• Imaginile grafice din formă analogică (continuă) în digitală (discretă) sunt convertite prin eșantionare spațială.
• Discretizarea spațială a unei imagini poate fi comparată cu construirea unei imagini dintr-un mozaic ( un numar mare ochelari mici multicolori).
• Imaginea este împărțită în elemente mici separate (puncte sau pixeli), iar fiecare element poate avea propria sa culoare (roșu, verde, albastru etc.).

• Cea mai importantă caracteristică a calității unei imagini raster este rezoluția.
• Rezoluția unei imagini bitmap este determinată de numărul de puncte atât pe orizontală, cât și pe verticală pe unitatea de lungime a imaginii.
• Cu cât dimensiunea punctului este mai mică, cu atât rezoluția este mai mare și, în consecință, calitatea imaginii este mai mare.
• 1 inch = 2,54 cm

• În timpul procesului de eșantionare, pot fi utilizate diferite palete de culori, adică seturi de culori în care punctele de imagine pot fi pictate.
• Fiecare culoare poate fi considerată ca o posibilă stare a punctului.
• Numărul de culori Nîn paletă și cantitatea de informații eu , necesare pentru a codifica culoarea fiecărui punct sunt legate și pot fi calculate prin formula:

2 = 2 i= 2 1 = 2 i = i=1 bit.

Adâncimea culorii, (biți)

Numărul de culori din paletă N

2 24 =16 777 216

• Calitatea imaginii de pe ecranul monitorului depinde de rezoluția spațială și de adâncimea culorii.
• Rezoluția spațială a ecranului unui monitor este definită ca produsul dintre numărul de linii de imagine cu numărul de puncte pe linie. Monitorul poate afișa informații cu diferite rezoluții spațiale (800 x 600, 1024 x 768, 1152 x 864 și mai sus).

• Cu cât rezoluția spațială și adâncimea culorii sunt mai mari, cu atât calitatea imaginii este mai mare.
• LA sisteme de operare este posibil să se selecteze modul grafic necesar și posibil din punct de vedere tehnic pentru utilizator.

• Volumul de informații al memoriei video necesară poate fi calculat prin formula:
• Unde eu- volumul de informații al memoriei video în biți;
• X y- numărul de puncte din imagine (X - numărul de puncte pe orizontală, Y- pe verticală);
• eu- adâncimea culorii în biți per punct.

• Exemplu: cantitatea necesară de memorie video pentru modul grafic cu o rezoluție spațială de 800 x 600 pixeli și o adâncime de culoare de 24 de biți este:
• 1 P = I*X*Y = 24 de biți x 800 x 600 = 11.520.000 de biți = = 1.440.000 de biți = 1.406,25 KB ~ 1,37 MB.

• Calitatea informațiilor afișate pe ecranul monitorului depinde de dimensiunea ecranului și de dimensiunea pixelilor. Cunoscând dimensiunea diagonalei ecranului în inci (15", 17", etc.) și dimensiunea pixelilor ecranului (0,28 mm, 0,24 mm sau 0,20 mm), puteți estima rezoluția spațială maximă posibilă a ecranului monitorului.

Problema cardinală a modelării numerice a proceselor de migrare este discretizarea în spațiu și timp. În discretizarea spațială, se folosesc cel mai des metoda diferențelor finite (FDM) și metoda elementelor finite.

Prelucrarea informațiilor grafice

Codarea și prelucrarea informațiilor grafice și multimedia

Discretizarea spațială

Informațiile grafice pot fi prezentate în analogicși discret forme. Un exemplu de reprezentare analogică a informațiilor grafice este o pânză de pictură, a cărei culoare se schimbă continuu, iar una discretă este o imagine imprimată cu o imprimantă cu jet de cerneală și constând din puncte separate de diferite culori.

Imaginile grafice din formă analogică (continuă) în formă digitală (discretă) sunt convertite prin discretizare spațială. Discretizarea spațială a unei imagini poate fi comparată cu construcția unei imagini dintr-un mozaic (un număr mare de ochelari mici multicolori). Imaginea este împărțită în elemente mici separate (puncte sau pixeli), iar fiecare element poate avea propria sa culoare (roșu, verde, albastru etc.).

Pixel- zona minimă a imaginii pentru care puteți seta independent culoarea.

