Пространственная дискретизация
Графическая информация может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. Примером аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного - изображение, напечатанное с помощью струйного принтера, состоящее из отдельных точек разного цвета.
Графические изображения из аналоговой (непрерывной) формы в цифровую (дискретную) преобразуются путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки, или пиксели), причем каждый элемент имеет свой цвет (красный, зеленый, синий и т. д.).
Пиксель – минимальный участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет.
В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Растровое изображение эмблемы операционной системы Linux
Разрешающая способность. Важнейшей характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность.
^ Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек по горизонтали и вертикали на единицу длины изображения.
Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (так как больше количество строк и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения. Величина разрешающей способности обычно выражается в dpi (dot per inch – точек на дюйм), т. е. в количестве точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см).
Пространственная дискретизация непрерывных изображений, хранящихся на бумаге, фото- и кинопленке, может быть осуществлена путем сканирования. В настоящее время все большее распространение получают цифровые фото- и видеокамеры, которые фиксируют изображения сразу в дискретной форме.
Качество растровых изображений, полученных в результате сканирования, зависит от разрешающей способности сканера, которую производители указывают двумя числами (например, 1200 х 2400 dpi).
Сканирование производится путем перемещения полоски светочувствительных элементов вдоль изображения. Первое число является оптическим разрешением сканера и определяется количеством светочувствительных элементов на одном дюйме полоски. Второе число является аппаратным разрешением и определяется количеством «микрошагов», которое может сделать полоска светочувствительных элементов, перемещаясь на один дюйм вдоль изображения.
Глубина цвета. В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов, т. е. наборы тех цветов, которые могут принимать точки изображения. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле:
N=2I.
В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может принимать одно из двух состояний («черная» или «белая»). По формуле можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки:
2 = 2I→ 21 = 2I → I = 1 бит.
Количество информации, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.
Наиболее распространенными значениями глубины цвета при кодировании цветных изображений являются 8, 16 или 24 бита на точку. Зная глубину цвета, по формуле можно вычислить количество цветов в палитре (табл. 1.1).
Таблица 1. 1. Глубина цвета и количество цветов в палитре
Глубина цвета, I (битов)
Количество цветов в палитре, N
8
28 = 256
16
216 = 65 536
24
224 = 16 777 216
2. Растровые изображения на экране монитора
^ Графические режимы экрана монитора. Качество изображения на экране монитора зависит от величины пространственного разрешения и глубины цвета. Эти два параметра задают графический режим экрана монитора.
Пространственное разрешение экрана монитора определяется как произведение количества строк изображения на количество точек в строке. Монитор может отображать информацию с различными пространственными разрешениями (800 х 600, 1024 х 768, 1400 х 1050 и выше).
Глубина цвета измеряется в битах на точку и характеризует количество цветов, которое могут принимать точки изображения. Количество отображаемых цветов может изменяться в широком диапазоне, от 256 (глубина цвета 8 битов) до более чем 16 миллионов (глубина цвета 24 бита).
Чем больше пространственное разрешение и глубина цвета, тем выше качество изображения. В операционных системах предусмотрена возможность выбора необходимого пользователю и технически возможного графического режима.
Рассмотрим формирование на экране монитора растрового изображения, состоящего из 600 строк по 800 точек в каждой строке (всего 480 000 точек), с глубиной цвета 8 битов (рис. 1.3). Двоичные коды цветов всех точек хранятся в видеопамяти компьютера, которая находится на видеокарте.
Видеопамять
Номер
Двоичный
точки
код цвета точки
1
01010101
2
10101010
…
800
11110000
...
480000
11111111
Рис. 1.3. Формирование растрового изображения на экране монитора
Рис. 1.3. Формирование растрового изображения на экране монитораПериодически, с определенной частотой, коды цветов точек считываются из видеопамяти и точки отображаются на экране монитора. Частота считывания изображения влияет на стабильность изображения на экране. В современных мониторах обновление изображения происходит с частотой 75 и более раз в секунду, что обеспечивает комфортность восприятия изображения пользователем компьютера (человек не замечает мерцания изображения). Для сравнения можно напомнить, что частота смены кадров в кино составляет 24 кадра в секунду.
Качество отображения информации на экране монитора зависит от размера экрана и размера пикселя.
