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

78125. Идеи Платона. Платонова теория государства 113 KB
  B иcтopии миpoвoй кyльтypы Плтoн вeликoe явлeниe. Плтoн oдин из yчитeлeй чeлoвeчecтв. Учeниe излгвшeecя cмим Плтoнoм в eгo книгx в пocлeдcтвии eгo пpиeмникми в кдeмии былo пoлнo зблyждeний. И вce жe Плтoн oдин из yчитeлeй чeлoвeчecтв.
78128. ПЛАНИРОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА ПРИ СОЗДАНИИ УСТРОЙСТВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ «КОЛЕСО-РЕЛЬС» 161.5 KB
  Внедрение асинхронных тяговых электродвигателей и систем управления обеспечивающих регулирование осевого тягового усилия для каждой оси в соответствии с предельными возможностями по условию сцепления также не является исчерпывающим решением проблемы в связи с тем...
78130. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ МНОГОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ В Г.ОРЛЕ 67 KB
  Для повышения энергоэффективности при модернизации систем теплоснабжения необходимо внедрять разработку научных основ технических решений и опытно-конструкторской документации с использованием комплексного автоматического регулирование параметров теплоносителя...
78131. Определение энергоэффективных режимов резания многослойных материалов гидроабразивной струей 286.5 KB
  Одной из ключевых экологически чистых технологий радикально решающей вопросы производства деталей из любых материалов является гидроабразивное резание. Явные преимущества этой технологии обеспечили ее внедрение на многих предприятиях страны.
78133. Адекватность инноваций 44.5 KB
  Адекватность доказывают методом тождественности эквиваленту исследуемой модели итерационным анализом или оптимизации. Метод тождественности математических моделей доказывает адекватность математической модели физике явления и процессам преобразования физической модели...