Учебное пособие 1525

источники света. Примером таких источников служат широко распространенные натриевые лампы. Они излучают свет только одной длины волны в оранжевой области спектра. Их часто применяют для уличного освещения, так что вы с ними хорошо знакомы.

Длина световых волн выражается в нанометрах (нм), которые представляют собой миллиардные доли метра (10-9). Наш глаз устроен таким образом, что мы можем воспринимать световые волны с длинами от 380 нм до 780 нм. Это лишь крошечный участок спектра электромагнитных волн, который охватывает длины волн от 104 до 10-14 м.

Энергия, переносимая электромагнитной волной, непосредственно зависит от ее длины. Энергия увеличивается с уменьшением длины волны. Поэтому коротковолновые ультрафиолетовые лучи по энергии значительно превосходят более длинноволновые инфракрасные лучи. Общее число всех световых волн в световом луче, которое эквивалентно его общей энергии, обуславливает интенсивность или яркость света, тогда как пропорции, в которых представлены различные световые волны, влияют на его цветность. При этом доминирующие длины волн определяют цветность. Свет как носитель информации содержит только два вида информации

— информацию о яркости и информацию о цвете..

Раздельная обработка цветовой и яркостной информации в биологических и технических системах представляет собой в равной мере непростые задачи. То, что не все животные способны различать цвета, а цветные устройства оказываются гораздо дороже и сложнее черно-белых, вам уже наверняка известно. За цветовое и яркостное восприятие человеческого газа отвечают два различных вида нервных клеток, которые называют соответственно колбочками и палочками.

Палочки образуют однородную популяцию нервных клеток.

представление не содержит избыточности, которая могла бы защитить переносимый сигнал от искажений при хранении, передаче и усилении.

Любой природный звук имеет аналоговую природу: кожа барабана, струны рояля, голосовые связки плавно перемещаются в пространстве вызывая упругие волны (области сжатия/разрежения воздуха), которые распространяются в атмосфере. Звуком называются механические волны, частоты которых лежат в пределах от 17-20 до 20000 Гц. Механические волны таких частот производят ощущение звука. Механические волны с частотами ниже 17 Гц называют

инфразвуками, а свыше 20000 Гц — ультаразвуками. Звуковые волны, улавливаемые ушной раковиной, вызывают вибрацию барабанной перепонки (рис.21) и затем через систему слуховых косточек, жидкостей и др. образований передаются воспринимающим рецепторным клеткам, вызывающим в мозгу человека звуковые ощущения. При этом громкость звука определяется силой, с которой звуковые волны воздействуют на ухо человека (амплитудой звуковой волны), а высота тона определяется частотой колебаний. Сила ощущения звуковых волн органами слуха субъективна, зависит от чувствительности органа слуха, но непосредственно связана с интенсивностью волн. При определенной минимальной интенсивности человеческое ухо не воспринимает звука. Эта минимальная интенсивность называется порогом слышимости. Порог слышимости имеет различные значения для звука различных частот. При больших интенсивностях ухо испытывает болевое ощущение. Наименьшая интенсивность при болевом восприятии звука называется порогом болевого ощущения.

Уровень интенсивности звука определяется в децибелах (дБ). Количество децибел равно десятичному логарифму отношения интенсивностей, умноженному на 10, т.е. 10 lg(I/I0).

Для преобразования звуковых колебаний в электрические в телефонных аппаратах, устройствах звукозаписи, системах радиовещания и др. областях используются микрофоны. При этом на выходе микрофонов образуется непрерывно изменяющееся аналоговое напряжение (аналог давления и частоты колебаний звуковой волны).

Компьютер оперирует нулями и единицами. Процесс оцифровки звука заключается в мгновенной регистрации величины напряжения в различные моменты времени и последующем "склеивании" полученных значений. При просмотре фильма, глаза и мозг связывают цепочку неподвижных изображений в непрерывное движение. В случае цифрового звука "кадры" сливаются в проигрывающем устройстве: непрерывно изменяющееся напряжение более или менее точно воссоздается и подается на громкоговоритель. Если все сделано правильно, то динамик воспроизводит оригинальное движение струны рояля или кожи барабана. Аналогия с фильмом верна в принципе, однако, аудио-"кадры" (samples) записываются в сотни и тысячи раз чаще, чем кадры фильма.

