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Gregor Von Gunten
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Lernende 6 Lernende
Sprache Deutsch
Stufe Grundschule
Erstellt / Aktualisiert 27.12.2017 / 31.03.2020
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Erklären Sie die Begriffe: a) Rasterung, b) Quantisierung.

- mit Rasterung wird die Diskretisierung des Bildbereichs bezeichnet
- mit Quantisierung wird die Diskretisierung des Signalwertebereichs bezeichnet

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Was versteht man unter a) Pixel, b) Pixelwert?

mit Pixel wird ein Bildpunkt (mit räumlicher Ausdehnung) bezeichnet
mit Pixelwert wird der Signalwert eines Pixels bezeichnet

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Stehen Pixelwert und Grauwert für dieselbe Grösse (betrachten Sie fotografische bzw.
medizinische Bilddaten)?

der Grauwert steht für den Pixelwert eines Grauwertbildes (skalare Grösse)
[streng betrachtet der Pixelwert eine Grafik / Grafik-Karte => positive Zahl]

der Pixelwert ist allgemeiner und kann mehrwertig und auch negativ sein
[Pixelwert eines RGB-Bildes ist eine Farbe, diese wird mit 3 Zahlen angegeben]

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Wie wird ein Grauwertbild mathematisch beschrieben, wenn der Bildbereich a)
kontinuierlich, b) gerastert ist.

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Wie viele verschiedene Pixel-Nachbarschaften gibt es a) bei 2D und b) bei 3D
Bilddaten. Geben Sie die jeweilige Nachbar-Anzahl an.

2D-Bild: 4er Nachbarschaft, 8er Nachbarschaft
3D-Bild: 6er Nachbarschaft, 18er Nachbarschaft, 26er Nachbarschaft

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Was ist ein Binärbild?

ein Bild mit nur zwei Pixelwerten, z.B. 0 und 1.

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Welche Problematik steckt in der Wahl der Pixel-Nachbarschaft. Erklären Sie diese
am Beispiel der Gebietserfassung eines Objekte durch ein Binärbild.

je nach Nachbarschaft kann ein Objekt
- unterschiedlich viele Löcher besitzenn
- eine unterschiedliche Kontur (Berandung) besitzen

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Was lässt sich mit den folgenden statistischen Messgrössen über ein Bild aussagen?
a) Mittelwert, b)Standardabweichung, c) Entropie

- Mittelwert: Mass für Bild-Helligkeit (Wahrnehmung, subjektive Grösse)
- Standardabweichung: Mass für Kontrast (Wahrnehmung, subjektive Grösse)
- Entropie: Mass für erforderliche Bit-Tiefe der Signalwert-Erfassung

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Was ist ein Kanalbild? Und sind RGB-Bilder und Volumendaten auch Kanalbilder?

- ein k-Kanalbild ist ein Array mit k 2D-Bildern (mit gleichem Format)
>> ein RGB-Bild ist ein 3-Kanal-Bild
>> ein Volumendatensatz mit n-Slices ist ein n-Kanal-Bild.

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Welche physikalische Information steckt im Pixelwert eines a) fotografischen Bildes
und b) eines Röntgen-Bildes?

Photographie: bei konstanter Lichtquelle ist der Pixelwert ein Mass für das
lokale Reflexionsvermögen des abgebildeten Objektes (Oberflächenfarbe).
Primär wird vom Sensor die Lichtintensität der einfallenden Strahlung erfasst,
und diese setzt sich beim Betrachten von Objekten durch das
Reflexionsvermögen der Objekte und dem Spektrum der Licht-Quelle (Sonne)
zusammen.
Röntgen: bei konstanter Intensität der Röntgenquelle ist der Pixelwert ein Mass
für die Abschwächung der Röntgenstrahls in der Materie (wobei die Abschwächung
nicht linear zur Schichtdicke ist).
Primär wird die Intensität des einfallenden Röntgenstrahls erfasst, und dieser
wird durch die Röntgenquelle und die Abschwächung in der Materie bestimmt.
Hohe Pixelwerte korrelieren mit geringer Strahlung, dies ist historisch bedingt.

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Warum werden Röntgenbilder logarithmiert?

