МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Цифровая обработка графики

    Цифровая обработка графики

    РЕФЕРАТ.

    Кодирование изображений.

    Садыков М.Р.

    27 июля 1997 года.

    1.Цвет

    Человеческий глаз состоит примерно из 7 млн. колбочек и 120 млн.

    палочек. Функция палочек заключается в «ночном зрении» -

    светочувствительности и приспособлении к окружающей яркости. Функция

    колбочек - «дневное зрение» - восприятие цвета, формы и деталей предмета. В

    них заложены три типа воспринимающих элементов, каждое из которых

    воспринимает световое излучение только определенной длины волн,

    соответствующих одному из трех основных цветов: красному, зеленому и

    синему. Остальные цвета и оттенки получаются смешением этих трех.

    Человеческий глаз воспринимает цветовую информацию в диапазоне волн

    примерно от 380 нм (синий цвет) до 770 нм (красный цвет). Причем наилучшую

    чувствительность имеет в районе 520 нм (зеленый цвет).

    На рисунке показана чувствительность глаза в зависимости от длины

    принимаемой волны. Область частот, левее синей - ультрафиолетовые волны,

    правее красной - инфракрасные волны.

    Грассман привел законы природы цвета:

    Трехмерность природы цвета. Глаз реагирует на три различных цветовых

    составляющих. Примеры: красный, зеленый и синий цвета; цветовой тон

    (доминирующая длина волны), насыщенность (чистоту) и яркость (светлость).

    Четыре цвета всегда линейно зависимы, то есть [pic], где [pic]. Для смеси

    двух цветов [pic] и [pic] имеет место равенство: [pic].Если цвет [pic]

    равен цвету [pic] и цвет [pic] тоже равен цвету [pic], то [pic]цвет [pic]

    равен цвету [pic] независимо от структуры спектров энергии [pic].

    Цветовое пространство непрерывно. Если в смеси трех цветов один непрерывно

    изменяется, а другие остаются постоянными, то цвет смеси будет меняться

    непрерывно.

    Рассмотрим основные цветовые модели:

    RGB.

    Данная модель построена на основе строения глаза. Она идеально удобна для

    светящихся поверхностей (мониторы, телевизоры, цветные лампы и т.п.). В

    основе ее лежат три цвета: Red- красный, Green- зеленый и Blue- синий. Еще

    Ломоносов заметил, что с помощью этих трех основных цветов можно получить

    почти весь видимый спектр. Например, желтый цвет- это сложение красного и

    зеленого. Поэтому RGB называют аддитивной системой смешения цветов.

    Чаще всего данную модель представляют в виде единичного куба с ортами:

    (1;0;0)- красный, (0;1;0)- зеленый, (0;0;1)- синий и началом (0;0;0)-

    черный. На рисунке показан куб и также распределение цветов вдоль указанных

    векторов.

    CMY.

    Данная модель применяется для отражающих поверхностей (типографских и

    принтерных красок, пленок и т.п.). Ее основные цвета: Cyan- голубой,

    Magenta- пурпурный и Yellow- желтый являются дополнительными к основным

    цветам RGB. Дополнительный цвет - разность между белым и данным, например,

    желтый = белый - синий.

    Поэтому CMY называют субтрактивной системой смешения цветов. Например, при

    пропускании света пурпурный объект поглощается зеленая часть спектра, если

    далее пропустить через желтый объект, то поглотится синяя часть спектра и

    останется лишь красный цвет. Данный принцип используют светофильтры. На

    верхнем рисунке в кругах - основные цвета системы RGB, на пересечениях - их

    смешения. Аналогичным образом работают с красками художники, формируя

    необходимую палитру. На нижнем рисунке в кругах - основные цвета CMY, на

    пересечениях - смешения. Связь между RGB и CMY можно выразить через

    следующую формулу:

    [pic]

    Наряду с системой CMY также часто применяют и ее расширение CMYK.

    Дополнительный канал K (от английского blacK) - черный. Он применяется для

    получения более «чистых» оттенков черного. В цветных принтерах чаще всего

    используется четыре красителя. Данная система широко применяется в

    полиграфии.

    CIE.

    Если имеется один контрольный цвет, то с помощью него можно получить

    некоторые цвета, варьируя данный контрольный по светлоте (при условии, что

    не используется цветовой тон и насыщенность). Данная процедура называется

    фотометрией и используется при создании монохроматических репродукций

    цветных изображений.