Зная размер диагонали экрана в дюймах (15", 17" и т. д.) и размер пикселя экрана (0,28, 0,24 мм или 0,20 мм), можно оценить максимально возможное пространственное разрешение экрана монитора.
www.ronl.ru
В те времена, когда еще компьютеры обладали не настолько мощными возможностями, как сейчас, ни о каком преобразовании изображений на бумаге или на пленке не могло быть и речи. Сейчас же принято считать, что таким объектам соответствует аналоговая форма. С появлением новых технологий стало возможным производить оцифровку (например, при помощи сканеров). Благодаря этому появилась так называемая дискретная форма изображений. Но каким же образом производится перевод графики из одной формы в другую? Кратко о сути таких методов далее и будет рассказано максимально подробно и просто, чтобы каждый пользователь понял, о чем идет речь.
Для начала рассмотрим общее понятие, объяснив его самым простым языком. Из одной формы в другую графическое изображение преобразуется путем пространственной дискретизации. Чтобы понять, что это такое, рассмотрим простой пример.
Если взять какую-нибудь картину, написанную акварельными красками, нетрудно заметить, что все переходы являются плавными (непрерывными). А вот на отсканированном изображении, которое было напечатано на струйном принтере, таких переходов нет, поскольку оно состоит из множества мелких точек, называемых пикселями. Получается, что пиксель – это своего рода строительный кирпичик, который обладает определенными свойствами (например, имеет свой цвет или оттенок). Из таких кирпичиков и складывается полное изображение.
Если говорить о сути самого метода преобразования графики при помощи таких технологий, можно привести еще один пример, который поможет понять, как это все работает.
Оцифрованные изображения, что при сканировании, что при выводе на экран компьютерного монитора, что при печати, можно сравнить еще и неким подобием мозаики. Только здесь в качестве одного кусочка мозаики выступает пиксель. Это есть одна из основных характеристик всех современных устройств. Как уже можно было догадаться, чем больше таких точек, и чем меньше размер каждой из них, тем более плавными будут переходы. В конечном счете именно их количество для каждого конкретного устройства определяет его разрешающую способность. В информатике для такой характеристики принято рассчитывать количество пикселей (точек) на дюйм (dpi – dot per inch), причем и вертикальном, и в горизонтальном направлении.
Таким образом, создается двумерная пространственная сетка, чем-то напоминающая обычную систему координат. Для каждой точки в такой системе можно задавать собственные параметры, которые будут отличаться от соседних точек.
Но не только вышеописанные примеры в полной мере отражают то, как работает пространственная дискретизация. Кодирование графической информации учитывает еще несколько важных параметров, от которых зависит качество оцифрованного изображения. Они применяются не только к самим изображениям, но и к воспроизводящим графику устройствам.
В первую очередь, сюда относят следующие характеристики:
Под частотой дискретизации понимается размер фрагментов, из которых состоит изображение. Этот параметр в равной степени можно встретить в характеристиках оцифрованных изображений, сканеров, принтеров, мониторов и графических карт.
Правда, тут есть одна загвоздка. Дело в том, что при повышении общего числа точек можно получить более высокую частоту. Но ведь при этом соответственно в большую сторону меняется и размер файла сохраняемого исходного объекта. Чтобы избежать этого, в настоящее время применяется искусственное поддержание размера на одном постоянном уровне.
Об этом параметре уже было упомянуто. Однако если посмотреть на устройства вывода изображений, тут картина несколько другая.
В качестве примера параметров, которые использует пространственная дискретизация, рассмотрим сканеры. Так, например, в характеристиках устройства указано разрешение 1200 х 1400 точек на дюйм. Сканирование производится путем перемещения полосы светочувствительных элементов вдоль сканируемого изображения. Но вот первое число обозначает оптическое разрешение самого устройства (количество сканирующих элементов в одном дюйме полосы), а второе относится к аппаратному разрешению и определяет количество «микроперемещений» полосы со сканирующими элементами по изображению при прохождении одного дюйма картинки.
Перед нами еще один важный параметр, без учета которого понять в полной мере, что такое пространственная дискретизация. Глубина цвета (или глубина кодирования) обычно выражается в битах (то же самое, кстати, можно отнести и к глубине звука) и определяет количество цветов, которые были задействованы при построении изображения, но в конечном итоге относится к палитрам (наборам цветов).
Например, если рассмотреть черно-белую палитру, в которой содержится всего два цвета (без учета градаций оттенков серого), количество информации при кодировании каждой точки можно вычислить по приведенной формуле, учитывая, что N – общее количество цветов (в нашем случае N=2), а I – количество состояний, которые может принимать каждая точка (в нашем случае I=1, поскольку вариантов может только два: или черный, или белый цвет). Таким образом, NI=21=1 бит.
