Acasă » Termeni » Prelucrarea informațiilor grafice. Codarea binară a informațiilor grafice

Prelucrarea informațiilor grafice. Codarea binară a informațiilor grafice

Orez. 5.13. Pe problema „suficienței” numărului de cifre ale semnalului de intrare pentru o transformare neliniară

Dispozitivele de măturare se disting prin tipul de traiectorie descrisă de punctul de scanare și prin metoda de mișcare relativă a punctului de citire, a originalului și a fotodetectorului. Alezoarele pot fi electromecanice și integral sau parțial electronice (fără mișcări mecanice), cu un suport original plat sau cilindric.

În epoca televiziunii „mecanice” (până în anii 40 ai secolului XX), scanarea era efectuată după metoda propusă de inginerul german Paul Nipkow: prin rotirea unui disc cu găuri amplasate pe el în spirală. Aceste găuri alternativ, linie cu linie, așa cum se arată în fig. 5.1 litera (a)
, a ocolit cadrul de pe disc - proiecția scenei transmise. Lumina care trece prin găuri a creat un curent de semnal video în celula solară situată cu reversul disc. Într-o astfel de scanare, nu a existat o mișcare inversă a punctului de scanare atât de-a lungul liniei, cât și de-a lungul cadrului, iar liniile în sine din cadru erau arce de cerc descrise de găurile discului.

O traiectorie radială cu un fascicul invers de-a lungul liniei este utilizată în indicatoarele radar universale (vezi Fig. 5.1, b).

În scanările multor aparate de tipărire ECC și fotofax, punctul de scanare descrie o spirală (vezi Fig. 5.1, c). Originalul este montat deasupra cilindrului, iar filmul expus se află în interiorul acestuia. În acest din urmă caz, oferiți scanare rapidă sau în linie prin rotirea unei oglinzi sau a unui obiectiv în interiorul unei camere cilindrice fixe, ceea ce facilitează foarte mult automatizarea instalării și scoaterii obiectelor scanate. Într-o scanare de acest tip, nu există un revers linie cu linie, ci există un cod invers cadru cu cadru, în timpul căruia capul optic revine la poziția inițială înainte de a citi (scrie) următorul set de imagini.

În dispozitivele de televiziune și reproducere difuzate cu un aranjament plan al obiectului scanat, traseul de scanare este un sistem de linii paralele cu revenirea unui punct luminos sau un ciclu de comutare (într-un cititor matrice) de la sfârșitul liniei anterioare la începutul următorului și de la sfârșitul ultimei rânduri a cadrului până la începutul primei, așa cum se arată în orez. 5.1(d). Într-un CRT, o astfel de traiectorie este asigurată de curenți sau tensiuni periodice din dinți de ferăstrău (vezi Fig. 5.2).
) care creează bobine sau plăci care deflectează un câmp electromagnetic sau electrostatic. De liniaritatea creșterii acestor semnale depinde, așa cum se arată în Fig. 5.2, precizia geometrică a imaginii rezultate. Creșterea uniformă a curentului în timpul cursei înainte a măturii, așa cum se arată în partea stângă a fig. 5.2 corespunde aceleiași lățimi a pătratelor de pe ecranul CRT. Dacă rata acestei creșteri la începutul liniei este mai mare (partea de mijloc a Fig. 5.2), atunci primul pătrat este întins pe orizontală, iar al doilea, datorită scăderii vitezei (gradientul creșterii în curentul de deviere) la capătul liniei, este comprimat, deoarece legea de schimbare a semnalului video în sine, care controlează curentul fasciculului de electroni rămâne neschimbată. Cu o formă de dinte concavă a curentului de deviere „dinți de ferăstrău”, are loc imaginea inversă. Datorită rezoluției relativ scăzute, utilizarea CRT în tehnologia prepress este limitată doar la ieșirea de informații text (mașini de fotocompoziție Digiset, CRTronic etc.) și sisteme de verificare video.

În general, semnalul obținut ca urmare a scanării progresive este caracterizat de trei frecvențe „de serviciu” și perioadele lor de timp corespunzătoare. Pentru rasterul de televiziune, acesta este:

- timp element de imagine, determinată de durata mișcării punctului de citire la o distanță egală cu dimensiunea acestuia și reciproca acestui timp - frecventa video(6,5 MHz în standardul de televiziune de difuzare);

Perioada liniei , egală cu timpul în care spotul se deplasează de la începutul liniei date la începutul liniei următoare, iar reciproca acestei perioade este - frecvența liniei(16 kHz);

Timpul cadrului (câmpuri) și frecvența câmpului (50 Hz).

