Digitalisieren mit Hilfe eines Scanners

von Egbert Hüster und Berthold Hufnagel

Ein Scanner (engl. to scan 'abtasten') ist in dem hier gemeinten Fall ein Datenerfassungsgerät, das eine Druckvorlage oder eine bildliche Darstellung systematisch abtastet und das Ergeebnis in einer Grafikdatei ausgibt (auf einem Datenträger speichert) in einem festgelegten Grafikformat. Dieses Grafikformat kann in vielen Fällen ausgewählt werden.

Die nebenstehende Abbildung zeigt zwei Flachbildscanner
(Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/64/Flachbettscanner_01.jpg/330px-Flachbettscanner_01.jpg)

Du erlebst in eigenen Versuchen in diesem Kapitel, wie du Bilder digitalisieren und die digitalisierten Daten weiterverarbeiten kannst. Die von dir erfassten Daten sind Koordinaten von Punkten und die zugehörigen Farbwerte und Liniendicken. Die Punkte werden durch Linien mit der entsprechenden Farbe verbunden.

Ein ganz anderes Verfahren zum Digitalisieren von Bildern benutzt Scanner. Als Scanner bezeichnet man ein Gerät, das du dir als einen besonderen Fotokopierer vorstellen kannst. Die Bildvorlage wird abgetastet. Das Ergebnis wird aber nicht auf ein Blatt Papier übertragen, sondern als digitale Daten an den Computer übermittelt. Der Computer kann die Daten in einer Datei speichern, das Bild aus den Daten zurückgewinnen und auf dem Bildschirm darstellen oder auf einem Drucker ausgeben.

Betrachtest du eine Abbildung in der Tageszeitung mit Hilfe einer Lupe, dann kannst du erkennen, dass sie aus ganz vielen einzelnen schwarzen Punkten unterschiedlicher Größe zusammengesetzt ist. Die Mitten dieser Punkte sind in einem feinen Koordinatensystem angeordnet. Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt zusammen mit einer Vergrößerung.

Die Arbeit des Scanners kannst du dir so vorstellen, dass dieser mit Hilfe lichtempfindlicher Elemente die beleuchtete Vorlage in feinen, festen Abständen abtastet und und das reflektierte Licht misst. Der gemessene Wert gibt die Größe des später darzustellenden Punktes an. Die Qualität des aus diesen Werten rekonstuierten Bildes ist dabei von der Dichte der Abtastpunkte abhängig. Die Abtastdichte wird bei Scannern in der Einheit dpi angegeben, was eine Abkürzung für "dots per inch", also Punkte pro Zoll, ist. Übliche Dichten sind 100, 200, 300, 600, 1200 oder sogar 4800 dpi. Das Grafikfenster des Bildschirms hat eine Auflösung von ca. 90 dpi. 

Ein auf diese Weise digitalisiertes Bild benötigt außergewöhnlich viel Speicher zur Verwaltung der Bildinformation. Ein vier Zoll - etwa 10 cm - hohes und ebenso breites Bild, das mit einer Dichte von 300 dpi abgetastet wird, besteht aus 1.440.000 Punkten. Wenn wir zur Speicherung des Farbwertes - das ist die Größe des Punktes - nur ein Byte vorsehen, dann werden 1,44 Megabyte Speicher für das Bild auf dem Speichermedium benötigt. Wesentlich günstiger lassen sich Strichzeichnungen abspeichern, weil in diesem Falle nur festgehalten werden muss, ob der Punkt schwarz oder weiß ist. Dann kannst du in einem Byte die Farbwerte von acht Punkten unterbringen, benötigst also noch 180.000 Bytes für eine ungefähr zehn Zentimeter hohe und ebenso breite Zeichnung.

Die kleine Strichzeichnung eines Jongleurs ist mit einer geringen Dichte von einem Scanner erfasst worden. Die Vergrößerung lässt deutlich die einzelnen Punkte und ihre Anordnung erkennen. Die Abbildung besteht aus 1024 Punkten, die entweder schwarz oder weiß sind. Für diese sehr kleine Zeichnung sind trotzdem noch 128 Bytes Speicher nötig!

In deiner Programmierumgebung gibt es eine Anweisung, mit der du den Farbwert eines einzelnen Punktes im Grafikfenster setzen kannst. Einen Punkt auf dem Bildschirm nennt man häufig auch Pixel. In einigen Programmierumgebungen gibt es sogar eine Anweisung, mit deren Hilfe du den aktuellen Farbwert eines Pixel abrufen kannst. Diese beiden Anweisungen erlauben dir, eigene Experimente mit punktweise digitalisierten Bildern zu machen. Du schaffst mit deinem Editor eine Datei aus Nullen und Einsen, die als Punkt gesetzt oder Punkt nicht gesetzt interpretiert werden. Mit einem selbst geschriebenen Programm kannst du dann die Datei mit den Nullen und Einsen zeilenweise einlesen und Pixel entsprechend den Nullen und Einsen auf dem Bildschirm setzen.

Hast du das geschafft, wird es dir keine Schwierigkeiten machen, das Bild auf dem Bildschirm zu verschieben. Auch die Spiegelungen kannst du realisieren. Dir wird aber sofort auffallen, dass Vergrößerungen und insbesondere Verkleinerungen nicht so einfach durchzuführen sind, wie wir das am Beispiel der Tulpe vorgeführt haben.

Die Nachteile punktweise digitalisierter Bilder sind, dass sie sehr viel Speicher benötigen und nur sehr komplizierte Verfahren ihre Weiterverarbeitung ermöglichen.