Перечень лабораторных работ

Наименование тем занятий ЛР	Кол-во часов	Сроки контроля
1. Основные принципы работы с видеокамерой. Характеристики цифровых видеокамер.	2	15.03
2. Практическое знакомство с интерфейсом программы Pinacle Studio	2	21.03
3. Оцифровка отснятого видеоматериала	2	30.03
4. Запись речевого сопровождения с микрофона.	4	15.04
5. Подавление шумов в фонограммах. Копирование музыки с AudioCD.	4	21.04
6. Создание и использование титров. Видеопереходы и их настройка. Аудиопереходы.	4	27.04
7. Применение видео и аудио эффектов. Фильтры Nature Painting, Hue/Saturation, Monochrome	4	30.04
8. Создание анимированных объемных титров и графики	4	15.05
9. Монтаж видеофрагмента с наложением титров и аудиоряда	4	31.05
10. Монтаж собственного фильма. Создание DVD диска с видеозаписью	4	31.05

Вывод: Изучение дисциплины ЦОВиАИ важный этап в обучении квалифицированного специалиста в сфере мультимедиа индустрии.

2. Понятие об анализе и синтезе изображений. Классификация методов и средств отображения информации.

Со времени создания первых ЭВМ, разработчики систем связи ЭВМ с человеком, а также ЭВМ с окружающей средой уделяют значительные усилия разработке технических, алгоритмических и программных средств ввода, обработки и вывода из ЭВМ видеоинформации. Первоначально в качестве систем ввода использовались результаты ручной кодировки изображений, а в качестве средств вывода - устройства с готовыми наборами символов (алфавитно-цифровые мониторы, печатающие устройства и т.п.). Средства ввода, отображения и регистрации были приближены к ЭВМ и человеку приходилось затрачивать значительные усилия и время на расшифровку и интерпретацию данных. Системы ввода и отображения видеоинформации этого уровня могут быть названы системами первого поколения.

В дальнейшем развитие ЭВМ характеризовалось следующими факторами: повышение быстродействия, увеличение объемов запоминающих устройств, совершенствование, в частности увеличение быстродействия интерфейсов ЭВМ с периферийными устройствами. Все это предопределило ситуацию, при которой значительные усилия разработчиков программно-технических средств вычислительной техники затрачиваются на создание систем ввода и отображения информации второго поколения, которые представляют информацию, генерируемую вычислительной машиной или вводимую в ЭВМ, в виде изображений. Создание удобных графических интерфейсов, осуществляющих вышеуказанное представление информации, в свою очередь, является одним из основных факторов, оказывающих влияние на расширяющееся внедрение вычислительной техники во все сферы деятельности человека. Особенностями интерфейсов являются:

значительная (до 80 - 90 %) избыточность информации, свойственная графическим объектам вообще;

сложность технических средств, осуществляющих преобразование изображения в электрический сигнал и электрического сигнала в изображение;

высокая вычислительная сложность алгоритмов формирования внутреннего представления объектов в ЭВМ (моделей изображений) и преобразования названных моделей в изображения, предъявляемые оператору на экране устройства отображения.

В общем случае при обмене информацией между человеком и ЭВМ по графическому интерфейсу изображения могут формироваться как в результате анализа, так и в результате синтеза. Под анализом понимается машинное восприятие некоторого объекта, существующего вне ЭВМ. Под синтезом понимается генерация изображения в интерактивном режиме или по программе, заданной человеком-оператором. Независимо от типа процесса, существует некоторый общий принцип формирования изображений повышенных объемов и плотности

Рис. 1.1. Общий принцип формирования изображений

Следующим этапом формирования изображения является генерация модели изображения. Под моделью изображения ниже будет пониматься любой электронный образ, воспроизводящий характеристики объекта, воспринимаемые человеком по зрительному каналу. При анализе в датчике, представляющем собой фотоэлектронный преобразователь, происходит преобразование светового потока в электрический сигнал и далее в последовательность кодов, которая вводится в ЭВМ по одному из стандартных интерфейсов. При синтезе оператор генерирует последовательность кодов, и вводит ее в ЭВМ непосредственно, или опосредованно с использованием графического редактора.

При необходимости в системе производится преобразование моделей изображения. При анализе может производиться одно из следующих преобразований: фильтрация, определение пространственного спектра, сжатие, кодирование и т.п. При синтезе это может быть преобразование одного типа моделей в другой, например векторного способа представления отрезков в растровый.

Следующие этапы являются общими как при анализе, так и при синтезе изображений. Передача изображения может быть осуществлена как в пространстве по стандартным каналам связи, так и во времени, через запоминающие устройства. Процесс передачи изображений в принципе ничем не отличается от передачи любой другой информации, за исключением величин объемов передаваемых данных, что предъявляет повышенные требования к быстродействию и/или надежности каналов передачи или запоминающих устройств.

Под интерпретацией модели изображения понимается обратное преобразование последовательности кодов, представленной электрическим сигналом, в изображение, формируемое, как правило, на экране. Интерпретация производится с помощью электронно-оптических преобразователей, в частности при значительных объемах отображаемой информации, с помощью устройств отображения с повышенным разрешением, которые и являются объектом изучения настоящего цикла лекций.

Конечный продукт (изображение) предъявляется оператору, который интерпретирует предъявляемый образ изображения и принимает решение о дальнейшем его использовании.

Рассмотрим подробнее схему формирования изображений при анализе, приведенную на рис. 1.2.