Dacă într-un sistem simultan toate semnalele de separare a culorilor sunt transmise în paralel, atunci în sistemele secvențiale, conform acestor timpuri, ele disting, în special, metode de transmitere a semnalului și metode de formare a imaginilor de separare a culorilor și a culorilor. Semnalele de separare a culorilor pot fi transmise simultan sau secvențial: pe elemente, pe linii și pe cadre.

După cum sa menționat mai sus, în sistemele experimentale și apoi în sistemele de difuzare TV, imaginile au fost inițial scanate mecanic folosind un disc Nipkow. Semnalul la ieșirea FEP a fost format numai datorită energiei luminoase, care a avut timp să ajungă la stratul sensibil al FEP în timpul deplasării găurii din disc (element de descompunere) la o distanță egală cu dimensiunea acestuia, adică pentru minimul intervalelor de timp de mai sus. Un semnal slab care diferea ușor de nivelul de interferență nu permitea transmisia fără iluminare artificială puternică, pentru a îmbunătăți claritatea imaginii, deoarece. pentru a face acest lucru, a fost necesar să se mărească numărul de linii pe cadru cu o creștere corespunzătoare a vitezei de scanare. Sistemele de acțiune instantanee în sensul indicat sunt cele considerate de noi mai sus (vezi Fig. 4.4 și Fig. 4.9) și cititorii de ECC poligrafic.

Revoluționară în dezvoltarea tehnologiei TV a fost tranziția din anii 30. la sisteme de transmitere cu acumulare de energie luminoasă. 5.3
cameră de televiziune cu un CRT (1) folosind un efect fotoelectric intern. Imaginea obiectului 2 este proiectată de lentila 3 pe ținta 4. Este un strat de fotoconductor depus pe suprafața interioară a sticlei de capăt a tubului peste un strat conductor transparent de oxid de plumb 5. Fluxul luminos creează un rezistiv sau ( când se aplică o tensiune externă) potențial de relief pe acesta, care corespunde luminozității de distribuție a obiectului transmis. Fasciculul de electroni 6 deviat de câmpul magnetic al bobinelor 7 linie cu linie și element cu element, așa cum se arată în Fig. 5.1 (c) rulează în jurul țintei 4. În fiecare moment, circuitul electric este închis prin elementul țintă 4, pe care există un punct de scanare (apertura fasciculului de electroni) și indicatorul de rezistență la sarcină "href="predmetnyi.htm#i800 "> și fotodiode, acumularea este folosită nu în timpul întregului cadru, ci parțial, în timpul liniei.Electronica modernă camera digitala cu un CCD.

Spre deosebire de aplicațiile de televiziune, problemele organizării scanării cu acumularea de energie luminoasă sunt foarte relevante în ceea ce privește energia luminoasă și pentru sistemele de înregistrare a imaginilor în procesul de prepress și vor fi luate în considerare mai jos.

Discretizarea spațială- înlocuirea unei imagini al cărei ton se modifică arbitrar în coordonatele X și Y cu o imagine compusă din secțiuni separate - zone în care se face media acestui parametru.

În cazul general, după 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. 5.4 litera (a) , la pozitia a) a carui mesaj continuu initial este o oscilatie sinusoidala u(t) cu perioada T. Spectrul unui astfel de semnal este alcatuit dintr-o componenta constanta si prima armonica:

formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook438/files/u0.gif" border="0" align="absmiddle" alt="perioada T/2, adâncimea modulației lor de către prima armonică a semnalului original este zero, iar informațiile despre frecvență se pierd complet. Se transmite doar valoarea medie a pointerului "href="predmetnyi.htm#i808">), acest spectru este de asemenea limitat de-a lungul liniilor printr-o frecvență reciprocă a acestui spot.fluctuații - frecvența purtătoare necesară transmiterii semnalului, de exemplu , în televiziune sau în reproducere analogică la distanță (folosind canale de comunicații electrice).

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 pe numere și această matrice. Calculatoarele sunt acum utilizate efectiv în astfel de scopuri.

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, de două ori mai mare decât liniatura rasterului poligrafic, sau mai degrabă, frecvența funcției raster , în perioada căreia se formează unul sau altul număr de imagini raster.puncte și spații.

Dacă această condiție este îndeplinită, atunci când se reproduce un sistem de curse periodice ale unei faze spațiale arbitrare, 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 perioadă 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 suprafață relativă de 50% (a se vedea Fig. 5.5, d
), deoarece reflectanța originalului, mediată pe aria punctului de citire 1, are aceeași valoare (intermediară) pentru toate elementele rasterului. De fiecare dată, o jumătate de cursă și o jumătate de spațiu cad în zona de referință 1 (vezi Fig. 5.5, c). Acest caz este similar cu cel prezentat în Fig. 5.4(b).

