Dithering
Englisch: dither
Punktmuster in einem Bild oder einer Grafik verwenden, um Farben oder Abstufungen zu simulieren, die nicht in der Systempalette vorhanden sind.
Dithering: Fälschung von weichen Farbverläufen durch Punktmuster
Dithering ist ein Verfahren, um Farben oder Töne darzustellen, die ein Display oder Drucker nicht direkt erzeugen kann. Durch ein präzises Punktmuster in Farben, die das System beherrscht, wird das menschliche Auge getäuscht: Es verschmilzt diese Punkte optisch und nimmt einen Zwischenton wahr. Das ist vor allem in begrenzten Umgebungen wichtig: frühe Computerbildschirme auf 256 Farben beschränkt, Thermaldrucker, die Papier nur markieren oder nicht markieren können, oder industrielle Bedienfelder mit monochromen LED-Feldern.
Die verbreitetsten Dithering-Algorithmen verteilen den Quantisierungsfehler eines Pixels auf benachbarte, noch nicht verarbeitete Pixel, anstatt jeden Pixel einfach zur nächstgelegenen verfügbaren Farbe zu runden. Floyd-Steinberg-Dithering, 1976 entwickelt, verteilt den Fehler nach einem gewichteten Muster nach rechts und nach unten vom aktuellen Pixel. Ordered Dithering arbeitet mit einer festen Schwellwertmatrix (Bayer-Matrix), die gleichmäßig über das Bild angewendet wird; es ist schneller und vorhersagbarer, erzeugt aber oft sichtbare Schachbrettartefakte. Threshold Dithering, die einfachste Form, nutzt einen einzelnen Schwellwert: Überschreitet ein Pixelwert diesen Wert, wird er markiert, sonst bleibt er leer.
Bedeutung in der industriellen Praxis
Industrielle Anwendungen verlassen sich auf Dithering überall dort, wo die Ausgabe binär oder stark begrenzt ist. Thermaldrucker für Etiketten nutzen Dithering, um Fotografien als Muster aus gedruckten und ungedruckten Punkten darzustellen. Faxgeräte wandelten früher Grauwert-Kameraeingaben mit Dithering in Schwarzweiß-Strichbilder für die Übertragung um. Nadeldrucker erzeugten mit Dithering die Illusion von Halbtonwerten durch mehrere Durchläufe mit unterschiedlichen Nadelmuster. Industrielle Bildverarbeitungssysteme und optische Inspektionskameras nutzen Dithering oft, wenn kontinuierliche Sensordaten in diskrete digitale Befehle oder Zustandswerte umgewandelt werden.
Der Preis für Dithering ist Komplexität und Rechenaufwand. Ein einfacher Rasterscans rundet jeden Pixelwert zur nächstgelegenen verfügbaren Ausgabe; Dithering erfordert zusätzlichen Speicher für Fehlerpuffer und zusätzliche Arithmetik pro Pixel. Bei Echtzeitvorgängen auf Embedded Hardware gewinnt Ordered Dithering, da Nachschlagetabellen die Berechnung ersetzen. Umgekehrt können Offline-Bildvorbereitung, etwa für Siebdruckmasken oder Thermotransfer-Platten, die Kosten besserer Algorithmen tragen.
Der Fachbegriff stammt aus der Musik: eine leichte, schnelle Tonhöhenschwankung. Frühe Audiotechniker vernahmen ähnliche optische Vermischung, wenn schwache Signale mit Rauschen dithert wurden, um Quantisierungsverzerrungen in digitaler Audioverarbeitung zu vermeiden. Die bildverarbeitende Bedeutung übernahm den Namen, weil das gleiche Prinzip gilt: Rauschen und absichtliche Unvollkommenheit erzeugen eine glattere wahrgenommene Ausgabe als grobe Rundung.