• Nie Znaleziono Wyników

Obraz jako srodek przekzau informacji

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Obraz jako srodek przekzau informacji"

Copied!
56
0
0

Pełen tekst

(1)

informatyka + 1

Obraz jako środek przekazu

(2)

Program wykładu

1. Rola obrazu w przekazie multimedialnym

2. Jak powstaje obraz i jak jest postrzegany – modele

barw, podstawy fizyczne

3. Telewizja analogowa i cyfrowa – podstawy

4. Poprawianie jakości obrazów w telewizji cyfrowej

5. Zasada działania wyświetlaczy obrazów – technologie

LCD, plazmowa

(3)

Cyfrowe przetwarzanie obrazów – CPO

• Sygnały świetlne docierające do oczu są zamieniane na

cechy takie jak kształt, kolor, tekstura, czy wzajemne

relacje przestrzenne obiektów.

• Obrazy cyfrowe reprezentują te same sceny wizualne w

postaci dwuwymiarowych tablic pikseli.

• Technika cyfrowa umożliwia przeprowadzenie szeregu

operacji obróbki obrazu, w tym także działań

niewykonalnych tradycyjnymi metodami przy pomocy

filtrów optycznych lub analogowej elektroniki.

(4)

Jak widzimy ?

Rejestracja promieniowania świetlnego jest realizowana na siatkówce oka.

Siatkówkę oka można przyrównać do pewnego rodzaju światłoczułej matrycy, na której znajdują się receptory widzenia – pręciki i czopki.

(5)

Początki

informatyka +

5

• Lata 1939÷45 - systemy

rozpoznawania wojskowego, wykorzystanie podwyższania jakości obrazu fotograficznego (dystorsja, nieostrość,

kontrast)

• Początek lat 60. XX wieku - początki cyfrowego

przetwarzania obrazu na potrzeby NASA (misje Ranger’a)

(6)

Początki

informatyka +

6

Lata 60. XX wieku technika cyfrowa wykorzystywana jest do obróbki zdjęć satelitarnych i zdjęć pochodzących z

kolejnych misji NASA oraz europejskich programów kosmicznych.

Po prawej pierwszy obraz Księżyca sfotografowany przez statek Ranger 7.

(7)

Dziedziny zastosowania CPO

informatyka +

7

metrologia sejsmologia nawigacja automatyczna telekomunikacja nadzór przemysłowy medycyna rozrywka kino i TV wojsko bezpieczeństwo robotyka mikroskopia obrazowanie ultradźwiękowe radiologia astronomia

CPO

(8)

Dziedziny zastosowania CPO

Zdjęcia zarejestrowane z użyciem różnych technik, wykorzystywane w różnych dziedzinach nauki.

Kolejno:

•zdjęcie rentgenowskie klatki piersiowej,

•angiogram (obraz żył lub tętnic),

•zdjęcie rentgenowskie obwodu scalonego (badanie jakości

wykonania podzespołu).

(9)

Dziedziny zastosowania CPO

Przykład obrazu

zarejestrowanego

przenośną kamerą

termowizyjną.

informatyka +

9

(10)

Dziedziny zastosowania CPO

Radarowe zdjęcie

satelitarne

południowej części

Tybetu ok. 70 km na

północ od Lhasy

(NASA).

informatyka +

10

(11)

Dziedziny zastosowania CPO

Jądrowy rezonans magnetyczny

a) kolano b) kręgosłup

(12)

Dziedziny zastosowania CPO

a) 250x drucik wolframowy

zniszczony na skutek przegrzania

informatyka +

12

b) 2500x zniszczony obwód scalony Mikroskopia elektronowa

(13)

Modele barw

Kojarzone ze sprzętem

RGB

• model addytywny,

• barwa powstaje w wyniku emisji światła,

• wszystkie barwy powstają przez zmieszanie trzech barw podstawowych: czerwonej, zielonej i niebieskiej.

CMY, CMYK

• model substraktywny,

• barwy uzyskuje się dzięki światłu odbitemu od zadrukowanego podłoża,

• wszystkie barwy w modelu CMY powstają przez zmieszanie trzech barw podstawowych: cyan (zielono-niebieska), magenta

(purpurowa), yellow (żółta).

(14)

Mieszanie barw

informatyka +

14

(15)

Modele barw

(16)

Atrybuty barwy

Odcień

• jest cechą jakościową barwy,

• odpowiada długości fali dominującej.

Nasycenie

• jest cechą jakościową barwy,

• odpowiada stosunkowi ilości światła monochromatycznego do ilości światła białego,

• im większe nasycenie, tym mniejszy jest udział w widmie promieniowania fal o innych długościach niż fali dominującej.