Пространственная дискретизация также может учитывать и параметр, называемый квантованием. Что это такое? В чем-то это напоминает методику интерполирования.
Суть процесса состоит в том, что величина отсчета сигнала заменяется ближайшим соседним значением из фиксированного набора, который представляет собой список уровней квантования.
Чтобы лучше разобраться, как преобразовывается графическая информация, посмотрите на изображение выше. На нем представлена графика в исходной (аналоговой форме), изображение с применение квантования и побочные искажения, называемые шумами. На втором фото сверху можно увидеть своеобразные переходы. Они носят название шкалы квантования. Если все переходы одинаковы, шкала называется равномерной.
При преобразовании графической информации следует учесть, что, в отличие от аналогового сигнала, квантовый сигнал может принимать только совершенно определенное фиксированное количество значений. Это позволяет преобразовать их в набор символов и знаков, последовательность которых называют кодом. Финальная последовательность называется кодовым словом.
Каждое кодовое слово соответствует одному интервалу квантования, а для кодирования используется двоичный код. При этом иногда следует еще учитывать и скорость передачи данных, которая представляет собой произведение частоты дискретизации на длину кодового слова и выражается в битах в секунду (bps). Грубо говоря, это не что иное, как максимально возможное количество передаваемых двоичных символов в единицу времени.
Наконец, еще один важный аспект, связанный с тем, что представляет собой пространственная дискретизация. Растровые изображения на экране монитора воспроизводятся по определенным правилам и требуют затрат памяти.
Например, на мониторе установлен графический режим с разрешением 800 х 600 точек на дюйм и глубиной цвета 24 бит. Общее количество точек будет равно 800 х 600 х 24 бит = 11 520 000 бит, что соответствует или 1 440 000 байт, или 1406,25 Кб, или 1,37 Мб.
Технология пространственной дискретизации, как уже понятно, применима не только к графике, но и к видеоизображениям, которые в некотором смысле тоже можно отнести к графической (визуальной) информации. Правда, оцифровка такого материала до некоторых пор производилась с ограниченными возможностями, поскольку конечные файлы оказывались такими огромными, что держать их на компьютерном жестком диске было нецелесообразно (вспомните хотя бы исходный формат AVI, в свое время разработанный специалистами компании Microsoft).
С появлением алгоритмов M-JPEG, MPEG-4 и H.64 стало возможно уменьшать конечные файлы с коэффициентом уменьшения размера в 10-400 раз. Многие могут возразить по поводу того, что сжатое видеоизображение будет иметь более низкое качество по сравнению с оригиналом. В некотором смысле так оно и есть. Однако в таких технологиях уменьшение размера можно производить и с потерей качества, и без потерь.
Различают два основных метода, по которым производится сжатие: внутрикадровое и межкадровое. Оба таких варианта основаны на исключении из изображения повторяющихся элементов, однако не затрагивают, например, изменения яркости, цвета и т.д. Что в первом, что во втором случае, разница между сценами в одном кадре или между двумя соседними является незначительной, поэтому разница на глаз особо не заметна. Зато при удалении из файла вышеуказанных элементов, разница в размере между исходным и конечным изображением весьма существенная.
Одним из самых интересных, хотя и довольно сложных методов, которые использует пространственная дискретизация для сжатия изображений, является технология, получившая название дискретного косинусного преобразования, предложенная В. Ченом в 1981 году. Основана она на матрице, в которой, в отличие от исходной, описывающей только величины отсчетов, представлены значения скорости их изменения.
Таким образом, ее можно рассматривать, как некую сетку изменения скоростей в вертикальном и горизонтальном направлениях. Размер каждого блока определяется технологией JPEG и имеет размер 8 х 8 пикселей. А вот сжатие применяется к каждому отдельно взятому блоку, а не к целому изображению. Таким образом, разница между исходным и конечным материалом становится еще менее заметной. Иногда в компьютерной терминологии такую методику называют еще субдискретизацией.
Далее для яркости и цветности может применяться описанное выше квантование, при котором каждая величина косинусного преобразования делится на коэффициент квантования, который можно найти в специальных таблицах, полученных на основе так называемых психофизических тестов.
Сами же таблицы соответствуют строго определенным классам блоков, сгруппированных по активности (равномерное изображение, неструктурированное изображение, горизонтальный или вертикальный перепад и т.д.). Иными словами, для каждого блока устанавливаются свои собственные значения, которые неприменимы к соседним или тем, что отличаются классом.
