5. Η ΕΙΚΟΝΑ ΣΤΑ ΠΟΛΥΜΕΣΑ

Transcript

1 5. Η ΕΙΚΟΝΑ ΣΤΑ ΠΟΛΥΜΕΣΑ

2 Η Εικόνα στα Πολυμέσα Μια εικόνα χίλιες λέξεις Εικόνα: Χωρική αναπαράσταση ενός αντικειμένου σε σκηνή δύο ή τριών διαστάσεων Μοντέλο του πραγματικού κόσμου

3 Χρήση εικόνων Τέχνη Διασκέδαση Πληροφόρηση Εκπαίδευση Διακόσμηση Επικοινωνία

4 Σύλληψη (capture) ψηφιακών εικόνων Χρήση Ψηφιακής κάμερας Σάρωση αναλογικών εικόνων (πχ φωτογραφίες) Απ ευθείας σύνθεση χρησιμοποιώντας κάποιο σχεδιαστικό πακέτο λογισμικού ή ειδική γλώσσα σχεδιασμού γραφικών Γραφική αναπαράσταση δεδομένων (πχ ιστόγραμμα) με τη χρήση κατάλληλης εφαρμογής (πχ Excel) video με χρήση ψηφιοποιητή

5 Ψηφιακές εικόνες Μια ψηφιακή εικόνα μπορεί να αναπαρασταθεί με δύο διαφορετικούς προσεγγίσεις: sampling (bitmap or raster images): pixel-oriented images synthesis (vector images): object-oriented images

6 Αναπαράσταση εικόνας Στόχος: ένας πίνακας με pixels Η εικόνα διαιρείται σε τμήματα με τη χρήση ενός ομοιόμορφου πλέγματος Όλα τα στοιχεία μέσα στο πλέγμα (pixels) έχουν τις ίδιες διαστάσεις. Ένα pixel έχει ένα χρώμα. Αντίληψη φωτός Η αναπαράσταση του χρώματος του κάθε pixel

7 Αντίληψη φωτός Οπτική αντίληψη (lightness). Πόσο μαύρο ή λευκό είναι ένα αντικείμενο. Αν ένα αντικείμενο αντανακλά (εκπέμπει) λιγότερο από 30% του προσπίπτοντος φωτός, το αντιλαμβανόμαστε ως μαύρο. Αν ένα αντικείμενο αντανακλά (εκπέμπει) περισσότερο από 70% του προσπίπτοντος φωτός, το αντιλαμβανόμαστε ως λευκό. Σχετική φωτεινότητα (brightness). Οπτική αντίληψη εκπομπής φωτός ενός αντικειμένου σε σχέση με τον περίγυρο. Απόλυτη φωτεινότητα (luminance). Άθροισμα της οπτικής απόκρισης του ανθρώπου σε όλα τα μήκη κύματος.

8 Προσθετική παραγωγή χρώματος Ένα μεγάλο μέρος του ορατού φάσματος μπορεί να φτιαχτεί από τη μίξη τριών βασικών συνιστωσών φώτων σε διαφορετικές αναλογίες και εντάσεις. Οι τρεις αυτές συνιστώσες είναι τα βασικά χρώματα: Κόκκινο, Πράσινο και Μπλε (Red, Green, Blue) R Μοντέλο RGB G B Είναι προσθετικά χρώματα: η μίξη και των τριών χρωμάτων δημιουργεί το λευκό χρώμα

9 Αφαιρετική παραγωγή χρώματος Ενώ το μοντέλο RGB προϋποθέτει την ύπαρξη μιας πηγής φωτός για τη δημιουργία χρώματος, το μοντέλο CYM βασίζεται στην απορροφητική ικανότητα της τυπωμένης μελάνης. Αποτελείται από τα συμπληρωματικά χρώματα Κυανό, Κίτρινο και Ματζέντα (Cyan, Yellow, Magenta). Μοντέλο YMC Y M C Είναι αφαιρετικά χρώματα: η απουσία όλων των συνιστωσών είναι το λευκό.