Jasność, jaskrawość

• jest cechą ilościową, jasność dotyczy obiektów odbijających światło, jaskrawość – świecących,

• odpowiada wrażeniu słabszego lub mocniejszego strumienia

światła, które nie wpływa na zmianę odcienia ani nasycenia barwy.

(17)

Atrybuty barwy

informatyka +

17

ja sn oś ć nasycenie 1 0 0% 100% Biel Czerń Barwa czysta

Odcień barwy (ton, walor)

wrażenie związane z konkretną długością fali.

Nasycenie - „mieszanie” (0 - 100%) z barwą białą. Jasność (luminancja) wrażenie związane z wielkością strumienia świetlnego (umowna skala 0 – 1).

(18)

Kształtowanie kontrastu, korekcja

gamma

• Kontrast określa zróżnicowanie jasności poszczególnych punktów ekranu.

• Dla osiągnięcia wiernej reprodukcji rzeczywistości charakterystyka jasności całego toru wizyjnego powinna być liniowa.

• Z powodu nieliniowych właściwości luminoforów w współczesnych torach kamerowych wprowadza się obecnie celowo pewną

nieliniowość przetwarzania, aby w efekcie otrzymać liniową charakterystykę wypadkową.

• Nieliniowa charakterystyka świetlna E-U kineskopu może być opisana w następujący sposób:

E ~U γ - wykładnik γ oznacza stopień nieliniowości przetwornika

(19)

Kształtowanie korekcji gamma

informatyka +

19

(20)

Kształtowanie korekcji gamma

informatyka +

20

Efekt zastosowania korekcji gamma, lewy górny róg – obraz oryginalny, pozostałe obrazy są wynikiem zastosowania korekcji gamma z różnym współczynnikiem

(21)

Balans bieli i korekcja barw

• Zadaniem całego toru wizyjnego jest wierna reprodukcja barw. • Często jednak okazuje się, że odtwarzane barwy są w pewnym

stopniu zafałszowane (skóra, śnieg).

• Zadaniem korekcji barw jest właśnie sprowadzenie postaci barw do formy akceptowalnej przez widza.

• Celem ustawienia balansu bieli jest osłabienie barwy dominującej. W procesie edycji obrazu przy pomocy odpowiednich narzędzi można zaznaczyć fragment obrazu, który według widza ma być biały, a program dokona automatycznego zrównoważenia bieli dla całego obrazu.

(22)

Balans bieli i korekcja barw

informatyka +

22

(23)

Temperatura barwowa

informatyka +

23

• Temperatura barwowa, jako cecha określająca wrażenie percepcyjne oglądanego obrazu, zależy głównie od rodzaju oświetlenia oraz od

właściwości barwnych elementów występujących w scenie obrazowej. • W praktyce temperaturę barwową

definiuje się na podstawie relacji jakie zaobserwowano pomiędzy

temperaturą a właściwościami emisyjnymi ciała czarnego.

• Temperaturę barwową oblicza się na podstawie średniej wartości kolorów całego obrazu, z pominięciem pikseli, które nie mają wielkiego wpływu na temperaturę barwową, a mianowicie pikseli koloru czarnego i tzw. pikseli samo-świecących czyli większych od wartości średniej o pewną wartość progową.

(24)

Podział zakresu temperatury barwowej

informatyka +

24

Kategoria subiektywna Zakres temperatur

Gorąca 1667K ~ 2250K

Ciepła 2251K ~ 4170K

Neutralna 4171K ~ 8060K

(25)

Temperatura barwowa, balans bieli

(26)

Formaty obrazu wizyjnego

Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat 50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać następujące założenia:

•nie mógł znacząco skomplikować budowy odbiorników telewizji kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika telewizyjnego,

•należało przyjąć, że będzie możliwy odbiór programu telewizji nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie, •powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej,

•jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać wymagania widza.

(27)

Standard telewizji kolorowej PAL

i NTSC

informatyka +

27

PAL • 625 linii w dwóch półobrazach

• Szerokość pasma wizji 5 MHz

• Szerokość kanału TV 7 MHz

• Częstotliwość zmian półobrazów 50 / 25 Hz • Częstotliwość zmian linii

15 625 • Rzeczywista rozdzielczość obrazu 720x576 NTSC • 525 linii w dwóch półobrazach

• Szerokość pasma wizji 4,2 MHz

• Szerokość kanału TV 6 MHz

• Częstotliwość zmian

półobrazów 59,94 / 29,97 Hz • Częstotliwość zmian linii

15 750

• Rzeczywista rozdzielczość obrazu 720x486

(28)

Standard telewizji kolorowej HDTV

• System w pełni cyfrowy

• Częstotliwość zmian pełnej ramki obrazu 60 Hz

• Format panoramiczny 16:9

• Brak wad występujących w systemach analogowych

takich jak śnieżenie, podwójny obraz

• Rozdzielczość obrazu 1920x1080 lub 1280x720

(29)

Cyfrowa telewizja systemu DVB

• DVB (Digital Video Broadcasting) jest standardem transmisyjnym telewizji cyfrowej przekazywanej z nadajników naziemnych (DVB-T), satelity (DVB-S) i stacji czołowych telewizji kablowych (DVB-C).