    С помощью двух контрольных цветов можно получить гораздо больше

    цветов, но не все. Для получения видимого набора цветов используют три

    контрольных цвета, соблюдая условие, что они находятся в разных областях

    спектра. Рассмотрим следующий базис цветов:

    1. Red- красный; лежит в области длинных видимых волн (`700 нм).

    2. Green- зеленый; лежит в области средних видимых волн (`546 нм).

    3. Blue- синий; лежит в области средних коротких волн (`436нм).

    Рассмотрим цвет C:

    [pic],

    r, g, b- относительные количества потоков базовых цветов, входящие в

    интервал [0; 1]. Но данным сложением можно уравнять не все цвета. Например,

    для получения сине-зеленого цвета объединяем синий и зеленый потоки цвета,

    но их сумма выглядит светлее, чем необходимый. Если попытаться сделать его

    темнее с помощью красного, то получим еще более светлый результирующий

    цвет, так как световые энергии складываются. То есть мы можем добавлять

    красный, для получения более светлого образца. Математически добавление

    красного цвета к поучаемому цвету соответствует вычитанию его из двух

    оставшихся базовых потоков (физически это невозможно, так как отрицательной

    интенсивности света не существует). Запишем уравнение следующим образом:

    [pic] .

    На рисунке показаны функции r, g, b уравнения по цвету для

    монохроматических потоков цвета с длинами волн 436, 546, 770 нм. С их

    помощью можно уравнять все длины волн видимого спектра. На графике

    присутствует отрицательная область. Значения в данной области соответствуют

    «добавлению» инструментального цвета к синтезируемому. Изучением данных

    функций занимается колориметрия. Замечено, что один и тот же цвет можно

    получить разными наборами базисных цветов (r1, g1, b1) и (r2, g2, b2). То

    есть цвет можно уравнять различными составными источниками с неодинаковым

    спектральным распределением. (r1, g1, b1) и (r2, g2, b2)- метамеры.

    Представим цвет С как вектор с составляющими rR, gG, bB. Пересечение

    вектора C с единичной плоскостью R+G+B=1 дает относительные веса его

    красной, зеленой и синей составляющих. Их также называют значениями или

    координатами цветности:

    [pic]

    Заметим, [pic]. Рассмотрим связь: [pic]. Если функции уравнивания по цвету

    перенести в трехмерное пространство, то результат не будет целиком лежать в

    положительном октанте.

    В 1931 был принят стандарт CIE (Commission International de

    l’Eclairage - Международная комиссия по освещению), в качестве основы

    которого был выбран двумерный цветовой график и набор из трех функций

    реакции глаза, исключающий отрицательной области и удобный для обработки.

    Гипотетические цвета CIE - X, Y и Z. Треугольник XYZ задан так, что в него

    входит видимый спектр. Координаты цветности CIE (x, y, z) задаются

    следующим образом:

    [pic]

    [pic]

    [pic],

    и [pic]. При проецировании треугольника XYZ на плоскость (x, y) получаем

    цветовой график CIE. Координаты x и y - относительные количества трех

    основных цветов XYZ, требуемых для составления нужного цвета. Яркость

    определяется величиной Y, а X и Y подбираются в соответствующем масштабе.

    Таким образом, триада (x, y, Y) задает цвет. Обратное преобразование имеет

    вид:

    [pic]

    Комиссия решила ориентировать треугольник XYZ таким образом, что равные

    количества гипотетических основных цветов XYZ давали в сумме белый. На

    рисунке изображен цветовой график. Область на графике - видимое множество

    цветов. На контуре проставлены значения соответствующих длин волн в нм,

    соответствующие чистым, не разбавленным цветам. В центре области находится

    опорный белый цвет - точка равных энергий, с координатами x=y=0.33(3).

    Часто применяют следующие источники CIE:

    |Название |Температура|x |y |

    |Лампа с вольфрамовой нитью |2856К |0.448|0.408|

    |накаливания. | | | |

    |Солнечный свет в полдень. |5600К |0.349|0.352|

    |Полуденное освещение при сплошной |6300К |0.310|0.316|

    |облачности. | | | |

    |Опорный белый стандарт для мониторов |6400К |0.313|0.329|

    |и NTSC. | | | |

    Система (x, y, Y) подчиняется законам Грассмана. На рисунке показана

    цветовая область графика CIE. Как видно, наибольшую площадь занимают цвета

    с преобладанием зеленого, что согласуется с чувствительной избирательностью

    человеческого глаза.