10 Μίξη χρωμάτων Λευκό φως Κυανό φως Λευκό φως Μπλε φως Στρώμα μελάνης ματζέντα Απορρόφηση πράσινου φωτός Στρώμα κυανής μελάνης Απορρόφηση κόκκινου φωτός Στρώμα κυανής μελάνης Απορρόφηση κόκκινου φωτός Λευκό χαρτί Λευκό χαρτί

11 RGB εναντίον YMC G Y R C M B M R Y B G C C = G + B = W R M = R + B = W G Y = R + G = W - B RGB YMC Τα Τα δύο μοντέλα είναι συμπληρωματικά. Ο συνδυασμός δύο προσθετικών χρωμάτων παράγει ένα αφαιρετικό και αντίστροφα.

12 Τρισδιάστατη αναπαράσταση του μοντέλου RGB B cyan white blue magenta gray line G green yellow black red R

13 Μοντέλο HSB - Ι Hue (Απόχρωση) degrees Saturation (Κορεσμός) Hue Circle Αρχικά +300 degrees Αρχικά Hue & Saturation Circle

14 Μοντέλο HSB - ΙΙ Brightness (Φωτεινότητα) Minimum brightness black image Αρχικά Επισκεφτείτε το

15 Διαχωρισμός της φωτεινότητας από τη χρωματική πληροφορία Σύνθεση χρωμάτων Ζ = α R + b G + c B Μετατροπή RGB σε YIQ Ανθρώπινη όραση πιο ευαίσθητη στη φωτεινότητα παρά στα χρώματα Διατήρηση συμβατότητας μεταξύ έγχρωμης και ασπρόμαυρης TV Υ: μεταφέρει την πληροφορία φωτεινότητας Ι, Q: χρωματική πληροφορία, η οποία μπορεί να μεταδοθεί με μικρότερη ακρίβεια NTSC Y= 0,30 R + 0,59 G + 0,14 B I = 0,74 (R-Y) 0,27 (B-Y) = 0,60 R + 0,28 G + 0,32 B Q = 0,48 (R-Y) + 0,41 (b-y)= 0,21 R + 0,52 G + 0,31 B PAL Y= 0,30 R + 0,59 G + 0,11 B I = 0,493 (R-Y) = -0,15 R + 0,29 G + 0,44 B Q = 0,877 (R-Y) = 0,62 R - 0,52 G - 0,10 B

16 Αναπαράσταση μιας εικόνας Γραφικά στίγματα (pixels) Αναπαράσταση μιας εικόνας μέσω ενός ορθογωνίου πλέγματος από γραφικά στίγματα (πλέγμα 13x13 στο σχήμα δεξιά) 128 x 128 grid pixels 64 x 64 grid pixels 16 x 16 grid 256 pixels

17 Απόδοση χρωμάτων (color encoding) Συσχέτιση κάθε γραφικού στίγματος με ένα χρώμα μέσω ενός αριθμού από bits Ασπρόμαυρη εικόνα Εικόνα σε επίπεδα του γκρι (gray level quantization) Έγχρωμη εικόνα 6 bits 64 επίπεδα του γκρι 3 bits 8 επίπεδα του γκρι 1 bit ασπρόμαυρη

18 Βάθος χρώματος & παλέτα. Ο αριθμός των αποχρώσεων που μπορεί να αποδώσει κάθε εικονοστοιχείο, εξαρτάται από τον αριθμό των bits που χρησιμοποιούνται εσωτερικά για την περιγραφή του χρώματος. 1 bit --> άσπρο, μαύρο (bitonal) 1 byte --> 2 8 = 256 χρώματα (grayscale) 2 byte --> 2 16 = χρώματα (high color) 3 byte --> 2 24 = χρώματα (true color). Το σύνολο των χρωμάτων από τα οποία αντλεί τα χρώματά της μια εικόνα ονομάζεται παλέτα.

19 Ανάλυση εικόνας (Resolution) Resolution: πλήθος των pixels (οριζόντια και κάθετη ανάλυση). Μετράται σε dot per inch (dpi) Εάν μια εικόνα έχει ανάλυση 72dpi, τότε σε μια τετραγωνική ίντσα μπορεί να εμφανίσει = 5184 pixels. Όσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση μιας εικόνας τόσο περισσότερη πληροφορία (pixels) περιλαμβάνει.

20 Παράδειγμα 4dpi ανάλυση 72dpi ανάλυση 36dpi ανάλυση 18dpi ανάλυση 9dpi ανάλυση 5dpi ανάλυση

21 Ανάλυση συσκευής. X pixels X pixels Y pixels Y pixels xxx xxx Η τυπική ανάλυση της οθόνης είναι 72dpi. Η ανάλυση της οθόνης καθορίζει τις φυσικές. διαστάσεις της εμφανιζόμενης εικόνας στην οθόνη. Δεν θα πρέπει να συγχέουμε την ανάλυση της εικόνας με την ανάλυση της συσκευής.

