Codifica binaria delle informazioni grafiche. Nel processo di codifica di un'immagine, viene eseguito il suo campionamento spaziale

A quei tempi, quando i computer non avevano ancora capacità così potenti come adesso, non si trattava di convertire le immagini su carta o su pellicola. Ora è generalmente accettato che tali oggetti corrispondano a una forma analogica. Con l'avvento delle nuove tecnologie, è diventato possibile digitalizzare (ad esempio utilizzando gli scanner). Grazie a ciò è apparsa la cosiddetta forma discreta delle immagini. Ma come avviene il trasferimento della grafica da una forma all'altra? Brevemente sull'essenza di tali metodi ulteriormente e sarà descritto nel modo più dettagliato e semplice possibile, in modo che ogni utente capisca qual è la posta in gioco.

Cos'è la discretizzazione spaziale in informatica?

Per iniziare, considera concetto generale spiegandolo nei termini più semplici. Da una forma all'altra, un'immagine grafica viene trasformata dalla discretizzazione spaziale. Per capire di cosa si tratta, considera un semplice esempio.

Se scatti una foto dipinta con gli acquerelli, è facile vedere che tutte le transizioni sono fluide (continue). Ma in un'immagine scansionata stampata su una stampante a getto d'inchiostro, non ci sono tali transizioni, poiché consiste di molti piccoli punti chiamati pixel. Si scopre che un pixel è una specie di mattone da costruzione che ha determinate proprietà (ad esempio, ha il proprio colore o sfumatura). Questi mattoni formano l'immagine completa.

Qual è l'essenza del metodo di discretizzazione spaziale?

Se parliamo dell'essenza del metodo di conversione della grafica utilizzando tali tecnologie, possiamo fornire un altro esempio che ti aiuterà a capire come funziona.

Le immagini digitalizzate, sia durante la scansione, sia quando vengono visualizzate sul monitor di un computer, sia quando vengono stampate, possono anche essere confrontate con una sorta di mosaico. Solo qui, un pixel agisce come un pezzo del mosaico. Questa è una delle caratteristiche principali di tutti i dispositivi moderni. Come avrai già intuito, maggiore è il numero di tali punti e minore è la dimensione di ciascuno di essi, più fluide saranno le transizioni. In definitiva, è il loro numero per ogni dispositivo specifico che ne determina la risoluzione. In informatica, per tale caratteristica, è consuetudine calcolare il numero di pixel (punti) per pollice (dpi - punto per pollice), sia in verticale che in orizzontale.

Pertanto, viene creata una griglia spaziale bidimensionale, che ricorda in qualche modo un sistema di coordinate convenzionale. Per ogni punto in un tale sistema, puoi impostare i tuoi parametri, che differiranno dai punti vicini.

Fattori che influenzano la qualità della codifica

Ma non solo gli esempi precedenti riflettono pienamente il funzionamento della discretizzazione spaziale. La codifica delle informazioni grafiche tiene conto di diversi parametri più importanti che influenzano la qualità dell'immagine digitalizzata. Si applicano non solo alle immagini stesse, ma anche ai dispositivi di rendering grafico.

Prima di tutto, questi includono le seguenti caratteristiche:

• frequenza di campionamento;
• profondità di colore.

Frequenza di campionamento

La frequenza di campionamento è la dimensione dei frammenti che compongono l'immagine. Questo parametro si ritrova anche nelle caratteristiche di immagini digitalizzate, scanner, stampanti, monitor e schede grafiche.

È vero, c'è un problema. Il fatto è che con un aumento del numero totale di punti si può ottenere una frequenza più alta. Ma allo stesso tempo, la dimensione del file dell'oggetto sorgente salvato cambia di conseguenza. Per evitare ciò, viene attualmente applicato il mantenimento artificiale della dimensione a un livello costante.

Il concetto di risoluzione

Questa opzione è già stata menzionata. Tuttavia, se guardi i dispositivi di output dell'immagine, l'immagine è leggermente diversa.

Come esempio dei parametri utilizzati dal campionamento spaziale, consideriamo gli scanner. Ad esempio, le specifiche del dispositivo indicano una risoluzione di 1200 x 1400 dpi. La scansione viene eseguita spostando una striscia di elementi fotosensibili lungo l'immagine acquisita. Ma qui il primo numero indica la risoluzione ottica del dispositivo stesso (il numero di elementi di scansione in un pollice della striscia), e il secondo si riferisce alla risoluzione hardware e determina il numero di "micromovimenti" della striscia con scansione elementi attraverso l'immagine quando si passa attraverso un pollice dell'immagine.

Profondità di colore

Davanti a noi c'è un altro parametro importante, senza tener conto di quale per comprendere appieno cos'è la discretizzazione spaziale. La profondità del colore (o profondità di codifica) è solitamente espressa in bit (lo stesso può essere applicato alla profondità del suono, tra l'altro) e determina il numero di colori coinvolti nella costruzione dell'immagine, ma in ultima analisi si riferisce a tavolozze (insiemi di colori).

Ad esempio, se consideriamo una tavolozza in bianco e nero, che contiene solo due colori (senza tenere conto della scala di grigi), la quantità di informazioni durante la codifica di ciascun punto può essere calcolata utilizzando la formula sopra, dato che N è il numero totale di colori (nel nostro caso, N = 2 ), e I è il numero di stati che ogni punto può assumere (nel nostro caso, I=1, poiché ci possono essere solo due opzioni: bianco o nero). Quindi, N I =2 1 =1 bit.

Quantizzazione

La discretizzazione spaziale può anche tenere conto di un parametro chiamato quantizzazione. Cos'è? In un certo senso, questo è simile alla tecnica di interpolazione.

L'essenza del processo è che il valore del campione di segnale viene sostituito dal valore più vicino da un insieme fisso, che è un elenco di livelli di quantizzazione.

Per capire meglio come vengono convertite le informazioni grafiche, guarda l'immagine qui sopra. Presenta la grafica nella sua forma originale (analogica), un'immagine con quantizzazione applicata e distorsioni laterali chiamate rumore. Nella seconda foto dall'alto puoi vedere transizioni particolari. Sono chiamate scala di quantizzazione. Se tutte le transizioni sono uguali, la scala è detta uniforme.

Codifica digitale

Quando si convertono informazioni grafiche, si dovrebbe tenere conto del fatto che, a differenza di un segnale analogico, un segnale quantistico può assumere solo un numero fisso di valori completamente determinato. Ciò consente loro di essere convertiti in un insieme di simboli e caratteri, la cui sequenza è chiamata codice. La sequenza finale è chiamata parola in codice.

Ogni parola di codice corrisponde a un intervallo di quantizzazione e per la codifica viene utilizzato un codice binario. In questo caso, talvolta, è necessario tenere conto anche della velocità di trasferimento dati, che è il prodotto della frequenza di campionamento per la lunghezza della parola di codice ed è espressa in bit al secondo (bps). In parole povere, questo non è altro che il numero massimo possibile di caratteri binari trasmessi per unità di tempo.

Un esempio di calcolo della memoria video per la visualizzazione di una bitmap su un monitor

Infine, ancora uno aspetto importante, relativo a ciò che costituisce una discretizzazione spaziale. Le immagini raster sullo schermo del monitor vengono riprodotte secondo determinate regole e richiedono memoria.

Ad esempio, il monitor è impostato sulla modalità grafica con una risoluzione di 800 x 600 dpi e una profondità di colore di 24 bit. Il numero totale di punti sarà pari a 800 x 600 x 24 bit = 11.520.000 bit, che corrisponde a 1.440.000 byte o 1406,25 KB o 1,37 MB.

Metodi di compressione video

La tecnologia del campionamento spaziale, come è già chiaro, è applicabile non solo alla grafica, ma anche alle immagini video, che in un certo senso possono anche essere attribuite a informazioni grafiche (visive). È vero, la digitalizzazione di tale materiale fino a qualche tempo fa è stata effettuata con capacità limitate, poiché i file finali si sono rivelati così enormi che non era pratico tenerli sul disco rigido di un computer (ricorda almeno il formato AVI originale, una volta sviluppato da specialisti Microsoft).