Ca rezultat al discretizării spațiale, informațiile grafice sunt prezentate sub formă bitmap, care se formează dintr-un anumit număr de linii conţinând, la rândul lor, un anumit număr de puncte (Fig. 1.1).

Rezoluţie. Cea mai importantă caracteristică a calității unei imagini raster este rezoluția.

Rezoluţiebitmap este definit de numărul de puncte atât pe orizontală, cât și pe verticală pe unitatea de lungime a imaginii.

Cu cât dimensiunea punctului este mai mică, cu atât rezoluția este mai mare (mai multe linii raster și puncte pe linie) și, în consecință, cu atât calitatea imaginii este mai mare. Valoarea rezoluției este de obicei exprimată în termeni de dpi(punct pe inch - puncte pe inch), adică în numărul de puncte dintr-o bandă de imagine lungă de un inch (1 inch = 2,54 cm)

Discretizarea spațială a imaginilor continue stocate pe hârtie, fotografie și film se poate face prin scanare. În prezent, camerele digitale foto și video sunt tot mai răspândite, care captează imagini imediat într-o formă discretă.

Calitatea bitmaps-urilor rezultate în urma scanării depinde de rezoluția scanerului, pe care producătorii o indică cu două numere (de exemplu, 1200 x 2400 dpi)

Scanarea se realizează prin deplasarea unei benzi de elemente fotosensibile de-a lungul imaginii. Primul număr este rezoluție optică scanerului și este determinată de numărul de elemente fotosensibile de pe un inch al benzii. Al doilea număr este rezoluție hardware; este determinată de numărul de „microspași” pe care le poate face banda de elemente fotosensibile, mișcându-se cu un centimetru de-a lungul imaginii.

Adâncimea culorii. Procesul de eșantionare poate folosi diferite palete de culori, adică seturi de culori în care punctele de imagine pot fi pictate. Fiecare culoare poate fi considerată ca o posibilă stare a punctului. Numărul de culori N din paletă și cantitatea de informații necesare pentru a codifica culoarea fiecărui punct sunt legate și pot fi calculate prin formula:

În cel mai simplu caz (imagine alb-negru fără tonuri de gri), paleta de culori este formată din doar două culori (alb-negru). Fiecare punct al ecranului poate avea una dintre cele două stări - „negru” sau „alb”, prin urmare, prin formula (1.1) este posibil să se calculeze câte informații sunt necesare pentru a codifica culoarea fiecărui punct.

sau de ce rezoluția fișierului trebuie să fie de cel puțin două ori liniatura rasterului

O trăsătură caracteristică modernului sisteme de imprimare prelucrarea originalelor semitonuri este că atât discretizarea spațială a imaginii, cât și cuantizarea tonului acesteia după nivel sunt efectuate în ele de cel puțin două ori. Discretizarea spațială este înlocuirea unei imagini al cărei ton se schimbă arbitrar în coordonatele X și Y cu o imagine compusă din secțiuni separate - zone în care se face media acestui parametru. În cazul general, așa cum sa menționat deja, frecvența de eșantionare ar trebui să fie de cel puțin două ori mai mare decât frecvența componentei armonice a imaginii originale care trebuie reprodusă pe copie. Această poziție este ilustrată schematic în Fig. 1 (a), la poziția a) al cărui mesaj continuu inițial este o oscilație sinusoidală u(t) cu perioada T. Spectrul unui astfel de semnal este format dintr-o componentă constantă și prima armonică:

u \u003d U 0 + U l sin (27tt / T)

Orez. unu.

Semnalul original (a), valorile sale de eșantionare și adâncimea de modulație (%) la zero (b), faza opusă (c) și intermediară (d) a ratei de eșantionare.