Отметим, что некоторая область пространства, включающая объект О, подлежащий восприятию, называется сценой. Все остальные этапы анализа изображения формируют те или иные модели сцены. Сцена, содержащая объект О, освещается внешним источником, создающим трехмерный световой поток Ф(x, y, z, t), в общем случае изменяющийся в координатах x, y, z и времени t. Падающий свет отражается от предметов сцены, в результате чего формируется отраженный поток Ф1(x, y, z, t). Часть светового потока, отраженного от предметов сцены попадает во входной зрачок объектива, который является отображающим элементом системы ввода изображения. Назначение объектива - подготовить информацию к восприятию датчиком. В любом случае, объектив фокусирует отраженный свет в некоторой плоскости, формируя в ней распределение яркости B(x’, y’, t), воспроизводящее сцену в двух координатах, x’, y’ и во времени t. Двумерная световая модель сцены формируется в фокальной плоскости объектива, если передний отрезок много больше фокусного расстояния, либо в плоскости изображения, если они соизмеримы. В соответствующей плоскости помещается фото-электронный преобразователь, который вырабатывает какую-либо электрическую величину U(x’, y’, t), пропорциональную в каждой точке яркости B(x’, y’, t). Одновременно фото-электронный преобразователь является и дискретизирующим элементом, преобразующим пространственное распределение яркости в последовательный электрический сигнал U(t).

Процесс последовательного измерения яркости точек плоскости изображения фотоэлектронным преобразователем и передачи результатов измерения по каналу связи называется сканированием. В процессе сканирования формируется аналоговый сигнал U(t), который является последовательной моделью сцены. Аналоговый сигнал непосредственно в ЭВМ введен быть не может, поэтому он подается на устройство, преобразующее его в цифровой код D(t), который может быть передан через контроллер ввода данных в ЭВМ. Последовательность чисел, упорядоченная в матрицу [Dij], каждый элемент которой Dij является результатом измерения и представления в виде цифрового кода яркости в точке плоскости изображения с координатами idx и jdy называется растровой цифровой моделью изображения. Каждый элемент такой модели называется растр-элементом, отсчетом или пикселом.

В ЭВМ данные могут храниться как в виде растровой цифровой модели [Dij], так и в виде других упорядоченных совокупностей кодов. Данные могут подвергаться различного рода обработке, например фильтрации или преобразованию моделей одного вида в модели другого вида и т.п. Конечным продуктом обработки данных является модель изображения [D’_ij], предназначенная непосредственно для управления устройством отображения. Эта модель в виде последовательности кодов D1(t) через контроллер вывода передается в устройство отображения.

В частности, на вход весьма распространенных на сегодняшний день устройствах отображения растрового типа подаются пикселы растровой цифровой модели последовательно, отсчет за отсчетом с частотой опроса точек экрана. Одновременно с передачей информации по интерфейсу определяется координата плоскости экрана, в которой должен быть сформирован поступивший пиксел. Цифровой код пиксела формируется в аналоговую электрическую величину, которая управляет яркостью свечения экрана в данной точке. Последовательное отображение пикселов с соответствующей яркостью в электронно-оптическом преобразователе устройства отображения формирует на экране распределение яркости B1(x”, y”, t’), которое в свою очередь, создает световой поток, формирующий изображение сцены. В общем случае процесс последовательного отображения пикселов на экране электронно-оптического преобразователя также называется сканированием. Следует отметить, что таким образом изображение может быть передано не только в пространстве, но и во времени.

Во время процесса синтеза образ отображаемого объекта формируется в мозгу оператора, который, используя некоторый алфавит символов и стандартные или специализированные прогрммно-технические средства, поэлементно вводит закодированный образ объекта D (модель изображения) в ЭВМ. В ЭВМ модель преобразуется к виду [D’_ij], предназначенному непосредственно для управления устройством отображения. Далее, как и в предыдущем случае, эта модель в виде последовательности кодов D1(t) через контроллер вывода передается в устройство отображения.

Человек-оператор, наблюдая результат синтеза, сравнивает его с идеальным образом и при необходимости вносит коррективы в изображение с использованием вышеупомянутых средств ввода.

Таким образом, средства отображения являются важнейшей частью любых человеко-машинных интерфейсов, использующих для передачи информации изображения. Средства отображения могут быть классифицированы по назначению, способу использования, источникам видеоинформации и т.п. Наиболее целесообразной является классификация средств отображения по физическим процессам, положенным в основу их построения.

Известно большое число физических явлений, которые могут быть использованы для формирования изображений. В частности, изображения могут быть сформированы с помощью следующих элементов: электронно-лучевые трубки; жидкокристаллические индикаторы; люминесцентные излучающие приборы; газоразрядные индикаторы; лазерные излучатели сканирующие с оптическими затворами, с электронной накачкой, голографические; светодиодные излучатели; использующие различные регистрирующие среды - электрографические, фототермопластические, фотохромные, электрохромные; электромеханические и др.

Независимо от вида физического процесса, заложенного в основу устройства отображения, они могут быть описаны одним и тем же набором характеристик, которые позволяют сранивать и выбирать для практических целей средства отображения различных типов.

К характеристикам средств отображения можно отнести:

размеры экрана;

разрешающую способность;

максимальная яркость свечения экрана;

максимальный контраст изображения;

количество градаций яркости;

спектральные характеристики;

способность к запоминанию изображения.