În toate celelalte faze spațiale, contrastul loviturilor pe reproducere este 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. 5.5 (a, b), cursele de frecvență de 0,5 L sunt în fază cu grătarul raster. Aici există o analogie cu cazul ilustrat în Fig. 5.4 (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. 5.5 (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. Pentru prima dată, acest lucru trebuie făcut atunci când alegeți linia ecranului, dacă sarcina este de a reproduce 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 (precum și netezimea hârtiei corespunzătoare și alți parametri de imprimare). Este necesar să citiți un astfel de original în scaner deja la o frecvență de 16 linii / mm.

Alături de frecvența spațială, care determină numărul de eșantioane discrete și cantitatea de informații procesate, calitatea imaginii rezultate este afectată de geometria și orientarea rețelei de eșantionare. Rasterul unei reproduceri monocolor și rasterul cernelii „desen” în imprimarea color sunt întotdeauna orientate la un unghi de 45°. Explicația acestei practici general acceptate ca reducând vizibilitatea rasterului în sine poate fi cu greu considerată exhaustivă, deoarece calitatea imaginii este îmbunătățită datorită acestei orientări și la liniaturi mai mari de 60-80 linii/cm, când problema „vizibilității” rasterului descrisă mai sus nu este atât de relevantă.

Orientarea în diagonală a grătarului vă permite să vă potriviți optim cu proprietățile imprimării Sistem informatic, reprezentată în acest caz printr-o amprentă și structura sa raster, cu proprietățile sursei de informație (original ilustrativ), pe de o parte, și cu proprietățile destinatarului informației (viziunea sa), pe de altă parte. ÎN acest exemplu aceste proprietăți rezidă în anizotropia unghiulară inerentă celor trei componente de bază ale procesului informațional.

Prima dintre aceste anizotropii se găsește în statisticile distribuției contururilor în direcții și este o consecință a acțiunii legii gravitației în lumea înconjurătoare percepută vizual, ale căror replici sunt în mare parte originale destinate reproducerii tipărite. Contururile (liniile) verticale și orizontale predomină semnificativ față de cele înclinate.

Pe de altă parte, studiile analizorului vizual uman au stabilit diferențe semnificative în sensibilitatea pragului și rezoluția pentru diferite direcții. Ele sunt ilustrate printr-un grafic al limitelor caracteristicii de frecvență spațială a vederii din Fig. 5.6
. Frecvențele spațiale din acest grafic sunt estimate prin numărul de linii care se disting pe unitatea de unghi de vedere, acoperind lumea întreruptă prezentată subiectului. Această dimensiune a frecvenței spațiale face posibilă, într-o anumită măsură, abstracția de la distanța la care se ia în considerare testul.

Capacitatea ochiului de a distinge între liniile verticale, orizontale și oblice este în raportul 1,0:0,8:0,46. Această caracteristică a vederii poate explica pe deplin reacția vizuală la imagine („Toamna”, B. Riley), prezentată în fig. 5.7 litera (a) . Disconfortul resimțit în timpul vizionării provine din faptul că imaginea pare a fi împărțită în dungi orizontale alternative. Pe unele secțiuni ale sinusoidelor, din care este construită întreaga imagine, sunt vizibile clar ca linii separate, deoarece aici sunt verticale. Pe alte dungi orizontale, liniile sunt greu de distins sau se îmbină complet, deoarece sunt oblice. Concentrându-ne pe una dintre benzile cu linii slab distinse, să rotim imaginea în planul său cu 45°. Banda în sine și liniile din ea care au luat o poziție verticală devin distincte.

Trebuie remarcat faptul că frecvențele spațiale de graniță, marcate de graficul din Fig. 5.6, mult mai mare decât frecvența liniilor care alcătuiesc imaginea „curioasă” din Fig. 5.7(a). Considerată separat de restul imaginii, partea sa din Fig. 5.7(b) arată destul de distinct. La nivelul percepției, care depășește nivelul retinei, creierul, parcă, își redistribuie resursele în favoarea direcțiilor vizuale mai importante decât oblice, verticale și orizontale.

Caracteristicile menționate mai sus ne permit să tragem următoarele concluzii:

Astfel, specificul discutat mai sus perceptie vizualaîn mod natural în concordanță cu proprietățile imaginilor și s-a format pe fundalul anizotropiei în distribuția contururilor în direcții în lumea înconjurătoare percepută vizual. O astfel de armonie nu se aplică doar unei clase restrânse de imagini, care includ fotografii aeriene sau imagini ale suprafeței pământului și a acoperirii sale de nori obținute din spațiu. Pentru aceste imagini, însăși conceptele de „sus”, „jos”, „dreapta” și „stânga” sunt condiționate. În același timp, este greu de considerat astfel de imagini create artificial drept semne de tip tipografic, lucrări de pictură abstractă etc., ca izotrope în sensul indicat. Artiștii aleg puterea liniilor și a contururilor de diverse orientări, luând în considerare intuitiv această caracteristică a vederii.