Наконец, после квантования на основе кода Хаффмана производится удаление избыточных коэффициентов (сокращение избыточности), что позволяет получить для последующего кодирования кодовое слово с длиной менее одного бита для каждого коэффициента (VLC). Далее формируется линейная последовательность, для которой применяется метод зигзагообразного считывания, что группирует значения в конечной матрице в виде значащих величин и последовательностей нулей. А вот как раз их и можно убрать. Остальные комбинации сжимаются стандартным способом.
А вообще, специалисты особо не рекомендуют производить кодирование графической информации с использованием технологий JPEG, поскольку они имеют ряд недостатков. Во-первых, многократное пересохранение файлов неизменно приводит к ухудшению качества. Во-вторых, из-за того, что объекты, закодированные при помощи JPEG, не могут содержать прозрачных областей, применять такие методы к графическим изображениям или сканируемым образцам художественной графики можно только в том случае, если они по вертикали и горизонтали не превышают размер в 200 пикселей. В противном случае ухудшение качества конечного изображения будет выражено очень ярко.
Правда, алгоритмы JPEG стали основой для технологий сжатия MPEG, а также для множества стандартов конференц-связи вроде H.26X и h42X.
Вот кратко и все, что касается понимания вопросов, связанных преобразованием аналоговой формы графики и видео в дискретную (по аналогии такие методики используются и для звука). Описанные технологии достаточно сложны для понимания рядовым пользователем, однако некоторые важные составляющие основных методик понять все-таки можно. Здесь не рассматривались вопросы настройки мониторов для получения максимально качественной картинки. Однако по интересующему нас вопросу можно отметить, что устанавливать максимально возможное разрешение стоит не всегда, поскольку завышенные параметры могут привести к неработоспособности устройства. То же самое касается и частоты обновления экрана. Лучше использовать рекомендованные производителем значения или те, которые операционная система после установки соответствующих драйверов и управляющего программного обеспечения предлагает использовать по умолчанию.
Что же касается самостоятельного сканирования или перекодирования информации из одного формата в другой, следует использовать специальные программы и конвертеры, однако для того, чтобы избежать понижения качества, максимально возможным сжатием с целью уменьшения размеров конечных файлов, лучше не увлекаться. Такие методы применимы только для тех случаев, когда информацию нужно сохранить на носителях с ограниченным объемом (например, CD/DVD-диски). Но в случае наличия достаточного места на винчестере, или когда требуется создать презентацию для трансляции на большом экране, или распечатать фотографии на современном оборудовании (фотопринтеры не в счет), качеством лучше не пренебрегать.
www.syl.ru
РАЗРАБОТКА УРОКА
ПО ИНФОРМАТИКЕ И ИКТ
ТЕМА:
«Пространственная дискретизация»
9 КЛАСС
Учитель: Долгушева Е.Г.
1 кв.категория
Курган, 2009 г.
Тема: Пространственная дискретизация
Тип: Урок изучения нового материала
Цель урока: Помочь учащимся освоить технологию построения и редактирования графиков функций по алгебре в программе MS Excel с помощью компьютера.
Задачи урока:
Оборудование, ПО и медиаматериалы:
^
II. Теоретическая часть (по ходу объяснения материала показываются соответствующие слайды презентации и производится запись основных понятий в тетрадь).
Графическая информация может быть представлена в аналоговой и дискретной формах. Примером аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного - изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.
Графические изображения из аналоговой (непрерывной) формы в цифровую (дискретную) преобразуются путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие элементы (точки, или пиксели), причем каждый элемент может иметь свой цвет (красный, зеленый, синий и т. д.).
Пиксель - минимальный участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет.
В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, содержащих, в свою очередь, определенное количество точек.
^ Важнейшей Характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность
Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек как по горизонтали, так и по вертикали на единицу длины изображения.
Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше строк растра и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения. Величина разрешающей способности обычно выражается в dpi (dot per inch - точек на дюйм), т. е. в количестве точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см)
Пространственная дискретизация непрерывных изображений, хранящихся на бумаге, фото- и кинопленке, может быть осуществлена путем сканирования. В настоящее время все большее распространение получают цифровые фото- и видеокамеры, которые фиксируют изображения сразу в дискретной форме.