Возможно, аудио-"кадры" нагляднее сравнивать с точками, из которых состоит газетная фотография. Чем плотнее расположены точки (чем выше линиатура), тем более детально воспроизводится изображение. Высокая линиатура требует более качественной бумаги и более аккуратной печати, а большая частота сэмплирования приводит к сильной загрузке компьютера: за один и тот же промежуток времени обрабатывается больше значений, а для хранения и передачи данных требуется большая память и полоса пропускания. В обоих случаях приходится искать компромисс между практичностью и точностью воспроизведения.

При аналоговом способе записи сохраняются величины, непрерывно изменяющиеся по амплитуде и во времени, то есть

который по зрительному нерву поступает в зрительный центр мозга, где с помощью пока еще весьма мало понятных механизмов и возникает зрительное впечатление

На самой сетчатке можно выделить две области, которые называют желтым и слепым пятном. На слепом пятне нервные пути сетчатки сливаются в зрительный нерв. Поскольку в этом месте не имеется нервных клеток, свет, попадающий на слепое пятно, не обнаруживается. На желтом пятне имеет место обратная картина Оно расположено по центру зрительной оси и содержит особенно много зрительных клеток, причем по преимуществу таких, которые важны для цветового зрения (колбочек, см. ниже) При хорошем освещении наш глаз обычно фокусирует падающий свет на желтом пятне. Наоборот, ночью сильной фокусировки приходится избегать, поскольку из-за низкой светочувствительности колбочек зрительное восприятие существенно ослабляется («Ночью все кошки серы»). Если рассмотреть принцип действия простого электронного глаза, то можно заключить, что зрительный процесс здесь происходит аналогичным образом (рис.4).

Важнейшим элементом такого устройства является полупроводник, который больше всего нам знаком в виде фотодиода. Сопротивление полупроводника изменяется в зависимости от силы падающего света. Если к такому элементу приложить входное напряжение, то выходное напряжение будет зависеть от светового облучения. Разность этих напряжений подается через усилитель на устройство обработки. Поскольку выходное напряжение изменяется в соответствии с изменением сопротивления светочувствительного полупроводника, разность напряжений может служить мерой интенсивности света.

Исходящий от источника свет, как правило, представляет собой смесь световых волн различной длины. Единственным исключением являются так называемые монохроматические

5.Технология работы со звуком

5.1 Аналоговый и цифровой способы записи звука

Традиционное аналоговое представление сигналов основано на подобии (аналогичности) электрических сигналов (изменений тока и напряжения) представленным ими исходным сигналам (звуковому давлению, температуре, скорости и т.п.), а также подобии форм электрических сигналов в различных точках усилительного или передающего тракта. Форма электрической кривой, описывающей (также говорят — переносящей) исходный сигнал, максимально приближена к форме кривой этого сигнала.

Такое представление наиболее точно, однако малейшее искажение формы несущего электрического сигнала неизбежно повлечет за собой такое же искажение формы и сигнала переносимого.

В терминах теории информации, количество информации в несущем сигнале в точности равно количеству информации в сигнале исходном, и электрическое

Они гораздо более чувствительны к падающему свету, чем колбочки, и при этом способны регистрировать только суммарную энергию света. Поэтому палочки пригодны для восприятия только яркостной информации. Благодаря им обеспечивается возможность распознавать предметы и в условиях плохого освещения — хотя и как серые на сером фоне. В противоположность палочкам имеется три сорта колбочек. Они различаются по сенсорным молекулам, которые обеспечивают обнаружение световых волн. Чтобы нервная клетка (будь она колбочкой или палочкой) могла различать световые волны, она должна вырабатывать особое химическое вещество — так называемый зрительный пигмент, который поглощает энергию световых волн. При этом в клетку поступает энергия, которая, при условии превышения определенного порогового значения, вызывает появление нервного импульса. В зависимости от вида зрительного пигмента световые волны различной длины улавливаются колбочками с разной эффективностью. В этой связи говорят о спектральной чувствительности сенсорных молекул и соответственно колбочек. Это иллюстрирует рис.5.

изображение будет лишь незначительно больше исходного, так как в этом случае в каждом дюйме экрана смогут уместиться уже 120 из 144 пикселов.

Разрешение изображения является ключевым фактором, определяющим качество получаемой печатной продукции. Разрешение на выходе системы характеризуется количеством точек на дюйм, которое может воспроизвести устройство вывода. Лазерные принтеры обычно имеют разрешение от 300 до 600 dpi. Фотоавтоматы высокого класса способны печатать с разрешением 1200 dpi, 2400 dpi и выше.

