. h.
Bildpunkte pro 2,54 cm).
Auch Pixel/cm (Linien) wird verwendet, in Deutschland vor allem im Vierfarbdruck.
Diese Maße beziehen sich zwar nur auf ein Längenmaß, die Breite des Bildes,
tatsächlich wirkt die Aufl ösung aber auch auf die Höhe. Eine Verdoppelung des
Wertes für die Aufl ösung bedeutet also eine Vervierfachung der Pixelzahl – und
damit der Dateigröße.
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Dabei ist die Bildgröße (die Abmessungen eines Bildes in Millimetern oder Pixeln)
direkt abhängig von der Auflösung. Wird ein Bild mit einer Aufl ösung von 300 dpi im
GIMP auf 72 dpi Aufl ösung umgerechnet, steigt dabei die Bildgröße (Abmessungen
Breite × Höhe) um mehr als das Dreifache, die Anzahl an Bildpunkten bleibt aber
gleich.
Eine qualitativ gute Arbeitsauflösung sind 300 dpi. Dies ist auch eine gute ScanAuflösung, wenn das Bild 1:1 weiterverarbeitet und z. B. ausgedruckt werden soll.
Soll ein Bild vergrößert werden, muss es mit entsprechend höherer Auflösung
gescannt werden. Als Faustformel gilt: Soll die Bildgröße (Breite oder Höhe) verdoppelt werden, muss mit der doppelten Aufl ösung gescannt werden, als für das
endgültige Bild gewünscht ist. Umgekehrt kann bei gleich bleibender Qualität die Aufl
ösung vergrößert werden, wenn das Bild entsprechend in den Abmessungen
verkleinert wird.
GIMP kennt in der Version 2.2.11 drei Farbmodelle: RGB-Farben, Graustufen und
indizierte Farben.
RGB
Rot Grün Blau: Bildschirmfarben. Jeder Bildpunkt (zumindest bei
Röhrenmonitor und Fernseher) wird durch drei Farbstrahlen Rot-Grün-Blau
erzeugt, die unterschiedlich stark leuchten.
Jeder Farbbildschirm und jede bessere Graphikkarte wirbt für sich, dass sie
mindestens 16,8 Mio. Farben darstellen könne (TrueColor). Der Bildschirm
setzt eine Farbe aus den drei Komponenten Rot, Grün und Blau (rgb)
zusammen. Jede dieser Farbkomponenten kann mit einem Anteil von 0 .. 255
(also einem Byte) angesteuert werden. D.h. es gibt also 256*256*256
verschiedene Kombinationen dieser Anteile, sprich knapp 16,8 Mio.
verschiedene Farben. Will man Farbinformationen in dieser Auflösung
speichern, benötigt man pro Pixel des Bildes 3 Byte Farbinformationen (24
Bit). Man versteht jetzt vielleicht, warum Farbbilder als Datei selbst bei kleinen
Bildern sehr groß werden können. Da kaum jemand all diese Farbwerte
optisch unterscheiden kann, können Farbinformationen in manchen Fällen
auch in kleinerer Auflösung z.B. 256 Farben ( entspricht einem Byte
Farbinformation) gespeichert werden. Am kleinsten werden Bild-Dateien in
schwarz-weiß: Für jedes Pixels benötigt man nur 1 Bit, d.h. in einem Byte
kann man die Informationen für acht Pixel speichern.
Aber es gibt nicht nur farbige Bilder. Bei Schwarz-Weiß-Fotografien spricht
man in der digitalen Bildbearbeitung korrekterweise von Graustufenbildern.
Graustufenbilder
Solche Bilder haben nicht nur die »Farben« Schwarz und
Weiß, sondern enthalten sind alle möglichen Abstufungen,
Grauwerte dazwischen. Da für reine Graustufen die
Farbwerte aller drei Grundfarben jeweils gleich sein müssen,
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bleiben 256 Stufen als mögliche Anzahl für Grauwerte, einschließlich Schwarz
und Weiß. Dementsprechend haben Graustufenbilder eine Farbtiefe von 8
Bit.