Качество растровых изображений, полученных в результате сканирования, зависит от разрешающей способности сканера, которую производители указывают двумя числами (например, 1200 х 2400 dpi)
^ В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов, т. е. наборы цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле:
В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может принимать одно из двух состояний - "черная" или "белая", следовательно, по формуле (1.1) можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки:2 = 2I => 21 = 2I => I = 1 бит.
^ глубиной цвета.
Наиболее распространенными значениями глубины цвета при кодировании цветных изображений являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку. Зная глубину цвета, по формуле (1.1) можно вычислить количество цветов в палитре (табл. 1.1).
| Таблица 1.1. Глубина цвета и количество цветов в палитре | ||||||||||
|
III. Практическая работа (на слайдах)
Выполняется детьми под руководством учителя.
1.1. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65 536 до 16. Во сколько раз уменьшился его информационный объем?
1.2. Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер 10 х 10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?
1.3. Цветное (с палитрой из 256 цветов) растровое графическое изображение имеет размер 10 х 10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?
^
Какой объем видеопамяти необходим для хранения двух страниц изображения при условии, что разрешающая способность экрана равна 640 х 350 пикселей, а количество используемых цветов – 16?
Обучающиеся самостоятельно решают задачу, затем с помощью слайдов проверяется ход решения.
V. Домашнее задание
Параграф 1.1.1, контрольные вопросы после параграфа, «5» - с.13 задания для самостоятельного выполнения 1.4
VI. Итог урока
1. Объясните, как с помощью пространственной дискретизации происходит формирование растрового изображения.
2. В каких единицах выражается разрешающая способность растровых изображений?
3. Как связаны между собой количество цветов в палитре и глубина цвета?
База данных защищена авторским правом © kursovaya-referat.ru 2017При копировании материала укажите ссылку
www.kursovaya-referat.ru
Графическая информация может быть представлена в аналоговой и дискретной формах. Примером аналогового представления графической информации может служить живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного - изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.
Графические изображения из аналоговой (непрерывной) формы в цифровую (дискретную) преобразуются путем пространственной дискретизации. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие элементы (точки, или пиксели), причем каждый элемент может иметь свой цвет (красный, зеленый, синий и т. д.).
Пиксель - минимальный участок изображения, для которого независимым образом можно задать цвет.
В результате пространственной дискретизации графическая информация представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, содержащих, в свою очередь, определенное количество точек (рис. 1.1).
 |
| Рис. 1.1. Растровое изображение темного прямоугольника на светлом фоне |
Разрешающая способность. Важнейшей Характеристикой качества растрового изображения является разрешающая способность
Разрешающая способность растрового изображения определяется количеством точек как по горизонтали, так и по вертикали на единицу длины изображения.
Чем меньше размер точки, тем больше разрешающая способность (больше строк растра и точек в строке) и, соответственно, выше качество изображения. Величина разрешающей способности обычно выражается в dpi (dot per inch - точек на дюйм), т. е. в количестве точек в полоске изображения длиной один дюйм (1 дюйм = 2,54 см)
Пространственная дискретизация непрерывных изображений, хранящихся на бумаге, фото- и кинопленке, может быть осуществлена путем сканирования. В настоящее время все большее распространение получают цифровые фото- и видеокамеры, которые фиксируют изображения сразу в дискретной форме.
Качество растровых изображений, полученных в результате сканирования, зависит от разрешающей способности сканера, которую производители указывают двумя числами (например, 1200 х 2400 dpi)
Сканирование производится путем перемещения полоски светочувствительных элементов вдоль изображения. Первое число является оптическим разрешением сканера и определяется количеством светочувствительных элементов на одном дюйме полоски. Второе число является аппаратным разрешением; оно определяется количеством "микрошагов", которое может сделать полоска светочувствительных элементов, перемещаясь на один дюйм вдоль изображения (рис. 1.2).
 |
| Рис. 1.2. Оптическое и аппаратное разрешение сканера |
Глубина цвета. В процессе дискретизации могут использоваться различные палитры цветов, т. е. наборы цветов, в которые могут быть окрашены точки изображения. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки. Количество цветов N в палитре и количество информации I, необходимое для кодирования цвета каждой точки, связаны между собой и могут быть вычислены по формуле:
В простейшем случае (черно-белое изображение без градаций серого цвета) палитра цветов состоит всего из двух цветов (черного и белого). Каждая точка экрана может принимать одно из двух состояний - "черная" или "белая", следовательно, по формуле (1.1) можно вычислить, какое количество информации необходимо, чтобы закодировать цвет каждой точки:
2 = 2I => 21 = 2I => I = 1 бит.