Coordonarea proprietăților imaginilor și viziunii discutate mai sus cu proprietățile unei legături intermediare, care este un sistem de procesare a informațiilor grafice, este apanajul dezvoltatorului sau operatorului unui astfel de sistem. În acest sens, să luăm în considerare rezoluția unui grătar obișnuit de eșantionare în direcții diferite, fără a uita că eșantionarea spațială are loc într-un sistem de imprimare de cel puțin două ori: în timpul analizei electro-optice și a codificării originalului, iar apoi în screeningul autotip al imaginea.

Într-o rețea ortogonală bidimensională, rezoluția se modifică cu o perioadă unghiulară de 90° de la 100% la 70,7%, în timp ce într-un rețele hexagonale această diferență este în intervalul 100%-86% și se repetă la fiecare 60°, așa cum fig. . 5.8
, unde liniile pentru care rezoluția este maximă și minimă sunt indicate drept solide sau, respectiv, discontinue. Ultima dintre rețele este mai izotropă, deoarece de orientarea lor depinde într-o măsură mai mică acuratețea transmiterii curselor de aici.

Pentru un grătar ortogonal, această diferență este explicată în Fig. 5.9
- model de reproducere digitală a unei perechi de linii negre de aceeași grosime (vezi Fig. 5.9, a, b). Fazele spațiale ale curselor diferă față de original cu jumătate din perioada rețelei în direcția orizontală (vezi Fig. 5.9, a) și diagonală (vezi Fig. 5.9, b). Imaginile cu două gradații sunt codificate în așa-numitul mod linie. Este furnizat de un operator simplu cu două niveluri care atribuie o valoare de „1” dacă negrul ocupă mai mult de jumătate din suprafața eșantionului, iar „0” în caz contrar. „Bitmap-ul” obținut în acest mod este stocat și procesat în sistemul de reproducere și este, de asemenea, folosit pentru a restabili imaginea în timpul ieșirii acesteia (vezi Fig. 5.9, c, d). Dintr-o comparație a liniilor verticale originale din Fig. 5.9 (a) și imaginile lor „digitale” din fig. 5.9 (c) se poate observa că incertitudinea în transmiterea grosimii cursei, asociată cu faza poziției sale în rețea, se află în treapta sa.

La cea mai mică înclinare a curselor la dreapta sau la stânga verticală, distorsiunile în trepte periodice (de-a lungul lungimii cursei) cu o lățime a dintelui cu pasul grătarului se adaugă la eroarea în transferul grosimii (vezi Fig. 5.10, a
). Dacă lățimea cursei în sine este, de asemenea, apropiată de pasul specificat, atunci cursa este întreruptă periodic pe copie (vezi Fig. 5.10, b). Din aceleași motive, un sistem de curse subțiri, pe măsură ce frecvența lui crește, va fi transmis inițial prin modele false și abia apoi printr-o valoare medie a luminozității (vezi Fig. 5.10. c). Modelele false de acest tip, din cauza interferenței modelului periodic (texturii) originalului în sine și a grilei purtătoare, sunt denumite în tipărire ca subiect moiré Spre deosebire de imprimare moire multicolor rezultată din interacțiunea structurilor raster ale imaginilor separate de culori.

Pentru liniile care au o pantă mai semnificativă, eroarea de eșantionare în punctul de vedere „href="predmetnyi.htm#i853"> atunci când se formează structuri raster neregulate sub constrângeri de rezoluție de imprimare, permițând o granularitate mai grosieră în direcții diagonale.

În comparație a eficienței sistemelor reale diverse organizatii eșantioanele spațiale în raport cu calitatea reproducerii este îngreunată de dificultatea de a menține alte condiții egale, dintre care un important este, în special, volumul semnalului utilizat. Pe fig. 5.11
pentru o astfel de comparație sunt prezentate modele grafice ale mai multor imagini de linie (semne) pentru discretizare ortogonală (b, c) și șah (d, e). Modelele (c) și (e) au fost obținute folosind de două ori mai puține eșantioane decât modelele (b) și (d) pentru a ilustra câștigul în volumul semnalului cu orientarea optimă a grilei de mostre pentru o anumită calitate a reproducerii. modele ale fiecăruia pozitiile b-d obținut pentru două poziții ale semnului în grila de referințe, care diferă în ambele coordonate cu aproximativ jumătate din pasul său. Acest lucru face posibilă aprecierea vizuală a efectului erorilor de discretizare prin diferența de grosime a elementelor din fiecare dintre perechile de semne. Cu o scădere de 10 ori, modelele din Fig. 5.11 (b, d) corespunde unei rezoluții de 40, iar fig. 5.11 (c, d) - 25 linii / mm.

