Лекция 2 Свет Цвет Квантование Псевдотонирование

Лекция 2
Свет Цвет
Квантование Псевдотонирование
В лекции используются слайды проф. Пата Ханрахана (Pat Hanrahan)
Станфордский университет (США)
Интенсивность Яркость
Функции интенсивности
• Стимул – Отклик (восприятие)
• Вход – Выход (гамма – коррекция)
Квантование
• Равномерное квантование
• Неравномерное квантование
Псевдотонирование и автотипия
•
•
•
•
•
Бинаризация
Случайное псевдотонирование ( Робертс )
Упорядоченное псевдотонирование ( Байер )
Автотипия
Диффузия ошибки ( Флойд – Стейнберг )
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
2
Измерение цвета и света
Физика: радиометрия
• Количество энергии на интервал
• Называется силой света ( интенсивностью)
• Измеряется в канделах
Психофизика: фотометрия и колориметрия
• Относительная яркость источника света (цветного или
черно-белого) в сравнении со стандартной свечой
• Называется яркостью в заданной точке в заданном
направлении (измеряется в нитах)
• Равномерная шкала восприятия (называется светлотой)
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
3
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
4
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
5
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
6
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
7
Мультимедийная
информация
• Изображения и видео
– Сканирование – дискретизация, квантование
– Разрешение и алиасинг
– Интерполяция, фильтрация
Мультимедийная
информация
• Звук
– Запись и оцифровка
– Частота и разрядность дискретизации
– Артефакты оцифровки
Выборка и алиасинг
• Точечная
выборка
• часть
информации
потеряна!
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
10
Выборка (продолжение)
• Вычисление элемента выборки вблизи
точки xi можно записать так:
~
fi 

 f ( y ) g ( y ) dy
i


0

xxi
i
точечная выборка
17 .02. 2004

xi
невзвешенная
выборка
Компьютерная графика (Лекция 2)
xi
взвешенная
выборка
11
Квантование
Определение: Преобразование чисел
высокой точности в числа низкой точности
• Зачем?
– Экономия памяти
– Вывод на двоичные устройства
• Как?
– Минимизация ошибки (скорее, ошибки восприятия)
– Распределение ошибки в пространстве
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
12
Дискретизация и квантование
звуковой волны
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
13
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
14
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
15
Дискретное квантование
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
16
Пример сигнала
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-1 0
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
f ( x)  sin x  2 cos 2 x  5 sin( 3x  1)  3 sin(10 x  0.5)  cos(15x  1)
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
17
Преобразование Фурье
• Преобразование Фурье (образ Фурье):

F () 
 f ( x) exp( ix) dx

A()  F () , tg ()  arg F ()
• Обратное преобразование Фурье:

1
f ( x) 
F () exp( i  x) d

2  
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
18
Пример преобразования Фурье
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
50
100
150
200
250
f (x )
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-100
-50
0
50
100
F ( )
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
19
Функция контрастной
чувствительности глаза
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
20
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
21
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
22
Псевдотонирование и Автотипия
(Dithering & Halftoning)
Увеличить разрешение по интенсивности за счет
пространственного разрешения
•
•
•
•
•
Бинаризация
Случайное псевдотонирование ( Робертс )
Упорядоченное псевдотонирование ( Байер )
Автотипия
Диффузия ошибки ( Флойд – Стейнберг )
Ваш глаз усреднит интенсивность и цвет по площади
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
23
Бинарное изображение
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
24
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
25
Случайное псевдотонирование
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
26
Белый шум
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
27
Голубой и розовый шум
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
28
Упорядоченное
псевдотонирование
• Методы
– Упорядоченное псевдотонирование
1. Изображение разбивается на блоки
2. В каждом блоке вычисляется средняя
интенсивность
3. В зависимости от интенсивности
выбирается нужный шаблон
4. Шаблон записывается в блок
Примеры шаблонов
с разными степенями заполнения:
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
30
Упорядоченное псевдотонирование
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
31
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
32
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
33
Диффузия ошибки
for (i=0; i<Height; i++)
for (j=0; j<Width; j++) {
Dest[i][j] = quantize(Src[i][j]);
e = Dest[i][j] – Src[i][j];
Src[i][j+1] -= e;
}
• Методы
– Диффузия ошибки
Идея алгоритма: ошибка, внесенная при
квантовании текущего пикселя,
распределяется между соседними (еще
не квантованными) пикселями.
Примеры видов распределения ошибки:
e
e
7e/16
e
3e/16 5e/16
простейший
e/16
Floyd-Steinberg
Диффузия ошибки
(Флойд - Стейнберг)
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
35
17 .02. 2004
Компьютерная графика (Лекция 2)
36