Лабораторный практикум по курсу «Компьютерная графика и инженерная обработка изображений. GIMP. Версия № 2»

былосозданоснепрозрачнымтипом заполнения, тоуэтогослоянет альфа-канала.

Непрозрачность. Прозрачность слоя определяется степенью доступных цветов из нижних отображаемых слоев списка. Непрозрачность определяется диапазоном от 0 до 100, где 0 означает полную прозрачность, и 100 – полную непрозрачность.

Панельинструментов. Панель, обычнорасположеннаяслева от главного окна, показывает диалоги управления кистями, текстурами, иградиентамиидругимиинструментами длярисования. Спомощью этого диалога можно выбрать кисть, которая будет использоваться инструментами рисования. Кроме этого, удобно пользоваться в главном меню опцией Инструменты – Рисование, в которой можно найти основныеинструменты и операции, используемые при рисовании.

Крометого, этотдиалогпредоставляетдоступкнекоторымфункциям управления кистями. Чтобы выбрать функции кисти, можно нажать на ее изображение левой кнопкой мыши.

Простые кисти. Большинство устанавливаемых с GIMP кистей попадает в эту категорию. Они отображаются в диалоге выбора кисти как черно-белые пиксельные изображения. Когда рисуете ими, цвет кисти равен активному цвету переднего плана (он указан в области цвета на панели инструментов), а форма кисти соответствует пиксельному изображению, которое видите в диалоге кисти.

Лабораторная работа 1 выполняется фронтально, в соответствии с заданием, приведенным ниже. Результат выполнения демонстрируется преподавателю в индивидуальном режиме.

Важные замечания.

1. Лабораторную работу1 можно сдавать как врежиме on-line, так и в удаленном режиме, используя электронную почту. Во втором случае необходимо в адрес преподавателей, ведущих лабораторные работы, выслать краткую информацию о результатах ее выполнения. Содержание такого письма изложено в конце задания на данную работу.

2. При сдачевсехлабораторныхработ преподаватель, кроме проверки практических навыков выполнения различных операций, будет обязательно спрашивать и оценивать теоретические знания студента о математических и логических основах выполняемых операциях. Следует отметить, что эти сведения можно найти в лекционном материале, или вматериалах различных учебников имногочисленных ресурсов. К сожалению, найти теоретический материал в многочисленных справках GIMP нельзя.

11

Задание

1.Выполнить инсталляцию GIMP на своем компьютере. Загру-

зить GIMP.

2.Выполнить начальную настройку пользовательского интер-

фейса GIMP. Ознакомиться с составом главных пунктов основного меню GIMP.

3. Изучить функциональный состав Панели инструментов. Для этого необходимо создать новое изображение и попробовать каждый из инструментов при пробном рисовании, используя при этом режимы работы каждого инструмента. Изучить работу и свойства инструментов, приведенных ниже.

Прямоугольное и свободное выделение.

Кадрирование.

Перемещение, масштабирование, поворот изображения.

Объяснить преподавателю математическую основу этих методов,

как зависит результат их выполнения от выбора системы координат.

Искажения.

Кисть (группа операций).

Ластик.

Текст.

Измеритель.

Цвет фона.

Лупа. Объяснить, чем алгоритм Лупа отличается от Масшта-

бирования.

4.Изучить технологию создания кистей произвольного типа и создать собственную кисть.

5.Используя возможности Панели инструментов, нарисовать какой-либо рисунок. К художественному качеству рисунка не

предъявляется никаких требований, главное – попробовать и использовать максимальноечисло возможностей Панели инструментов. Покажитерезультат преподавателю. Можно использовать этот рисунок при выполнении п. 7 данного задания.

6. Освоить работусослоями. Создать дваразличныхслояизображений одного размера. Объединить их в одно изображение. Изучить режим прозрачности слоев. Сделать то же самое, но в слоях разместитьтекстуруиинформацию, представленнуюфайломврастровом формате.

12

7. Создать в средеGIMP, используя главноеменю и панель инструментов, личную визитку, размеры которой 90х50 мм, с информацией о самом себе («любимом!»). В качестве фона визитки необходимо использовать свою «рукотворную» графическую «картинку». В различных слоях визитки (не менее пяти слоев) следует разместить следующие данные:

фамилия, имя, отчество;

название университета полное или сокращенное;

свой статус (группа или должность в организации);

название и номер кафедры;

свой номер телефона и адрес электронной почты;

свое «хобби»;

какое-то изображение, представленное файлом в растровом формате.

Замечание. Необходимо учесть, чтосильноперегружать информациейвизитку не стоит. Кроме того, следует обратить внимание на хорошую «читаемость» визитки. Под этим подразумевается, прежде всего, правильный выбор размеров элементов визитки, текстовых характеристик, а также общую ее цветовую интенсивность.

8. Разместить на отдельном изображении размера А4 (файле) четыре созданных визитки. Осуществить экспорт этого графическогофайлавформаты *.bmp, *.tiff и *.png, содинаковыми параметрами графического представления для корректности их сравнения. Необходимовнимательноконтролироватьодинаковостьпараметров сохранения. Сравнить размеры полученных файлов, построив в Exel столбчатую диаграмму размеров этого файла, сохраненного в указанных выше форматах.