Într-o grilă de șah (vezi Fig. 5.11, d, e), schimbarea de fază are un efect mai mic asupra transferului grosimii elementelor verticale și orizontale decât într-o grilă ortogonală (vezi Fig. 5.11, b, c). Această influență rămâne la același nivel pentru jumătate din câte citiri dacă rasterul se rotește cu 45°, așa cum arată o comparație a modelelor (b) și (e). În același timp, pe modelul (e), eroarea în transferul liniilor diagonale și a contururilor către rădăcină este de două ori mai mare decât pe modelul (b). Cu toate acestea, acest lucru nu are un efect atât de semnificativ asupra calității datorită caracteristicilor vederii menționate mai sus. Și invers, absența luării în considerare a acesteia în eșantionarea ortogonală agravează semnificativ reproducerea. Modelele (b) și (e) sunt mult mai apropiate unul de celălalt din punct de vedere al calității decât cele obținute cu același raport al numărului de mostre ale modelelor (c) și (d).

Având în vedere limitările sistemelor reale în ceea ce privește cantitatea de informații procesate, debitul canalelor de informații, viteza și rezoluția dispozitivelor de intrare/ieșire, eșantionarea ortogonală reduce semnificativ reprezentativitatea informațiilor utilizate în codificare și redare. Un astfel de eșantion, după cum se poate observa din compararea modelelor (b) și (e), duce la aproape dublu informații redundante la introducerea imaginilor. Eliminarea sa ulterioară prin codificare (compresie) optimă în sistemul în sine dă doar un efect suplimentar.

Orez. 5.12
ilustrează efectul orientării rețelelor primei (citire) și a celei de-a doua (rasterizare) eșantionare asupra calității listelor obținute folosind ECC digital la o liniatură de 60 linii/cm și o rată de scanare de 12 linii/mm. Calitatea transferului cursei pe trei variante de imprimeuri crește considerabil de la fig. 5.12 (a) la fig. 5.12 litera (c) la care:

a) citire și screening cu ambele grătare orientate la 0° (mod comun pentru separarea culorilor de cerneală galbenă);

b) citirea în aceeași rețea și ecranarea cu o înclinare a ecranului de 45° (pentru cerneală neagră);

c) citirea și ecranizarea într-o grilă de lecturi de șah.

Citirea și codificarea originalelor într-o grilă ortogonală, adoptată în dispozitivele de scanare ale sistemelor de prepress, cu o anumită dimensiune a fișierului, subestimează în mod nerezonabil calitatea imprimărilor. Conținutul de informații al multor panouri luminoase cu mai multe elemente, panouri informative, imprimante, afișaje cu cristale lichide și alte dispozitive similare este, de asemenea, limitat la același lucru, deși acest lucru nu este în niciun caz justificat de specificul designului lor.

În acest sens, poate fi explicată și negarea aranjamentului hexagonal a elementelor imprimate în raster de către practica largă de tipărire, în ciuda avantajelor sale evidente în ceea ce privește reproducerea netedă a tonurilor. Grila de eșantionare hexagonală este mai izotropă decât cea ortogonală, deoarece perioada unghiulară dintre direcțiile rezoluției maxime și minime este de 30 ° în ea (vezi Fig. 5.8, b). O astfel de structură este mai în acord cu scenele naturale (de exemplu, fotografiile realizate din spațiu) sau artificiale care sunt izotrope în ceea ce privește statisticile de orientare a conturului. Cu toate acestea, prin rotirea acestei structuri în imagine, nu este posibil să se asigure aceeași potrivire reușită a proprietăților sale cu proprietățile destinatarului, care se obține prin conversia grilei ortogonale într-o tablă de șah, unde extremele rezoluției ochiului. alternează cu o perioadă de 45 ° (vezi Fig. 5.8, a).

Cuantizarea este înțeleasă ca înlocuirea unui interval continuu de valori de ton pe care elementele individuale ale unei imagini le pot prelua cu una sau alta serie de valori discrete - scara de cuantizare.

