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

21 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

52422. Дії з натуральними числами 63 KB
  Обладнання: сніжинка переможець проведеного напередодні конкурсу ялинка іграшкиналіпки картина Святий Миколай. Головним його атрибутом є новорічна ялинка. 4м і 6м Яка гарна ялинка виходить У кожного вдома теж буде ялинка. Назва роботи Урокгра математики в 5 класі Новорічна ялинка П.
52423. Загальна характеристика Членистоногих 115.5 KB
  Загальна характеристика Членистоногих Мета уроку: ознайомити із загальними рисами типу; відмітити ускладнення організації членистоногих порівняно з кільчаками; з’ясувати їхнє походження; розкрити різноманітність членистоногих їхню роль у природі та житті людини; формувати навички роботи з текстом підручника вміння виділяти головне порівнювати робити висновки; розвивати пізнавальні пошукові та творчі можливості учнів під час створення проектів розвивати вміння презентувати власну роботу; формувати основи екологічного мислення Тип уроку:...
52424. Chocolate is good for you 94.5 KB
  INTRODUCTION t the lesson we re going to tlk with you bout chocolte nd its role nd plce in our life.CHOCOLTE: Wlk round the clss nd tlk to other students bout chocolte. studies fntstic news reserch diet hert ttcks milk chocolte risks suffering stroke nutrition blood pressure weight gin clories sweets snck Hve cht bout the topics you liked.
52425. Чорнобиль не має минулого. Історія Чорнобильської трагедії крізь призму української літератури 72.5 KB
  Історія Чорнобильської трагедії крізь призму української літератури Мета: розширити знання дітей про Чорнобильську трагедію розповісти про ліківідаторів аварії на Чорнобильській АЕС розкрити трагедію ЧАЕС через твори українських письменників; розвивати вміння школярів аналізувати та узагальнювати навчальну інформацію вміння виразно декламувати артистичні здібності; виховувати співчуття до чужого болю любов до рідного краю природи; виховувати людяність доброту згуртованість. Драч Чорнобильська мадонна М. І тихо ступає життя у полин...
52427. Чорнобиль – найбільша трагедія світу 50 KB
  Досліджуючи солі урану він виявив що уран випромінює невидимі промені. фізик і хімік Петербурзької Академії наук невидимі промені назвала радіоактивними а явище випромінювання радіоактивністю. У забруднених зонах спостерігаються масові аномалії тому що радіонукліди потрапивши в організм людини випромінюють радіоактивні промені які руйнують клітини. випромінювання – це потік позитивно заряджених частинок з масою атома Гелію промені – це потік негативно заряджених електронів це потік електромагнітних хвиль подібних до звичайного...
52429. Розпад Радянського Союзу і проголошення незалежності України. (1985 -1991 рр.) 63 KB
  Тип проекту: міжпредметний дослідницько інформаційний творчий груповий. Стадії здійснення проекту: 1. На основі отриманих результатів попередньої підготовки учителі предметники формулюють пізнавальне завдання учасникам проекту виконання яких буде очікуваним результатом та кінцевим продуктом проекту. Повідомляє що проект буде нестандартним оскільки учасникам проекту доведеться проявити свої знання не лише з історії а й з інших наук навчальних предметів.
52430. Систематизація та узагальнення знань учнів з теми “Чотирикутник” 296 KB
  Узагальнити і систематизувати знання учнів про чотирикутники, їх властивості та ознаки. Відпрацьовувати практичні уміння та навички використовувати набуті знання, формувати вміння раціонально використовувати час. Розвивати логічне мислення, вміння аналізувати, робити висновки, геометричну уяву.