10453

Квантование изображений. Фотометрия и колориметрия. Преобразование координат цвета. Цветовое тело

Реферат

Математика и математический анализ

Квантование изображений. Фотометрия и колориметрия. Преобразование координат цвета. Цветовое тело. Рассмотрим случай чернобелого панхроматического изображения. Для его представления в цифровом виде величину каждого отсчета дискретного изображения необходимо предс...

Русский

2013-03-26

788.5 KB

22 чел.

Квантование изображений. Фотометрия и колориметрия. Преобразование координат цвета. Цветовое тело.

Рассмотрим случай черно-белого (панхроматического) изображения. Для его представления в цифровом виде величину каждого отсчета дискретного изображения необходимо представлять в виде некоторого числа. Количество таких чисел, называемых уровнями квантования составляет от 64 до 65536. При этом один пиксел кодируется от 5 до 16 битами. Для выбора того или иного количества уровней квантования следует представлять, какую задачу мы при этом решаем. Если мы рассматриваем глазом черно-белую фотографию, то при 64 уровнях квантования границы между уровнями квантования будут видны, но слабо, а если изображение не содержит плавных изменений яркости, то границы могут быть и не видны. При 128 уровнях квантования границы между уровнями квантования видны только на плавных изменениях яркости, а при 256 уровнях – не видны вовсе.

Примеры изображений, проквантованных на 64, 128 и 256 уровней приведены на рисунках 3.1, 3.2 и 3.3.

Рисунок 3.1. 64 уровня квантования.

Рисунок 3.2. 128 уровней квантования.

Рисунок 3.3. 256 уровней квантования.

Как видим, даже при 64 уровнях квантования (5 бит на пиксел) изображение является вполне удовлетворительным. Для чего же используют большее количество уровней квантования. Обратим внимание, что на изображениях в левой нижней части присутствует темная область, в которой после обработки в изображении остается очень мало градаций яркости – в ней значения сигнала составляют единицы уровней АЦП. Это явления наиболее ярко проявляется при 64 уровнях АЦП, но оно имеет место и при 256 уровнях АЦП. Для зрительного восприятия снимка потеря деталей в глубоких тенях может и не иметь существенного значения (при правильно подобранной экспозиции), но при обработке снимка, необходимость которой возникает весьма часто, или при использовании снимка для специальных целей использование более чем 256 уровней АЦП необходимо. Принципы обработки изображений будут изложены в лекции 16. Здесь же отметим, что для полного использования возможностей фотоприемника величина шага квантования должна быть близка к уровню шума фотоприемника – чуть больше или чуть меньше. Количество же уровней квантования яркости определяется сигналом насыщения фотоприемника. Таким образом, количество уровней квантования должно определяться динамическим диапазоном фотоприемника, который равен отношению максимального сигнала фотоприемника к уровню его собственных шумов. Для современных фотоприемников динамический диапазон может достигать 10000. Приблизительно таким – же должно быть и количество уровней квантования. Но, поскольку для представления значения отсчета используется двоичная система счисления, то выбирается количество уровней АЦП, равное той или иной степени 2, а если есть возможность, то степени 8. Так, при использовании фотоприемника с динамическим диапазоном 10000 разумно принять 16384 =216=82 уровней квантования, то есть 16-битный АЦП. Каждый отсчет такого АЦП будет занимать 2 байта, что удобно для последующей обработки на компьютере. Такие АЦП используются совместно с высококачественными ПЗС – линейками, используемыми в профессиональной фотографии, полиграфии, медицине и т. д. Чаще используют АЦП с меньшим количеством уровней квантования 8, 10, 11 и 12. Следует заметить, что иногда оказывается удобным использовать 16 –битный АЦП, даже если динамический диапазон фотоприемника существенно меньше. При этом, как правило, шум фотоприемника составляет в несколько раз больше шага квантования. Это приводит к нерациональному использованию дискового пространства/оперативной памяти, что окупается большей простотой использования таких данных, так как, например 12-битный отсчет занимает "полтора" байта, и работа с данными в таком представлении усложняется. Тем не менее, следует помнить, что 48-битный сканер (по 16 бит на каждую спектральную компоненту) может иметь, и, скорее всего, имеет, динамический диапазон не 16384, а 1000-2000.

В соответствии с теорией трехцветного зрения, с точки зрения человеческого восприятия, цветное изображение можно представить в виде совокупности трех изображений – красного, зеленого и синего – так называемое RGB – представление. Такое представление используется в компьютерных мониторах и там, где формирование изображения основано на излучении света. В тех приложениях, где для формирования изображения используется отражение падающего света, например, в цветных принтерах, используется CMYK – представление, в котором передаются не чистые цвета, а их дополнения, плюс черный цвет.

