Просторова дискретизація зображення. Аналоговий та дискретний способи представлення зображень та звуку
або чому роздільна здатність файлу повинна перевищувати лініатуру растру не менше, ніж удвічі
Характерною особливістю сучасних поліграфічних систем обробки напівтонових оригіналів є те, що як просторова дискретизація зображення, так і квантування його тону за рівнем здійснюються в них принаймні двічі. Просторова дискретизація - заміна зображення, тон якого довільно змінюється координатах X і Y, зображенням, складеним із окремих ділянок - зон, у яких цей параметр усереднений. У загальному випадку, як уже вказувалося, частота дискретизації повинна щонайменше вдвічі перевищувати частоту гармонійної складової вихідного зображення, що підлягає відтворенню на копії. Це положення схематично пояснює рис. 1 (а), на позиції а) якого вихідне безперервне повідомлення є синусоїдальне коливання і(t) зперіодом Т. Спектр такого сигналу складають постійна складова та перша гармоніка:
u = U 0 +U l sin(27tt/T)
Мал. 1.
Вихідний сигнал (а), значення його вибірки та глибина модуляції (%) при нульовій (б), протилежній (в) та проміжній (г) фазі частоти дискретизації.
При нульовій фазі дискретних відліків U Dперіоду Т/2глибина їх модуляції першої гармонікою вихідного сигналу дорівнює нулю та інформація про частоту повністю втрачається. Передається лише середнє значення U 0вихідного сигналу (див. рис. 1 б). Зі зміною фази відліків на половину їх періоду глибина модуляції виявляється рівною 100% (див. рис. 1, в). Проміжним між розглянутими фаз відліків супроводжують спотворення амплітуди і фази першої гармоніки, хоча, як показує графік на рис. 1 (г), інформація про її частоту зберігається. Як мінімум одновимірна (по одній з координат) дискретизація зображень супроводжує процес електрооптичного аналізу. В аналогових репродукційних системах і в телебаченні оптичний параметр, що є функцією координат оригіналу або сцени, що передається, перетворюється в амплітуду електричного сигналу, що змінюється на виході ФЕП у часі при строковому зчитуванні (скануванні). Спектр просторових частот зображення у напрямку, поперечному напрямку рядкової розгортки, обмежується частотою розкладання на рядки. З огляду на кінцевих розмірів скануючого плями (апертури) цей спектр обмежений і вздовж рядків частотою, зворотної величині цієї плями. Другою причиною обмеження спектра частот і дискретизації зображення вздовж рядка є модуляція відеосигналом амплітуд, фаз або частот додаткового електромагнітного коливання -несучої частоти, необхідної для передачі сигналу, наприклад, в телебаченні або в дистанційному аналоговому (з використанням електричних каналів зв'язку) репродукування. Двовимірна (за обома координатами) дискретизація та квантування мають місце при так званому аналого-цифровому перетворенні відеосигналу, в результаті якого сукупність просторових відрахувань значення тону може бути представлена деяким масивом чисел, записаних, наприклад, у двійковому коді. Таке уявлення дозволяє відволіктися від часу реального сканування та проводити функціональні перетворення тону, кольору, дрібних деталей, контурів та іншого змісту зображення, як операції над числами цього масиву. Для таких цілей нині ефективно використовуються ПЕОМ.
Просторова дискретизація супроводжує і растрування - подання зображення як сукупності запечатаних і пробельных елементів, відносна площа яких визначається тоном чи кольором відповідних ділянок оригіналу. При цьому, як уже вказувалося, частота першої дискретизації, пов'язаної з електрооптичним аналізом та аналого-цифровим перетворенням, приймається, як правило, в два разищо перевищує лініатуру поліграфічного растру, а точніше, частоту растрової функції, всередині періоду якої формується та чи інша кількість растрових точок та прогалин. Якщо ця умова дотримується, то при відтворенні системи періодичних штрихів довільної просторової фази розміри сусідніх точок будуть хоч скільки відрізнятися один від одного у всіх випадках крім одного: коли самі штрихи зсунуті рівно на половину періоду щодо елемента розкладання 1 і растрового осередку. На відбитку замість штрихів утворюється рівномірне поле однакових растрових точок з відносною площею 50% (див. рис. 2, г), оскільки коефіцієнт відображення оригіналу, усереднений по площі зчитує плями I має однакове (проміжне) значення для всіх елементів растру. У зону відліку 7 щоразу потрапляє по половині штриха та половині пробілу (див. рис. 2, в). Цей випадок аналогічний представленому на рис. 1(б).