Основные понятия и определения векторной графики

Вектор представляет собой направленный отрезок, соединяющий две точки плоскости, и, с точки зрения математического описания, полностью определяется набором координат этих точек.

может быть построен любой объект. Кривые в векторном формате можно создавать в двух режимах. В первом случае

узлы (начальная и конечная точки) вычисляются после

«рисования»; во втором сначала задаются узлы кривой, а затем формируется кривизна кривой при помощи касательных. Математическое описание имеют не только отдельные графические элементы, но и целостные объекты — окружности, многоугольники и т.п., а также такие атрибуты этих объектов, как размеры, углы, толщина линии, расположение, характер заливки и прочие. В векторном формате все объекты выводятся на экран на своем индивидуальном слое. Порядок , в котором слои накладываются друг на друга, определяет, как будет выглядеть конечное изображение.

4.3 Разрешение (глубина) цвета

Важным этапом создания компьютерной графики является определение необходимой цветовой гаммы, которая подбирается с учетом рабочей системы кодировки (разрешения) цвета. В системе кодировки 1 битом для каждого пикселя экрана возможны только два варианта цвета (значение бита 0 или 1). Кодирование 1 битом каждого пикселя экрана определяет битовую плоскость. Для получения большого количества цветов одновременно используются несколько битов для кодирования цвета. Так, два

Рис.20

бита

2.2 Цветовые системы

. Сколь бы фантастичными ни были возможности глаза и мозга человека, существует одна серьезная проблема — несомненная субъективность нашего цветового восприятия. Цвет представляет собой индивидуальное ощущение, и мы не можем составить суждение о спектральном составе света. Поэтому принципиально невозможно определить, насколько по-другому воспринимают цвета другие люди, тем более что даже у одного человека цветовая чувствительность претерпевает изменения..

В технике, и особенно при обработке изображений, субъективность в высшей степени нежелательна. Только при наличии объективных измерительных систем, позволяющих установить однозначное определение цветности, можно обеспечить, чтобы видеомониторы и телевизоры разных изготовителей одинаково воспроизводили один и тот же цвет.

Все устройства, которые производят обработку цветовой информации, содержащейся в свете, основаны на раздельном распознавании красной, зеленой и синей цветовых составляющих света. Далее мы будем говорить об аддитивном цветовом синтезе, в основе которого два свойства света: возможность разложить свет на цветовые составляющие и возможность получения цвета путем их смешения.

Аддитивный цветовой синтез и цветовая система RGB.

Уже более трехсот лет назад английский физик Исаак Ньютон открыл, что свет, кажущийся бесцветным, можно с помощью куска стекла (призмы) разложить на множество лучей различного цвета. Это явление основано на том, что угол отклонения (преломления) световой волны стеклянной призмой зависит от длины волны. Так, например, коротковолновые лучи синего света отклоняются существенно

сильнее, чем относительно длинноволновые лучи красного света (рис.6).

составляющие цвета, то каждому цвету можно поставить в соответствие определенную точку внутри RGB-куба. Значения серого, которые соответствуют точкам, где красная, зеленая и синяя составляющие в каждом случае одинаковы, находятся на диагонали между точками с координатами (RGB) = (0, 0, 0) и

(RGB) = (Rmax, Gmax, Bmax). Таким образом, в RGB-системе цвета представляются тремя численными значениями, которые

задают красную, зеленую и синюю составляющие. Эти три численных значения часто называют RGB-триадой.

В системе RGB цвета определяются как результат смешения красного, зеленого и синего цветов. Поэтому она особенно удобна для устройств, которые сами излучают световые волны. Типичными примерами могли бы служить цветной видеомонитор и цветной телевизор. Если вы будете рассматривать экран цветного телевизора или монитора через лупу, то увидите, что изображение состоит из множества отдельных точек, которые могут быть красными, зелеными или синими. Когда вы рассматриваете изображение с некоторого расстояния, эти цветовые составляющие сливаются, и возникает цельное цветовое впечатление.

излучение

преобразовать в векторный формат отсканированную полутоновую фотографию может привести к значительной потере качества результирующего изображения и увеличению объема исходного файла.

Основные понятия и определения растровой графики

Растр (raster) — это форма представления информации в виде двухмерного массива точек (элементов растра), упорядоченных в ряды и столбцы

(Рис.18).

Минимальный элемент растра называется пикселем (Pixel —

PictureElement).