9.Построить столбчатую диаграмму размера файла А4 с четырьмя визитками, сохраняемого в формате *.jpg, в зависимости от коэффициента сжатия.

10.Продемонстрировать преподавателю практические навыки работы с редактором GIMP и ответить на заданныеконтрольныевопросы.

Примечание. При сдаче лабораторной работы в удаленном режиме следует прислать по электронной почте на адрес всех преподавателей, ведущих лабораторные работы, все основные результаты, а именно:

 файл с одной визиткой в формате GIMP для проверки содержимого слоев;

13

диаграмму размеров файла, состоящего из четырех визиток, в Exel (столбчатого типа), для различныхформатов;

диаграмму размера файла А4 с четырьмя визитками, сохраненного в формате *.jpg, в зависимости от коэффициента сжатия.

Никакой лишней информации присылать не надо!

Вопросы для контроля

1.Что является стандартной настройкой начального интерфейса пользователя?

2.Каквыполняетсяоперация «Создать проект», в чемегосуть?

3.Чем отличаются операции «Открыть файл изображения» и

«Открыть файл изображения как слои»?

4.Гдерасположено окно «Инструменты» и какиеинструменты оно содержит?

5.Где расположено окно «Слои»? Что такое слой?

6.Какие группы операций содержит основное меню редактора

GIMP?

7.Что является математической основой операций над графи-

ческими объектами (масштаб, сдвиг, поворот), и где они находятся

вGIMP?

8.Чем режим справка отличается от контекстной справки?

9.Как создать свою кисть?

10.Какпоместитьвсвойрисунок«готовое» изображениеизграфического файла?

11.Покажите слои, созданные при рисовании визитки.

12.Покажите операцию изменения прозрачности любого слоя для визитки.

13.Что такое совмещение слоев?

14.Покажите операцию открытия и сохранения изображения в различных форматах.

15.Чем отличаются команды группы «Сохранить» от команд группы «Экспортировать»?

16.Какие параметры следует контролировать для корректного сравнения размеров графических файлов при их экспорте в различные форматы?

14

Список литературы и интернет-источников

1.GNU. Image Manipulation Program. Руководство пользователя. 2024. URL:https://docs.gimp.org/2.10/ru (дата обращения: 18.10.2024).

2.Лапшин А. Уроки GIMP для начинающих. 2022. URL:https://www.gimpart.org (дата обращения: 18.10.2024).

3.Учебник GIMP для начинающих и профи.2017. URL: htttps://uroki-

gimp.ru/articles (дата обращения: 18.10.2024).

4.Лапшин А. GIMP 2.10. Ключ к миру творчества. M., 2020. URL: https://www.gimpart.org/catalog/kniga-po-gimp/ (дата обращения: 18.10.2024).

5.Хахаев И.А. Графический редактор GIMP: первые шаги: ALT Linux. М.: Из-

дательский дом ДМК-пресс, 2009. 232 с.: ил. URL: altlibrary-gimp-20091012.pdf (altlinux.org) (дата обращения: 18.10.2024).

6.GIMP ГИМП. Урок39. Инструменты цветокоррекции. Уровниикривые. M., URL:https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=-tRzkkKdNkI (дата обращения: 18.10.2024).

7.Майкл Дэвис. GIMP 2.10. Учебники для начинающих (20 шт.). М., 2018, URL: ps://ru.daviesmediadesign.com/20-gimp-2-10-tutorials-for-beginners/ (дата обращения: 18.10.2024).

15

полезны привыполненииалгоритмов предобработки изображенийв работе 3.

Визуализация и хранение растровых изображений, представленных в различных графических форматах.

Функция преобразования цветного изображения в многогра-

дационное черно-белое (ахроматическое) находится в Цвет – Обес-

цвечивание.

Алгоритм бинаризации ахроматического изображения. Представлен в меню Цвет – Порог.

Диалог построения гистограммы находится в меню Цвет – уровни.

Методы изменения гистограммы изображения. Один из них

расположен в меню Цвет – Постеризация.

Метод гамма-коррекции (изменение яркости/интенсивности) находится в меню Цвет – Кривые.

Алгоритмы математической морфологии для операций дила-

тация (расширение) и эрозия (сужение) расположены в Фильтры –

Общие.

Немного теории

Далеекороткорассмотрены самыепростые, нополезныенапрактике, классические алгоритмы ОИ, которые можно отнести к большой группе так называемых «алгоритмов предобработки». Кроме материалов лекций, а также большого числа учебной и научной литературы, например [3–5], для краткого знакомства с методами предобработки изображений в GIMP можно пытаться пользоваться документацией разработчиков [1], в которой иногда используется классическая терминология. Но это бывает крайне редко!

Негативное изображение, позитивное изображение. При диа-

пазоне яркостей [0, J – 1]:

Fвых негатив = J – 1 – Fвх

можно найти в меню в Цвет – инвертировать яркость.

Гистограмма:

H(j) = N(j)/Q,

где Q – общее число пикселов; N(j) – число пикселов с интенсивностью, равной нулю; H(j) – оценка плотности вероятности p(j).