Мал. 2.
Штрихи частоти 0,51 в растрових гратах лініатури L при збігаються (а) і протилежних (в) фазах; їх растрові копії: б, г - при зчитувальному елементі 1 рівному кроці лініатури; д - при відліках 2 вдвічі менших кроку растру.
У всіх інших просторових фазах контраст штрихів на репродукції виявляється вище, оскільки відрізняються значення сусідніх відрахунків і розміри растрових точок, що формуються відповідно до них. Максимальна відмінність має місце в протилежному випадку, коли, як показано на рис. 2 (а, б), штрихи частоти 0,51 збігаються по фазі з растровими гратами. Тут має місце аналогія з випадком, що ілюструється рис. 1 (а, в). Вони передаються растром вдвічі більшої лініатури, що дорівнює L лін/см, без втрати контрасту. Гарантію передачі штрихів з повним контрастом незалежно від їхньої просторової фази дає частота розкладання, що вдвічі перевищує растрову лініатуру, як пояснює рис. 2 (д). Оскільки в поліграфічному репродукування мають місце як мінімум дві просторові дискретизації зображення, з наведеного спрощеного прикладу слід, що дворазовий запас частоти розкладання необхідно передбачати двічі. Вперше це доводиться робити під час виборів лініатури растру, якщо ставиться завдання відтворення на відбитку певних просторових частот оригіналу. Другий дворазовий запас, на цей раз вже по відношенню до обраного значення лініатури, встановлюється для частоти сканування оригіналу. Наприклад, для відтворення штрихів, що мають на оригіналі частоту 4 лін/мм, необхідна лініатура відбитка 80 лін/см (~200dpi) (а також відповідна їй гладкість паперу та інші параметри друку). Зчитувати такий оригінал при скануванні доводиться вже із частотою 16 лін/мм (~400ppi). Ступінь руйнування контурів і дрібних деталей у растровому процесі дещо знижується, якщо частота відліків відповідно до положень теорії дискретизації вдвічі перевищує лініатуру растру (див. рис. 3, д, е).
Мал. 3.
« Воронка» (а) та випадковий (б) розподіл вагових значень; зображення контуру 1, що поділяє на оригіналі ділянки з поглинанням 0,94 та 0,04, на основі одного (в, г), чотирьох (д, е) та 64-х (ж, з) відліків на період растру;
2 - зона відліку аналізу
Пересічний контуром ділянка оригіналу представляється в цьому випадку чотирма різними за значеннями відліками. Чотири фрагменти відповідної ділянки копії формуються за різними знаками алфавіту точок. Форма площі, що запечатується всередині ділянки, модулюється геометрією контуру, і останній передається з більшою графічною точністю та різкістю. Цей ефект наочно ілюструє модель на рис. 4 (г) порівняно з представленими на рис. 4(б,в).
Мал. 4.
Штрихові елементи (а) напівтонового оригіналу та їх растрові копії з використанням:
- одного (б, в, д) та чотирьох (г, е) відліків у періоді растрової функції;
- нерізкого маскування числового масиву (в);
- усунення растрових точок (д) та їх фрагментів (е) на контурах.