• Podstawą tego systemu jest strumień transportowy (TS).

• TS składa się ze skompresowanych składowych wizji, fonii i danych oraz tablic (PSI) umożliwiających urządzeniu odbiorczemu odbiór wybranego programu telewizyjnego lub radiowego oraz danych. • Standard DVB definiuje dodatkowe tablice (SI) umieszczone w

strumieniu oraz parametry transmisji w zależności od typu kanału transmisyjnego.

• System ten został opracowany dla sygnałów poddanych kompresji 2, ale nowe efektywniejsze algorytmy kompresji typu MPEG-4 part10 (H.26MPEG-4) mogą również być stosowane.

(30)

Poprawa jakości obrazu

• Najczęściej spotykane zniekształcenia wynikają z pojawienia się artefaktów procesu kompresji.

• Do zakłóceń zaliczamy między innymi: • szumy,

• interferencje (przenikanie sygnałów luminancji i chrominancji), • migotanie powierzchni i linii,

• zaburzenia synchronizacji.

• Eliminacja wymienionych zjawisk jest możliwa przy wykorzystaniu dwu- i trójwymiarowych filtrów cyfrowych, filtrów grzebieniowych,

układów korekcji podstawy czasu i stosowaniu odpowiednich technik (100 Hz, Progressive Scan).

• Poprawie jakości sprzyja też sztuczne podnoszenie rozdzielczości w oparciu o technikę nadpróbkowywania i interpolacji wartości pikseli.

(31)

Eliminacja migotania

Technika 100Hz - podwajanie częstotliwości powtarzania półobrazów.

• Może być realizowana w różnych wariantach (AABB i ABAB)

różniących się sposobem wybierania, komplikacją układów i jakością uzyskanego efektu.

• Obecnie stosuje się interpolację treści półobrazów, polegającą na utworzeniu na podstawie przesyłanej informacji nowych półobrazów A’ i B’. Algorytmy interpolacyjne tak wyliczają wartości nowych

pikseli, aby w rezultacie doprowadzić do poprawnego odtwarzania ruchu przy niezauważalnym migotaniu. Treść wizyjna wyświetlana jest z częstotliwością 100 Hz w kolejności AA’BB’.

(32)

Redukcja artefaktów wynikających

z kompresji

• Za powstanie artefaktów odpowiada zwykle koder źródłowy MPEG-2 stosowany po stronie nadawczej.

• Zniekształcenia wynikające z kompresji są szczególnie widoczne przy ograniczeniu strumienia poniżej 4Mbit/s lub po łańcuchu

wielokrotnego kodowania i dekodowania materiału.

• Do typowych zjawisk należy tutaj efekt blokowy. Jest on charakterystyczny dla metod kompresji bazujących na przetwarzaniu bloków pikseli.

• Usunięcie poważniejszych zniekształceń w układach prostych filtrów cyfrowych może jednak prowadzić do zmniejszenia wyrazistości

obrazu lub innych efektów pogarszających jego subiektywna ocenę.

(33)

Eksponowanie konturów obrazu

informatyka +

33

Poprawa ostrości konturów subiektywnie wiąże się z wrażeniem

zwiększenia rozdzielczości. Jednak zwiększanie kontrastu w skali całego obrazu prowadzi do zatarcia się poziomów jasności w ciemnych i

jasnych partiach obrazu. Stosuje się więc zabieg polegający na lokalnym powiększenie kontrastu w bezpośrednim otoczeniu krawędzi.

(34)

Eksponowanie konturów obrazu

informatyka +

34

Stosując technikę nadpróbkowywania można utworzyć zbiór nowych pikseli w taki sposób, aby zrekonstruowany sygnał charakteryzował się pasmem telewizji HDTV. Do obliczenia wartości nowych pikseli

stosowane są odpowiednie metody interpolacji.

Sposób ten zastosowano w technologii D.I.S.T.

do poprawy ostrości i

zwiększenia rozdzielczości obrazu wizyjnego.

(35)

Algorytmy poprawy jakości obrazu

Technologia D.I.S.T - (Digital Image Scaling Technology) opracowana

przez firmę JVC.

•Obraz przekazywany w konwencjonalnym 625-liniowym standardzie PAL z przeplotem zostaje na wstępie przetworzony do trybu progresywnego. •Odbywa się to na drodze trójwymiarowej interpolacji wartości pikseli z linii półobrazów parzystego i nieparzystego, z wykorzystaniem relacji

czasowych i przestrzennych między nimi. Specjalny algorytm interpolacji pozwala na uzyskanie wysokiej rozdzielczości w kierunku pionowym i umożliwia na podwojenie ilości linii w ramce do 1250.

