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Die Bildanalyse bei der Untersuchung von Schiefer

Die Bildanalyse umfaßt die Bilderstellung und Bildbearbeitung sowie die anschließende Vermessung von Bildobjekten und dessen Auswertung. In der Realität existieren unendlich viele Farbnuancen, die auch als kontinuierliche- oder analoge Daten bezeichnet werden. Da ein Rechner diese unendliche Vielzahl an Information nicht verarbeiten kann, müssen die analogen Daten in diskrete Zahlenwerte umgesetzt werden. Diese Umwandlung wird als Digitalisierung bezeichnet und ist die Vorraussetzung für eine bildanalytische Untersuchung. Digitalisierungen können durch unterschiedliche Methoden erreicht werden und gehen immer mit dem Verlust von Bildinformationen einher.
Nach der Digitalisierung besteht ein Bild aus einer Matrix quadratischer Bildpunkte, den Pixeln, und somit liegen sämtliche Bildinformationen als quantitative Daten vor. Basierend darauf können jetzt die interessierenden Phänomene wie z. B. Schieferungsebenen oder Kornaggregate vermessen und numerisch dargestellt werden. Nach Magnus (1998) können die bei der Vermessung gewonnenen Parameter in zwei Gruppen unterteilt werden:

  • Bei den feldspezifischen Meßparametern wird lediglich ein Satz von Meßwerten aus dem Bildausschnitt gewonnen, wie z. B. die Anzahl aller vermessener Körner oder der Anteil der Fläche des Minerals.

  • Objektspezifische Parameter dagegen liefern bei jedem Objekt (Mineralkorn) einen ganzen Satz von Meßwerten. So können beispielsweise an einem Korn unter anderem Umfang, maximaler Durchmesser, Fläche und Formfaktor vermessen werden.

Ein Vorteil der Bildanalyse gegenüber der herkömmlichen Mikroskopie ist, daß sämtliche mikroskopischen Bildausschnitte als Pixelbild vorhanden und somit immer wieder rekapitulierbar sind. Dies gilt auch für die durchgeführten Arbeitsschritte sowie erhaltenen Daten, wodurch z.B. die Erstellung einer Datenbank möglich ist.

Aufbau und Formate digitaler Bilder

Wie schon erläutert, besteht ein digitales Bild aus einer Matrix von Pixeln. Computer speichern und verarbeiten Informationen als Bits, weshalb alle Daten in einem binären Code vorliegen müssen. Da aufgrund der Datenmenge 1 Bit nicht ausreicht, werden im allgemeinen 8 Bits zusammengefasst bzw. hat sich in der Bearbeitung von Farbbildern das 24-Bit-Farbsystem als Standard etabliert.
 
Unter Bildauflösung wird die Anzahl der Pixel in einem Bild verstanden. Die Auflösung eines Bildes wird in dpi (= dots per inch) oder ppi (= pixel per inch) angegeben. Je größer die Pixelanzahl ist, desto höher die Bildauflösung und umso detaillierter die Darstellung. Nachträgliche Erhöhungen der Pixelzahl führen zu keiner wirklichen Verbesserung der Auflösung, da dieselbe Bildinformation nur auf eine höhere Zahl von Pixeln interpoliert wird.
 
Je nach Anwendung kann eine optimale Bildauflösung bestimmt werden; so reicht für Bilder bei Online Präsentationen, wie z. B. das Internet, eine Auflösung von 72 dpi, während man im Druckbereich meist mit 300 dpi arbeitet. Bei Strichzeichnungen muß wiederum eine höhere Auflösung (600 bis 900 dpi) eingestellt werden, damit die schwarz-weiß übergange in einer ordentlichen Qualität dargestellt werden.
 
Die Bildschirmauflösung steht für die Anzahl der Pixel pro Längeneinheit. Während viele PC-Monitore eine Auflösung von 96 dpi haben, beträgt die Standardauflösung eines Macintosh Monitors 72 dpi.
 
Jedem Pixel wird ein bestimmter Farb- bzw. Heilligkeitswert zugeordnet, dessen Umfang davon abhängt, ob es sich um ein Farb- oder Schwarz/Weiß-Bild handelt. Diese Zuordnung wird als Farbtiefe bezeichnet.
 
Es existieren diverse Farbmodelle (RGB, CMYK, HSB/HSV, CIE-LAB), die entsprechend des Anwendungsbereichs zur Geltung kommen und in der Fachliteratur ausführlich erläutert sind. Die Quantifizierung von Mineralphasen innerhalb der Bildanalyse ist nur im Farbmodus möglich.

 

Farbmodus Farbtiefe pro Pixel Anzahl möglicher Farben
Bitmap 1 Bit 21 = schwarz oder weiß
Graustufen 8 Bit 28 = 256 Graustufen
RGB-Modus 24 Bit 224 = 16,7 Mill. Farben

 

Bei Schiefer ist aber aufgrund der Feinkörnigkeit eine bildanalytische Phasenbestimmung unmöglich. Daher wird sich auf die Quantifizierung des Gefüges beschränkt, bei der Graustufen ausreichen.

Ein Pixelbild im Graustufenbereich kann 256 verschiedene Graustufen enthalten, wobei Schwarz=0, dem mittlere Grauton=128 und Weiß=255 zugeordnet wird. Oft werden Graustufenwerte als Prozentwert der Deckkraft von schwarzer Druckfarbe angegeben, wobei dann Schwarz = 100 % und Weiß = 0 % entspricht. Manchmal wird dem Ton Schwarz der Wert 255 und Weiß 0 zugeordnet. Es ist darauf zu achten, welche Einstellungen in der Software getroffen wurde, um sie gegebenfalls zu ändern.

 

Software

Zur Bildbearbeitung wurde die Shareware GraphicConverter verwendet. Für die Bildanalyse kam die Freeware Image SXM zum Einsatz, eine Modifikation von NIH IMAGE vom U.S. National Institute of Health. Beide arbeiten ausschließlich im Schwarz/Weiß Bereich und können aus dem Internet auf den entsprechenden Seiten heruntergeladen werden.

Eine Software-Alternative für die meisten UNIX Systeme, inklusive Linux sowie Windows bietet das Java Bildanalyse-Programm ImageJ, welches auch auf den Internetseiten von NIH-Image frei erhältlich ist.

Sämtliche Informationen über die hier erwähnten Bildbearbeitungsprogramme sind auf den Web-Seiten des "U.S. National Institute of Health unter FAQs" zu finden.

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