Основные особенности цифровых изображений

РАЗДЕЛ 1

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОЦЕНИВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОМЕХ

Придумай какое ни будь вводное слово тут на пару предложений (у меня с разведением воды сложности)

Основные особенности цифровых изображений

Разрешение оригинала измеряется в точках на дюйм (dots per inch – dpi) и зависит от требований к качеству изображения и размеру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату файла и другим параметрам. Чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

Для экранного изображения элементарную точку изображения принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения, разрешения оригинала и масштаба изображения.

Разрешение печатного изображения зависит главным образом от размера физической точки, создаваемой матричным (игольчатым), струйным или лазерным печатающим устройством.

Глаз человека различает отдельные изображения на расстоянии 20 – 30 см величиной не менее 0,08 мм поэтому изображения, состоящие из отдельных точек менее 0,08 мм выглядят имеющими сплошную закраску, а в противном случае состоящими из отдельных точек.

Пиксел в компьютерном файле не имеет определенного размера, так как хранит лишь информацию о своем цвете. Физический размер пиксел приобретает при отображении на конкретном устройстве вывода, например, на мониторе или принтере.

Разрешающая способность технических устройств по-разному влияет на вывод векторной и растровой графики. Так при выводе векторного рисунка используется максимальное разрешение устройства вывода. Значительно большее влияние разрешающая способность устройства вывода оказывает на вывод растрового рисунка. Если в файле растрового изображения не определено, сколько пикселов на дюйм должно создавать устройство вывода, то по умолчанию для каждого пиксела используется минимальный размер.

Так как устройства вывода отличаются размерами минимального элемента, который может ими создан, то размер растрового изображения при выводе на различных устройствах также будет не одинаков. Для удовлетворительного воспроизведения изображения на экране монитора бывает достаточно разрешения 72 dpi, для распечатки на цветном или лазерном принтере 150 – 200 dpi. Установлено эмпирическое правило, что при распечатке величина разрешения оригинала должна быть в 1,5 раза больше, чем линиатура растра устройства вывода. В случае, если твердая копия будет увеличена по сравнению с оригиналом, эти величины следует умножить на коэффициент масштабирования.

Размер точки растрового изображения на твердой копии и на экране зависит от применоенного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейка которой образует элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch – lpi) и называется линеатурой.

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсивности тона в данной точке. Чем больше интенсивность, тем плотнее заполняется элемент растра. То есть, для абсолютно черного цвета заполнение будет 100 %, а для абсолютно белого цвета – 0 %. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, а иллюзия более темного тона создается либо за счет размеров точки в элементе растра, либо за счет изменения количества точек одинакового размера в элементе растра.

Свет и цвет в компьютерной графике.Дневной свет, субъективно воспринимаемый как лишенный цветовой составляющей, в физическом смысле представляет собой смесь колебаний всех частот, называемой цветовым спектром. Спектр – последовательность монохроматических излучений, каждому из которых соответствуе определенная длина волны электромагнитного колебания. Различают три зоны излучения: сине-фиолетовая с длинами волн 400 – 490 нм; зеленая – 490 – 570 нм и красная – 580 – 720 нм. Эти зоны спектра являются также зонами преимущественной чувствительности приемников глаза.

Световой поток характеризуется рядом физических и визуальных параметров.

формула

Световой поток (Ф) – мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению, которое она производит на глаз. Измеряется в люменах (лм).

Сила света – пространственная плотность светового потока, определяемая отношением светового потока к телесному углу в пределах которого он распространяется. Измеряется в канделах (кд).

Освещенность – отношение светового потока (Ф) к площади поверхности S, на которой он распространяется

. формула

Единица освещенности люкс (лк). 1 лк – освещенность поверхности в 1 м², на которую равномерно падает световой поток в 1 лм.

формула

Яркость поверхности – отношение силы света, излучаемого в данном направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к данному направлению. Дл равномерно яркой поверхности

формула

где B – яркость поверхности; I_a - сила света в данном направлении; a - угол между перпендикуляром к поверхности и данным направлением; S – площадь светящейся поверхности.

Единица измерения яркости – кандела с квадратного метра (кд/м²).

Светлота – параметр, позволяющий визуально сравнивать степень яркости цветового тона, т. е. различать участки сильнее или слабее отражающие свет. Ахроматические цвета различают только по светлоте.

Минимальную разницу между яркостью различимых по светлоте объектов называют порогом. Величина порога пропорциональна логарифму отношения яркостей. Последовательность оптических характеристик объекта, расположенная по возрастанию и убыванию, выраженная в оптических плотностях и логарифмах яркостей, составляет градацию и является важнейшим инструментом для анализа и обработки изображения.