    На цветовом графике CIE удобно демонстрировать цветовой охват

    различных систем и оборудования: телевидения, типографской печати,

    фотопленок и т.п. Цветовой обхват для аддитивных систем - треугольник с

    вершинами, соответствующими основным цветам RGB. Цвет, который можно

    получить в данной цветовой модели лежит внутри треугольника, цвета, лежащие

    вне - получить невозможно. Примеры цветовых обхватов для некоторых моделей

    можно увидеть на рисунке. Заметим, что для цветной пленки обхват есть

    криволинейный треугольник. Причина этого заключается в нелинейном (в данном

    случае логарифмическом) законе создания цветного изображения с помощью

    цветной пленки. Ниже приведена таблица основных цветов моделей в

    координатах цветового графика CIE:

    |Модель |Цвет |x |y |

    | |Красный|0.735|0.265|

    |CIE XYZ. | | | |

    | |Зеленый|0.274|0.717|

    | | | | |

    | |Синий |0.167|0.009|

    | |Красный|0.670|0.330|

    |Стандарт NTSC. | | | |

    | |Зеленый|0.210|0.710|

    | | | | |

    | |Синий |0.140|0.080|

    | |Красный|0.628|0.346|

    |Цветной | | | |

    |монитор. |Зеленый|0.268|0.588|

    | | | | |

    | |Синий |0.150|0.070|

    Координаты цветности CIE представляют точный стандарт определения

    цвета. Координаты цветности CIE полезны при передаче цветовой информации из

    одной цветовой модели в другую. Поэтому необходимо знать преобразование

    координат CIE в другие цветовые модели, а также и обратно. Например,

    преобразование RGB - CIE XYZ задается следующей формулой:

    [pic],где [pic]- цвета для получения

    координаты единичного основного цвета R, аналогично и для G и B. Если

    известны координаты цветности CIE x и y для основных цветов RGB, то:

    [pic], где:

    [pic]- данные величины необходимы для полного преобразования между

    системами основных цветов, [pic]также можно получить и следующим образом:

    1. Известны [pic]- яркости единичных количеств основных цветов:

    [pic].

    2. Известен [pic] - координаты цветности опорного белого и его яркость:

    [pic]

    Обратное преобразование CIE XYZ в RGB задается как:

    [pic], где [pic]c элементами:

    [pic]

    [pic]

    [pic]

    YIQ.

    Для цветного телевидения стандарта NTSC было предъявлено два основных

    требования:

    1. Быть в пределах установленного диапазона в 6 МГц,

    2. Обеспечивать совместимость с черно-белым телевидением.

    В 1953 была разработана система YIQ:

    |Канал |Название |Занимаемый |

    | | |диапазон |

    |Y |яркость |4 МГц |

    |I |синфазный |1.4 МГц |

    |Q |интегрированны|0.6 МГц |

    | |й | |

    В канале Y яркость подобрана так, что она соответствует цветовой

    чувствительности глаза. Канал Y соответствует цветам от голубого до

    оранжевого (теплым тонам). Канал Q - от зеленого до пурпурного. В качестве

    опорного белого был взят источник с температурой 6500К. Преобразования

    между цветовыми системами RGB и YIQ:

    RGB в YIQ:

    [pic]

    YIQ в RGB:

    [pic]

    Помимо YIQ встречаются и другие цветовые модели в формате Яркость, 1-ый

    цветовой канал, 2-ой цветовой канал. Например, при цветовой коррекции

    используют формат LAB, в котором:

    L(ightness)- яркость,

    A- цветовой канал несущий цвета от зеленого до красного,

    B- цветовой канал, отвечающий за цвета в сине-желтом диапазоне.

    HLS и HSB

    Рассмотрим другой подход при описании цвета. В цвете можно выделить его тон

    - преобладающий основной цвет (длину волны, преобладающей в излучении).