Точність передачі контуру повного розмаїття підвищується і далі в міру збільшення частоти зчитування оригіналу і виявляється на рівні роздільної здатності вивідного пристрою, коли кожному елементу синтезу вихідному відео масиві відповідає незалежний багаторівневий відлік (рис. 3, ж, з). Зони відліків, як правило, майже на порядок перевищують розміри елементів синтезу і не можуть бути значно зменшені. Інакше надмірно, в середньому на два порядки, зростають і так великі, обчислювані десятками і сотнями мегабайт, обсяги ілюстраційних файлів. Відповідно зростає ємність пристроїв зберігання, час обробки та обміну відеоінформації між різними модулями та робочими місцями додрукарських систем, час передачі або займана смуга частот при дистанційному репродукування. Насправді обмежуються лише дворазовим перевищенням частоти відліків над лінеатурою, якому відповідають приклади на рис. 3 (д, е) та рис. 4 (г). Такі режими та системи репродукування умовно відносять до систем типу coarse scan/fine print (грубе зчитування/чіткий друк). Число відліків дорівнює кількості субелементів синтезу, тобто режими типу fine scan/fine print, зустрічаються лише в пристроях виведення безперервного тону або струминно-краплинного цифрового друку при відносно малих форматах зображень, низьких роздільних здатності введення/виведення (порядку 12- /мм (300-600dpi)) і у зв'язку з цим невисоких лініатурах.
Просторова дискретизація безперервних зображень, що зберігаються на папері, фото- та кіноплівці, може бути здійснена шляхом сканування. В даний час все більшого поширення набувають цифрові фото- та відеокамери, які фіксують зображення відразу в дискретній формі.
Глибина кольору та кількість кольорів на палітрі Глибина кольору, i (бітів) Кількість кольорів на палітрі, N 42 4 = = = =
Графічні режими монітора Якість зображення на екрані монітора залежить від розміру просторової роздільної здатності та глибини кольору. Просторова роздільна здатність екрана монітора визначається як добуток кількості рядків зображення на кількість точок у рядку. Монітор може відображати інформацію з різними просторовими дозволами (800*600, 1024*768, 1152*864 та вище).
Графічні режими монітора Глибина кольору вимірюється в бітах на точку і характеризує кількість кольорів, які можуть бути пофарбовані точки зображення. Кількість кольорів, що відображаються, також може змінюватися в широкому діапазоні: від 256 (глибина кольору 8 бітів) до більше 16 мільйонів (глибина кольору 24 біта).
Графічні режими монітора Періодично, з певною частотою, коди кольорів точок відображаються на екрані монітора. Частота зчитування зображення впливає на стабільність зображення на екрані. У сучасних моніторах оновлення зображення відбувається із частотою 75 і більше разів на секунду, що забезпечує комфортність сприйняття зображення користувачем. Знайдемо об'єм відеопам'яті для графічного режиму з просторовою роздільною здатністю 800х600 пікселів і глибиною кольору 24 біти. I П = i * X * Y = 24 біта х 600 х 800 = біт = байт = 1406,25 Кбайт = 1,37 Мбайт
Завдання Роздільна здатність екрана Глибина кольору х х 768 У моніторі можуть бути встановлені графічні режими з глибиною кольору 8, 16 та 24, 32 біти. Обчислити обсяг відеопам'яті в Кбайтах, необхідний реалізації цієї глибини кольору при різних роздільних здатності екрана. Занести рішення до таблиці.
Джерела інформації: - Угрінович Н. Д. Підручник Інформатика: підручник для 9 класу / Н. Д. Угрінович - 4-те вид. - М.: БІНОМ. Лабораторія знань – 178с.; - Угрінович Н. Д., Босова Л.Л., Михайлова Н.І. Інформатика та ІКТ: практикум / Н. Д. Угрінович, Л.Л. Босова, Н.І. Михайлова - М.: Біном. Лабораторія знань – 394с. - Угрінович Н. Д. Інформатика та ІКТ класи: Методичний посібник / Н. Д. Угрінович - М.: БІНОМ. Лабораторія знань, с.;
Кардинальною проблемою чисельного моделювання міграційних процесів є дискретизація у просторі та часі. При просторової дискретизації найчастіше використовуються метод кінцевих різниць (МКР) і метод кінцевих еле-
|