Gama de tensiune continuă a semnalului video primit în FEP și fiind, de exemplu, un analog al coeficientului de reflexie mediat pe aria punctului de citire, este împărțit în niveluri discrete în procesul de conversie analog-digital . Numărul de discrete este determinat de dimensiunea scării de cuantizare sau de adâncimea de biți a codului digital. De exemplu, în ADC-ul echipamentului Magnasken 640, semnalul analogic a fost convertit într-un cod binar de 12 biți pe o scară de cuantizare cu 4096 de niveluri. La ieșirea unității logaritmice s-a format un semnal de 8 biți (contrast egal), având 256 de valori posibile proporționale cu densitățile optice ale originalului. O astfel de marjă a numărului de niveluri la ieșirea logaritmatorului este necesară, astfel încât pe secțiunile cele mai abrupte (cu un gradient mare) ale caracteristicii de transfer de amplitudine, fiecare dintre valorile de ieșire ale logaritmatorului să corespundă cel puțin o valoare de intrare (vezi Fig. 5.13
). Apoi, toate valorile de ieșire sunt semnificative din punct de vedere informațional. O marjă multiplă pe scara de cuantizare în ceea ce privește 256 de niveluri ale unui semnal de opt biți care intră în computer este, de asemenea, furnizată în scanerele moderne, ADC-ul fiecăruia dintre canalele de separare a culorilor poate oferi o „adâncime de culoare” de 10, 12, 14. sau chiar 16 biți dintr-un cod binar corespunzător densităților optice de interval ale originalelor citite și intervalului dinamic al convertorului fotoelectric utilizat.

O scară de opt cifre cu contrast egal este considerată suficientă atât pentru televiziune, cât și pentru sistemele de imprimare. Remarcabil pentru observator așa-numitul. dispărut. În caz contrar (vezi fig. 5.14, b-d
) apar pe zone extinse ale imaginii sub formă de contururi false, trecând perpendicular pe direcția unei schimbări line de ton pe original.

Pentru a suprima zgomotul de cuantizare care a însoțit codarea pe șase biți (64 de niveluri) în primele sisteme digitale de reproducere. folosit așa-numitul. oscilarea între niveluri sau cuantizarea. Zonele de fundal ale originalului cu o tranziție lină de la un nivel de cuantizare la altul au fost descrise ca un amestec de puncte semitonale a două niveluri învecinate. Prin netezirea salturilor de ton în zonele de schimbare lină, această metodă, pe de altă parte, a împiedicat transferul modelului, contrast local a căror detalii era aproape de etapa de cuantizare.

Sarcina principală a codificării digitale în procesul de reproducere este o astfel de reprezentare a valorilor de culoare care să asigure procesarea, stocarea, afișarea și schimbul de imagini între diferite sisteme și componentele acestora. Un sistem deschis de reproducere a culorilor (cu intrări multiple/ieșiri multiple) ar trebui să aibă următoarele proprietăți importante:

asigurați introducerea de imagini dintr-o varietate de surse diferite;
să aibă capacitățile și mijloacele de codificare standardizată pentru stocarea și schimbul efectiv al acestor informații;
conversia semnalului de ieșire, ținând cont de proprietățile mijloacelor de afișare, nu ar trebui să depindă de specificul sursei originale;
permite prelucrarea suplimentară a semnalului de ieșire pentru a obține rezultatul optim.

Aceste proprietăți oferă o reprezentare atent gândită a parametrilor imaginii și a schemelor corespunzătoare pentru conversia semnalelor acesteia.

Un fișier ilustrativ conține un set de valori ale unor proprietăți de imagine exprimate în coduri digitale. În ceea ce privește reprezentarea digitală a imaginilor în mediul informațional modern, cele mai discutate sunt problemele legate de sistemele de culoare și formatele fișierelor ilustrative.

Se presupune adesea că problema interpretării fără ambiguitate a informațiilor ilustrative codificate de către diverse sisteme pentru procesarea și afișarea acesteia poate fi rezolvată prin standardizarea formatelor și adoptarea unui singur spațiu de culoare „independent de hardware”. Cu toate acestea, aceste două condiții nu sunt suficiente, fie și doar din cauza afișării în medii diferite folosind diverse tehnologii nu numai diferit parametri tehnici, ar trebui să aibă caracteristici colorimetrice diferite.

Utilizarea unui sistem de culoare unificat face posibilă evaluarea numai a diferențelor de culoare în unitățile sale în raport cu diferite scheme de conversie a valorilor de culoare. Aceste scheme în sine, fiind destul de potrivite pentru unele sarcini de reproducere, se dovedesc a fi inacceptabile pentru alții.

Pentru ca informațiile despre fișier să fie interpretate fără ambiguitate în timpul redării, codificarea se efectuează în conformitate cu o anumită reglementare, care stabilește:

modul de prezentare a imaginii;
metrica acestei reprezentări;
informații de sprijin plasate în așa-numitul. Etichete.

Metoda de reprezentare determină ce anume sau ce proprietate a imaginii urmează să fie codificată. În această calitate, de exemplu, culorile tuturor punctelor imaginii pot fi selectate, într-un caz, iar informații despre geometrie și locația relativă a elementelor sale grafice, în celălalt caz.