Con l'avvento degli algoritmi M-JPEG, MPEG-4 e H.64, è diventato possibile ridurre i file finali con un fattore di riduzione delle dimensioni di 10-400 volte. Molti potrebbero obiettare che il video compresso sarà di qualità inferiore rispetto all'originale. In un certo senso lo è. Tuttavia, in tali tecnologie, la riduzione delle dimensioni può essere eseguita sia con perdita di qualità che senza perdita.

Esistono due metodi principali con cui viene eseguita la compressione: intraframe e interframe. Entrambe queste opzioni si basano sull'esclusione di elementi ripetuti dall'immagine, ma non influiscono, ad esempio, sui cambiamenti di luminosità, colore, ecc. Cosa c'è nel primo, cosa c'è nel secondo caso, la differenza tra le scene in un fotogramma o tra due adiacenti è insignificante, quindi la differenza non è particolarmente evidente alla vista. Ma quando si rimuovono gli elementi di cui sopra dal file, la differenza di dimensioni tra l'immagine sorgente e quella finale è molto significativa.

Uno dei metodi più interessanti, anche se piuttosto complessi, che il campionamento spaziale utilizza per comprimere le immagini è la tecnologia chiamata trasformata discreta del coseno, proposta da W. Chen nel 1981. Si basa su una matrice in cui, contrariamente a quella originale, che descrive solo i valori delle letture, vengono presentati i valori della velocità della loro variazione.

Pertanto, può essere considerato come una sorta di griglia di variazioni di velocità nelle direzioni verticale e orizzontale. La dimensione di ciascun blocco è determinata dalla tecnologia JPEG e ha una dimensione di 8 x 8 pixel. Ma la compressione viene applicata a ogni singolo blocco e non all'intera immagine. Pertanto, la differenza tra il materiale originale e quello finale diventa ancora meno evidente. A volte nella terminologia informatica, questa tecnica è anche chiamata sottocampionamento.

Inoltre, per luminosità e crominanza, può essere applicata la quantizzazione sopra descritta, in cui ogni valore di trasformata coseno è diviso per un fattore di quantizzazione, che si può trovare in apposite tabelle ottenute sulla base dei cosiddetti test psicofisici.

Le tabelle stesse corrispondono a classi di blocchi rigorosamente definite raggruppate per attività (immagine uniforme, immagine non strutturata, differenza orizzontale o verticale, ecc.). In altre parole, per ogni blocco vengono impostati i propri valori, che non sono applicabili a quelli vicini o che differiscono per classe.

Infine, dopo la quantizzazione basata sul codice di Huffman, i coefficienti ridondanti vengono rimossi (ridondanza di ridondanza), il che consente di ottenere una parola di codice con una lunghezza inferiore a un bit per ciascun coefficiente (VLC) per la successiva codifica. Successivamente si forma una sequenza lineare, per la quale si applica il metodo di lettura a zig zag, che raggruppa i valori nella matrice finale come valori significativi e sequenze di zeri. Ed ecco come rimuoverli. Le restanti combinazioni vengono compresse nel modo standard.

In generale, gli esperti non consigliano particolarmente di codificare le informazioni grafiche utilizzando le tecnologie JPEG, poiché presentano una serie di svantaggi. In primo luogo, il ripetuto salvataggio dei file porta inevitabilmente a un deterioramento della qualità. In secondo luogo, poiché gli oggetti con codifica JPEG non possono contenere aree trasparenti, è possibile applicare tali metodi alla grafica o alla grafica digitalizzata solo se non sono più grandi di 200 pixel in verticale e in orizzontale. In caso contrario, il deterioramento della qualità dell'immagine finale sarà molto pronunciato.

È vero, gli algoritmi JPEG sono diventati la base per le tecnologie di compressione MPEG, nonché per molti standard di conferenza come H.26X e H32X.

Invece di una postfazione

Ecco un breve riassunto di tutto ciò che riguarda la comprensione delle questioni relative alla conversione della forma analogica di grafica e video in una discreta (per analogia, tali tecniche sono utilizzate anche per il suono). Le tecnologie descritte sono piuttosto difficili da comprendere per un utente ordinario, ma è ancora possibile comprendere alcuni componenti importanti delle tecniche di base. Non ha preso in considerazione i problemi relativi all'impostazione dei monitor per ottenere immagini della massima qualità. Tuttavia, sulla questione che ci interessa, si può notare che non sempre vale la pena impostare la massima risoluzione possibile, poiché parametri sovrastimati possono portare all'inoperabilità del dispositivo. Lo stesso vale per la frequenza di aggiornamento dello schermo. È meglio utilizzare i valori consigliati dal produttore o quelli che il sistema operativo dopo aver installato i driver appropriati e controllare Software suggerisce di utilizzare l'impostazione predefinita.

Per quanto riguarda il self-scanning o la transcodifica delle informazioni da un formato all'altro, è necessario utilizzare programmi e convertitori speciali, tuttavia, per evitare di abbassare la qualità, è meglio non lasciarsi trasportare dalla massima compressione possibile per ridurre il dimensione dei file finali. Tali metodi sono applicabili solo per quei casi in cui le informazioni devono essere archiviate su supporti con capacità limitata (ad esempio, CD / DVD-ROM). Ma se c'è abbastanza spazio sul disco rigido, o quando è necessario creare una presentazione da trasmettere su un grande schermo o stampare foto su attrezzature moderne (le stampanti fotografiche non contano), è meglio non trascurare la qualità.

Riso. 5.13. Sulla questione della "sufficienza" del numero di cifre del segnale di ingresso per una trasformazione non lineare

I dispositivi di spazzamento si distinguono per il tipo di traiettoria descritta dal punto di scansione e per il metodo di movimento relativo del punto di lettura, dell'originale e del fotorivelatore. Gli alesatori possono essere elettromeccanici e totalmente o parzialmente elettronici (senza movimenti meccanici), con porta originale piatto o cilindrico.

Nell'era della televisione "meccanica" (fino agli anni '40 del XX secolo), la scansione veniva effettuata secondo il metodo proposto dall'ingegnere tedesco Paul Nipkow: facendo ruotare a spirale un disco con dei fori posti su di esso. Questi fori alternativamente, linea per linea, come mostrato in fig. 5.1(a)
, ha aggirato la cornice sul disco: la proiezione della scena trasmessa. La luce che passava attraverso i fori creava una corrente di segnale video nel FEP situato sul retro del disco. In una tale scansione, non c'era movimento inverso del punto di scansione sia lungo la linea che lungo la cornice, e le linee stesse nella cornice erano archi di cerchi descritti dai fori del disco.

Una traiettoria radiale con un raggio inverso lungo la linea viene utilizzata negli indicatori radar a tutto tondo (vedi Fig. 5.1, b).

Nelle scansioni di molte stampanti ECC e fotofax, il punto di scansione descrive un'elica (vedi Fig. 5.1, c). L'originale è montato sopra il cilindro e la pellicola esposta è al suo interno. In quest'ultimo caso, fornisci una scansione rapida o lineare ruotando uno specchio o una lente all'interno di una telecamera cilindrica fissa, che facilita notevolmente l'automazione dell'installazione e della rimozione degli oggetti scansionati. In una scansione di questo tipo, non c'è inversione riga per riga, ma c'è un codice inverso fotogramma per fotogramma, durante il quale la testina ottica ritorna alla sua posizione originale prima di leggere (scrivere) la successiva serie di immagini.

