🖼️ Computational Photo Art

Floyd-Steinberg-Dithering reduziert die Anzahl der Farben in einem Bild und minimiert dabei sichtbare Streifenbildung. Wird die wahre Farbe eines Pixels auf den nächstgelegenen Palettenwert gerundet, wird der Rundungsfehler auf vier Nachbarpixel verteilt — 7/16 nach rechts, 3/16 unten links, 5/16 darunter und 1/16 unten rechts. Dies verteilt Quantisierungsfehler über das Bild und erzeugt eine natürlich wirkende Körnung. Der Algorithmus wurde 1976 von Robert Floyd und Louis Steinberg veröffentlicht.

Stippling — die Darstellung von Bildern mit variabler Punktdichte — wird seit Jahrhunderten in Gravuren und wissenschaftlichen Illustrationen verwendet und findet sich in medizinischen Lehrbüchern, botanischen Zeichnungen und topografischen Karten. In der modernen digitalen Welt ist Stippling in redaktioneller Illustration und Tattoo-Design beliebt. Ähnliche Algorithmen werden auch von Pen-Plottern verwendet, die jeden Punkt physisch auf Papier zeichnen.

Nein, auch wenn beide ähnlich aussehen. Pixel-Art wird manuell oder prozedural mit bewusst kleiner Leinwandgröße erstellt und dann hochskaliert. Ein Fotomosaik mittelt die Farbe jeder rechteckigen Zelle eines bestehenden Bildes und ersetzt sie durch eine einfarbige Kachel. Das Ergebnis hängt vollständig vom Ausgangsfoto ab, während Pixel-Art ein eigenständiges kreatives Werk ist.

ASCII-Art entstand in den 1960er-Jahren zusammen mit frühen Zeilendruckern und Fernschreibern, die nur Textzeichen ausgeben konnten. Sie wurde in den 1980er- und 1990er-Jahren auf frühen Mailboxsystemen (BBS) zu einer verbreiteten Kultur, wo geringe Bandbreite textbasierte Bilder praktikabel machte.

Verwandte Techniken sind Rasterung (Halftone, beim CMYK-Druck), Voronoi-Stippling (gleichmäßigere Punktverteilung durch gewichtete Schwerpunkt-Relaxation), geordnetes Dithering mit Bayer-Matrizen und Farbquantisierungsalgorithmen wie Median-Cut und k-Means-Clustering. Alle teilen dieselbe Kernherausforderung: kontinuierliche Farbtöne mit einer begrenzten Anzahl diskreter Ausgabewerte darzustellen.

Floyd-Steinberg und ähnliche Dithering-Algorithmen sind in E-Ink-Displaytreiber integriert, um Graustufenbilder auf Bildschirmen darzustellen, die pro Pixel nur Schwarz oder Weiß anzeigen können. Sie werden in GIF- und PNG-Farbreduktions-Pipelines, in der Audiotechnik (1-Bit-DACs nutzen Noise Shaping) und beim Drucken verwendet, wo Laserdrucker jede Seite dithern, um Grautöne mit schwarzen Tonerpunkten zu simulieren.

Aktuelle Forschung erweitert diese Ideen in neuronale und generative Richtungen: Neural Style Transfer nutzt neuronale Netze, um künstlerische Texturen auf Fotos zu übertragen; Diffusionsmodelle können Fotos anhand von Textprompts in beliebigen Stilen neu interpretieren. Für Stippling wurde speziell das Weighted-Linde-Buzo-Gray-Verfahren (WLBG) entwickelt, das Lloyd-Relaxation auf einem aus dem Bild abgeleiteten Dichtefeld nutzt, um Punkte mit nahezu optimaler Gleichmäßigkeit zu platzieren.