Indizierte Farben
Einige Bilddateiformate für das Internet
arbeiten mit indizierten Farben.
Als Bilder mit indizierten Farben
werden solche Bilder bezeichnet, die
über eine definierte Farbpalette
verfügen und bei denen die Farbanzahl
auf 256 Farben oder weniger begrenzt
ist.
Sie haben daher eine Farbtiefe von
8 Bit. Bei der Konvertierung in
»indizierte Farben« wird dem Bild
entweder eine gewählte, vordefinierte
Farbpalette oder (automatisch) eine
aus bildeigenen Farben angefügt, die
maximal 256 Farben enthalten kann. Ein Dateiformat, das automatisch Bilder
mit eigener Farbpalette anlegt, ist das komprimierte GIF-Format oder das
PNG-Format mit 8 Bit Farbtiefe. Auch Graustufenbilder (mit maximal 256
Grautönen) gehören dazu.
Eine indizierte Palette ist jedoch für die Bearbeitung der Bilder meist hinderlich, da dann nicht alle Bearbeitungsmöglichkeiten des GIMP zur Verfügung
stehen. Bearbeitet werden Bilder also in aller Regel im RGB-Modus.
Erst beim Speichern, beim Export für das Internet im entsprechenden
Dateiformat, wird die indizierte Palette gewählt und angefügt.
Dateiformate
Nachdem wir oben schon das png- und das gif-Format erwähnt haben, wird man sich
die Frage stellen, welche Formate es überhaupt gibt. Was ihr Vorteil bzw. Nachteil
ist. Klar ist immerhin, dass die Bilder der Kamera, wenn sie auf der Festplatte des
Computers geladen sind, immer die Endung jpg haben. Zugegeben, bei den Profis
kann da auch raw stehen. Was es mit diesen Endungen auf sich hat und in welchem
Format man seine Bilder speichern soll, wird in den folgenden Zeilen behandelt.
Format
XCF
Eigenschaften
Dies ist das GIMP-eigene Format. Man verwendet es dann,
wenn das Bild noch nicht fertig ist. Es werden alle
Informationen, wie Ebenen, Teilbilder, Masken etc
mitgespeichert. So kann man also auch wieder
Bearbeitungsschritte rückgängig machen.
Will man das Bild anderen Programmen zur Verfügung
stellen, so muss man ein anderes Format wählen.
Die Dateigröße ist dabei erstaunlich klein.
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PDS
PNG
GIF
JPG
BMP
TIFF
RAW
Das Dateiformat PSD des berühmt-berüchtigten
Bildbearbeitungsprogramms Photoshop kann auch in
GIMP verwendet werden. Dieses Dateiformat ist ein Defacto-Standard und kann von nahezu allen anderen Bild
bearbeitungsprogrammen weiter verwendet werden. Damit
ist es das Dateiformat für den Export von Bildern in
höchster Qualität mit Ebenen .
Da in diesem Dateiformat keine Kompressionsmöglichkeiten zur Verfügung stehen, erzeugt es allerdings
auch die Dateien mit der vergleichsweise größten
Dateigröße.
PNG bedeutet Portable Network Graphics. Es wurde als
Ersatz für das geschützte GIF-Format entworfen. Der Name
deutet daraufhin, dass das Format für das Internet gedacht
ist. Die Speicherung ist, im Gegensatz zu jpg, verlustfrei.
Das Format erfordert eine Farbpalette mit maximal 256
Farben. Bis 2004 gab es eine Patentbeschränkung! GIMP
kann in GIF speichern, - das Ergebnis ist jedoch meist
unbefriedigend. Auch dieses Format ist für das Internet
entwickelt worden.
Bekanntestes und sehr wirkungsvolles Kompressionsformat. Wird von allen Bildbearbeitungsprogrammen
unterstützt. In der Regel ist die Kompression
verlustbehaftet. Daher sollte wiederholtes Speichern
unterbleiben. Wird häufig auch für Web-Seiten verwendet.