17

Гамма-коррекция. «Гамма» – это коэффициент, используемый для коррекции нелинейной зависимости между входной интенсивностью и яркостью цвета на выходном изображении. При вводе изображения происходит нелинейное преобразование, нарушающее идеальную прямо пропорциональную зависимость. В корректирующем выражении для гаммы эта нелинейность описывается показательной функцией:

I V ,

где I – яркость пиксела на экране дисплея (или яркости составляющих цвета, красной, зеленой и синей по отдельности); V – численное значение цвета, а γ – показатель гамма-коррекции (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Идеальный (а) и реальный (б) вид функции яркости при вводе изображения

Одно из наиболее стандартных и распространенных использований этого выражения – изменение интенсивности (яркости) «картинки» на экране.

Математическая морфология. Основные алгоритмы математической морфологии для бинарных и полутоновых изображений, которые позволяют извлекать такую полезную информацию, как границы, некоторые структуры и т.д. Перечислим эти фильтры: эрозия

(erode), расширение(dilation), закрытие(close), открытие(open), гра-

диент (gradient), лапласиан (laplacian), морфологическое размытие

18

(smooth) и морфологическая резкость (sharpness). Всеэти функции в GIMP следует искать в меню Фильтр. Предварительно следует изучить общие сведения о функциональности соответствующих операций, используя материал лекций, монографий, интернета.

Замечание 1. В документации по GIMP и меню операций пакета отсутствуют термины классической теории ОИ, а именно: «гамма-коррекция», «свертка», «ядро свертки», «морфология» и ряд др. Однаконекоторое представление об этихклассических понятиях и терминах в трактовке разработчиков GIMP можно получить из [1]. Поэтомунеобходимоиметь начальное представление обазовых операцияхтеории ОИ с тем, чтобы находить соответствующие операции в GIMP и понимать их функциональность.

Замечание 2. Для выполнения лабораторной работы подготовлено несколько тестовыхмонохромныхизображенийвформатеBMP, которыедоступны приеевыполнении и расположены в папке «Образцы_изображений для_лаб_ОИ». Аналогичные по виду файлы можно подготовить самостоятельно средствами GIMP или скачать из Интернета.

Лабораторная работа выполняется фронтально, в соответствии с заданием, приведенным далее.

Задание

1. Открыть одно из изображений. Найти инструкцию Восстановить, которая позволяет восстановить начальное изображение. Эта операция будет полезна во время выполнения всей лабораторной работы.

2. Изучить работу алгоритма построения гистограммы для черно-белого и цветного изображений, которое можно создать, используя инструменты GIMP, а можно использовать готовые. Объяснить получаемые результаты.

3. Практически изучить выполнение операций предобработки на различных типах изображений, оценить их качественноевлияние

истепень регулирования для операций, приведенных ниже.

Цвет – Инвертировать яркость.

Цвет – Цветовой баланс. Объяснить сущность алгоритма.

Цвет – Тон – Насыщенность. Объяснить сущность алгоритма.

Цвет – Яркость – Контраст. Объяснить сущность алгорит-

мов. Попробовать объяснить термин контраст изображения.

19

 Цвет – Кривые… (гамма-характеристика). Объяснить сущность алгоритма гамма коррекции, переменные и единицы измерения по осям X и Y.

С использованием гамма-коррекции изучить работу алгоритма изменения яркости изображения.

Цвет – Обесцвечивание – Цвет в градации серого – получе-

ние ахроматического изображения. Определить число градаций полученного изображения. Объяснить сущность алгоритма.

Цвет – Порог – получение бинарного изображения. Объяс-

нить сущность алгоритма.

 Цвет – Постеризация (алгоритм изменения числа уровней яркости). Объяснить сущность алгоритма.

4.Подробно изучить перечисленные выше операции, выполнив их как для ахроматического, так и для цветного RGBизображения, и объяснить, для каких типов изображений (молелей цветности) целесообразно применять тот или иной алгоритм.

5.Открыть одно из многоградационных монохромных (ахроматических) изображений. С использованием гамма-коррекции получить из него бинарное изображение.

6.Выполнить бинаризацию предыдущего изображения с помощью операции выбора порога. Сравнить результат. Найти разницу в результате и объяснить ее причину.

7.Изучить работу метода изменения гистограмм алгоритмом «Постеризация» (уменьшение числа уровней) для различных типов модели цветности изображений. Объяснить суть рекомендаций, которые даются для использования методов изменения гистограмм, в

целом, и алгоритма «Постеризации» пакета GIMP, в частности.

8. Выполнить несколько вариантов изменения гистограммы, используягамма-коррекциюиокногистограммыдляоценки результата. Возможные варианты: равномерный закон, нормальный закон, экспоненциальный, в соответствии с текущей гистограммой и др.

9. Изучить алгоритмы морфологии в GIMP: эрозия (erode), расширение(dilation). Использовать, кромеизображений изпапки «Образцы_изображений для_лаб_ОИ», подготовленныесамостоятельно изображения. Объяснить видимую разницу в результатах для различных операций морфологии.

20