Цвет каждого пикселя может быть задан своим цветом, независимо от всего изображения.

Обычно стандартный размер пикселя соответствует минимальному размеру точки на экране монитора (SVGA — 800 600 пикселей, при этом каждому из 480000 пикселей присваивается конкретный цвет палитры). Растровое изображение установленных размеров часто называют битовой

картой, или битовым массивом (Bitmap). Каждому пикселю битовая карта ставит в соответствие один или несколько разрядов

памяти, адрес которых определяется номером элемента, а значение описывает его состояние (цвет пикселя, состояние блока памяти и т.д.). Битовая карта всегда имеет то разрешение, при котором была создана.

Графическое разрешение определяет плотность пикселов в изображении и измеряется в пикселах на дюйм (ppi). Разрешение 72 ppi означает, что каждый квадратный дюйм изображения содержит 5184 пиксела (72 пиксела в ширину х 72 пиксела в высоту = 5184). Чем выше разрешение, тем больше пикселов содержится в изображении. Например, изображение размером 3 х 3 дюйма с разрешением 72 ppi будет содержать 46556 цветовых блоков. То же самое изображение с разрешением 300 ppi будет содержать на той же площади 3 х 3 дюйма 810000 цветовых блоков. Более высокое разрешение позволяет получать в изображении более мелкие детали и более тонкие цветовые переходы. Графическое разрешение и размеры изображения определяют объем файла документа в килобайтах (Кб) или мегабайтах (Мб).

.

Разрешающая способность монитора определяется числом точек (пикселов) на единицу длины. Как правило, она измеряется в точках на дюйм (dpi) или пикселах на дюйм (ppi). IBM-совместимые мониторы могут иметь разную разрешающую способность, но обычно она составляет 96 dpi. Разрешающая способность монитора определяет размер экранного изображения, и ее не следует путать с графическим разрешением, характеризующим расположение пикселов в изображении. Например, размер изображения с разрешением 144 ppi на экране монитора с разрешающей способностью 72 ppi будет вдвое превышать реальный размер (поскольку в

каждом дюйме экрана могут быть отображены только 72 из 144 пикселов). При выводе на монитор с разрешающей способностью 120 dpi то же самое

обнаружить в определенном свете, называется спектром источника света. Относительные доли каждого цвета (световых волн с различными длинами) в определенном свете могут быть весьма различными и характерными для данного источника света. Это обстоятельство оказывается очень важным, если при съемке изображения для освещения используется искусственный свет. Если в солнечном свете все цвета присутствуют в равных долях, то в искусственном свете отдельные цветовые составляющие могут быть либо слишком сильными, либо вовсе отсутствовать. В зависимости от спектрального состава такой источник света может казаться «теплым». Поэтому для освещения помещений предпочитают лампы, которые излучают желтоватый свет (из-за того, что отсутствует синяя составляющая). Такой свет не кажется таким холодным, как, например, чисто белый свет от галогенных ламп.

Интересным следствием образования определенной цветности в результате смешения цветов является возможность возникновения цветов, которых нет в естественном свете. Так, в солнечном свете отсутствуют пурпурные (сиреневые) тона. Они образуются при смешении красного и синего основных цветов, которые находятся на границах спектра. Поэтому в природе пурпурные тона встречаются только в виде так называемых пигментов, т.е. цветов, которые возникают в результате вычитания цветовых составляющих в процессе отражения света. Когда предмет поглощает из солнечного света зеленые цветовые составляющие, а отражает только синие и красные, тогда он воспринимается как пурпурный.

Математически удобнее всего представить цветовую систему RGB в виде куба.

Для куба характерно, что каждая его пространственная точка однозначно определяется координатами X, Y и Z. Если по оси Х откладывать красную, по оси Y синюю, а по оси Z зеленую

Отрицательный красный при этом получается математически как результат уравнивания цветов. Для снижения насыщенности спектрального цвета приходится добавлять к нему определенное количество красного цвета. Поясним это с помощью примера. Насыщенные сине-зеленые цвета (называемые также голубыми) теоретически состоят из чистого синего и чистого зеленого. Их не удается имитировать с помощью аддитивного цветового синтеза. Однако поскольку синий, зеленый и красный вместе образуют белый свет, нужно в насыщенный сине-зеленый свет подмешать немного красного света, чтобы создать белую составляющую. Благодаря этому насыщенность цвета может быть снижена так, чтобы обеспечить возможность уравнивания цветов. Это можно выразить в математической форме. Равенство

Голубой = Синий + Зеленый

не всегда выполняется на практике. Наоборот, равенство

Голубой + Красный = Синий + Зеленый

выполнимо всегда. Когда к чистому голубому свету добавляется немного красного из солнечного света, получается цвет, который также можно получить путем смешения синего и зеленого. Последнее выражение путем простого переноса можно преобразовать следующим образом.