Prima opțiune include așa-numita. grafică raster, în care fiecare punct, de exemplu, o linie, imagine cu două niveluri este descrisă de un bit (nu există vopsea - fără vopsea, lumină - întuneric), iar întregul set de valori binare formează așa-numita bitmap. Există un octet per punct al unui ton, imagine cu mai multe niveluri - o combinație binară de opt biți care poate desemna una dintre cele 256 de gradații posibile, iar pentru una de culoare - un cuvânt cod care include trei sau mai mulți octeți.

În a doua versiune ( Grafică vectorială) combinațiile de coduri conțin o descriere matematică a elementelor geometrice care alcătuiesc imaginea. O astfel de reprezentare, în special pentru o imagine în linie, se dovedește a fi mai economică în ceea ce privește cantitatea de combinații binare utilizate decât una raster. Un alt avantaj constă în interpretarea liberă a dimensiunii elementului grafic în raport cu dimensiunile specificate pentru copie la diferite rezoluții de ieșire. O astfel de descriere compactă a caracterelor fontului permite, de exemplu, afișarea acestor caractere în diferite dimensiuni (dimensiuni) și cu una sau alta densitate a liniilor de scanare în diferite dispozitive afişa. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor rezultat final conversia semnalului imaginii, rămâne un bitmap care controlează imprimarea da/nu, în timp ce pentru sistemele de afișare în tonuri de gri, de exemplu, pe un ecran CRT sau când se înregistrează pe material fotografic color, se folosește o „hartă de octeți” pe mai multe niveluri. Prin urmare, dezavantajul relativ al metodei analitice de reprezentare este necesitatea transformării ulterioare a matricei de date într-o formă acceptabilă pentru una sau alta metodă de sinteză a imaginii. Această transformare este funcția principală a procesorului raster - RIP.

Revenind la prima opțiune, ar trebui să se răspundă în continuare că, dacă o astfel de proprietate a imaginii, precum culoarea sa, urmează să fie codificată, atunci alegerea metodei de reprezentare a valorilor de culoare rămâne cea mai fundamentală. Poate fi densitometric sau colorimetric. În acest din urmă caz, se poate folosi colorimetria standard adoptată de CIE, sau una dintre multele așa-numite. au dezvoltat colorimetre care țin cont de anumite proprietăți specifice percepției vizuale, ignorate de standardul de culoare CIE.

La codificarea parametrilor elementelor geometrice care alcătuiesc imaginea, reprezentarea acestora din urmă, la rândul său, poate fi subdivizată în continuare în vector-contur, folosind curbele Bezier sau alte aproximări analitice de linii.

Distincția dintre un mod de prezentare și metrica sa este destul de importantă. Dacă primul determină esența (sensul și natura) informațiilor codificate, atunci al doilea determină sistemul de unități prin care este exprimată. Alegerea metodei este mai fundamentală, deoarece dacă alegerea nu este adecvată, sistemul se dovedește a fi inoperabil, indiferent de metrica adoptată în el.

Modul de atribuire determină ceea ce va fi prezentat, în timp ce metrica sa caracterizează doar modul în care cele prezentate vor fi exprimate în valori numerice. Ca analogie, putem vorbi despre alegerea a ceea ce va fi evaluat: viteza, timpul de deplasare sau distanta parcursa. Atunci când metoda este aleasă, este posibil, fără a schimba esența măsurării, să discutăm în continuare metrica, care poate fi diferită. Dacă, de exemplu, metoda constă în evaluarea distanței parcurse, atunci unitățile, fără a distorsiona semnificația pe care o reprezintă, pot fi un metru, un kilometru, un an lumină etc.

Când colorimetria CIE este utilizată ca metodă de reprezentare, valorile însele pot fi exprimate, de exemplu, în unități de sisteme de culoare precum LAB sau LUV. Aceste unități, la rândul lor, pot fi supuse tipuri variate De asemenea, sunt codificat digital fără a le distorsiona semnificația.De exemplu, valorile LAB după normalizare și cuantificare pe o scară liniară sau neliniară pot fi reprezentate prin numere binare de opt biți. Alegerea metricii este importantă în ceea ce privește capacitățile de compresie a informațiilor.

Pe lângă metodă și metrici, regulamentul de prezentare a imaginii include și informații auxiliare care indică formatul fișierului sau metoda de codificare utilizată. Asemenea caracteristici trebuie specificate tocmai pentru a permite schimbul de informații despre imaginea prezentată în acest mod și metrica între diferite sisteme și aplicații software. În acest scop sunt, în special, etichete - subtitluri ale fișierelor ilustrative. Ele indică dimensiunea, rezoluția spațială a imaginii sau metoda de comprimare a informațiilor, care permite interpretarea corectă a codurilor digitale.