Для точного цветовоспроизведения на экране монитора важным является понятие цветовой температуры. Цветовой температурой называется температура, при которой абсолютно черное тело излучает свет такого же спектрального состава, как рассматриваемый свет. Она указывает только на спектральное распределение энергии излучения, а не на температуру источника. Стандартные значения цветовых температур используют в качестве всеобщего эталона, обеспечивающего одинаковое цветовоспроизведение на разных излучающих устройствах.

Световые излучения, воздействующие на глаз и вызывающие ощущение цвета, подразделяются на простые и сложные. Простые (монохроматические) излучения не могут быть разложены ни на какие другие цвета.

Все цвета принято делить на хроматические и ахроматические. К хроматическим относятся цвета, характеризуемые цветностью и светлотой. Визуально воспринимаемые различия этих цветов оцениваются различиями трех параметров: цветового тона, насыщенности (вместе дают цветность) и светлоты. Цветность определяет цвет с качественной стороны. Количественные изменения цвета передаются различиями в его светлоте. Насыщенность цвета показывает, насколько данный цвет отличается от монохроматического («чистого») излучения того же цветового тона. В компьютерной графике за единицу принмается насыщенность цветов спектральных излучений.

Цвета, не обладающие цветностью, называются ахроматическими. К ним относятся черный, белый и все промежуточные между этими двумя крайними значениями оттенки серого. Для ахроматических цветов возможны только количественные сравнения цветов по одному параметру – светлоте.

Основными называют те три цвета, с помощью которых могут быть получены любые другие цвета. Процесс получения других цветов – цветовой синтез основан на сложении основных цветов (аддитивный синтез) или на вычитании основных цветов из белого (субтрактивный синтез).

Дополнительными называют цвета излучений, которые при смешении (сложении) создают излучение белого цвета. К дополнительным относятся цвета аддитивного и субтрактивного синтеза:

Синий + Желтый = Белый

Зеленый + Пурпурный = Белый

Красный + Голубой = Белый,

А также пара промежуточных цветов:

Сине-голубой + Желто-красный = Белый.

Основные цвета субтрактивного синтеза можно представить как цвета, получающиеся вычитанием из белого цвета трех основных цветов:

Белый – Синий = Желтый

Белый – Зеленый = Пурпурный

Белый – Красный = Голубой

Один и тот же цвет может быть получен смешением различных излучений. Цвета излучений, которые имея различный спектральный состав визуально воспринимаются одинаковыми, называются метамерными.

В силу физиологии органов зрения цветовосприятие – субъективный процесс, и его характеристики во многом определяются индивидуальными особенностями человека. Для объективного описания цвета, не зависящего от индивидульных особенностей человека, в виде совокупности числовых параметров были разработаны цветовые модели. Эти цветовые модели основаны на некоторых основополагающих физических принципах и понятиях.

Различают излученный и отраженный свет. Например, монитор, пламя костра или раскаленный металл являются источниками излученного света, а белая бумага, ткань, поверхность воды – отраженного. Механизмы образования цвета при попадании в глаз зрителя излученного и отраженного света отличаются между собой.

Когда зритель смотрит на источник света, на сетчатку его глаз попадают волны оптического диапазона всех частот, излучаемых источником, и в тех пропорциях, в которых он излучает. Если зритель смотрит на предмет не излучающий свет, то если этот предмет не освещен зритель его не видит. При попадании света на такой предмет, часть света отражаясь от него попадает в глаз зрителя. В процессе отражения часть волн падающего на предмет света может поглощаться им и не доходить до глаза наблюдателя. Изменение состава света при отражении вызывает изменение цветового восприятия. Субъективно это выглядит как наличие того или иного цвета у отражающего предмета.

Различия механизмов образования цвета излученным и отраженным светом приводят к необходимости применения различных цветовых моделей. Преобразование представления цветов изображения при переходе от одной цветовой модели к другой может привести к искажению цветов. Во избежание этого необходимо четко представлять устройство цветовых моделей, используемых в программах компьютерной графики.

Исходя из природы света следует, что белый свет соответствует равномерной смеси частот электромагнитных колебаний оптического диапазона, а черный – отсутствию света. Для описания изображений только двух цветов – черного и белого, а также промежуточных оттенков серого цвета – используются две ахроматические модели – штриховая и монохромная.

Штриховым называется точечное изображение, каждый из пикселов которого может быть только двух цветов, которые называются фоновым и переднего плана. Промежуточные варианты исключены. В традиционной графике таким изображениям соответствуют рисунки пером, гравюры, офорты.

Монохромное изображение отличается от штрихового тем, что составляющие его пикселы могут быть любого из оттенков, составленных смешиванием двух базовых цветов. Оттенком называется смесь базовых цветов модели в фиксированной пропорции. Оттенки отличаются друг от друга процентным содержанием в них базового цвета. Если в качестве базовых цветов используются черный и белый принято говорить о шкале градаций серого цвета.