Nei dispositivi di trasmissione televisiva e di riproduzione con disposizione piana dell'oggetto scansionato, il percorso di scansione è un sistema di linee parallele con un ritorno di un punto luminoso o un ciclo di commutazione (in un lettore a matrice) dalla fine della riga precedente al dall'inizio della successiva e dalla fine dell'ultima riga del frame all'inizio della prima, come mostrato in riso. 5.1(d). In un CRT, tale traiettoria è fornita da correnti o tensioni periodiche a dente di sega (vedi Fig. 5.2
) che creano un campo elettromagnetico o elettrostatico deviando bobine o piastre. Dalla linearità della crescita di questi segnali dipende, come mostrato in Fig. 5.2, l'accuratezza geometrica dell'immagine risultante. Aumento uniforme della corrente durante la corsa in avanti dello sweep, come mostrato sul lato sinistro della fig. 5.2 corrisponde alla stessa larghezza dei quadrati sullo schermo CRT. Se la velocità di questo aumento all'inizio della linea è maggiore (la parte centrale della figura 5.2), allora il primo quadrato viene allungato orizzontalmente e il secondo, a causa di una diminuzione della velocità (il gradiente dell'aumento del corrente di deflessione) all'estremità della linea, viene compresso, poiché la legge di variazione del segnale video stesso, che controlla la corrente del fascio di elettroni, rimane invariata. Con una forma a dente concavo della corrente deviante "a dente di sega", si verifica l'immagine inversa. A causa della risoluzione relativamente bassa, l'uso di CRT nella tecnologia di prestampa è limitato solo all'output di informazioni di testo (macchine per fotocomposizione Digiset, CRTronic, ecc.) e sistemi di prova video.

In generale, il segnale ottenuto a seguito della scansione progressiva è caratterizzato da tre frequenze "di servizio" e dai relativi periodi temporali. Per il raster televisivo, questo è:

- tempo dell'elemento dell'immagine, determinato dalla durata del movimento del punto di lettura a una distanza pari alla sua dimensione, e il reciproco di questo tempo - frequenza video(6,5 MHz nello standard televisivo di trasmissione);

Periodo della riga , uguale al tempo in cui lo spot si sposta dall'inizio della riga data all'inizio della riga successiva, e il reciproco di questo periodo è - frequenza di linea(16 kHz);

Frame time (campi) e frequenza di campo (50 Hz).

Se in un sistema simultaneo tutti i segnali di separazione dei colori vengono trasmessi in parallelo, nei sistemi sequenziali, in base a questi tempi, si distinguono, in particolare, i metodi di trasmissione del segnale e i metodi per formare immagini di colore e separazione dei colori. I segnali di separazione dei colori possono essere trasmessi simultaneamente o in sequenza: per elementi, per linee e per frame.

Come accennato in precedenza, nei sistemi TV sperimentali e poi trasmessi, le immagini venivano inizialmente scansionate meccanicamente utilizzando un disco Nipkow. Il segnale all'uscita del FEP si è formato solo a causa dell'energia luminosa, che ha avuto il tempo di arrivare allo strato sensibile del FEP durante lo spostamento del foro nel disco (elemento di decomposizione) a una distanza pari alla sua dimensione, cioè. per il minimo degli intervalli di tempo sopra indicati. Un segnale debole che differiva leggermente dal livello di interferenza non consentiva la trasmissione senza una potente illuminazione artificiale, per migliorare la nitidezza dell'immagine, perché. per fare ciò è stato necessario aumentare il numero di righe per frame con un corrispondente aumento della velocità di scansione. I sistemi di azione istantanea nel senso indicato sono quelli da noi sopra considerati (vedi Fig. 4.4 e Fig. 4.9) ei lettori di ECC poligrafica.

Rivoluzionario nello sviluppo della tecnologia televisiva è stata la transizione negli anni '30. a sistemi di trasmissione con accumulo di energia luminosa. 5.3
telecamera con CRT (1) che utilizza un effetto fotoelettrico interno. L'immagine dell'oggetto 2 viene proiettata dalla lente 3 sul bersaglio 4. È uno strato di fotoconduttore depositato sulla superficie interna del vetro terminale del tubo sopra uno strato conduttivo trasparente di ossido di piombo 5. Il flusso luminoso crea un resistivo o ( quando viene applicata una tensione esterna) potenziale sollievo su di esso, che corrisponde alla luminosità di distribuzione dell'oggetto trasmesso. Il fascio di elettroni 6 deviato dal campo magnetico delle bobine 7 linea per linea ed elemento per elemento, come mostrato in Fig. 5.1 (c) corre attorno al bersaglio 4. In ogni momento, il circuito elettrico viene chiuso attraverso l'elemento bersaglio 4, sul quale è presente un punto di scansione (apertura del fascio di elettroni) e un puntatore della resistenza di carico "href="predmetnyi.htm#i800 "> e fotodiodi, l'accumulo viene utilizzato non nel tempo dell'intero fotogramma, ma parzialmente, nel tempo della linea. Elettronica moderna Camera digitale con un CCD.

Contrariamente alle applicazioni televisive, le questioni relative all'organizzazione della scansione con l'accumulo di energia luminosa sono molto rilevanti in termini di energia luminosa e per i sistemi di registrazione delle immagini nel processo di prestampa e verranno considerate di seguito.

Una caratteristica dei moderni sistemi di stampa per l'elaborazione di originali a mezzitoni è che in essi vengono eseguite almeno due volte sia la discretizzazione spaziale dell'immagine che la quantizzazione del suo tono per livello.

La discretizzazione spaziale è la sostituzione di un'immagine il cui tono cambia arbitrariamente nelle coordinate X e Y con un'immagine composta da sezioni separate - zone all'interno delle quali viene mediato questo parametro.

Nel caso generale, come già accennato, la frequenza di campionamento dovrebbe essere almeno doppia della frequenza della componente armonica dell'immagine originale da riprodurre sulla copia. Questa posizione è illustrata schematicamente in Fig. 5.4(a) , in posizione a) il cui messaggio continuo iniziale è un'oscillazione sinusoidale u(t) di periodo T. Lo spettro di tale segnale è costituito da una componente costante e dalla prima armonica:

formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook438/files/u0.gif" border="0" align="absmiddle" alt="periodo T/2, la profondità della loro modulazione da parte della prima armonica del segnale originale è zero e l'informazione sulla frequenza è completamente persa. Viene trasmesso solo il valore medio del puntatore "href="predmetnyi.htm#i808">), questo spettro è anche limitato lungo le linee da una frequenza reciproca di questo punto. fluttuazioni - la frequenza portante necessaria per la trasmissione del segnale, ad esempio , nella riproduzione televisiva o analogica remota (utilizzando canali di comunicazione elettrici).

Il campionamento e la quantizzazione bidimensionali (in entrambe le coordinate) avvengono durante la cosiddetta conversione da analogico a digitale del segnale video, in conseguenza della quale l'insieme di campioni spaziali del valore del tono può essere rappresentato da un array di numeri scritti, ad esempio, in codice binario. Questa rappresentazione consente di astrarre dal tempo di scansione reale ed eseguire trasformazioni funzionali di tono, colore, piccoli dettagli, contorni e altri contenuti dell'immagine come operazioni sui numeri e su questo array. I computer sono ora effettivamente utilizzati per tali scopi.

La discretizzazione spaziale accompagna anche la rasterizzazione: la rappresentazione di un'immagine sotto forma di un insieme di elementi sigillati e vuoti, la cui area relativa è determinata dal tono o dal colore delle sezioni corrispondenti dell'originale. In questo caso, come già accennato, la frequenza del primo campionamento, associata all'analisi elettro-ottica e alla conversione analogico-digitale, è presa, di norma, doppia rispetto alla lineatura del raster poligrafico, ovvero, la frequenza della funzione raster , entro il periodo di cui si forma l'uno o l'altro numero di immagini raster punti e spazi.

Se questa condizione è soddisfatta, quando si riproduce un sistema di tratti periodici di una fase spaziale arbitraria, le dimensioni dei punti vicini differiranno almeno leggermente l'una dall'altra in tutti i casi tranne uno: quando i tratti stessi vengono spostati esattamente di mezzo periodo relativo all'elemento di scomposizione 1 e alla cella raster . Sulla stampa, invece dei tratti, si forma un campo uniforme di punti raster identici con un'area relativa del 50% (vedi Fig. 5.5, d
), poiché la riflettanza dell'originale, mediata sull'area del punto di lettura 1, ha lo stesso valore (intermedio) per tutti gli elementi del raster. Ogni volta, metà corsa e metà spazio cadono nella zona di riferimento 1 (vedi Fig. 5.5, c). Questo caso è simile a quello mostrato in Fig. 5.4(b).