    Также рассмотрим насыщенность цвета - чем она больше, тем «чище» цвет (то

    есть ближе к тоновой волне), например, у белого цвета - насыщенность= 0,

    так как невозможно выделить его цветовой тон. Введем, наконец, для

    завершения яркость (у черного цвета= 0, у белого=1). Таким образом, мы

    построили трехмерное цветовое пространство HSV - Hue, Saturation, Volume

    (Тон, Насыщенность и Яркость). Обычно его представляют в виде конуса,

    изображенного на рисунке. Начало координат - вершина конуса - черный цвет.

    Высота, направленная к основанию - яркость. Точка пересечения высоты с

    основанием - белый цвет. На высоте находятся оттенки серого цвета от

    черного (вершина конуса) к белому. На окружности, ограничивающей основание

    конуса, находятся чистые цветовые тона: от красного ([pic]), через зеленый

    ([pic]), к синему ([pic]). Радиус конуса - насыщенность цвета. С такой

    системой работают художники, меняя насыщенность с помощью белой краски, его

    оттенок с помощью черной и тон, комбинируя с основными цветами. HSV часто

    представляют и в виде шестигранного конуса, у которого в основании лежит

    правильный шестиугольник с вершинами, соответствующими следующим цветам :

    красный - желтый - зеленый - голубой - синий - пурпурный.

    Приведем формулы связи RGB и HSV, представленного в виде шестигранного

    конуса: HSV в RGB:

    [pic]

    RGB в HSV:

    [pic]

    RGB в HLS:

    [pic]

    HLS в RGB:

    [pic]

    Пример перевода RGB в HSB. В данном формате RGB имеет на каждую из

    компонент R, G, B по 8 бит (256 уровней градации) - True Color. HSB

    представлен тремя плоскостями, соответствующими H, S, B, в виде черно/белых

    изображений с 256 уровнями градации серого.

    Каналы: Н - тон, S - насыщенность, B - яркость.

    Некоторые примечания к цветовым моделям

    При цветовых преобразованиях необходимо также помнить, что между

    цветовыми моделями CIE, CMY, RGB, YIQ существуют аффинные преобразования,

    тогда, как между HLS и HSV- нет. Данное обстоятельство будет заметно, если

    изображение, содержащее непрерывные цветовые переходы, переводить,

    например, из HLS в RGB (на изображениях может появиться разрыв

    непрерывности).

    2.Общая схема цифровой обработки изображений

    Рассмотрим процесс обработки изображений в виде следующей

    последовательности:

    Получение исходного, «сырого» изображения.

    Фильтрация изображения.

    Перевод изображения в необходимую цветовую модель.

    Форматирование и индексирование изображения.

    Разбивка на блоки.

    Обработка графической информации, содержащейся в блоках.

    Последовательное сжатие.

    Энтропийное сжатие.

    Данное деление не претендует на полноту, но дает общую картину процесса

    обработки. Некоторые этапы, например, 5, 7 или 8 можно пропустить. Перед

    каждым этапом, возможно, будет необходима специальная фильтрация. Этап 3 мы

    рассмотрели в предыдущей части. Другие этапы мы будем рассматривать не по

    порядку следования, а по возрастанию сложности, чтобы как можно реже

    ссылаться на материал последующих разделов.

    Получение исходного, «сырого» изображения.

    Изображения для обработки условно можно разбить на четыре класса:

    1. Естественные, полученные путем сканирования, захвата теле или видео

    кадра, съемкой цифровой аппаратурой.

    2. Изображения, нарисованные с использованием графического редактора на

    компьютере, назовем их компьютерными рисунками.

    3. Трехмерные сцены, синтезированные с помощью специальных программ, таких

    как: CAD’ы (AutoCAD, ArchiCAD ...), 3D генераторы (3D Studio, LightWave

    ...) и т.п.

    4. Изображения - визуализация данных, полученных как результат некоторого

    эксперимента, опыта, измерения (энцефалограмма, сейсмографическая карта

    ...).

    Естественные изображения имеют некомпьютерное происхождение. В них почти

    нет резких цветовых переходов. Компьютерные рисунки, как в прочем и любые

    другие, подразделяются на два типа: растровые и векторные. В первом

    изображение хранится как прямоугольная матрица с элементами,

    характеризующими цветовые составляющие. В векторных изображение -

    последовательность команд для его построения. Пример команды - круг с

    центром в точке (100,100) и радиусом 50, текстурированный материалом под

    дерево. Преимущество растровых - простота воспроизведения и реалистичность,

    Страницы: 1, 2


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.