Мал. 24. Схема квадратного осередку сіткової моделі міграційного потоку: ■а - параметри властивостей; б – результати міграційного розрахунку. / - первинні результати; 2 – білінійна інтерполяція; 3 до 4 - розрахунковий та сусідні вузли сеткн. Ментов (МКЕ), основні положення яких описані, наприклад, у роботах. Надалі розглядатимемо лише МКР, що дозволяє наочно надати різницеву модель процесу. При цьому використовуються консервативні схеми різниці, в основі яких знаходиться складання балансу речовини в блоці (осередку), що відноситься до кожної вузлової точки (метод складових осередків). При цьому для кожного осередку визначають конвективні притоки та відпливи мігрантів за допомогою лінійної інтерполяції між сусідніми вузлами (що відповідає основній різниці МКР) або використовують значення концентрацій з вузла, з якого надходить мігрант (що відповідає зворотній різниці МКР). Для визначення припливу та відтоку мігранта внаслідок дисперсії використовуються також перші приватні похідні концентрації з перпендикулярно та паралельно до кордонів осередків, які можна білінійно встановити за сусідніми значеннями. Розглянемо основні положення вирішення проблеми дискретизації стосовно двовимірного конвективно-дисперсійного потоку в гомогенному середовищі з урахуванням процесів розпаду за рівнянням (3.8) при Кос-Я та дії міграційних джерел-стоків з інтенсивністю w. У такому разі диференціальне рівняння конвективно-дифузійного перенесення нейтрального мігранта у двовимірному потоці (з координатами xt при хх=х та х2-у) має вигляд TOC \o "1-3" \h \z д / г \ дс \ , де і, дс, ID,------ І + ^і------------ ас 4- w = л0 -. (7.1) Якщо знак q виявляється лише в результаті розрахунку, то загалом справедливе співвідношення 2qmkc _ (gtnk _J_ gmk) ck _J_ (qtnk _ [ qmk I) Таким чином, отримують лінійну систему рівнянь з рівняннями (л - число осередків з визначеними значеннями с), асиметрична матриця коефіцієнтів яких вказує на кожні чотири зайнятих верхніх і нижніх кодіагонала поряд з основними діагоналями. Обчислювальні моделі міграції, що зображуються таким способом, приблизно рівнозначні моделям (матричним рівнянням), сформульованим за допомогою нормального МКР, а також моделям МК. Е за допомогою лінійної апроксимації функцій. Перевага такої системи полягає в тому, що гарантується максимальна наочність математичного опису процесу. В даний час при чисельному моделюванні міграції майже виключно використовують для тимчасової похідної приватну різницю першого порядку і будують модель міграції з огляду на важливість двох рівнів часу. Тоді рівняння (7.1) для міграційної моделі має вигляд
Неявна (див. рис. 25 б); у=\/2- Кранка - Нікольсона (див. рис. 25, в); 7 = 2/3 - Галеркіна (див. рис. 25, в). Для Vе (0; 2/3; 1) доводиться порядок апроксимації 0(Д0 і для y=: 1/2-0 (Дt) , З розкладання функцій до ряду Тейлора слід, що чисельну дисперсію викликають як Потребує тонкої дискретизації. Навіть забезпечення можливості корекції коефіцієнта дисперсії DKop згідно з виразом TOC \o "1-3" \h \z Асор = D - [I * I Д*/2 + А^2/(2я0)] > 0 (7:6) Для характеристики дискретизації процесів міграції користуються безмірними числами, одержуваними з рівняння (7.3): 0 I v I Ах Ах Дtv* At I v I Редх = --! ж і Di А для характеристики осциляцій – похідними характеристиками Релд: П0 Ах Ах П0 Ах2 З рівняння випливає, що значні витрати на просторову дискретизацію міграційних процесів виправдані лише коли однаковий порядок величин має також похибку тимчасової дискретизації. Тому схема Крайка-Ніколь - сона з похибкою порядку At2 часто використовується в моделюванні, незважаючи на пов'язані з цим побоювання щодо стабільності. Її підвищення досягається за допомогою методу "предиктор-коректор" Г10]. При цьому згідно з неявною схемою рішення (Y=1) розраховується півкрок At/2 при вихідному положенні всіх параметрів часу t і визначаються значення с*+Л(12. Потім за схемою Крайка-Нікольсона (у= 1/2) реалізується весь крок At, причому всі параметри міграції, члени джерел-стоків, обміну та заміщення, а також член конвекції задаються на момент часу t + At / 2. Таким чином, обчислювальна модель рівняння (7.2) при повному кроці виходить у такому вигляді (див. рис. 25): Причому для dc/dt треба підставити одно-, дво- чи тривимірне вихідне.диференціальне рівняння, а для d2c/dt2 його похідну. Нарешті, дуже значна точність апроксимації досягається завдяки тому, що тимчасова похідна враховується у точці п (це у загальному вигляді відноситься також до членів джерел-стоків ic і так), а й у сусідніх вузлах. У найбільш простій формі цю підстановку здійснюють за правилом Симп - сона: dc/dt-(1/6) [(dc/dt)a-.i+4(dc/dt)n+(dc/di)n-1]. На рис. 25, е наведена також кінцево-різницева схема для одновимірних процесів міграції, запропонована Г. Стояном. Ця схема дає можливість керувати обчисленням усіх приватних похідних та отримувати стабільні та точні чисельні рішення, особливо для випадків чистої дисперсії чи чистої конвекції. Вибраний чисельний метод придатний лише в тих випадках, коли чисельне рішення прагне точного при ширині, що