Εικόνα. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-1

Transcript

1 Εικόνα Εισαγωγή Ψηφιακή αναπαράσταση Κωδικοποίηση των χρωμάτων Συσκευές εισόδου και εξόδου Βάθος χρώματος και ανάλυση Συμβολική αναπαράσταση Μετάδοση εικόνας Σύνθεση εικόνας Ανάλυση εικόνας Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-1

2 Εισαγωγή Εικόνα: αναπαράσταση στο χώρο μίας σκηνής Προβολή σε χώρο δύο διαστάσεων Συνεχής συνάρτηση σε ορθογώνια περιοχή Καταγραφή φυσικής εικόνας Παραγωγή συνθετικής εικόνας Ψηφιοποίηση εικόνας Δειγματοληψία σε ορθογώνιο πλέγμα: ανάλυση εικόνας Κβαντοποίηση σε διακριτές τιμές: βάθος χρώματος Αποθήκευση σε πίνακα: εικονοστοιχεία (pixels) Παράδειγμα: εικόνα VGA 640x480 pixels (γραμμέςxστήλες) 8 bits per pixel (256 χρώματα) Απαιτεί bytes για αποθήκευση Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-2

3 Ψηφιακή αναπαράσταση Μορφότυπα σύλληψης Απλή αναπαράσταση Γρήγορη σύλληψη και παρουσίαση Μορφότυπα αποθήκευσης Αποδοτική αποθήκευση Ευελιξία στη διαχείριση Αποθήκευση έγχρωμων εικονοστοιχείων Τριάδα εντάσεων RGB Τριάδα δεικτών σε εντάσεις RGB Δείκτες σε έτοιμη τριάδα εντάσεων RGB Περιγραφικές πληροφορίες (metadata) Ύψος, πλάτος, βάθος εικόνας Συνήθως περιλαμβάνονται στα μορφότυπα αποθήκευσης Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-3

4 Κωδικοποίηση των χρωμάτων Ασπρόμαυρη εικόνα: ένταση φωτός Έγχρωμη εικόνα: ένταση φωτός και χρώμα Βασικά χρώματα Κανένα δεν παράγεται από τα άλλα δύο Αρκούν τρία χρώματα για έκφραση οποιουδήποτε άλλου Κωδικοποίηση Red, Green, Blue (RGB) Προσθετική κωδικοποίηση Αποθηκεύουμε τριάδες (x,y,z) Τελικό χρώμα: x*r+y*g+z*b Βάθος χρώματος: 24 bits Λευκό: 255*R+255*G+255*B Μαύρο: 0*R+0*G+0*B Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-4

5 Κωδικοποίηση των χρωμάτων Φίλτρα Αισθητήρες Φυσική Εικόνα Φακός Διαχωριστής R G B R G B Κάμερα RGB Μονοχρωματικά φίλτρα για διαχωρισμό χρωμάτων Χωριστοί αισθητήρες για τα χρώματα Παράγει τρία σήματα εξόδου Σύστημα Luminance/Hue/Saturation Χρήση από σχεδιαστικά προγράμματα Φωτεινότητα: από το λευκό ως το μαύρο Χροιά: από το ερυθρό ως το ιώδες Κορεσμός: από το λευκό ως το καθαρό χρώμα Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-5

6 Κωδικοποίηση των χρωμάτων Σύστημα CMY/CMYK Απορρόφηση αντί για παραγωγή φωτός Αφαιρετική κωδικοποίηση Χρησιμοποιείται στις εκτυπώσεις Βασικά χρώματα: Cyan, Magenta, Yellow (CMY) Μαύρο: όλα τα χρώματα Λευκό: κανένα χρώμα Επιπλέον Black (K) για οικονομία Συσκευές εισόδου και εξόδου Είσοδος: ποντίκι, πινακίδα γραφικών, γραφίδα Έξοδος: οθόνη, εκτυπωτής Ψηφιδογραφικές (raster): σχεδίαση με κουκίδες Διανυσματικές (vector): σχεδίαση με γραμμές Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-6

7 Συσκευές εισόδου και εξόδου Ελεγκτής Γραφικών Επεξεργαστής Ελεγκτής Οθόνης Ενταμιευτής Ανανέωσης Οθόνη Συστήματα απεικόνισης σε οθόνη Ελεγκτής γραφικών Ενταμιευτής ανανέωσης Ελεγκτής οθόνης Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-7

8 Συσκευές εισόδου και εξόδου Σειρά απεικόνισης εικονοστοιχείων Απεικόνιση των εικονοστοιχείων ανά γραμμή Χρησιμοποιείται στις συσκευές raster Ανανέωση οθόνης Χρησιμοποιείται στις οθόνες καθοδικού σωλήνα (CRT) Ανανέωση της εικόνας που αδυνατίζει Δεν έχει σχέση με την τροποποίηση της εικόνας Περιττή στις ενεργές οθόνες (π.χ. TFT) Περιοδικός ανασχεδιασμός της οθόνης (refresh) Ρυθμός ανανέωσης σε Hz Οριζόντια και κατακόρυφη ανίχνευση (retrace) Χρόνος επαναφοράς της ακτίνας στην αρχή Μπορεί να αξιοποιείται για μεταφορά metadata Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-8

9 Συσκευές εισόδου και εξόδου Αρχή σάρωσης του Raster Γραμμή Raster Διπλή ενταμίευση Δύο ενταμιευτές ανανέωσης Κατακόρυφη Ανίχνευση Ο ένας χρησιμοποιείται για απεικόνιση Ο άλλος χρησιμοποιείται για σχεδίαση Όταν τελειώσει η σχεδίαση, αλλάζουν ρόλο Οριζόντια Ανίχνευση Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-9

