Комп’ютерна графіка, обробка зображень, розпізнавання образів – дисципліни, що пов’язані з аналізом візуальної інформації.

Компьютерная графика (КГ) – это область информатики, включающая все аспекты формирования изображений с помощью компьютеров. В том случае, если пользователь может управлять характеристиками объектов, говорят об интерактивной компьютерной графике.

Cсовременные системы машинной графики позволяют создавать изображения, практически неотличимые по качеству от фотографических снимков.

При обработке информации, связанной с изображением на мониторе, принято выделять три основных направления: распознавание образов, обработку изображений и машинную графику.

Основная задача распознавания образов состоит в преобразовании уже имеющегося изображения на формально понятный язык символов. Распознавание образов, или система технического зрения (COMPUTER VISION), – совокупность методов, позволяющих получить описание изображения, поданного на вход, либо отнести заданное изображение к некоторому классу. Одной из задач COMPUTER VISION является так называемая «скелетизация» объектов, при которой восстанавливается некая основа объекта, его «скелет».

Обработка изображений (IMAGE PROCESSING) рассматривает задачи, в которых и входные, и выходные данные являются изображениями, например, передача изображения с устранением шумов и сжатием данных, переход от одного вида изображения к другому (от цветного к черно-белому) и т.д.

Компьютерная (машинная) графика (COMPUTER GRAPHICS) воспроизводит изображение в случае, когда исходной является информация неизобразительной природы, например визуализация экспериментальных данных в виде графиков, гистограмм или диаграмм, вывод информации на экран в компьютерных играх, синтез сцен на тренажерах.

Галузі застосування КГ та проблеми, що виникають в КГ.

Основные области применения

Научная графика — первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства — графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика — область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчётная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трёхмерные изображения.

Иллюстративная графика — это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика — ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и «движущихся картинок». Получение рисунков трёхмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объёмом вычислений. Передача освещённости объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчётов, учитывающих законы оптики.

Компьютерная анимация — это получение движущихся изображений на экране дисплея. Художник создает на экране рисунки начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчёты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определённой частотой, создают иллюзию движения.

Мультимедиа — это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Проблемы:

-В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

-При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении, или большего на меньшее (при уменьшении).

Принципи побудови сучасних технічних засобів КГ.

Монитор.

В 19 веке во Франции возникла техника живописи, которую назвали пуантилизмом: рисунок составлялся из разноцветных точек, наносимых кистью на холст. Подобный принцип используется и на компьютерах. Точки на экране компьютера выстроены в ровные ряды. Совокупность точечных строк образует графическую сетку, или растр.

Одна точка носит название видеопиксель (далее будем говорить пиксель). Слово «пиксель» означает точка рисунка. Чем гуще сетка пикселей на экране, тем лучше качество изображения. Размер графической сетки обычно представляют в форме произведения числа точек в горизонтальной строке на число строк: M×N.

Размер монитора характеризуется длиной диагонали его экрана, выраженной в дюймах. 1дюйм = 2,54см.

Частота мерцания экрана должна быть 75-85 Гц. При такой частоте наше зрение не замечает мерцание изображения.

Каждый пиксель на цветном экране – это совокупность трех точек разного цвета: красного, зеленного и синего. Эти точки расположены так близко к друг другу, что нам они кажутся слившимися в одну точку.

Всё больше распространение получают жидкокристаллические мониторы – ЖК-мониторы. По сравнению с ЭЛТ-монитором они значительно меньше по весу, имеют плоскую форму. При работе с ЖК-монитором меньше устают глаза.

Принтер, как известно, является устройством вывода (как и монитор). Но последний выводит данные на экран, принтер же - на бумагу.

По способу печати принтеры разделяются на матричные, струйные и лазерные.

Видеоадаптер – устройство, управляющее работой графического дисплея. Видеоадаптер состоит из двух частей: видеопамяти и дисплейного процессора.

В видеопамяти содержится информация о состоянии каждого пикселя экрана.

Видеопамять – это электронное энергозависимое запоминающее устройство.

Дисплейный процессор – вторая составляющая видеоадаптера.

Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и в соответствии с ним управляет работой дисплея.

Таким образом, к видеопамяти имеют доступ два процессора: центральный и дисплейный. Центральный процессор записывает видеоинформацию, а дисплейный процессор периодически читает её и передает на монитор, на котором эта информация превращается в изображение.

Устройства ввода изображения в компьютера.

Сканер – это устройство ввода информации.

Работа сканера как бы противоположна работе видеоадаптера и монитора: видеоадаптер преобразует двоичный код в изображение на экране; сканер преобразует изображение на рисунке, чертеже, фотографии в двоичный код, который записывается в память компьютера. Сканер получил свое название в соответствии с принципом своей работы: световой луч построчно сканирует плоский рисунок подобно тому, как электронный луч сканирует экран дисплея.

С помощью сканера в компьютер можно вводить текст, напечатанный на листе бумаге.

В компьютер изображение можно вводить с цифрового фотоаппарата или с цифровой видеокамеры. На фотоаппарате фотография сохраняется в виде двоичного кода насменной флэш-карте, а фильм в видеокамере записывается на магнитную ленту. Затем они могут быть переписаны в компьютер для просмотра и обработки.

Графические планшеты используется для ввода в компьютер разнообразных схем, чертежей, ручных рисунков. Создание изображения происходит специальным пером на специальной поверхности. Результаты работы отображаются на мониторе и могут быть выведены на печать.

Графічні акселератори.

Графические акселераторы (ускорители) — специализированные графические сопроцессоры, увеличивающие эффективность видеосистемы. Их применение освобождает центральный процессор от большого объёма операций с видеоданными, так как акселераторы самостоятельно вычисляют, какие пиксели отображать на экране и каковы их цвета. Если раньше графические акселераторы не были встроены в видеокарту, то в современных компьютерах используются уже видеокарты не только со встроенными акселераторами, но и TV-тюнерами и другими дополнительными устройствами.

Геометричні перетворення в КГ.

Геометрические преобразования – это такие преобразования графических объектов, при которых изменяется направление, масштаб и положение координатной системы, используемой для определения местонахождения точек в пространстве. При этом само пространство не подвергается каким-либо изменениям; т.е. сама структура графического изображения сохраняется. Следовательно, при геометрических преобразованиях неважен тип объекта, так как в преобразованиях участвуют точки.

Основными операциями, которые относятся к геометрическим преобразованиям двумерных графических объектов, являются:

- перенос начала координат;

- масштабирование;

- поворот осей координат.