
- •Глава 1. Основные цветовые модели 1.1.Rgb 1
- •2.1. Получение исходного, «сырого» изображения. 8
- •Глава 1. Основные цветовые модели 1.1.Rgb.
- •Глава 2. Общая схема цифровой обработки изображений
- •2.1.Получение исходного, «сырого» изображения.
- •2.2.Форматирование и индексирование изображения.
- •2.3.Фильтрация изображения.
- •Глава 3. Сжатие.
- •3.1. Последовательное сжатие.
- •3.2.Энтропийное сжатие.
- •Список использованной литературы:
ФГПУ ВПО «Удмуртский государственный университет»
Институт социальных коммуникаций
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Информационные технологии»
на тему: «Цифровая обработка графики»
Написал:
студент гр. 44-21 , 2 курса Петрова В.И.
Проверил:
к.и.н., доцент Галанова Н.А.
Ижевск 2012
Содержание
ВВЕДЕНИ
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЦВЕТОВЫЕ МОДЕЛИ 1.1.RGB. 4
ГЛАВА 2. ОБЩАЯ СХЕМА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ 11
2.1.Получение исходного, «сырого» изображения. 11
ГЛАВА 3. СЖАТИЕ. 17
3.1. Последовательное сжатие. 17
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 19
Глава 1. Основные цветовые модели 1.1.Rgb 1
1.2.CMY 1
1.3.CIE…………………………………………………………………………...2
1.4.YIQ………………………………………………………………………….5
1.5.HLS и HSB………………………………………………………………….6
ГЛАВА 2. ОБЩАЯ СХЕМА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБАЖЕНИЙ
2.1. Получение исходного, «сырого» изображения. 8
2.2.Форматирование и индексирование изображения. 9
2.3.Фильтрация изображения. 10
ГЛАВА 3. СЖАТИЕ
3.1.Последовательное сжатие. 13
3.2.Энтропийное сжатие. 14
ВВЕДЕНИE
Обработка изображений — любая форма обработки информации, для которой входные данные представлены изображением, например, фотографиями или видеокадрами. Обработка изображений может осуществляться как для получения изображения на выходе (например, подготовка к полиграфическому тиражированию, к телетрансляции и т. д.), так и для получения другой информации (например, распознание текста, подсчёт числа и типа клеток в поле микроскопа и т. д.). Кроме статичных двухмерных изображений, обрабатывать требуется также изображения, изменяющиеся со временем, например видео.
Ещё в середине XX века обработка изображений была по большей части аналоговой и выполнялась оптическими устройствами. Подобные оптические методы до сих пор важны, в таких областях как, например, голография. Тем не менее, с резким ростом производительности компьютеров, эти методы всё в большей мере вытеснялись методами цифровой обработки изображений. Методы цифровой обработки изображений обычно являются более точными, надёжными, гибкими и простыми в реализации, нежели аналоговые методы.
В цифровой обработке изображений широко применяется специализированное оборудование, такое как процессоры с конвейерной обработкой инструкций и многопроцессорные системы. Обработка изображений выполняется также с помощью программных средств компьютерной математики, например, MATLAB, Mathcad, Maple, Mathematica и др. Для этого в них используются как базовые средства, так и пакеты расширения Image Processing.
Цель моей работы: ознакомление с цифровой обработкой графики. Изучить методы обработки и редактирования изображений. И применить умения в жизни.
Глава 1. Основные цветовые модели 1.1.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.
1.2.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:
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.
1.3.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:
Red- красный; лежит в области длинных видимых волн (`700 нм).
Green- зеленый; лежит в области средних видимых волн (`546 нм).
Blue- синий; лежит в области средних коротких волн (`436нм).
Рассмотрим цвет C:
,
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:
.
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:
Заметим,
.
Рассмотрим связь:
.
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:
,
и
.
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:
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 |
CIE XYZ. |
Красный Зеленый Синий |
0.735 0.274 0.167 |
0.265 0.717 0.009 |
Стандарт NTSC. |
Красный Зеленый Синий |
0.670 0.210 0.140 |
0.330 0.710 0.080 |
Цветной монитор. |
Красный Зеленый Синий |
0.628 0.268 0.150 |
0.346 0.588 0.070 |
1.4.YIQ.
Для цветного телевидения стандарта NTSC было предъявлено два основных требования:
Быть в пределах установленного диапазона в 6 МГц,
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 |
интегрированный |
0.6 МГц |
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:
YIQ в RGB:
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,
цветовой канал, отвечающий за цвета в сине-желтом диапазоне.
1.5.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 (
),
через зеленый (
),
к синему (
).
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:
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.