22 Απαιτήσεις Υλικό Κάρτα Γραφικών Περιλαμβάνει ανεξάρτητη μνήμη και επεξεργαστές εξειδικευμένους στη γραφική απεικόνιση Συσκευές εισόδου Σαρωτής εικόνας Ψηφιακή φωτογραφική μηχανή Συσκευές Εξόδου Οθόνη Εκτυπωτής Βιντεοπροβολείς Λογισμικό Προγράμματα Επεξεργασίας Εικόνων Adobe PhotoShop, Aldus PhotoStyler Σχεδιαστικά Προγράμματα CorelDraw, 3Dstudio, AutoCAD Προγράμματα Ζωγραφικής Fauve Matisse, Painter X2

23 Μια εικόνα αξίζει όσο χίλιες λέξεις Εξαρτάται από την εικόνα και τις λέξεις φυσικά! 1000 λέξεις των 6 χαρακτήρων κατά μέσο όρο, και κωδικοποίηση 8-bit ανά χαρακτήρα απαιτεί γύρω στα 48,000 bits, δηλ. περίπου 6KB αποθηκευτικού χώρου. Μια εικόνα 80 pixels 100 pixels με βάθος χρώματος 6 -bit, είναι επίσης 48,000 bits, δηλ. περίπου 6KB

24 Μέγεθος ψηφιοποιημένης εικόνας. Ανάλυση (ppi) Διτονική Κλίμακας του Γκρίζου 4-6 bits/pixel Έγχρωμη bits/pixel ΜΒ 1.09 ΜΒ 1.93 ΜΒ ΜΒ ΜΒ ΜΒ ΜΒ ΜΒ ΜΒ Η ανάλυση εικόνας καθώς και το βάθος χρώματος επηρεάζουν σημαντικά το μέγεθος που απαιτεί η ψηφιοποίηση εικόνων.

25 Τεχνικές συμπίεσης Αναγνώριση χαρακτήρων πχ αν η εικόνα περιγράφει κάποιο κείμενο με σύστημα OCR Περιγραφή σχημάτων με διανύσματα όταν η εικόνα αποτελείται από επαναλαμβανόμενα γεωμετρικά σχήματα Μείωση του χρωματικού βάθους καταστρέφει κατά πολύ την ποιότητα της εικόνας Run-length encoding (RLE) Τεχνική περιορισμού επαναλαμβανόμενων ακολουθιών

26 Το πρότυπο JPEG Σχεδιάστηκε από την ομάδα Joint Photographic Expert Group σε συνεργασία με την Διεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU-TS) Πετυχαίνει συμπίεση του αρχικού μεγέθους ακόμη και μικρότερο του ενός δέκατου χωρίς ορατές απώλειες στην ποιότητα της εικόνας Βασίζεται στη Μείωση της χρωματικής πληροφορίας Συμπίεση των πληροφοριών φωτεινότητας και απόχρωσης Μπορεί να δώσει διαφορετικό αποτέλεσμα ανάλογα με τις απαιτήσεις που έχουμε για την ποιότητα της εικόνας και το λόγο συμπίεσης 10:1 έως 20:1 υψηλή ποιότητα 30:1 έως 50:1 μέτρια ποιότητα 60:1 έως 100:1 κακή ποιότητα Περισσότερες πληροφορίες στο site

27 Format αρχείων εικόνας Τύπος Αρχείου BMP GIF TIF JPG TGA CDR DXF Περιγραφή standard Windows format (true color) Graphics Interchange Format (8-bit) Tag Image File Format (true color, διαθέτει μέθοδο συμπίεσης LZW) Joint Photographic Experts Group (true color, διαθέτει την ομώνυμη μέθοδο συμπίεσης ) Targa (true color) CorelDraw διανυσματικό format Drawing Exchange Format (διανυσματίκό Format της Auto-CAD) Περισσότερες πληροφορίες διαβάστε The Encyclopedia of Graphics File Formats