In tutte le altre fasi spaziali, il contrasto dei tratti sulla riproduzione è maggiore, poiché i valori delle letture vicine e le dimensioni dei punti raster formati in accordo con essi differiscono. La differenza massima si verifica nel caso estremo opposto quando, come mostrato in Fig. 5.5 (a, b), i tratti di frequenza 0.5L sono in fase con il reticolo raster. Si ha qui un'analogia con il caso illustrato in Fig. 5.4 (a, c). Vengono trasmessi in un raster il doppio della lineatura, pari a L linee/cm, senza perdita di contrasto. La garanzia di trasmissione dei tratti a pieno contrasto, indipendentemente dalla loro fase spaziale, è fornita da una frequenza di decomposizione che è doppia rispetto alla lineatura raster, come mostrato in Fig. 5.5 (e).

Poiché nella riproduzione poligrafica si verificano almeno due discretizzazioni spaziali dell'immagine, dall'esempio semplificato di cui sopra segue che deve essere fornito due volte un margine di frequenza di scomposizione doppia. Per la prima volta, questo deve essere fatto quando si sceglie la lineatura dello schermo, se il compito è riprodurre determinate frequenze spaziali dell'originale sulla stampa. Un secondo margine di 2, questa volta in relazione al valore di lineatura selezionato, viene impostato per la velocità di scansione dell'originale. Ad esempio, per riprodurre tratti che hanno una frequenza di 4 linee/mm sull'originale, è richiesta una lineatura di stampa di 80 linee/cm (oltre alla corrispondente levigatezza della carta e altri parametri di stampa). È necessario leggere un tale originale nello scanner già a una frequenza di 16 linee / mm.

Oltre alla frequenza spaziale, che determina il numero di campioni discreti e la quantità di informazioni elaborate, la qualità dell'immagine risultante è influenzata dalla geometria e dall'orientamento del reticolo di campionamento. Il raster di una riproduzione monocromatica e il raster dell'inchiostro "disegno" nella stampa a colori sono sempre orientati con un angolo di 45°. La spiegazione di questa pratica generalmente accettata come riduzione della visibilità del raster stesso difficilmente può essere considerata esaustiva, poiché la qualità dell'immagine risulta migliorata grazie a questo orientamento ea lineature superiori a 60-80 linee/cm, quando il problema della "visibilità" del raster sopra descritto non è così rilevante.

L'orientamento diagonale del reticolo consente di abbinare in modo ottimale le proprietà della stampa sistema informativo, rappresentato in questo caso da un'impronta e dalla sua struttura raster, con le proprietà della fonte dell'informazione (originale illustrativo), da un lato, e con le proprietà del destinatario dell'informazione (la sua visione), dall'altro. IN questo esempio queste proprietà risiedono nell'anisotropia angolare insita nelle tre componenti fondamentali del processo informativo.

La prima di queste anisotropie si trova nelle statistiche della distribuzione dei contorni nelle direzioni ed è una conseguenza dell'azione della legge di gravità nel mondo circostante visivamente percepito, le cui repliche sono per lo più originali destinati alla riproduzione a stampa. I contorni (linee) verticali e orizzontali predominano in modo significativo su quelli inclinati.

D'altra parte, gli studi sull'analizzatore visivo umano hanno stabilito differenze significative nella sensibilità della soglia e nella risoluzione per diverse direzioni. Sono illustrati da un grafico dei confini della frequenza spaziale caratteristica della visione in Fig. 5.6
. Le frequenze spaziali su questo grafico sono stimate dal numero di linee che si distinguono per unità di angolo di visuale, coprendo il mondo tratteggiato presentato al soggetto. Questa dimensione della frequenza spaziale permette, in una certa misura, di astrarre dalla distanza alla quale si considera il test.

La capacità dell'occhio di distinguere tra tratti verticali, orizzontali e obliqui è nel rapporto 1.0:0.8:0.46. Questa caratteristica della visione può spiegare pienamente la reazione visiva all'immagine ("Autunno", B. Riley), mostrata in fig. 5.7(a) . Il disagio avvertito durante la visione nasce dal fatto che l'immagine sembra suddivisa in strisce orizzontali alternate. Su alcune sezioni delle sinusoidi, da cui è costruita l'intera immagine, sono chiaramente visibili come linee separate, poiché qui sono verticali. Su altre strisce orizzontali, le linee sono appena distinguibili o si fondono completamente, perché sono oblique. Concentrandoci su una delle bande con linee poco distinguibili, ruotiamo l'immagine nel suo piano di 45°. La striscia stessa e le linee in essa che hanno assunto una posizione verticale diventano distinte.

Si noti che le frequenze spaziali al contorno, contrassegnate dal grafico di Fig. 5.6, molto più alta della frequenza delle linee che compongono la "curiosa" immagine di Fig. 5.7(a). Considerata separatamente dal resto dell'immagine, la sua parte in Fig. 5.7(b) sembra abbastanza distinto. A livello di percezione, che supera il livello della retina, il cervello, per così dire, ridistribuisce le sue risorse a favore di direzioni visivamente più importanti delle direzioni oblique, verticali e orizzontali.

Le caratteristiche sopra menzionate ci consentono di trarre le seguenti conclusioni:

Pertanto, le specifiche discusse sopra percezione visiva naturalmente coerente con le proprietà delle immagini e si è formato sullo sfondo dell'anisotropia nella distribuzione dei contorni nelle direzioni nel mondo circostante visivamente percepito. Tale armonia non si applica solo a una ristretta classe di immagini, che comprende fotografie aeree o immagini della superficie terrestre e della sua copertura nuvolosa ottenute dallo spazio. Per queste immagini, i concetti stessi di "alto", "basso", "destra" e "sinistra" sono condizionali. Allo stesso tempo, è quasi impossibile considerare tali immagini create artificialmente come segni di tipo tipografico, opere di pittura astratta, ecc., Come isotropiche nel senso indicato. Gli artisti scelgono la forza delle linee e dei contorni di vari orientamenti, considerando intuitivamente questa caratteristica della visione.

Il coordinamento delle proprietà delle immagini e della visione discusse sopra con le proprietà di un collegamento intermedio, che è un sistema per l'elaborazione di informazioni grafiche, è prerogativa dello sviluppatore o dell'operatore di tale sistema. Consideriamo a questo proposito la risoluzione di un reticolo di campionamento regolare in diverse direzioni, non dimenticando che il campionamento spaziale avviene in un sistema di stampa almeno due volte: durante l'analisi elettro-ottica e la codifica dell'originale, e poi nello screening di autotipo di l'immagine.

In un reticolo ortogonale bidimensionale, la risoluzione cambia con un periodo angolare di 90° dal 100% al 70,7%, mentre in un reticolo esagonale questa differenza è nell'intervallo 100%-86% e si ripete ogni 60°, come Fig. . 5.8
, dove le linee per le quali la risoluzione è massima e minima sono indicate rispettivamente come continue o discontinue. L'ultimo dei reticoli è più isotropo, perché l'accuratezza della trasmissione dei colpi qui dipende in misura minore dal loro orientamento.

Per un reticolo ortogonale, questa differenza è spiegata in Fig. 5.9
- modello di riproduzione digitale di una coppia di tratti neri dello stesso spessore (vedi Fig. 5.9, a, b). Le fasi spaziali dei tratti differiscono sull'originale di metà del periodo del reticolo nelle sue direzioni orizzontale (vedi Fig. 5.9, a) e diagonale (vedi Fig. 5.9, b). Le immagini a due gradazioni sono codificate nella cosiddetta modalità linea. È fornito da un semplice operatore a due livelli che assegna un valore di "1" se il nero occupa più della metà dell'area campione, e "0" altrimenti. La "bitmap" così ottenuta viene memorizzata ed elaborata nel sistema di riproduzione, e viene utilizzata anche per ripristinare l'immagine durante la sua uscita (vedi Fig. 5.9, c, d). Da un confronto dei tratti verticali originali in Fig. 5.9 (a) e le loro immagini "digitali" in fig. 5.9 (c) si vede che l'incertezza nella trasmissione dello spessore del tratto, associata alla fase della sua posizione nel reticolo, risiede nel suo passo.