В телевидении используется представление YCrCb, в котором составляющая Y содержит информацию о яркости изображения, а составляющие CrCb, так называемы цветоразностные составляющие, о его цветности. Преобразование из RGB-представления в YCrCb

   (3.1)

В компьютерной графике и цифровой обработке сигналов используется система HSV (hue – цветовой тон, saturation – насыщенность, volume - светлота). Геометрическая модель системы HSV получается из следующих соображений. Припишем каждой точке единичного куба цвет, R – компонента которого равна x координате, G – компонента – y координате и B – компонента – z координате. Таким образом, в начале координат [0 0 0] находится точка черного цвета, а в точке с координатами [1 1 1] – белого цвета. Если такой цветовой куб спроецировать на плоскость, перпендикулярную диагонали [0 0 0]-[1 1 1], на которой в кубе расположены оттенки серого, то получится правильный шестиугольник с красным, желтым, зеленым, голубым, синим и пурпурным цветами в вершинах. Если все проекции собрать вокруг оси яркости V, то получится объемный шестигранный конус, показанный на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4.

Яркость V изменяется от 0 в вершине конуса (черный цвет) до 1 в центре основания конуса (белый цвет). На оси V расположены оттенки серого. Насыщенность S определяется расстоянием до оси V. На ней насыщенность равна 0, а на сторонах конуса – 1. Цветовой тон Н определяется углом поворота оси S против часовой стрелки относительно оси, проходящей через красный цвет. Цветовая система HSV соответствует тому, как составляют цвета художники. Чистым цветам соответствуют значения V=1 и S=1, разбелам, то есть цветам с увеличенным содержанием белого, цвета с меньшими значениями S. Преобразования между системами RGB и HSV осуществляются при помощи геометрических соотношений между цветовым шестигранным конусом и цветовым кубом.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

456. Умножение на 7(или 15, или 17, или 33), используя команды сдвигов и сложение или вычитание 143.5 KB
  Реализовать умножение на 7(или 15, или 17, или 33), используя команды сдвигов и (только один раз) сложение или вычитание. Способ реализации данной задачи в виде исходного кода и примера роботы программы.
457. Расчет производственной программы по эксплуатации подвижного состава. 394.5 KB
  Расчет производственной программы по грузовым перевозкам на год. Среднесписочное количество автомобилей. Технико-эксплуатационные и суточные показатели работы 1 автомобиля. Расчет производственной программы по пассажирским перевозкам на год.
458. Основы политологии 551 KB
  История развития политологии. Проблемы межнациональных отношений современного общества. Политика как общественное явление. Проблемы внутренней политики России на современном этапе.
459. Системы оплаты труда в рыночной конкурентной экономике 488.5 KB
  Системы оплаты труда в рыночных условиях. Государственное и договорное регулирование оплаты труда. Выбор продукции и анализ ее конкурентоспособности. Формирование методов направленных на повышение эффективности деятельности предприятия и оценка предложенных хозяйственных решений. Оценка эффективности и отбор для реализации вариантов хозяйственной деятельности.
460. Мастерская по ремонту тракторов города Тюмень 668 KB
  Потребность в механизмах, инвентаре, материалах, рабочих по профессиям и квалификации. Выбор методов и способов производства работ с их обоснованием. Расчет численности работающих и определение площадей административно-бытовых помещений. Обеспечение качества СМР, техники безопасности.
461. Теорія грошей, грошові та кредитні системи 615 KB
  Сутність та економічна основа грошового обороту. Методи державного регулювання грошового обороту. Сутність і закономірності розвитку інфляції. Грошові потоки та їх балансування. Кон'юнктурна теорія цінності грошей. Внесок Дж.Кейнса і М.Фрідмана у розвиток теорії грошей.
462. Небесные тела в астрофизике 636 KB
  Электромагнитное излучение, исследуемое в астрофизике. Фотоэлектрические приемники излучения. Физические свойства Планет земной группы и планет гигантов. Распределение звезд в Галактике. История развития космонавтики.
463. Інформаційні системи і технології 570 KB
  Визначення інформаційної системи, структура, принципи створення. Класифікація інформаційних систем за ступенем структурованості. Економічна інформація як об'єкт обробки в інформаційних системах. Форми представлення економічної інформації, носії і засоби її передачі. Ієрархічний та фасетний метод класифікації.
464. Мікроконтроллери 3x3x3 LED куб 643.5 KB
  3x3x3 LED куб це фігура яка складаються з 27 світлодіодів, яку використовують переважно для дизайну інтер'єру. Різні сфери використання 3x3x3 LED куба. Розробка програмного і технологічного продукту, створення мікросхеми та розробка програми.