Количество информации, которое используется для кодирования цвета точки изображения, называется глубиной цвета.
Наиболее распространенными значениями глубины цвета при кодировании цветных изображений являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку. Зная глубину цвета, по формуле (1.1) можно вычислить количество цветов в палитре (табл. 1.1).
| Таблица 1.1. Глубина цвета и количество цветов в палитре | ||||||||||
|
Контрольные вопросы
1. Объясните, как с помощью пространственной дискретизации происходит формирование растрового изображения.
2. В каких единицах выражается разрешающая способность растровых изображений?
3. Как связаны между собой количество цветов в палитре и глубина цвета?
Задания для самостоятельного выполнения
1.1. Задание с выборочным ответом. В процессе преобразования растрового графического изображения количество цветов уменьшилось с 65 536 до 16. Его информационный объем уменьшился в:1) 2 раза; 2) 4 раза; 3) 8 раз; 4) 16 раз.
1.2. Задание с кратким ответом. Черно-белое (без градаций серого) растровое графическое изображение имеет размер 10 х 10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?
1.3. Задание с кратким ответом. Цветное (с палитрой из 256 цветов) растровое графическое изображение имеет размер 10 х 10 точек. Какой информационный объем имеет изображение?
1.4. Задание с развернутым ответом. Сканируется цветное изображение размером 10 х 10 см. Разрешающая способность сканера _ 1200 х 1200 dpi, глубина цвета - 24 бита. Какой информационный объем будет иметь полученный графический файл?
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
zdamsam.ru
Урок в 9 классе «Кодирование графической информации.
Пространственная дискретизация»
Тип урока: урок-изучение нового материала.
Цель урока: получение новых знаний, изучение терминов.
Оборудование: Доска, мультимедийный проектор, экран, подключение к Интернет.
Ход урока
1. Актуализация знаний. Сегодня на уроке мы совершаем путешествие в мир графики. В наше время многие профессии связаны с созданием, обработкой графической информации. А компьютер и цифровая техника - мощные инструменты для графического дизайна и работы с изображениями
Что можно назвать графикой? На самом деле определений этого понятия много, вернее видов самой графики моного. Познакомимся материалами википедии -
То есть любые изображения можно назвать графическими: картина, детский рисунок, окрашенная стена, иллюстрация в книге, плакат с рекламой, этикетка на товаре…
В окружающем мире нас всюду окружают графические изображения. Но в связи с расширением возможностей компьютера за последние годы, в нашу жизнь прочно вошло понятие КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ.
2. Компью́терная гра́фика (также маши́нная ) - область деятельности, в которой используются в качестве инструмента как для (создания), так и для обработки , полученной из реального мира.).
Аналоговая графика.
Аналоговые (непрерывные) изображения получаются путем нанесения краски на холст, карандашных линий и т.п. Имеется в виду некая непрерывность нанесения цветового элемента, линии, мазка. Хотя данная непрерывность тоже условна.
Любое аналоговое изображение можно представить в другой форме - дискретной.
Дискретность - прерывистость. Изображение разбивается на мельчайшие фрагменты - точки (пиксели, растры). Пиксель - минимальная единица изображения, для которой возможно применить кодирование цвета. Дискретную еще называют цифровой или прерывистой графикой.
Преобразовывать аналоговую в дискретную пробовал каждый. Не так ли?
Ребята, давайте порассуждаем об этом.
- Идет беседа с классом о цифровых устройствах. Именно они и обеспечивают Пространственную дискретизацию - преобразование графики из аналоговой формы в дискретную.
Сканер, цифровой фотоаппарат, цифровая видеокамера. Они фиксируют изображения сразу в дискретной форме.
Важнейшая характеристика цифрового изображения - разрешающая способность.
Разрешающая способность - количество точек (пикселей) по горизонтали и вертикали на единицу изображения (дюйм, 2, 54 см). Чем меньше размер точки, тем качественнее изображение. Разрешаюшая способность измеряется в количестве пикселей на один дюйм (DPI).
3. Фронтальная беседа - исследование. Цифровые фотоаппараты.
Цифровые фотокамеры заслуживают нашего отдельного внимания. Каковы их главные характеристики?
Матрица - это множество светочувствительных элементов - пикселей. Каждый пиксель матрицы реагирует на попадание света на него - вырабатывает электрический сигнал, который зависит от интенсивности пришедшего света.