Alla minima inclinazione dei tratti a destra oa sinistra della verticale, all'errore nel trasferimento di spessore si aggiungono distorsioni a gradino periodiche (lungo la lunghezza del tratto) con una larghezza del dente di un passo del reticolo (vedi Fig. 5.10, a
). Se anche la larghezza del tratto stesso è vicina al passo specificato, il tratto viene periodicamente interrotto sulla copia (vedi Fig. 5.10, b). Per le stesse ragioni, un sistema di tratti sottili, all'aumentare della sua frequenza, sarà inizialmente trasmesso da falsi schemi, e solo successivamente da un valore medio di luminosità (vedi Fig. 5.10. c). Falsi motivi di questo tipo, a causa dell'interferenza del motivo periodico (trama) dell'originale stesso e della griglia portante, sono indicati nella stampa come soggetto moiré A differenza di stampa multicolore moiré risultante dall'interazione di strutture raster di immagini a colori separate.

Per i tratti che hanno una pendenza più significativa, errore di campionamento nel puntatore di vista "href="predmetnyi.htm#i853"> quando si formano strutture raster irregolari sotto vincoli di risoluzione di stampa, consentendo una granularità più grossolana nelle direzioni diagonali.

Nei sistemi reali, confrontare l'efficienza di diverse organizzazioni di campioni spaziali in termini di qualità di riproduzione è difficile a causa della difficoltà di mantenere uguali altre condizioni, una delle quali importante è, in particolare, il volume del segnale utilizzato. Sulla fig. 5.11
per tale confronto, vengono presentati modelli grafici di diverse immagini lineari (segni) per la discretizzazione ortogonale (b, c) ea scacchi (d, e). I modelli (c) ed (e) sono stati ottenuti utilizzando due volte meno campioni rispetto ai modelli (b) e (d) per illustrare il guadagno nel volume del segnale con l'orientamento ottimale della griglia del campione per una data qualità di riproduzione. modelli di ciascuno posizioni b-d ottenuto per due posizioni del segno nella griglia dei riferimenti, che differiscono in entrambe le coordinate di circa la metà del suo passo. Ciò rende possibile giudicare visivamente l'effetto degli errori di discretizzazione dalla differenza nello spessore degli elementi in ciascuna delle coppie di caratteri. Con una diminuzione di 10 volte, i modelli in Fig. 5.11 (b, d) corrisponde a una risoluzione di 40, e la fig. 5.11 (c, d) - 25 linee / mm.

In una griglia a scacchiera (vedi Fig. 5.11, d, e), il cambiamento di fase ha un effetto minore sul trasferimento dello spessore degli elementi verticali e orizzontali che in una ortogonale (vedi Fig. 5.11, b, c). Questa influenza rimane allo stesso livello per la metà delle letture se il raster ruota di 45°, come mostrato dal confronto dei modelli (b) ed (e). Allo stesso tempo, sul modello (e), l'errore nel trasferimento di linee diagonali e contorni alla radice è due volte superiore rispetto al modello (b). Tuttavia, ciò non ha un effetto così significativo sulla qualità a causa delle caratteristiche della visione sopra menzionate. E viceversa, l'assenza della sua considerazione nel campionamento ortogonale peggiora significativamente la riproduzione. I modelli (b) ed (e) sono molto più vicini tra loro in termini di qualità rispetto a quelli ottenuti con lo stesso rapporto del numero di campioni dei modelli (c) e (d).

Dati i limiti dei sistemi reali in relazione al volume delle informazioni elaborate, larghezza di banda canali informativi, velocità e risoluzione dei dispositivi di input/output, il campionamento ortogonale riduce significativamente la rappresentatività delle informazioni utilizzate nella codifica e nella riproduzione. Un tale campione, come si può vedere dal confronto dei modelli (b) ed (e), porta a informazioni ridondanti quasi doppie quando si inseriscono le immagini. La sua successiva eliminazione mediante codifica ottimale (compressione) nel sistema stesso dà solo un effetto aggiuntivo.

Riso. 5.12
illustra l'effetto dell'orientamento dei reticoli del primo (lettura) e del secondo campionamento (rasterizzazione) sulla qualità degli elenchi ottenuti utilizzando l'ECC digitale a una lineatura di 60 linee/cm e una velocità di scansione di 12 linee/mm. La qualità del trasferimento del tratto su tre varianti di stampe aumenta notevolmente dalla fig. 5.12 (a) alla fig. 5.12(c) a cui:

a) lettura e retinatura con entrambi i reticoli orientati a 0° (modalità comune per le separazioni cromatiche dell'inchiostro giallo);

b) lettura nello stesso reticolo e retinatura con inclinazione dello schermo di 45° (per inchiostro nero);

c) lettura e proiezione in una griglia di letture a scacchiera.

La lettura e la codifica degli originali in una griglia ortogonale, adottata nei dispositivi di scansione dei sistemi di prestampa, con una data dimensione del file, sottostima irragionevolmente la qualità delle stampe. Anche il contenuto informativo di molti pannelli luminosi multielemento, pannelli informativi, stampanti, display a cristalli liquidi e altri dispositivi simili è limitato allo stesso, sebbene ciò non sia sempre giustificato dalle specificità del loro design.

A questo proposito, si può anche spiegare la negazione della disposizione esagonale degli elementi stampati nel raster da parte della pratica della stampa ampia, nonostante i suoi evidenti vantaggi in termini di riproduzione uniforme dei toni. La griglia di campionamento esagonale è più isotropa di quella ortogonale, perché il periodo angolare tra le direzioni di massima e minima risoluzione è di 30 ° in esso (vedi Fig. 5.8, b). Tale struttura è in migliore accordo con scene naturali (ad esempio, fotografie scattate dallo spazio) o artificiali che sono isotropiche in termini di statistiche di orientamento del contorno. Tuttavia, ruotando questa struttura nell'immagine, non è possibile garantire lo stesso abbinamento riuscito delle sue proprietà con le proprietà del destinatario, che si ottiene convertendo la griglia ortogonale in una scacchiera, dove gli estremi della risoluzione dell'occhio alternare con un periodo di 45 ° (vedi Fig. 5.8, a).

La quantizzazione è intesa come la sostituzione di un intervallo continuo di valori di tono che i singoli elementi di un'immagine possono assumere con l'una o l'altra serie di valori discreti: la scala di quantizzazione.

L'intervallo di tensione continua del segnale video ricevuto nel FEP ed essendo, ad esempio, un analogo del coefficiente di riflessione mediato sull'area del punto di lettura, è suddiviso in livelli discreti nel processo di conversione da analogico a digitale . Il numero di discreti è determinato dalla dimensione della scala di quantizzazione o dalla profondità di bit del codice digitale. Ad esempio, nell'ADC dell'apparecchiatura Magnasken 640, il segnale analogico è stato convertito in un codice binario a 12 bit su una scala di quantizzazione con 4096 livelli. All'uscita dell'unità logaritmica, è stato formato un segnale a 8 bit (uguale contrasto), con 256 possibili valori proporzionali alle densità ottiche dell'originale. Tale margine nel numero di livelli all'uscita del logaritmatore è necessario affinché nelle sezioni più ripide (con un gradiente elevato) della caratteristica di trasferimento dell'ampiezza, ciascuno dei valori di uscita del logaritmatore corrisponda almeno un valore di ingresso (vedi Fig. 5.13
). Quindi tutti i valori di output sono significativi dal punto di vista informativo. Un margine multiplo sulla scala di quantizzazione rispetto ai 256 livelli di un segnale a otto bit che entra nel computer è fornito anche nei moderni scanner, l'ADC di ciascuno dei canali di separazione del colore può fornire una "profondità del colore" di 10, 12, 14 o anche 16 bit di un codice binario adeguato alle densità ottiche di intervallo degli originali letti e alla gamma dinamica del convertitore fotoelettrico utilizzato.