La faza zero a citirilor discrete U D perioadă T/2 adâncimea modulării lor de către prima armonică a semnalului original este zero, iar informațiile despre frecvență se pierd complet. Se transmite doar valoarea medie U 0 semnalul original (vezi Fig. 1, b). Odată cu o modificare a fazei numărătorilor cu jumătate din perioada lor, adâncimea modulației se dovedește a fi egală cu 100% (vezi Fig. 1, c). Intermediare între fazele luate în considerare ale citirilor sunt însoțite de distorsiuni în amplitudinea și faza primei armonice, deși, după cum este graficul din Fig. 1(d), informațiile despre frecvența acesteia sunt păstrate. Discretizarea cel puțin unidimensională (într-una dintre coordonate) a imaginilor însoțește procesul de analiză electro-optică. În sistemele de reproducere analogică și în televiziune, un parametru optic, care este o funcție de coordonatele scenei originale sau transmise, este convertit în amplitudinea unui semnal electric care se modifică la ieșirea celulei fotoelectrice în timp în timpul citirii progresive. (scanare). Spectrul de frecvențe spațiale ale imaginii în direcția transversală pe direcția de scanare orizontală este limitat de frecvența de descompunere în linii. Datorită dimensiunilor finite ale punctului de scanare (apertura), acest spectru este, de asemenea, limitat de-a lungul liniilor de o frecvență reciprocă a acestui punct. Al doilea motiv pentru limitarea spectrului de frecvență și eșantionarea imaginii de-a lungul liniei este modularea semnalului video a amplitudinilor, fazelor sau frecvențelor unei unde electromagnetice suplimentare - frecvența purtătoare necesară pentru transmiterea semnalului, de exemplu, în televiziune sau în telecomandă analogică. (folosind canale electrice de comunicare) reproducere. Eșantionarea și cuantizarea bidimensionale (în ambele coordonate) au loc în timpul așa-numitei conversii analog-digitale a semnalului video, ca urmare a căreia setul de mostre spațiale ale valorii tonului poate fi reprezentat printr-o serie de numere scrise, de exemplu, în cod binar. Această reprezentare vă permite să faceți abstracție din timpul real de scanare și să efectuați transformări funcționale de ton, culoare, detalii mici, contururi și alt conținut de imagine ca operații asupra numerelor acestei matrice. În astfel de scopuri, PC-urile sunt acum utilizate eficient.
Discretizarea spațială însoțește și rasterizarea - reprezentarea unei imagini sub forma unui set de elemente sigilate și goale, a căror zonă relativă este determinată de tonul sau culoarea secțiunilor corespunzătoare ale originalului. În acest caz, așa cum s-a menționat deja, frecvența primei eșantionări asociată cu analiza electro-optică și conversia analog-digitală este luată, de regulă, în de două ori depășirea liniaturii rasterului poligrafic, sau mai bine zis, a frecvenței funcției raster, în perioada căreia se formează unul sau altul număr de puncte și spații raster. Dacă această condiție este îndeplinită, atunci când se reproduce un sistem de curse periodice dintr-o fază spațială arbitrară, dimensiunile punctelor învecinate vor diferi cel puțin ușor unele de altele în toate cazurile, cu excepția unuia: atunci când liniile în sine sunt deplasate cu exact jumătate de perioada relativă la elementul de descompunere 1 și celula raster. Pe imprimare, în loc de linii, se formează un câmp uniform de puncte raster identice cu o zonă relativă de 50% (a se vedea Fig. 2, d), deoarece reflectanța originalului, mediată pe suprafața punct de lectură I, are aceeași valoare (intermediară) pentru toate elementele rasterului. În zona de referință 7, de fiecare dată există jumătate de cursă și jumătate de spațiu (vezi Fig. 2, c). Acest caz este similar cu cel prezentat în Fig. 1(b).

Orez. 2.
Cursele frecvenței 0,51 în rețeaua raster a liniaturii L la aceleași faze (a) și opuse (b); copiile lor raster: b, d - cu elementul de citire 1 egal cu pasul de liniatură; e - la citiri de 2 pași raster de două ori mai mici.