зменшується. кроку, тобто коли цей метод є схожим. Чисельна дисперсія викликається насамперед дискретністю членів: конвекції та ємності (акумуляції), тобто першими похідними залежних змінних. Це може призводити до значних похибок при моделюванні міграційних процесів з? невеликим коефіцієнтом дисперсії £>, величина яких для різних чисельних моделей міграції виходить залежно від Релг і числа Di або Сг. Завдяки введенню справ< ленных. коэффициентов дисперсии [см., например, уравнение (7.6)] значительно уменьшаются погрешности и в простых дискретных схемах. (Стабильные обратные разности членов конвекции и аккумуляции, а также МК. Э с линейными пространственными и временными начальными функциями приводят к значительной численной дисперсии или требуют очень тонкой локальной и временной дискретизации. Чисельні осциляції відбуваються у певних умовах і, як правило, визначаються порівнянням з відповідними аналітичними рішеннями. Небезпека коливань виникає переважно у процесах із домінуючою конвекцією. Особливо схильні до осциляцій схема Кранка-Нікольсона, основна різниця членів конвекції або акумуляції та формулювання МКЕ Поряд з похибками дискретності мають значення також похибки у стабільності, які з обмеженої кількості чисельних розрахунків. Безумовно, стабільною вважається чисельна модель міграції, якщо чисельна похибка (округлення) зменшується від одного тимчасового кроку до іншого, а умовно стабільною - якщо це відбувається лише за певних умов. Ці умови для особливих випадків аналітично представлені у роботі. Таким чином, порівнянням з аналітичними рішеннями фіксується умова стабільності при заданій просторовій дискретизації шляхом встановлення критичної величини часового кроку через критичні числа Di або Сг. Безумовно стабільною є неявна схема рішення з у-1, причому зі зменшенням у зростає схильність до нестабільності. Чисельне рішення складеної системи рівнянь (матричне рівняння) також приховує можливості похибок. До дуже великих похибок, що сильно поширюються при умовному стабільному методі, може призводити до вирішення системи рівнянь з погано вираженими умовами, у яких елементи основних діагоналей матриці коефіцієнтів недостатньо переважають у порівнянні з основними діагоналями кодіа - гоналей. Значні похибки у вирішенні рівнянь може викликати розв'язання всієї системи рівнянь за допомогою приватного методу кроків (наприклад, неявного методу змінних напрямків) та перенесення елементів матриці коефіцієнтів у праву частину рівнянь шляхом множення на тимчасові або ітеративно залежні змінні зі зворотним датуванням для створення стрічкових з незначною шириною стрічки (переважно тридіагональні матриці коефіцієнтів) З цієї причини слід ретельно перевіряти та контролювати програми комп'ютера на чисельному моделюванні міграції, особливо шляхом порівняння з аналітичними рішеннями. На основі чисельного рішення проводиться первинне визначення числа опорних точок у просторово-часовій сітці. Число опорних точок за часом або за розміром ітераційного кроку при нелінійному рішенні вказує кількість визначених локально-дискретних значень залежних змінних (Я або іноді vx, vy, с) і таким чином впливає на кількість рівнянь системи. Витрати часу на одноразове розв'язання цієї системи рівнянь є основною величиною для оцінки витрат; вони залежать від типу ЕОМ, використовуваного методу для вирішення системи 124 рівнянь та якості генерованої обчислювальної програми. Якщо ці витрати помножити на число тимчасових або ітераційних кроків, необхідних для моделювання, і додати витрати часу на коригування матриць коефіцієнтів і правої сторони рівнянь, то вийде час, необхідний для математичного моделювання на ЕОМ. Потреба місці накопичувачів для математичного моделювання багатовимірних процесів міграції визначається насамперед потребою у місці накопичення підпрограми на вирішення системи рівнянь. |
Просторова дискретизація. У процесі кодування зображення виконується його просторова дискретизація. Зображення розбивається деякі маленькі фрагменти - точки. Кожному фрагменту присвоюється значення його кольору, тобто код кольору (червоний, зелений, синій і так далі) Якість кодування зображення залежить від двох параметрів: розміру точки - якість кодування зображення тим вища, чим менший розмір крапки і відповідно більша кількість точок складає зображення. кількості кольорів, - що більше кольорів, використовується, тим якісніше кодується зображення (кожна точка несе більше інформації). Сукупність кольорів, що використовуються в наборі, утворює палітру кольорів.