Голубой = Синий + Зеленый - Красный

Оно объясняет появление отрицательной красной составляющей в приведенной выше диаграмме.

Какое значение это имеет на практике? Хотя источник света, излучающий отрицательный красный свет, математически вполне допустим, с практической точки зрения,

очевидно, не имеет смысла — таких источников света не существует. Отсюда следует, что устройство, на котором цвета получаются путем аддитивного цветового синтеза, позволяет имитировать не все

преобразования исходя из формы объекта. Векторные программы являются наилучшим средством для создания шрифтовых и высокоточных графических объектов, например, логотипов, для которых принципиально важное значение имеет сохранение четких, ясных контуров независимо от размера изображения.

Замечание: Экран компьютера представляет собой растровую сетку, поэтому как битовые, так и векторные изображения воспроизводятся на нем с помощью пикселов. Для отображения на экране векторные программы представляют все объекты в виде наборов пикселов.

Вотличие от растровой, векторная графика не имеет элементов изображения, а все линии определяются начальными точками и описываются математическими формулами. Только после просчета размера определяются те точки экрана, через которые проводятся линии. Таким образом, для векторных изображений не характерны «ступеньки» (кроме очень мелких, связанных с разрешающей способностью экрана), а при масштабировании пропорции и очертания графических элементов всегда точно выдерживаются, т.к. любая операция изменения размера изображения приводит к пересчету всех составляющих элементов. Неизменными в режиме деформации остаются только образцы заливки, в то время как в растровом формате они изменяются вместе с изображением.

Вотличие от растровой графики, где любой вновь созданный объект сразу же становится неотъемлемой частью общего изображения, в векторном формате все объекты ( в том числе различного рода надписи) располагаются на различных уровнях изображения, что дает возможность редактировать их

на любом этапе работы.

Векторные изображения имеют значительно меньшие размеры файлов, чем растровые. Так, при начертании круга с однородной заливкой компьютер хранит информацию типа:

«центр — 4 см вправо, 3 см вниз, радиус — 2,5 см; залить зеленым». Такой набор команд занимает всего несколько десятков байт. Размер Bitmap-файла такого же изображения с описанием каждого элемента растра может варьироваться от килобайтов до мегабайтов, в зависимости от графического и цветового разрешения.

Слои изображений.

Вы можете добавить в документ один или несколько слоев, которые можно сравнить с листами абсолютно прозрачной пленки, сложенными в стопку поверх фона. Если слой не содержит никаких изобразительных элементов, то сквозь него будут видны все остальные слои и задний план.

Слои дают вам возможность редактировать отдельные элементы изображения независимо от других объектов. Вы можете рисовать, редактировать, вклеивать, маскировать и перемещать содержимое одного слоя, не опасаясь запортить графические элементы, расположенные на других слоях.

Все слои в документе имеют одно и то же количество пикселов, одинаковое число каналов и общий цветовой режим, например, RGB, CMYK или «Градации серого».

Графический редактор позволяет создавать в одном документе произвольное число слоев, каждый со своим режимом наложения и степенью непрозрачности. Однако реальное количество слоев в документе может быть ограничено объемом свободной памяти в вашей системе.

Графические редакторы позволяют производить преобразование одного вида компьютерной графики в другой. Например, векторный рисунок можно превратить в растровый,

а растровый рисунок — в векторный. При этом следует учитывать, что из растрового в векторный формат хорошо преобразуются только штриховые рисунки, например, чертежи. Попытка

люминофоров кинескопа. Это будет более подробно объяснено ниже при описании принципа действия цветных кинескопов.

Цветовая система RGB может показаться очень простой, но при ее практическом применении встречаются две серьезные проблемы. Первая — это зависимость от аппаратуры, а вторая связана с тем, что технически невозможно получать все цвета путем аддитивного цветового синтеза.

Как видно из рисунка, для имитации спектрального цвета путем аддитивного цветового синтеза в области между 450 нм и 550 нм требуется отрицательная красная составляющая. Это как раз та область, где данная методика неработоспособна. Хотя характер кривой зависит от вида