În toate celelalte faze spațiale, contrastul cursei este activat reproducerea se dovedește a fi mai mare, deoarece valorile citirilor învecinate și dimensiunile punctelor raster formate în conformitate cu acestea diferă. Diferența maximă apare în cazul extrem opus, când, așa cum se arată în fig. 2 (a, b), cursele de frecvență 0,51 coincid în fază cu grătarul raster. Aici există o analogie cu cazul ilustrat în Fig. 1 (a, c). Ele sunt transmise într-un raster de două ori liniatura, egală cu L linii/cm, fără pierderea contrastului. Garanția transmiterii loviturilor cu contrast total, indiferent de faza lor spațială, este oferită de o frecvență de descompunere care este de două ori liniatura rasterului, așa cum este Fig. 2 (e). Deoarece cel puțin două discretizări spațiale ale imaginii au loc în reproducerea poligrafică, din exemplul simplificat de mai sus rezultă că o marjă de frecvență de descompunere de două ori trebuie furnizată de două ori. Prima dată când trebuie să faceți acest lucru este atunci când alegeți linia ecranului, dacă sarcina este să reproduceți anumite frecvențe spațiale ale originalului pe imprimare. O a doua marjă de 2, de data aceasta în raport cu valoarea de liniatură selectată, este setată pentru rata de scanare a originalului. De exemplu, pentru a reproduce liniile care au o frecvență de 4 linii / mm pe original, este necesară o linie de imprimare de 80 de linii / cm (~ 200 dpi) (precum și netezimea hârtiei corespunzătoare și alți parametri de imprimare). Este necesar să citiți un astfel de original atunci când scanați la o frecvență de 16 linii / mm (~ 400ppi). Gradul de distrugere a contururilor și a detaliilor fine în procesul raster este oarecum redus dacă frecvența de eșantionare, în conformitate cu prevederile teoriei eșantionării, este de două ori mai mare decât liniatura rasterului (vezi Fig. 3, e, f).

Orez. 3.
« Distribuția pâlnie (a) și aleatorie (b) a valorilor de greutate; imagini ale conturului 1, împărțind zonele originale cu absorbție 0,94 și 0,04, pe baza unei citiri (c, d), patru (e, f) și 64 (g, h) pe perioadă raster;
2 - zona de referinta de analiza

Secțiunea originalului intersectată de contur este reprezentată în acest caz de patru numărări de valori diferite. Patru fragmente din secțiunea corespunzătoare a copiei sunt formate în funcție de diferite semne ale „alfabetului” de puncte. Forma zonei imprimate în interiorul zonei este modulată de geometria conturului, iar acesta din urmă este redat cu o mai mare acuratețe grafică și claritate. Acest efect este ilustrat clar de modelul din fig. 4 (d) în comparație cu cele prezentate în fig. 4(b,c).

Orez. 4.
Elementele de linie (a) ale unui original cu semitonuri și copiile lor bitmap folosind:

• una (b, c, e) și patru (d, f) eșantioane în perioada funcției raster;
• mascarea neclară a unui tablou numeric (c);
• deplasări ale punctelor raster (e) și fragmentele acestora (e) pe contururi.

Precizia transferului complet al conturului de contrast crește în continuare odată cu creșterea frecvenței de citire a originalului și se dovedește a fi la nivelul rezoluției dispozitivului de ieșire, atunci când fiecare element de sinteză din matricea video originală corespunde unui multinivel independent. citire (vezi Fig. 3, g, h). Zonele de referință, de regulă, sunt aproape cu un ordin de mărime mai mari decât dimensiunile elementelor de sinteză și nu pot fi reduse semnificativ. În caz contrar, excesiv, în medie cu două ordine de mărime, crește volumele deja mari de fișiere ilustrative, în valoare de zeci și sute de megaocteți. În consecință, crește capacitatea dispozitivelor de stocare, timpul de procesare și schimb de informații video între diverse module și stații de lucru ale sistemelor de pre-presare, timpul de transmisie sau lățimea de bandă ocupată pentru reproducerea de la distanță. În practică, acestea sunt limitate doar la un exces de două ori al ratei de eșantionare față de liniatură, ceea ce corespunde exemplelor din Fig. 3 (e, f) și fig. 4(d). Astfel de moduri și sisteme de reproducere sunt denumite în mod condiționat sisteme de scanare grosieră / imprimare fină (citire grosieră / imprimare clară). Numărul de citiri egal cu numărul de subelemente de sinteză, adică modurile de scanare fină / imprimare fină, se găsesc numai în dispozitivele de ieșire cu ton continuu sau imprimare digitală cu jet de cerneală cu formate de imagine relativ mici, rezoluții de intrare/ieșire scăzute (aproximativ 12-24 de linii / mm (300-600dpi)) și în acest sens, linii joase.

slide 1

slide 2

slide 3

slide 4

slide 5

slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

slide 10