Формування растрового зображення. Графічна інформація на екрані монітора подається у вигляді растрового зображення, яке формується з певної кількості рядків, що у свою чергу містять певну кількість точок (пікселів). Якість зображення визначається роздільною здатністю монітора, тобто. кількістю точок, у тому числі воно складається. Чим більша роздільна здатність, тобто чим більше кількість рядків растру і точок у рядку, тим вища якість зображення. У сучасних персональних комп'ютерах зазвичай використовуються три основні роздільні здатності екрану: 800 х 600, 1024 х х. двох станів «чорна» чи «біла», тобто зберігання її стану необхідний 1 біт. Кольорові зображення формуються відповідно до двійкового коду кольору кожної точки, що зберігається у відеопам'яті. Кольорові зображення можуть мати різну глибину кольору, яка визначається кількістю бітів, що використовується для кодування кольору точки. Найбільш поширеними значеннями глибини кольору є 8, 16, 24 або 32 біти.
Якість двійкового кодування зображення визначається роздільною здатністю екрану та глибиною кольору. Кожен колір можна розглядати як можливий стан точки, тоді кількість кольорів, що відображаються на екрані монітора, може бути обчислена за формулою N = 2 I де I глибина кольору Формування растрового зображення
Глибина кольору та кількість кольорів, що відображаються Глибина кольору (I)Кількість кольорів, що відображаються (N) 82 8 = (High Color)2 16 = (True Color)2 24 = (True Color)2 32 = Кольорове зображення на екрані монітора формується за рахунок змішування трьох базових кольорів: червоного, зеленого та синього. Така колірна модель називається RGB-моделлю за першими буквами англійських назв кольорів (Red, Green, Blue). Для отримання багатої кольорової палітри базовим кольорам можуть бути задані різні інтенсивності. Наприклад, при глибині кольору в 24 біти на кожен із кольорів виділяється по 8 біт, тобто для кожного з кольорів можливі N = 2 8 = 256 рівнів інтенсивності, задані двійковими кодами (від мінімальної до максимальної)
Формування кольорів при глибині кольору 24 біта Назва кольору Інтенсивність Червоний Зелений Синій Чорний Червоний Зелений Синій Синій Жовтий Білий
графічний режим. Графічний режим виведення зображення на екран монітора визначається величиною роздільної здатності та глибиною кольору. Для того, щоб на екрані монітора формувалося зображення, інформація про кожну його точку (код кольору точки) повинна зберігатися у відеопам'яті комп'ютера. Приклад 1 Розрахуємо необхідний обсяг відеопам'яті для одного з графічних режимів, наприклад, з роздільною здатністю 800 х 600 пікселів та глибиною кольору 24 біти на крапку. Усього точок на екрані: = Необхідний об'єм відеопам'яті: 24 біт = біт = байт = 1406,25 Кбайт = 1,37 Мбайт. Аналогічно розраховується необхідний обсяг відеопам'яті інших графічних режимів. У Windows передбачено можливість вибору графічного режиму та налаштування параметрів відеосистеми комп'ютера, що включає монітор та відеоадаптер.