Wird von allen Bildbearbeitungsprogrammen unterstützt.
Allerdings sehr schwache Komprimierung und daher sehr
große Dateien. Veraltet.
Ältestes Bilddateiformat. Wird dennoch von praktisch allen
Bildbearbeitungsprogrammen unterstütz. Die (schwache)
Kompression ist verlustfrei. Es werden keine Ebenen mitgespeichert.
Die digitalen Rohdaten liegen nach dem Aufnehmen und
Speichern in einem proprietären Format vor, das nur mit
der Software des jeweiligen Herstellers oder einigen
speziellen Anwendungen von Drittanbietern verarbeitet
werden kann. Aktuelle Bildbearbeitungssoftware besitzt
jedoch integrierte RAW-Konverter für das Einlesen von
Rohbildern, jedoch ist dies und deren Verarbeitung sehr
ressourcenintensiv und zeitraubend.
Besonders in hellen Bildbereichen enthalten die Rohdaten
feinere Abstufungen der Helligkeitswerte als dies bei JPEG
möglich wäre, was den Möglichkeiten zur Nachbearbeitung
zu gute kommt. JPEG erlaubt pro Farbkanal nur 256
Helligkeitsabstufungen, demgegenüber enthalten
Rohdatenformate meist 10, 12 oder 14 Bit an
Helligkeitsinformation, was 1.024 bis 16.384
Helligkeitsabstufungen erlaubt. (Quelle: Wikipedia)
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Bildverwaltung
Wenn man erst mal angefangen hat, mit der Digitalkamera zu fotografieren, dann
kommen schon nach kurzer Zeit sehr viele Bilder auf dem Computer zusammen.
Nicht auszudenken, welche Datenmenge sich dann nach zehn Jahren oder mehr auf
der Festplatte tummeln. Hier hilft nur strikte Ordnung und ein BildverwaltungsProgramm. Photoshop liefert dieses Programm mit Bridge gleich mit, GIMP leider
nicht. Das ist nicht weiter schlimm, da es einige sehr gute kostenlose Bild-Datenbanken gibt. Inzwischen können diese Programm sogar viel mehr, als nur Vorschaubildchen anzuzeigen (Dateibrowser). Sie beherrschen meist Dia-Bildshows, Stapelbearbeitung (z.B.: mehrer hundert Bilder umbenennen), Drucken, Konvertieren (in
andere Formate) und sogar rudimentäre Bildbearbeitung.
Zwei derartige Programme werden hier kurz vorgestellt und können aus dem
Tauschverzeichnis auf den eigenen USB-Stick geladen werden.
1. Irfan View:
Auf der linken Seite ist ein Dateibrowser zu erkennen. Rechts sind die
Vorschaubildchen.
Wie Ihr seht, werden hier einige Bilder unseres ersten Foto-Ausflugs an die
Seestraße dargestellt.
Im folgenden Bild sieht man am Beispiel eines in IrfanView geöffneten Bildes,
welche Möglichkeiten beim Menu „Bild“ zu finden sind. Für einfache
Bildbearbeitungen (z.B. rote Augen) ist das Programm voll ausreichend.
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Hier die unter Datei/ Batch-Konvertierung zu findende Stapelverarbeitung:
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2. XN-View
Insgesamt wirkt XN-View etwas moderner. Hier ist allerdings die (instabile)
Version dargestellt. Man lasse sich aber nicht blenden. IrfanView kommt
zwar etwas altbacken daher, hat aber unzweifelhaft große Qualitäten.
Monitor-Kalibrierung
Ein sehr wichtiger Punkt, denn ein nicht-kalibrierter Monitor zeigt die Bilder
möglicherweise völlig falsch an, so dass alle Korrekturen am Bild von falschen
Voraussetzungen ausgehen. Über dieses Thema sind Bücher geschrieben worden!
Für den Anfang genügt aber, dass man das kostenlose Programm „Monitor
Calibration Wizard 1.0“ installiert. (Tauschverzeichnis). Die Bedienung ist selbsterklärend.
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