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Wie funktioniert's?

Jedes Bild wird in durch zwei getrennten Verarbeitungsketten geschickt. Die eine Kette sorgt für die cartoon-typischen dünnen, schwarzen Umrisslinien, während die andere für die Reduktion der Farbe auf eine begrenzte Palette leuchtkräftiger Töne sorgt. Zum Schluss werden die Ergebnisbilder beider Ketten per Multiplikation zu einem einzigen Cartoon-Bild vereinigt.

Im Folgenden seien die einzelnen Verarbeitungsschritte anhand eines Beispielbildes veranschaulicht.

 

Der Eingang zum Himmelstempel in Peking
Umriss-Kette
7. Sigmoide Kontrasterhöhung, um auch graue Pixel tendenziell eher an Schwarz oder Weiß anzunähern
6. Normalisierung, um den gesamten Bereich von Schwarz bis Weiß auszuschöpfen
5. Invertierung
4. Umwandlung in ein Graustufenbild
3. Reduktion der Anzahl der verwendeten Farben; jedem Pixel wird einer der am häufigsten vorkommenden Farbtöne zugeordnet
3. Detektion von Farbkanten -- je heller ein Pixel, desto größer der Farbunterschied
2. Stärkeres Verschmieren, um einheitliche Farbflächen zu erhalten
2. Leichtes Verschmieren, um zu verhindern, dass Bildrauschen als Ansammlung punktförmiger Objekte erkannt wird
1. Erhöhung der Farbsättigung bei gleichbleibender Helligkeit und Farbtönung
1. Erzeugung eines Negativs
Farb-Kette
(Zur Veranschaulichung der Verschmelzung nochmal das gleiche Bild wie weiter oben)
Der fertige Cartoon nach Multiplikation der Farbwerte von Umriss- und Farbkettenergebnis

Uni coleur

Anstatt aus den im Bild vorhandenen Farben eine Palette zu erstellen, kann in Schritt 3 der Farb-Kette (Farbreduktion) auch auf eine vorgefertigte Palette (in Form einer Grafik-Datei) zurückgegriffen werden. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn mehrere Fotos zu einer Cartoonserie zusammengestellt werden sollen, bei der die Einzelbilder einem einheitlichen Farbschema gehorchen sollen. Unten das Cartoonisierungs-Ergebnis für das Beispielfoto unter Verwendung der gezeigten Palette:

Ergebnis der Farbkette
Der fertige Cartoon

Manga! Manga!

Eine weitere alternative Farbgebung besteht darin, gar keine Farbreduktion durchzuführen, sondern bei Verarbeitungsschritt Nr. 2 der Farb-Kette (dem Weichzeichnen) stehen zu bleiben. Dabei bleiben fließende Farbverläufe erhalten, was zu einem Stil führt, den ich hier mal (wahrscheinlich völlig unsachgemäß) als manga- oder graffiti-artig bezeichnen möchte:

Ergebnis der Farb-Kette
Der fertige Cartoon

Warum so negativ?

Man mag sich fragen, welchem Zweck das Erzeugen des Negativs in Schritt 1 der Umriss-Kette dienen mag. Nun, es scheint so zu sein, dass der von ImageMagick verwendete Algorithmus zur Kantenerkennung (man munkelt, es handele sich um den Canny-Algorithmus) seine erkannten Kanten nicht genau auf der Grenze zwischen den Farbflächen, sondern eher auf der Seite der jeweils helleren Fläche markiert. Bei Verwendung eines Positivs kann dies zu unschönen Artefakten führen, wie die folgende Bilder demonstrieren. Links ist jeweils das Original gezeigt, in der Mitte das Ergebnis ohne Invertierung, und rechts der Cartoon nach Standardprozedur.

Dunkle Linien

Befinden sich bereits im Original-Bild dünne dunkle Linien, so werden diese in der Umriss-Kette zu zwei schwarzen Linien konvertiert, die die ursprüngliche Linie flankieren. Dies fällt z. B. bei Stromleitungen oder dünnen Zweigen höchst unangenehm auf:

Bremen
Stromleitungen scheinen verdoppelt
Bäume bei den Ming-Gräbern
Diffuse, aufgeblähte Masse statt dürrer Zweige
Wiebke vor Pflanzgitter
Gitterstäbe verdoppelt (und Zähne übertrieben umrandet, s.u.)

Helle Flecken

Bereits die letzte der drei obigen Bildserie lässt ein weiteres Problem erkennen, das bei fehlender Erstinvertierung auftritt: kleine, helle Bereiche werden von den erkannten Umrisslinien beschnitten oder ganz verdeckt. Dies macht sich z. B. bei punktförmigen Lichtquellen und bei stark reliefartigen Objekten wie Gesichtern (Glanzlichter, Zähne!) unangenehm bemerkbar:

Böttchergasse
Die Glühlampen der Weihnachtsbeleuchtung verschwinden
Steffi
Helle Stellen im Gesicht werden schwarz wiedergegeben