Das Bild als Gitter

Halte dein Handy nah genug an ein Foto, und irgendwann siehst du keine Kabel und keine LED mehr, sondern Kästchen. Genau so liegt ein Bild im Speicher: als Tabelle aus Zahlen, Zeile für Zeile.

Das Foto zum ersten Mal

Das Objekt foto liefert dir das Bild als Graustufen – eine Zahl je Bildpunkt, 0 ist schwarz, 255 ist weiß.

Schreibweise	Bedeutung
`int[][] grau`	ein zweidimensionales Feld – ein Feld von Feldern
`grau[3][10]`	der Bildpunkt in Zeile 3, Spalte 10
`grau.length`	die Anzahl der Zeilen, hier 72
`grau[0].length`	die Anzahl der Spalten in Zeile 0, hier 96

Zuerst die Zeile, dann die Spalte. Wer das vertauscht, greift bei einem 96 × 72 großen Bild irgendwann außerhalb zu und bekommt einen Laufzeitfehler.

Und: Zeile 0 ist oben. Die Zeilennummern wachsen nach unten, anders als die y-Achse auf der Bühne.

grau
       Spalte 0    1    2   …   95
Zeile 0  ┌────┬────┬────┬───┬────┐
         │ 64 │ 66 │ 71 │ … │ 76 │   ← grau[0] ist ein int[] der Länge 96
Zeile 1  ├────┼────┼────┼───┼────┤
         │ 64 │ 69 │ 70 │ … │ 76 │
   …     ├────┼────┼────┼───┼────┤
Zeile 71 │101 │100 │100 │ … │ 25 │
         └────┴────┴────┴───┴────┘

Jeden Bildpunkt einmal anfassen

Fast jeder Filter in diesem Projekt sieht innen gleich aus: zwei ineinandergeschachtelte Schleifen, außen die Zeilen, innen die Spalten.

for (int zeile = 0; zeile < grau.length; zeile++) {
    for (int spalte = 0; spalte < grau[zeile].length; spalte++) {
        // hier steht grau[zeile][spalte] zur Verfügung
    }
}

Schreibe innen grau[zeile].length und nicht grau[0].length. Bei einem Foto sind alle Zeilen gleich lang, aber die Gewohnheit trägt später, wenn sie es nicht mehr sind.

Aufgabe 1: Wie hell ist das Bild?

Ergänze die Methode durchschnitt. Sie soll die mittlere Helligkeit aller Bildpunkte liefern.

Sage vorher: Das Foto zeigt eine überstrahlte LED vor einem dunklen Hintergrund. Liegt der Durchschnitt eher bei 60, bei 128 oder bei 200?

Tipp 1: Was brauchst du?

Zwei Dinge: die Summe aller Werte und die Anzahl der Bildpunkte. Die Summe sammelst du in einer Variablen, die vor den Schleifen angelegt wird. Die Anzahl musst du nicht mitzählen – sie ist pGrau.length * pGrau[0].length.

Tipp 2: Das Gerüst

int summe = 0;
for (int zeile = 0; zeile < pGrau.length; zeile++) {
    for (int spalte = 0; spalte < pGrau[zeile].length; spalte++) {
        summe = summe + pGrau[zeile][spalte];
    }
}
return summe / ???;

Eine mögliche Lösung. Erfrage das Passwort bei deiner Lehrkraft oder sieh auf der Seite Lösungspasswörter nach.

Aufgabe 2: Wo ist der hellste Punkt?

Suche den Bildpunkt mit dem größten Wert und gib seine Zeile und seine Spalte aus. Markiere ihn anschließend: Setze im Gitter ein Kreuz aus schwarzen Punkten (Wert 0) um ihn herum und zeige das Bild noch einmal.

Anders als bei Aufgabe 1 genügt eine Zahl als Ergebnis nicht – du brauchst zwei. Überlege dir, wie du beide aus einer Methode herausbekommst.

Tipp 1: Zwei Ergebnisse

Drei Wege gibt es:

Zwei Attribute der Klasse, die die Methode setzt.
Ein int[] mit zwei Feldern als Rückgabewert.
Gar keine Methode – die Suche steht direkt in main.

Für eine erste Lösung ist der dritte Weg völlig in Ordnung.

Tipp 2: Die Suche

Es ist dieselbe Suche wie beim Maximum eines eindimensionalen Feldes, nur mit einer Schleife mehr. Merke dir nicht nur den Wert, sondern auch, wo er stand:

int besterWert = pGrau[0][0];
int besteZeile = 0;
int besteSpalte = 0;
// … in den Schleifen: ist pGrau[zeile][spalte] größer, alle drei aktualisieren

Eine mögliche Lösung. Erfrage das Passwort bei deiner Lehrkraft oder sieh auf der Seite Lösungspasswörter nach.

Zum Weiterdenken

Das Foto ist 96 × 72 Bildpunkte groß und liegt als int[][] im Speicher.

a) Wie viele Zahlen sind das? Wie viel Speicher braucht das Gitter, wenn ein int vier Byte belegt?

b) Ein Foto aus einer Handykamera hat 4032 × 3024 Bildpunkte, und zwar in drei Farbkanälen. Wie viel wären es dann?

c) Eine JPEG-Datei dieses Fotos ist keine 5 Megabyte groß. Wie kann das sein?