Una scala di uguale contrasto a otto cifre è considerata sufficiente sia per i sistemi televisivi che per quelli di stampa. Notevole all'osservatore cosiddetto. mancante. Altrimenti (vedi fig. 5.14, b-d
) appaiono su aree estese dell'immagine sotto forma di falsi contorni, passando perpendicolarmente alla direzione di un graduale cambiamento di tono sull'originale.

Per sopprimere il rumore di quantizzazione che accompagnava la codifica a sei bit (64 livelli) nei primi sistemi di riproduzione digitale. usato il cosiddetto. oscillazione interlivello o quantizzazione. Le aree di sfondo dell'originale con una transizione graduale da un livello di quantizzazione a un altro sono state rappresentate come una miscela di punti mezzatinta di due livelli vicini. Appianando i salti di tono nelle aree del suo cambiamento regolare, questo metodo, d'altra parte, ha impedito il trasferimento del modello, contrasto locale i cui dettagli erano prossimi alla fase di quantizzazione.

Il compito principale della codifica digitale nel processo di riproduzione è una tale rappresentazione dei valori cromatici che garantisce l'elaborazione, l'archiviazione, la visualizzazione e lo scambio di immagini tra vari sistemi e i loro componenti. Un sistema di riproduzione del colore aperto (multi-input/multi-output) dovrebbe avere le seguenti importanti proprietà:

• prevedere l'inserimento di immagini da una varietà di fonti diverse;
• disporre delle capacità e dei mezzi di codifica standardizzata per l'archiviazione e lo scambio effettivo di tali informazioni;
• la conversione del segnale di uscita, tenendo conto delle proprietà dei mezzi di visualizzazione, non dovrebbe dipendere dalle specifiche della sorgente originale;
• consentire un'ulteriore elaborazione del segnale di uscita per ottenere il risultato ottimale.

Queste proprietà forniscono una rappresentazione attentamente studiata dei parametri dell'immagine e degli schemi corrispondenti per convertire i suoi segnali.

Un file di illustrazione contiene un insieme di valori di alcune proprietà dell'immagine espresse in codici digitali. Per quanto riguarda la rappresentazione digitale delle immagini nell'ambiente informatico moderno, le questioni relative ai sistemi di colore e ai formati dei file di illustrazione sono le più discusse.

Si presume spesso che il problema dell'interpretazione univoca delle informazioni illustrative codificate da parte di vari sistemi per la sua elaborazione e visualizzazione possa essere risolto standardizzando i formati e adottando un unico spazio colore "indipendente dall'hardware". Tuttavia, queste due condizioni non sono sufficienti, se non altro perché la visualizzazione in ambienti diversi utilizzando varie tecnologie non solo diverso parametri tecnici, dovrebbe avere caratteristiche colorimetriche differenti.

L'uso di un sistema di colori unificato consente di valutare solo le differenze di colore nelle sue unità in relazione a diversi schemi per la conversione dei valori di colore. Questi stessi schemi, essendo abbastanza adatti per alcuni compiti di riproduzione, risultano inaccettabili per altri.

Affinché le informazioni sul file possano essere interpretate in modo univoco durante la riproduzione, la codifica viene eseguita in conformità con un determinato regolamento, che stabilisce:

• modo di presentare l'immagine;
• la metrica di questa rappresentazione;
• informazioni di supporto collocate nel cd. tag.

Il metodo di rappresentazione determina cosa effettivamente o quale proprietà dell'immagine deve essere codificata. In questa veste, ad esempio, è possibile selezionare i colori di tutti i punti dell'immagine, in un caso, e le informazioni sulla geometria e la posizione relativa dei suoi elementi grafici, nell'altro.

La prima opzione include il cosiddetto. grafica raster, in cui ogni punto, ad esempio una linea, un'immagine a due livelli è descritta da un bit (c'è vernice - niente vernice, chiaro - scuro) e l'intero insieme di valori binari forma la cosiddetta bitmap. C'è un byte per punto di un'immagine a più livelli di tono - una combinazione binaria di otto bit che può designare una delle sue 256 possibili gradazioni, e per un colore - una parola in codice che include tre o più byte.

Nella seconda versione ( Grafica vettoriale) combinazioni di codice contengono una descrizione matematica degli elementi geometrici che compongono l'immagine. Tale rappresentazione, soprattutto per un'immagine lineare, risulta essere più economica in termini di quantità di combinazioni binarie utilizzate rispetto a una raster. Un altro vantaggio risiede nella libera interpretazione della dimensione dell'elemento grafico in relazione alle dimensioni specificate per la copia a diverse risoluzioni di output. Una descrizione così compatta dei caratteri dei caratteri consente, ad esempio, di visualizzare questi caratteri in diverse dimensioni (dimensioni) e con l'una o l'altra densità di linee di scansione in diversi dispositivi Schermo. Tuttavia, nella maggior parte dei casi risultato finale conversione del segnale dell'immagine, rimane una bitmap che controlla la stampa sì / no, mentre per i sistemi di visualizzazione in scala di grigi, ad esempio, su uno schermo CRT o durante la registrazione su materiale fotografico a colori, viene utilizzata una "mappa di byte" multilivello. Pertanto, lo svantaggio relativo del metodo analitico di rappresentazione è la necessità di una successiva trasformazione dell'array di dati in una forma accettabile per l'uno o l'altro metodo di sintesi dell'immagine. Questa trasformazione è la funzione principale del processore raster - RIP.

Tornando alla prima opzione, si dovrebbe inoltre rispondere che se si desidera codificare una proprietà dell'immagine come il suo colore, la scelta del metodo per rappresentare i valori del colore rimane la più fondamentale. Può essere densitometrico o colorimetrico. In quest'ultimo caso si può utilizzare la colorimetria standard adottata dalla CIE, oppure una delle tante cosiddette. colorimetri sviluppati che tengono conto di alcune proprietà specifiche della percezione visiva, ignorate dallo standard cromatico CIE.

Nella codifica dei parametri degli elementi geometrici che compongono l'immagine, la rappresentazione di quest'ultima, a sua volta, può essere ulteriormente suddivisa in vettore-contorno, utilizzando curve di Bézier o altre approssimazioni analitiche di linea.

La distinzione tra una modalità di presentazione e la sua metrica è piuttosto importante. Se il primo determina l'essenza (significato e natura) delle informazioni codificate, il secondo determina il sistema di unità con cui è espresso. La scelta del metodo è più fondamentale, poiché se la scelta non è appropriata, il sistema risulta essere inutilizzabile, indipendentemente dalla metrica adottata in esso.

La modalità di assegnazione determina ciò che verrà presentato, mentre la sua metrica caratterizza solo il modo in cui il presentato sarà espresso in valori numerici. Per analogia, possiamo parlare della scelta di ciò che verrà valutato: velocità, tempo di movimento o distanza percorsa. Quando viene scelto il metodo, è possibile, senza cambiare l'essenza del misurato, discutere ulteriormente la metrica, che può essere diversa. Se, ad esempio, il metodo consiste nel valutare la distanza percorsa, allora le unità, senza snaturare il significato che rappresentano, possono essere un metro, un chilometro, un anno luce, ecc.

Quando si utilizza la colorimetria CIE come metodo di rappresentazione, i valori stessi possono essere espressi, ad esempio, in unità di sistemi di colore come LAB o LUV. Queste unità, a loro volta, possono essere sottoposte a vari tipi Sono anche codificati digitalmente senza distorcerne il significato.Ad esempio, i valori LAB dopo la normalizzazione e la quantizzazione su scala lineare o non lineare possono essere rappresentati da numeri binari a otto bit. La scelta della metrica è importante in termini di capacità di compressione delle informazioni.