10 Βάθος χρώματος και ανάλυση Πρόσμιξη (dithering) Αξιοποιεί την ενοποίηση χώρου του ματιού Παραλλαγή half toning Κουκίδες μεταβλητού πάχους στην εκτύπωση Ανεπαρκές βάθος χρώματος Αύξηση βάθους με μείωση ανάλυσης Χρήση μοτίβων αντί εντάσεων Παράδειγμα: μοτίβο 2x2 Απώλεια της μισής ανάλυσης (σε κάθε διάσταση) 5 αντί για 2 διαβαθμίσεις Γενικά: κ εικονοστοιχεία για κ+1 διαβαθμίσεις Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-10

11 Βάθος χρώματος και ανάλυση Ατέλειες πλέγματος εικονοστοιχείων Καμπύλες Διαγώνιες γραμμές Χαρακτήρες σε μικρά μεγέθη Αντιψευδωνιμία (anti-aliasing) Προσομοίωση μερικής κάλυψης εικονοστοιχείων Ομαλότερη εμφάνιση τεθλασμένων γραμμών Αποφυγή γραμμών άνισου πάχους Ανεπαρκής ανάλυση Αύξηση ανάλυσης με μείωση βάθους Ένταση ανάλογα με κάλυψη εικονοστοιχείου Τα ακραία εικονοστοιχεία χρησιμοποιούν ενδιάμεσα χρώματα Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-11

12 Συμβολική αναπαράσταση Στοιχειώδεις λειτουργίες γραφικών Περιγραφή σχημάτων (π.χ. κύκλος) Ιδιότητες σχημάτων (π.χ. διάμετρος, πάχος γραμμής) Πακέτο γραφικών Βιβλιοθήκη στοιχειωδών λειτουργιών γραφικών Συμβολική αναπαράσταση εικόνων Μείωση αποθηκευτικών απαιτήσεων Ευκολότερη διαχείριση (π.χ. μεγέθυνση κύκλου) Ανάγκη μετατροπής για εμφάνιση Επιτρέπει την προσαρμογή στις συσκευές εξόδου Εξειδικευμένο υλικό γραφικών Σχεδίαση γραμμών, γέμισμα πολυγώνων Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-12

13 Μετάδοση εικόνας Απαιτήσεις μετάδοσης Μέγεθος ανάλογα με το μορφότυπο Αξιοπιστία ανάλογη με το μορφότυπο Γενικά δεν έχει απαιτήσεις πραγματικού χρόνου Μετάδοση ανεπεξέργαστης εικόνας Μορφότυπο σύλληψης Μετάδοση συμπιεσμένης εικόνας Μορφότυπο αποθήκευσης Μετάδοση συμβολικής εικόνας Μορφότυπο γραφικών Αξιοπιστία μετάδοσης Μεγαλύτερες απαιτήσεις για συμπιεσμένες και συμβολικές Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-13

14 Σύνθεση εικόνας Δημιουργία εικόνων από συμβολικές αναπαραστάσεις Διεπαφή με το χρήστη και παραθυρικά συστήματα Αυτοματισμός γραφείου και ηλεκτρονικά έγγραφα Επιστημονική και ψυχαγωγική προσομοίωση Παιχνίδια στον υπολογιστή Ολοκληρωμένο σύστημα γραφικών Αποτελείται από τέσσερις συνιστώσες Μοντέλο εφαρμογής Αναπαράσταση και αποθήκευση αντικειμένων Στοιχειώδεις λειτουργίες αντικειμένων Ποια αντικείμενα είναι διαθέσιμα; Ποιες είναι οι ιδιότητές τους; Ανεξάρτητο από σύστημα και υλικό γραφικών Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-14

15 Πρόγραμμα εφαρμογής Σύνθεση εικόνας Χειρίζεται την είσοδο του χρήστη Στέλνει εντολές στο σύστημα γραφικών Σύστημα γραφικών Στοιχειώδεις λειτουργίες γραφικών Τυποποιημένη βιβλιοθήκη Ανεξάρτητη από εφαρμογές Παράδειγμα: OpenGL Υλικό γραφικών Απλές λειτουργίες σχεδίασης εικονοστοιχείων Συστατικά των στοιχειωδών λειτουργιών Προαιρετικά ειδικά κυκλώματα επιτάχυνσης Παράδειγμα: γέμισμα περιοχής, προβολή υφής Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-15

16 Ανάλυση εικόνας Εξαγωγή περιγραφών από εικόνες Ανάλυση φωτεινότητας Ανάλυση χρωμάτων Ταίριασμα με πρότυπα Βελτίωση εικόνας Απομάκρυνση θορύβου Ενίσχυση αντίθεσης Αναγνώριση σχημάτων Εντοπισμός τυποποιημένων προτύπων Εντοπισμός αποκλίσεων από πρότυπα Ανάλυση σκηνών Ανακατασκευή σκηνών από πολλαπλές εικόνες Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-16

17 Μορφοποίηση Σύλληψη και ψηφιοποίηση Προετοιμασία Απομάκρυνση θορύβου Κατονομασία Ανάλυση εικόνας Αναγνώριση των συστατικών στοιχείων Ομαδοποίηση Συνένωση των συστατικών σε ομάδες Εξαγωγή Υπολογισμός ιδιοτήτων των ομάδων Ταίριασμα Απόδοση νοήματος στις ομάδες Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες 05-17