•Sygnał wizyjny jest następnie formowany poprzez ekstrakcję 3 pól o częstotliwości 75Hz z dwóch ramek 50 Hz i podawany na wyjście układu D.I.S.T. w trybie wybierania międzyliniowego 1250/75 Hz.

•Zwiększenie częstotliwości wyświetlania półobrazów, przyczynia się w tym przypadku do ograniczenia efektu migotania.

(36)

Poprawa odtwarzania pochylonych

krawędzi

Technologia DCDi - redukcja zniekształceń krawędzi i linii

(Directional Correlation Deinterlacing) firmy Faroudja.

•Ta technologia jest wykorzystywana w USA przez nadawców w celu konwersji standardu NTSC do telewizji wysokiej rozdzielczości HDTV. •Algorytm zaimplementowany w DCDi polega na „inteligentnej”

interpolacji pikseli w zależności od charakteru ruchu obiektu w analizowanej scenie i kąta nachylenia konturów.

•Mechanizm interpolacji „przebiega” dzięki temu wzdłuż krawędzi nie dopuszczając do efektu ich „poszarpania” lub „schodkowania”, przy

jednoczesnym zachowaniu ostrości i wierności oddania barw w miejscu przejść między kolorami.

(37)

Technologia DCDi

(38)

Ekrany LCD – ukierunkowanie światła

(39)

Ekrany LCD – przepływ światła

(40)

Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)

(41)

Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)

(42)

Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)

informatyka +

42

Różnicując napięcie na końcówkach ciekłego kryształu można modulować stopień zamknięcia przełącznika, aby uzyskać stany pośrednie

(43)

DSTN (dual scan TN) – matryce

pasywne

(44)

Matryce aktywne

(45)

Budowa matryc TFT

(46)

Budowa matryc TFT

informatyka +

46

(47)

Technologia IPS (In-Plane Switching)

informatyka +

47

Filtr polaryzujący Powierzchnia przeźroczysta Filtr polaryzujący Powierzchnia przeźroczysta Elektroda Ciekły kryształ

(48)

Technologia IPS (In-Plane Switching)

informatyka +

48

Filtr polaryzujący Powierzchnia przeźroczysta Filtr polaryzujący Powierzchnia przeźroczysta Elektroda Ciekły kryształ

(49)

Multidomain Vertical Alignment (MVA)

(50)

Multidomain Vertical Alignment (MVA)

(51)

Ekrany plazmowe

informatyka +

51

Przepływ prądu elektrycznego w rozrzedzonym gazie: a) obwód wyładowania,

(52)

Stałoprądowy ekran plazmowy

DC-PDP

informatyka +

52

a) zasada konstrukcji b) widok przestrzenny

(53)

Przemiennoprądowy ekran plazmowy

AC PDP

informatyka +

53

a) zasada budowy b) model elektryczny węzła macierzy

(54)

Ekrany plazmowe

informatyka +

54

Zasada konstrukcji piksela współczesnego, wielobarwnego ekranu plazmowego typu AC PDP.

(55)

Ekrany plazmowe

(56)

Cytaty

Powiązane dokumenty

nature of the atmospheric corrosion. An increasing trend was observed for I ACM during the one-month test period. This phenomenon may due to the growth of the rust layer that can

W aprobującym tonie pisze również 0 zwyczaju przechodniów pozdrawiania się oraz całowania podczas drugiego dnia Wiel­ kanocy; wiele sobie po tym obiecywał, wychodząc

Mniejsza zawartość włókna surowego oraz strukturalnych frakcji włókna w odmianach owsa nagoziarnistego stwarzają nowe możliwości wykorzystania tego zboża w żywieniu

Do przesyłu energii elektrycznej o dużych prądach stosuje się m.in. nieosło- nięte tory wielkoprądowe. W urządzeniach tego typu przepływ prądu wywołuje efekty natury

Bardzo waŜne jest teŜ to, Ŝe wraz ze zmianą temperatury ciała zmienia się teŜ widmo promieniowania, tzn.. zmienia „barwa”

Pomiar temperatury w badaniach eksperymentalnych jest zagadnieniem bar- dzo złożonym. W badaniach MES w celu określenia jakościowego wpływu stop- nia zużycia ostrza na temperaturę

Analizując wpływ obciąŜenia silnika na temperaturę ścian komory spalania uzyskane wyniki przedstawiono w postaci wykresu (rys. 9) W przypadku badanego silnika

Płomień nad cieczą występuje wskutek parowania tej cieczy, zaś płomień nad palącym się ciałem stałym świadczy o wydzielaniu się palnego gazu wskutek