Durch Logarithmieren erhält man eine lineare Beziehung zwischen der
kumulierten Abschwächung (Materialgrösse) und der logarithmierten
Strahlungsintensität (Messgrösse).
Bei homogenem Material ergibt sich zudem ein linearer Zusammenhang
zwischen Schichtdicke und der logarithmierten Strahlungsintensität.

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Erklären sie den Unterschied zwischen Bild und Bilddaten.

Bilddaten steht für physikalische Messdaten (Messsystem >> Pixelwerte)
Bild steht für Grafik bzw. Visualisierung (Display >> Grau-, Farbwerte)
Pixelwerte können in einem beliebigen Wertebereich liegen, dagegen liegen die
Grauwerte im Bereich der Grafikkarte, meist {0, … , 255}. Oft deckt die Bit-
Tiefe der Grafikkarte die Bit-Tiefe der Messdaten nicht ab => Windowing.
Wird ein Bilddatensatz über das Bild (Visualisierung) analysiert, dann ist
Vorsicht geboten, denn Helligkeit, Farbe, Helligkeitskontraste etc. sind
Wahrnehmungsgrössen (keine physikalische Grössen). D.h. es kommen
physiologische und psychologische Aspekte hinzu => Täuschungen.

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Wie prüfen Sie bei einem Bild, ob die Farbtiefe effektiv ausgeschöpft wird?

Berechnung der Entropie: Liegt diese deutlich unter der Bit-Tiefe des
Bilddatensatzes, lassen sich die Pixelwerte mit weniger Bits beschreiben
(Verlustfrei Komprimierung)

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4er Nachbarschaft: >> 2 Objekte, ohne Löcher
8er Nachbarschaft >> 1 Objekt, mit 2 Löckern

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Geben Sie zu den Bildern in Aufgabe 17 die statistische Grösse a) Mittelwert, b)
Standardabweichung und c) Entropie an.

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Zählen sie die Primärfarben und sekundärfarben auf

- Primärfarben: Rot, Grün, Blau
- Sekundärfarben Gelb, Cyan, Magenta

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Welche Farben kann eine Person mit Farbblindheit in BLAU nicht unterscheiden?

mit Blau x = 0
Cyan (0, 1, x) = Grün (0, 1, 0)
Magenta(1, 0, x) = Rot(1, 0, 0)
Weiss (1, 1, x) = Gelb(1, 1, 0)

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Welche Rezeptoren auf der Netzhaut sind angeregt, wenn wir folgende Farben
sehen: a) weiss, b) grau, c) gelb.

a) Weiss: alle 3Farb-Rezeptoren (plus Stäbchen)
b) Grau alle 3 Farb-Rezeptoren (plus Stäbchen)
c) Gelb rot- und grün-Rezeptor (plus Stäbchen)

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Welche Wertigkeit haben die Pixelwerte eines Farbbildes?

Die Wertigkeit der Farbbild-Pixel ist 3 (d.h. besitzen 3 Zahlenwerte)

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Ein Graustufenbild soll an einen Farb-Monitor (RGB-Schnittstelle) dargestellt
werden. Wie muss das Graustufenbild in das RGB-Bild eingebettet werden?

das Grauwertbild muss in alle 3 Farb-Kanäle kopiert werden

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Welche Farb-Eigenschaften werden durch den HSV-Farbraum beschrieben?

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H: Farbton (Hue)
S: Sättigung (Saturation)
V: Helligkeit (Value)

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Ein Farbbild wird im HSV-Raum um 120° im Hue-Wert geshiftet. Welchen Effekt
bringt dies mit sich?

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Allgemein: Drehung im H-Bereich ändert weder Sättigung noch Helligkeit
- Drehung 120° bewirkt: Rot zu Grün, Grün zu Blau und Blau zu Rot
- für ein RGB-Bild bedeutet dies ein Vertauschen der RGB-Farb-Kanäle

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Skizzieren Sie die Werte einer Farbtabelle, die im Bereich [0, 255] von Gelb über
Grün ins Cyan übergeht

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Schritt 1: RGB-Bild in HSV-Raum transformieren
Schritt 2: die Werte im S-Kanal verarbeiten: auf Maximum setzen
Schritt 3: HSV-Bild in RGB-Raum transformieren

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Wie kann aus einem RGB-Farbbild ein Grauwertbild errechnet werden? Ist die
Umrechnung von Farbbild zu Grauwertbild eindeutig?

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