Разрешение матрицы. Измеряется в мегапикселях. Например, если у матрицы фотоаппарата 4 Мегапикселя (Мп), то это значит, что матрица состоит из 4-х миллионов пикселей (ячеек). Чем больше разрешение, тем больше мелких деталей может отразить фотоаппарат на снимке. Однако гнаться за мегапикселями не стоит. Например, для печати фотографий размера 10х15 см вполне хватит и 1 мегапикселя. Оптимальным выбором будет камера с 3-5 мегапикселями, на ней можно будет печатать фотографии вплоть до формата A4 (20х30см).
Проведем исследование своих цифровых камер. (Предлагаю ученикам изучить свои камеры на мобильных телефонах).
4. Сканирование.
Процесс сканирования сводится к тому, чтобы любое аналоговое изображение разбить не пикселы. Как? Давайте рассмотрим рисунок.
2,54 см
У сканера есть важнейшая характеристика - разрешающая способность сканирования. Производители указывают ее двумя значениями, например 1200х2400.
Рассмотрим, что это значит. Первое значение - Оптическое разрешение - количество светочувствительных элементов на одном дюйме сканирующей полоски. Второе значение - Аппаратное разрешение - количество микрошагов сканера при движении по документу, также на одном дюйме.
++++++++++++Фронтальная беседа с классом++++++++++++++++++++++++
- Для обсуждения предлагаются вопросы - можно ли изменять параметры сканирования? Для чего, как?
Вывод. Итак, параметры сканирования можно настроить. Исходя из этого рассмотрим следующие понятия.
5. Палитра цвета.
Глубина цвета.
Рассмотрим пример черно-белого изображения. Оно состоит из двух цветов: черного и белого. В информатике существует формула N=2i, где N - это количество цветов в палитре, 2 - обозначение двоичного кодирования, I - объем памяти, необходимой для хранения данных об этой точке в компьютере (для кодирования).
Глубина цвета - количество информации, необходимое для кодирования данных об одном пикселе (биты, байты и т.д.).
6. Заключение.
Возвращаясь к нашему примеру, вычислим, сколько памяти нужно компьютеру для хранения данных об одной точке черно-белой картинки.
N=2i, 2 = 21, значит - 1 бит.
Наиболее часто в графике используется глубина - 8, 16, 24 бита на одну точку.
Заполним таблицу:
Глубина цвета, I (битов)
Количество цветов в палитре, N
4
24=16
8
28=256
16
216=65 536
24
224=16 777 216
Домашнее задание.
Выучить термины: пиксель, пространственная дискретизация, разрешение изображения, разрешение сканирования, глубина цвета. Уметь объяснить их значение.
Выполнить сам. задания к параграфу (письменно 1.1.1).
botana.cc
Страница 2 из 16
5.3 Пространственная дискретизация
Характерной особенностью современных полиграфических систем обработки полутоновых оригиналов является то, что как пространственная дискретизация изображения, так и квантование его тона по уровню осуществляются в них по крайней мере дважды.Пространственная дискретизация - замена изображения, тон которого произвольно изменяется в координатах X и Y, изображением, составленным из отдельных участков - зон, в пределах которых этот параметр усреднен.В общем случае, как уже указывалось, частота дискретизации должна минимум в два раза превышать частоту гармонической составляющей исходного изображения, подлежащей воспроизведению на копии. Это положение схематически поясняет
Рис. 5.4 (а), на позиции а) которого исходное непрерывное сообщение есть синусоидальное колебание u(t) с периодом Т. Спектр такого сигнала составляют постоянная составляющая и первая гармоника:
5.1
При нулевой фазе дискретных отсчетов uD периода T/2 глубина их модуляции первой гармоникой исходного сигнала равна нулю и информация о частоте целиком утрачивается. Передается лишь среднее значение U0 исходного сигнала (см. Рис. 5.4, б). С изменением фазы отсчетов на половину их периода глубина модуляции оказывается равной 100% (см. Рис. 5.4, в). Промежуточным между рассмотренными фазам отсчетов сопутствуют искажения амплитуды и фазы первой гармоники, хотя, как показываетграфик на Рис. 5.4 (г), информация о ее частоте сохраняется.
