{"id":12898,"date":"2017-12-14T12:47:23","date_gmt":"2017-12-14T11:47:23","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=12898"},"modified":"2017-12-14T12:47:23","modified_gmt":"2017-12-14T11:47:23","slug":"bildverarbeitung-anno-dazumal","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2017\/12\/14\/bildverarbeitung-anno-dazumal\/","title":{"rendered":"Bildverarbeitung \u2013 anno dazumal"},"content":{"rendered":"

Zeit mal in einem Blog die Gesichte der Bildverarbeitung zu referieren. Schon die frühen US-Raumsonden lieferten Bilder. Eine Ranger in den letzten 20 bis 24 Minuten vor dem Aufschlag 4.000 \u2013 7.000 Surveyor bis zu 29.000 pro Mondtag (rund 14 Erdtage). Lunar Orbiter pro Mission maximal 212 \u2013 allerdings je eine Weitwinkelaufnahme von 80 MPixel und eine Teleaufnahme von 256 Mpixel, da zucken auch heute noch Fotografen mit den Augenbrauen. Ich kam wie öfters auf das heutige Thema, indem ich im Netz immer suche, wie viele Bilder eine Mission gemacht hat \u2013 die Rubrik im Datenblatt habe ich in Band 1 eingeführt, wo man von vielen Missionen die Bildzahl kennt. Bei neueren ist es sehr schwierig, die genaue Zahl zu ermitteln.<\/p>\n

Die Frage, die sich aber wohl jeder gestellt hat \u2013 wie verarbeitet man solche Datenmengen mit der Technik der Sechziger und siebziger Jahre? Also mal ein Überblick über wie die Bildverarbeitung immer leistungsfähiger wurde.<\/p>\n

Die einfache Antwort \u2013 zuerst einmal gar nicht. Ranger<\/a>, Surveyor und Lunar Orbiter übertrugen keine digitalen Daten. Sie hatten TV-Kameras an Bord und übertrugen das TV-Signal. Bei der Bodenstation wurde dann das Videosignal wie andere Videosignale auf Magnetband, auch hier analog aufgezeichnet. Lunar Orbiter hatte keine TV-Kamera an Bord, hier wurde Film durch eine Photodiode abgetastet und mit dem analogen Wert ein 300-kHz-Signal moduliert, das dann auf die Trägerwelle gelegt wurde. Auch hier wurde am Boden alles auf Videobänder aufgezeichnet.<\/p>\n

Wie kommt man dann zu Bildern?<\/h3>\n

Die Technik dafür hielt sich lange: Man projizierte das Videosignal als \u201eStandbild\u201c auf einen Monitor und fotografierte diesen ab. So arbeitete man nicht nur bei Lunar Orbiter, sondern noch lange später. Surveyor-Mosaike entstanden von Hand, indem man Fotografien übereinanderlegte. 1972 erstellte die NASA einen Marsatlas, indem sie Fotos von Mariner 9 auf einen 1,2 m großen Globus klebte<\/a>. Die Vorgehensweise Bilder abzufotografieren scheint sehr lange gängig gewesen zu sein. Anbei ein Ausschnitt aus Spektrum der Wissenschaft von 1980. Man erkennt sehr deutlich die Zeilenstruktur eines Röhrenmonitors. Das Abfotografieren vom Bildschirm war auch bei hochauflösenden Computergrafiken in den Achtzigern üblich, daher auch die Bezeichnung \u201eScreenshot\u201c. Ich kannte damals für die Kopie des Bildschirminhalts meines Computers (mit weniger Farben und Auflösung) auf einem nur schwarz-weißen Drucker die Bezeichnung \u201eHardcopy\u201c. Wobei dies eben nicht über eine Fotografie geschah, sondern durch Auslesen des Speicherinhalts und Umsetzung in Druckeransteuerung, was dann auch den Begriff einer Kopie eher trifft als die analoge Wiedergabe.<\/p>\n

Aufgrund dieser Auswertungsmethode gab man damals auch die Auflösung pro Zeilenabstand und nicht pro Pixel an wie heute. Siehe die Beschriftung beim Bild.<\/p>\n

Man verschenkte dabei enorm viel Potenzial. Das wurde deutlich an das LOIRP<\/a> (Lunar Orbiter Image Restauration Projekt) nach der Jahrtausendwende daran ging, die Bilder zu restaurieren. Das bedeutete zum einen Artefakte durch Unterbrechungen der Übertragung zu entfernen, dann heutige Bildverarbeitungsmethoden wie Kontrasterhöhung und Scharfzeichner anzuwenden. Da die Lunar Orbiter Fotos sehr groß sind hier ein Link zu einer damals publizierten Originalaufnahme<\/a> und dieselbe Aufnahme vom LOIRP. Wenn man auf die Wolkenstrukturen achtet, dann sieht man es ist dieselbe Aufnahme. Die restaurierte Aufnahme macht auch heute noch eine gute Figur.<\/p>\n

Bildverarbeitung<\/h3>\n
\"mme_034.061\"
mme_034.061<\/figcaption><\/figure>\n

Doch auf Dauer war man auch bei der NASA nicht damit zufrieden, nur Bilder auszudrucken. Das verschenkte doch viele Möglichkeiten die Daten, die in den Bilder steckten, auszuwerten und Rauschen und andere Artefakte zu reduzieren.1963 wurde die Hardware konstruiert, um die Videosignale in digitale Signale zu übersetzen. Das Programm zum Digitalisieren wurde dann 1964 auf einem IBM 7094 Computer geschrieben. Eine IBM 7094 war eine 36 Bit Maschine die 0,35 MFlops erreichte, bei einem Arbeitsspeicher von 32 KWorten, rund 192 Kbyte (damals noch 1 Byte = 6 Bit). Das ist in etwa die Geschwindigkeit eines 386 mit Coprozessors.<\/p>\n

Was wir heute unter Bildverarbeitung verstehen ist jedoch mehr. Anbei hier eine Originalaufnahme von Mariner 9. Sie hat einige Defekte. Zum einen fehlen ganze Bildzeilen, dann gibt es helle Spikes durch kosmische Strahlen. Der Helligkeitsbereich, der vom eigentlichen Bild abgedeckt wird, ist klein und damit auch der Kontrast. Zusätzlich sieht man die Krümmung der Vidiconröhre und daher auch das Gitter über dem Chip, um die Verzerrung zu bestimmen. Das machte aber erst bei digitalen Aufnahmen der Sinn. Die gab es erstmals mit Mariner 9. Vorher wurden zwar Bilder von Mariner 4,6,7 digital übertragen, aber vorher war die innere Verarbeitung analog, was sich dann in sehr vielen Artefakten niederschlug, wie man bei Originalaufnahmen von Mariner sieht. Bei den rund 200 Aufnahmen von Mariner 6+7 ging das noch, aber nicht bei Tausenden von Aufnahmen bei Ranger und Surveyor.<\/p>\n

Schon bei Mariner 9<\/a> ging man an die elementaren Bildverarbeitungsschritte die damals so aussehen:<\/p>\n