28 Επεξεργασία εικόνας. Πράξεις σε γραφικά στίγματα Εφαρμογή μιας συνάρτησης σε επιλεγμένα ή όλα τα pixels μιας περιοχής της εικόνας (αλλαγή χρώματος, διόρθωση φωτεινότητας και κορεσμού, κλπ.) Φιλτράρισμα Εφαρμογή μιας συνάρτησης σε όλα τα pixels μιας εικόνας με σκοπό την παραγωγή μιας πιο θαμπής ή καθαρής μορφής της ή για εφαρμογή κάποιων ειδικών εφέ Σύνθεση εικόνων Δημιουργία μιας εικόνας με βάση (τμήματα από) κάποιες άλλες Γεωμετρικοί μετασχηματισμοί Περιστροφή, κατοπτρική εναλλαγή συντεταγμένων, παραμόρφωση, στρέβλωση κλπ. Μετατροπές απεικόνισης Μοντέλα χρωμάτων (RGB, HSB, ) Μορφές απεικόνισης (GIF, TIFF, JPEG, )

29 Διανυσματικά γραφικά. Τα γραφικά, περιέχουν πληροφορία που αφορά τη δομή των αντικειμένων. Μια εικόνα γραφικών δεν είναι ένας πίνακας pixels αλλά μια συλλογή από αντικείμενα. Συνήθως τα γραφικά δημιουργούνται εξ' αρχής με τη βοήθεια του υπολογιστή. Πιο σπάνια, προέρχονται από εικόνες από τις οποίες εξήχθησαν αντικείμενα με χρήση τεχνικών αναγνώρισης προτύπων. Δυνατότητα 3-D απεικόνισης

30 Διανυσματικά γραφικά εναντίον Bitmaps Bitmap Πίνακας δεδομένων που περιγράφει τα χαρακτηριστικά όλων των pixels από τα οποία απαρτίζεται μια εικόνα Vector graphic Ένα σύνολο από περιγραφές των objects που περιέχει μια εικόνα (γραμμές, παραλληλόγραμμα, οβάλ, κείμενα, πολύγωνα, κλπ.) Παράδειγμα (αριστερά): (RECT 0,0,200,200,RED,BLUE) Καλύτερο scaling Αποθήκευση 30 Bytes για το παραπάνω παράδειγμα vector graphic 5 Kbytes (200x200/8) για το ίδιο σχήμα με 1-color depth per pixel σε bitmap μορφή (χωρίς συμπίεση) 40 Kbytes (200x200x8/8) για το ίδιο σχήμα με 8-color depth per pixel σε bitmap μορφή (χωρίς συμπίεση)

31 Βασικά μοντέλα γραφικών. Γεωμετρικά μοντέλα Συλλογές από δισδιάστατα και τρισδιάστατα γεωμετρικά στοιχεία (γραμμές, κύκλοι, επιφάνειες,... ) Ορίζονται με βάση «τοπικές» συντεταγμένες (π.χ. κέντρο ενός κύκλου), αλλά και σε συνάρτηση με το περιβάλλον τους (αντικείμενα με τα οποία γειτονεύουν) Στερεά /Συμπαγή μοντέλα Λογισμικό CAD Μοντέλα βασισμένα σε φυσικές παραμέτρους Ένα αντικείμενο ορίζεται με βάση φυσικές ιδιότητες όπως μάζα, ταχύτητα κίνησης, τριβή κλπ. Εμπειρικά μοντέλα Αντικείμενα όπως σύννεφα ή φωτιά δεν μπορούν να αναπαρασταθούν με τα παραπάνω μοντέλα Fractals

32 Παράδειγμα Fractal Περιγράφεται από το δυναμικό σύστημα: z n+1 = f p (z n ), όπου f p συνάρτηση f p (z) = (1 - pz)/(z 2 + pz) με p = i.

33 Επεξεργασία γραφικών. Στοιχειώδης αναμόρφωση Καθορισμός των βασικών παραμέτρων που ορίζουν ένα γεωμετρικό αντικείμενο (είδος στοιχείου, συντεταγμένες κορυφών, κλπ.) Δομημένη αναμόρφωση Πράξεις σε ομάδες αντικειμένων για τον καθορισμό της διάταξής τους στο χώρο Σκίαση / Φωτεινότητα Επίδραση φωτός στην παρουσίαση ενός αντικειμένου (αντανάκλαση, πολλαπλές πηγές φωτός, διάχυση φωτός) Απεικόνιση Αυλάκια, ραβδώσεις, εξογκώματα, texture Απόδοση σε εικόνα Rendering