Приклад 2 Сканується кольорове зображення розміром див. Роздільна здатність сканера 600 dpi та глибина кольору 32 біта. Який інформаційний обсяг матиме отриманий графічний файл.
Рішення Перекладемо роздільну здатність сканера з точок на дюйм у крапки на сантиметр: 600 dpi: 2, точок/см. Отже, розмір зображення в точках складе точок. Загальна кількість точок зображення дорівнює: = Інформаційний обсяг файлу дорівнює: 32 біт = біт 21,25 Мбайт
Запитання 1. У чому полягає суть методу просторової дискретизації? 2.Поясніть принцип формування растрового зображення. 3.Якими параметрами задається графічний режим, у якому зображення виводяться на екран монітора? Завдання Використовуються графічні режими з глибинами кольору 8, 16, 24 та 32 біти. Обчислити обсяги відеопам'яті, необхідні реалізації даних глибин кольору при різних роздільних здатності екрана.
Обробка графічної інформації
Кодування та обробка графічної та мультимедійної інформації
Просторова дискретизація
Графічна інформація може бути представлена в аналоговийі дискретнийформах. Прикладом аналогового представлення графічної інформації може бути живописне полотно, колір якого змінюється безперервно, а дискретного - зображення, надруковане з допомогою струминного принтера і з окремих точок різного кольору.
Графічні зображення з аналогової (безперервної) форми на цифрову (дискретну) перетворюються шляхом просторової дискретизації. Просторову дискретизацію зображення можна порівняти з побудовою зображення з мозаїки (великої кількості маленького різнокольорового скла). Зображення розбивається на окремі маленькі елементи (крапки, або пікселі), причому кожен елемент може мати свій колір (червоний, зелений, синій тощо).
Піксель- Мінімальна ділянка зображення, для якого незалежним чином можна задати колір.
В результаті просторової дискретизації графічна інформація подається у вигляді растрового зображення, що формується з певної кількості рядків, що містять, у свою чергу, певну кількість точок (рис. 1.1).
Роздільна здатність.Найважливішою характеристикою якості растрового зображення є роздільна здатність
Роздільна здатністьрастрового зображення визначається кількістю точок як у горизонталі, і по вертикалі на одиницю довжини зображення.
Чим менший розмір точки, тим більша роздільна здатність (більше рядків растру і точок у рядку) і, відповідно, вища якість зображення. Величина роздільної здатності зазвичай виявляється у dpi(dot per inch - точок на дюйм), тобто в кількості точок у смужці зображення завдовжки один дюйм (1 дюйм = 2,54 см)
Просторова дискретизація безперервних зображень, що зберігаються на папері, фото- та кіноплівці, може бути здійснена шляхом сканування. В даний час все більшого поширення набувають цифрові фото- та відеокамери, які фіксують зображення відразу в дискретній формі.
Якість растрових зображень, отриманих в результаті сканування, залежить від роздільної здатності сканера, яку виробники вказують двома числами (наприклад, 1200 х 2400 dpi)
Сканування здійснюється шляхом переміщення смужки світлочутливих елементів вздовж зображення. Перше число є оптичним дозволомсканера і визначається кількістю світлочутливих елементів одному дюймі смужки. Друге число є апаратним дозволом; воно визначається кількістю "мікрокроків", яке може зробити смужка світлочутливих елементів, переміщаючись на один дюйм вздовж зображення.
Глибина кольору.У процесі дискретизації можуть використовуватись різні палітри кольорів, тобто набори кольорів, які можуть бути пофарбовані точки зображення. Кожен колір можна як можливий стан точки. Кількість кольорів N на палітрі та кількість інформації I, необхідне для кодування кольору кожної точки, пов'язані між собою і можуть бути обчислені за формулою:
У найпростішому випадку (чорно-біле зображення без градацій сірого кольору) палітра кольорів складається лише з двох кольорів (чорного та білого). Кожна точка екрана може приймати один із двох станів - "чорна" або "біла", отже, за формулою (1.1) можна обчислити, скільки інформації необхідно, щоб закодувати колір кожної точки.
Завантаження...