Oltre al metodo e alla metrica, il regolamento sulla presentazione dell'immagine include anche informazioni ausiliarie che indicano il formato del file o il metodo di codifica utilizzato. Tali caratteristiche devono essere specificate in modo preciso per consentire lo scambio di informazioni sull'immagine così presentata e sulla metrica tra diversi sistemi e applicazioni software. A tale scopo sono, in particolare, tag - sottotitoli di file di illustrazione. Indicano la dimensione, la risoluzione spaziale dell'immagine o il metodo di compressione delle informazioni, che consente di interpretare correttamente i codici digitali.

Questa identificazione è alla base di formati di file standard come TIFF (Tagged Image File Format), che presentano vantaggi significativi rispetto a quelli che non specificano quali siano effettivamente i numeri nell'array. Il formato TIFF è progettato per rappresentare immagini esclusivamente in formato raster. Esiste in diverse versioni e, in particolare, LW - per immagini tratteggiate (Line Work) e CT - per immagini mezzitoni (Continuous Tone), che indicano, rispettivamente, una descrizione in bit o in byte di un singolo elemento dell'immagine.

Il formato EPS (Encapsulated PostScript) è una struttura dati chiusa, generato dai programmi layout per l'output di fotoforme, lastre di stampa o per la stampa digitale. Questo formato prevede grafica vettoriale e raster.

Oltre a quelli indicati formati universali in vari programmi di prestampa esistono molti altri formati specifici per la rappresentazione digitale delle immagini.

La scansione (scansione) viene utilizzata per convertire un'immagine in segnali elettrici che rappresentano la luminosità dei suoi singoli elementi.

I fotoconvertitori di scansione (righelli e matrici CCD) assicurano l'accumulo di energia luminosa, che aumenta significativamente la sensibilità del dispositivo di lettura.

La risoluzione di lettura dell'originale deve essere quattro volte superiore alle frequenze di quest'ultimo che si vogliono riprodurre su una stampa raster senza perdita di contrasto.

Le statistiche della distribuzione dei contorni nelle direzioni negli oggetti visivi e nelle loro immagini rivelano la predominanza dei dettagli verticali e orizzontali su quelli obliqui.

I reticoli regolari hanno un'enisotropia di risoluzione angolare significativa.

L'orientamento del raster sulla riproduzione con un angolo di 45° non solo ne riduce la visibilità, ma aumenta anche le caratteristiche di contrasto di frequenza dell'immagine nelle più importanti direzioni verticale e orizzontale.

A parità di volume del segnale letto, il campione scacchistico (diagonale) è più rappresentativo di quello ortogonale.

La perdita di informazioni che accompagna la rappresentazione digitale delle immagini è dovuta a errori nel campionamento spaziale e nella quantizzazione dei livelli.

Per evitare la perdita di gradazioni e il verificarsi di rumore di quantizzazione durante la conversione non lineare di un segnale digitale, è necessario prevedere un margine per il numero di livelli di quantizzazione (profondità di bit) all'ingresso.

La rappresentazione digitale del colore in un sistema di riproduzione dovrebbe collegare i suoi input e output, oltre a fornire la modifica, l'archiviazione e lo scambio di informazioni sul colore tra i suoi moduli.

La regolazione della codifica delle immagini è determinata dal metodo di rappresentazione, dalla metrica dei valori e dai parametri ausiliari che caratterizzano, ad esempio, il formato del file.

Il metodo di rappresentazione determina il significato effettivo dei valori di colore codificati, mentre la loro metrica comporta la scelta di uno specifico sistema di colori e unità numeriche.

5.1. Negli scanner con un FEP a scansione lineare si ottengono i segnali di separazione dei colori;

a) in sequenza per elementi;

b) contestualmente;

c) sequenzialmente per frame;

d) in sequenza in righe.

5.2. Non c'è movimento inverso del punto di scansione attraverso il fotogramma:

a) in una scansione radiale;

c) nel raster televisivo.

5.3. Non c'è movimento inverso del punto di scansione lungo la linea:

a) in una scansione radiale;

b) in un alesatore su un cilindro o al suo interno;

c) nel raster televisivo.

5.4. La linearità dello sweep del punto di lettura influisce su:

a) trasmissione del tono uniforme;

b) nitidezza dell'immagine;

c) geometria dell'immagine.

5.5. La frequenza limite del segnale video è determinata dal seguente rapporto tra la dimensione dello spot di lettura d e la velocità di scansione lineare V:

a) dV; b) d/V; c) V/d.

5.6. I sistemi di lettura istantanea includono:

a) scanner piano;

c) una macchina fotografica digitale;

d) telecamera.

5.7. I sistemi di lettura con accumulo di energia luminosa includono:

a) un sistema con uno sweep del disco Nipkow;

b) uno scanner con una scansione su un cilindro;

c) scanner piano.

5.8. L'accumulo di energia luminosa sull'elemento sensibile del fotoconvertitore durante la linea avviene:

a) in uno scanner con una scansione su un cilindro;

b) in uno scanner piano;

c) in una telecamera.

5.9. La discretizzazione spaziale unidimensionale dell'immagine avviene:

a) in uno scanner piano digitale;

b) in uno scanner DC analogico con scansione su un cilindro;

c) a seguito della conversione analogico-digitale del segnale video;

d) nel sistema di diffusione della televisione in bianco e nero;

e) quando si utilizza una proiezione cross raster.

5.10. Almeno due volte avviene la discretizzazione spaziale bidimensionale dell'immagine:

a) una macchina fotografica digitale

b) in camera di fotoriproduzione con schermatura a contatto;

c) in una macchina per incisione elettronica analogica;

d) dentro sistemi digitali ottenere fotoforme raster di originali tonali.

5.11. Le proprietà di frequenza spaziale della visione sono le più basse in relazione ai tratti situati sull'immagine:

a) obliquamente;

b) verticalmente;

c) in orizzontale.

5.12. In presenza di dettagli di diverso orientamento nel quartiere, la visione si concentra su dettagli localizzati:

a) obliquamente;

b) verticalmente;

c) in orizzontale.

5.13. L'anisotropia angolare nelle statistiche della distribuzione dei contorni nelle direzioni non è inerente:

a) pittura di paesaggio;

b) fotografie aeree;

c) quadri astratti;

d) illustrazioni di giornali;

e) caratteri.

5.14. L'anisotropia angolare più pronunciata della risoluzione ha un reticolo di discretizzazione, la cui struttura è:

a) lineare;

b) ortogonale;

c) esagonale;

d) irregolare.

5.15. L'anisotropia angolare meno pronunciata della risoluzione ha un reticolo di discretizzazione, la cui struttura è:

c) lineare;

b) ortogonale;

c) esagonale.

5.16. In un reticolo di campionamento ortogonale con le distorsioni meno graduali, vengono riprodotti tratti, il cui orientamento è vicino:

a) alla diagonale;

b) a verticale;

c) all'orizzontale.

5.17. L'effetto moiré dell'oggetto non include il risultato dell'interazione di interferenza delle frequenze spaziali:

a) separazioni di colore;

b) schermo originale e poligrafico;

c) originale e lettore.

5.18. Le caratteristiche di frequenza spaziale dell'originale, del sistema di stampa e della visione sono abbinate in modo ottimale in termini di anisotropia angolare quando il reticolo di campionamento ortogonale è orientato ad angolo:

a) 0°; b) 15°; c) 30°; g) 45°.

5.19. Il rumore di quantizzazione del valore del tono appare nell'immagine:

a) una diminuzione del suo contrasto complessivo;

b) distorsione a gradini dei contorni;

c) la comparsa di falsi contorni;

d) interruzione di tratti sottili;

e) ridotta chiarezza.

5.20. Un segnale a contrasto uguale viene visualizzato da un cambiamento graduale di tono sull'intera gamma di gradazioni, se la profondità di bit del suo codice binario è almeno:

a) 5; b) 6; alle 7; d) 8; e) 16.

5.21. Quando si riproduce un tono originale in un sistema di stampa digitale macchina da stampa la sua discretizzazione spaziale e la quantizzazione del tono per livello avvengono almeno:

a) una volta;

b) due volte;

tre volte;

Discretizzazione spaziale.