Рис. 5.4 Исходный сигнал (а), значения его выборки и глубина модуляции (%) при нулевой (б), противоположной (в) и промежуточной (г) фазе частоты дискретизации
Как минимум одномерная (по одной из координат) дискретизация изображений сопутствует процессу электрооптического анализа. В аналоговых репродукционных системах и в телевидении оптический параметр, являющийся функцией координат оригинала или передаваемой сцены, преобразуется в амплитуду электрического сигнала, изменяющегося на выходе ФЭП во времени при построчном считывании (сканировании). Спектр пространственныхчастот изображения в направлении, поперечном направлению строчной развертки, ограничивается частотой разложения на строки. В силу конечных размеров сканирующего пятна (апертуры) этот спектр ограничен и вдоль строк частотой, обратной величине этого пятна. Второй причиной ограничения спектра частот и дискретизации изображения вдоль строки является модуляция видеосигналом амплитуд, фаз или частот дополнительного электромагнитного колебания - несущей частоты, необходимой для передачи сигнала, например, в телевидении или в аналоговом дистанционном (с использованием электрических каналов связи) репродуцировании.Двухмерная (по обеим координатам) дискретизация и квантование имеют место притак называемом аналого-цифровом преобразовании видеосигнала, в результате которогосовокупность пространственных отсчетов значения тона может быть представленанекоторым массивом чисел, записанных, например, в двоичном коде. Такое представлениепозволяет отвлечься от времени реального сканирования и производить функциональныепреобразования тона, цвета, мелких деталей, контуров и другого содержания изображениякак операции над числами этого массива. Для подобных целей ныне эффективно используются ЭВМ.Пространственная дискретизация сопутствует и растрированию - представлению изображенияв виде совокупности запечатанных и пробельных элементов, относительная площадькоторых определяется тоном или цветом соответствующих участков оригинала. Приэтом, как уже указывалось, частота первой дискретизации, связанной с электрооптическиманализом и аналого-цифровым преобразованием, принимается, как правило, в двараза превышающей линиатуру полиграфического растра, а точнее, частоту растровойфункции, внутри периода которой формируется то или иное количество растровыхточек и пробелов.Если это условие соблюдается, то при воспроизведении системы периодических штриховпроизвольной пространственной фазы размеры соседних точек будут хоть сколько-нибудьотличаться друг от друга во всех случаях кроме одного: когда сами штрихи сдвинутыровно на половину периода относительно элемента разложения 1 и растровой ячейки.На оттиске вместо штрихов образуется равномерное поле одинаковых растровых точекс относительной площадью 50% (см. Рис. 5.5, г), поскольку коэффициент отраженияоригинала, усредненный по площади считывающего пятна 1, имеет одинаковое (промежуточное)значение для всех элементов растра. В зону отсчета 1 каждый раз попадает по половинештриха и половине пробела (см. Рис. 5.5, в). Этот случай аналогичен представленномуна Рис. 5.4 (б).Во всех других пространственных фазах контраст штрихов на репродукции оказываетсявыше, поскольку отличаются значения соседних отсчетов и размеры формируемых всоответствии с ними растровых точек. Максимальное различие имеет меао в противоположномкрайнем случае, когда, как показано на Рис. 5.5 (а, б), штрихи частоты 0,51 совпадаютпо фазе с растровой решеткой. Здесь имеет место аналогия со случаем, иллюстрируемым Рис. 5.4 (а, в). Они передаются растром едва раза большей линиатуры, равной Lлин/см, без потери контраста. Гарантию передачи штрихов с полным контрастом независимоот их пространственной фазы дает частота разложения, в два раза превышающая растровуюлиниатуру, как поясняет Рис. 5.5 (д).
Рис. 5.5 Штрихи частоты 0,51 в растровой решетке линиатуры L при совпадающих (а) и противоположных (в) фазах; их растровые копии: б, г — при считывающем элементе 1 равном шагу линиатуры; д — при отсчетах 2 вдвое меньших шага растра
Поскольку в полиграфическом репродуцировании имеют место как минимум две пространственные дискретизации изображения, из приведенного упрощенного примера следует, что двукратный запас по частоте разложения необходимо предусматривать дважды. В первый раз это приходится делать при выборе линиатуры растра, если ставится задача воспроизведения на оттиске определенных пространственных частот оригинала. Второй двукратный запас, на этот раз уже по отношению к выбранному значению линиатуры, устанавливается для частоты сканирования оригинала. Например, для воспроизведения штрихов, имеющих на оригинале частоту 4 лин/мм, необходималиниатура оттиска 80 лин/см (а также соответствующая ей гладкость бумаги и другие параметры печати). Считывать такой оригинал в сканере приходится уже с частотой16 лин/мм.
texttotext.ru
Автор публикации: Цыплин И.В.
Дата публикации: 11.11.2016
Краткое описание:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
botana.cc