Nel processo di codifica di un'immagine, viene eseguito il suo campionamento spaziale. La discretizzazione spaziale di un'immagine può essere paragonata alla costruzione di un'immagine da un mosaico (un gran numero di piccoli vetri multicolori). L'immagine è divisa in piccoli frammenti separati (punti) ea ciascun frammento viene assegnato il valore del suo colore, ovvero un codice colore (rosso, verde, blu e così via).

Campionamento- Questo convertire le informazioni grafiche dalla forma analogica a quella discreta, ovvero dividere un'immagine grafica continua in elementi separati.

La qualità della codifica delle immagini dipende da:

1) frequenza di campionamento, cioè. la dimensione dei frammenti in cui è suddivisa l'immagine. La qualità della codifica dell'immagine è maggiore, minore è la dimensione del punto e, di conseguenza, maggiore è il numero di punti che compongono l'immagine.

La scelta della frequenza di campionamento è sempre un compromesso tra la qualità di riproduzione dei dettagli fini e il grado di riduzione delle informazioni. Di norma, nel processo di discretizzazione di un'immagine, il suo "formato" è determinato, come si suol dire, ad es. il numero dei suoi elementi costitutivi. In questo caso, ovviamente, cambia anche la dimensione dell'immagine. Pertanto, al fine di escludere l'influenza di questo fattore aggiuntivo (dimensione dell'immagine) sul parametro in esame, in questo lavoro viene utilizzato un trucco artificiale: quando le condizioni di campionamento cambiano, la dimensione dell'immagine viene artificialmente mantenuto costante.

2) profondità di codifica, cioè. numero di fiori. Maggiore è il numero di colori, ovvero maggiore è il numero di stati possibili del punto dell'immagine, migliore è la codifica dell'immagine (ogni punto contiene più informazioni). L'insieme di colori utilizzato nel set costituisce la tavolozza dei colori.

Le informazioni grafiche sullo schermo del monitor sono presentate nel modulo bitmap, che è formato da un certo numero di righe, che a loro volta contengono una certa quantità di punti (pixel).

Pixel- l'area minima dell'immagine, il cui colore può essere impostato indipendentemente.

Ogni colore può essere considerato come un possibile stato di un punto, quindi il numero di colori visualizzati sullo schermo del monitor può essere calcolato con la formula: N = 2i, dove i è la profondità del colore: (se la profondità del colore (I) = 8 , quindi 2^8 = 256)

Compito 1. Consideriamo la formazione di un'immagine bitmap sullo schermo del monitor, composta da 600 righe di 800 punti per riga (480.000 punti in totale).Nel caso più semplice (immagine in bianco e nero senza scala di grigi), ogni punto dello schermo può avere un di due stati: "nero" o "bianco", ovvero è necessario 1 bit per memorizzare il suo stato.

ATTIVITÀ 2. Calcola la quantità di memoria video richiesta per una delle modalità grafiche, ad esempio, con una risoluzione di 800 x 600 pixel e una profondità di colore di 24 bit per pixel.

Punti totali sullo schermo: 800.600 = 480.000 Memoria video richiesta: 24 bit 480.000 = 11.520.000 bit = 1.440.000 byte = 1406,25 KB = 1,37 MB.

Discretizzazione spaziale. Nel processo di codifica di un'immagine, viene eseguito il suo campionamento spaziale. L'immagine è divisa in piccoli frammenti separati: punti. ad ogni frammento viene assegnato il valore del suo colore, cioè il codice del colore (rosso, verde, blu e così via).La qualità della codifica dell'immagine dipende da due parametri: dimensione in punti - la qualità della codifica dell'immagine è maggiore, la minore è la dimensione in punti e, di conseguenza, maggiore è il numero di punti che compone l'immagine. il numero di colori: maggiore è il numero di colori utilizzati, migliore è la codifica dell'immagine (ogni punto contiene più informazioni). L'insieme di colori utilizzato nel set costituisce la tavolozza dei colori.

Formazione di un'immagine raster. Le informazioni grafiche sullo schermo del monitor sono presentate come un'immagine bitmap, che è formata da un certo numero di linee, che a loro volta contengono un certo numero di punti (pixel). La qualità dell'immagine è determinata dalla risoluzione del monitor, ad es. il numero di punti da cui è composto. Maggiore è la risoluzione, ovvero maggiore è il numero di linee raster e punti per linea, maggiore è la qualità dell'immagine. Nei personal computer moderni vengono solitamente utilizzate tre risoluzioni dello schermo principali: 800 x 600, 1024 x x Un'immagine in bianco e nero senza scala di grigi è composta da 600 linee di 800 punti in ciascuna linea (punti totali), quindi ogni punto dello schermo può avere uno di due stati "nero" o "bianco", ovvero è necessario 1 bit per memorizzare il suo stato. Le immagini a colori sono formate in accordo con il codice colore binario di ciascun punto, memorizzato nella memoria video. Le immagini a colori possono avere diverse profondità di colore, che sono date dal numero di bit utilizzati per codificare il colore di un punto. Le profondità di colore più comuni sono 8, 16, 24 o 32 bit.

Qualità codifica binaria le immagini sono determinate dalla risoluzione dello schermo e dalla profondità del colore. Ogni colore può essere considerato come un possibile stato di un punto, quindi il numero di colori visualizzati sullo schermo del monitor può essere calcolato con la formula N = 2 I, dove I è la profondità del colore

Profondità del colore e numero di colori visualizzati Profondità del colore (I)Numero di colori visualizzati (N) 82 8 = (High Color)2 16 = (True Color)2 24 = (True Color)2 32 = L'immagine a colori sullo schermo del monitor è formato dalla fusione di tre colori base: rosso, verde e blu. Questo modello di colore è chiamato modello RGB dopo le prime lettere dei nomi dei colori inglesi (rosso, verde, blu). Per ottenere una ricca tavolozza di colori, ai colori di base possono essere attribuite diverse intensità. Ad esempio, con una profondità di colore di 24 bit, vengono assegnati 8 bit per ciascuno dei colori, ovvero per ciascuno dei colori sono possibili N = 2 8 = 256 livelli di intensità, specificati da codici binari (dal minimo al massimo )

Formazione del colore a 24 bit Profondità colore Nome colore Intensità RossoVerdeBlu Nero Rosso Verde Blu Ciano Giallo Bianco

Modalità grafica. La modalità grafica per la visualizzazione di un'immagine sullo schermo del monitor è determinata dalla risoluzione e dalla profondità del colore. Affinché un'immagine si formi sullo schermo del monitor, le informazioni su ciascuno dei suoi punti (codice colore dei punti) devono essere memorizzate nella memoria video del computer. Esempio 1 Calcoliamo la quantità di memoria video richiesta per una delle modalità grafiche, ad esempio, con una risoluzione di 800 x 600 pixel e una profondità di colore di 24 bit per pixel. Punti totali per schermo: = Memoria video richiesta: 24 bit = bit = byte = 1406,25 KB = 1,37 MB. Allo stesso modo, la quantità richiesta di memoria video viene calcolata per altre modalità grafiche. Windows offre la possibilità di selezionare la modalità grafica e regolare le impostazioni per il sistema video del computer, che include il monitor e la scheda video.

Esempio 2 Viene scansionata un'immagine a colori di dimensioni cm La risoluzione dello scanner è di 600 dpi e la profondità del colore è di 32 bit. Quale volume di informazioni avrà il file grafico ricevuto.

Soluzione Traduciamo la risoluzione dello scanner da punti per pollice a punti per centimetro: 600 dpi: 2, punti/cm Pertanto, le dimensioni dell'immagine in punti saranno punti. Il numero totale di pixel nell'immagine è: = Il volume delle informazioni del file è: 32 bit = 21,25 MB bit

Domande 1. Qual è l'essenza del metodo di discretizzazione spaziale? 2. Spiegare il principio della formazione di una bitmap. 3. Quali parametri impostano la modalità grafica in cui le immagini vengono visualizzate sullo schermo del monitor? Jobs Utilizza modalità grafiche con profondità di colore di 8, 16, 24 e 32 bit. Calcola la quantità di memoria video necessaria per implementare queste profondità di colore a varie risoluzioni dello schermo.