Această identificare stă la baza unor formate de fișiere standard precum TIFF (Tagged Image File Format), care au avantaje semnificative față de cele care nu specifică care sunt de fapt numerele din matrice. Formatul TIFF este conceput pentru a reprezenta imagini exclusiv în formă raster. Există în mai multe versiuni diferite și, în special, LW - pentru imagini întrerupte (Line Work) și CT - pentru imagini semiton (Continuous Tone), care indică, respectiv, descrierea unui bit sau octet a unui singur element de imagine.

Formatul EPS (Encapsulated PostScript) este o structură de date închisă, generate de programe layout-uri pentru ieșirea de fotoforme, plăci de imprimare sau pentru imprimare digitală. Acest format oferă atât grafică vectorială, cât și grafică raster.

Pe lângă cele indicate formate universaleîn diverse programe de prepress, există multe alte formate specifice pentru reprezentarea digitală a imaginilor.

Scanarea (scanarea) este utilizată pentru a converti o imagine în semnale electrice care reprezintă luminozitatea elementelor sale individuale.

Fotoconvertoarele de scanare (rigle și matrice CCD) asigură acumularea de energie luminoasă, ceea ce crește semnificativ sensibilitatea dispozitivului de citire.

Rezoluția de citire a originalului trebuie să fie de patru ori mai mare decât frecvențele acestuia din urmă care urmează să fie reproduse pe o imprimare raster fără pierderi de contrast.

Statistica distribuției contururilor în direcții în obiectele vizuale și imaginile acestora relevă predominanța detaliilor verticale și orizontale față de cele oblice.

Rețelele obișnuite au o enizotropie semnificativă a rezoluției unghiulare.

Orientarea rasterului pe reproducere la un unghi de 45° nu numai că îi reduce vizibilitatea, dar mărește și caracteristicile de frecvență-contrast ale imaginii în cele mai importante direcții verticale și orizontale.

Cu același volum al semnalului de citire, proba de șah (diagonală) este mai reprezentativă decât cea ortogonală.

Pierderea de informații care însoțește reprezentarea digitală a imaginilor se datorează erorilor în eșantionarea spațială și cuantificarea nivelului.

Pentru a evita pierderea gradațiilor și apariția zgomotului de cuantizare în timpul conversiei neliniare a unui semnal digital, trebuie prevăzută o marjă pentru numărul de niveluri de cuantizare (adâncime de biți) la intrare.

Reprezentarea digitală a culorii într-un sistem de reproducere ar trebui să facă legătura între intrările și ieșirile sale, precum și să asigure editarea, stocarea și schimbul de informații despre culoare între modulele sale.

Reglarea codării imaginii este determinată de metoda de reprezentare, metrica valorilor și parametrii auxiliari care caracterizează, de exemplu, formatul fișierului.

Metoda de reprezentare determină semnificația reală a valorilor de culoare codificate, în timp ce metrica acestora implică alegerea unui anumit sistem de culori și a unităților numerice.

5.1. În scanerele cu un FEP de scanare liniară se obțin semnale de separare a culorilor;

a) secvenţial pe elemente;

b) în același timp;

c) secvenţial pe cadre;

d) secvenţial în rânduri.

5.2. Nu există nicio mișcare inversă a punctului de scanare pe cadru:

a) într-o scanare radială;

c) în rasterul televiziunii.

5.3. Nu există mișcare inversă a punctului de scanare de-a lungul liniei:

a) într-o scanare radială;

b) într-un alez pe un cilindru sau în interiorul acestuia;

c) în rasterul televiziunii.

5.4. Liniaritatea măturarii punctului de citire afectează:

a) transmisie lină de ton;

b) claritatea imaginii;

c) geometria imaginii.

5.5. Frecvența limită a semnalului video este determinată de următorul raport dintre dimensiunea punctului de citire d și viteza de scanare liniară V:

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

5.6. Sistemele de citire instantanee includ:

a) scaner plat;

c) o cameră digitală;

d) camera de televiziune.

5.7. Sistemele de citire cu acumulare de energie luminoasă includ:

a) un sistem cu un disc sweep Nipkow;

b) un scanner cu scanare pe un cilindru;

c) scaner plat.

5.8. Acumularea energiei luminoase pe elementul sensibil al fotoconvertorului în timpul liniei are loc:

a) într-un scanner cu scanare pe un cilindru;

b) într-un scaner plat;

c) într-o cameră de televiziune.

5.9. Discretizarea spațială unidimensională a imaginii are loc:

a) într-un scaner digital plat;

b) într-un scaner analog DC cu o baleiaj pe un cilindru;

c) ca urmare a conversiei analog-digitale a semnalului video;

d) în sistemul de difuzare a televiziunii alb-negru;

e) când se utilizează un raster încrucișat de proiecție.

5.10. Are loc de cel puțin două ori discretizarea spațială bidimensională a imaginii:

a) o cameră digitală

b) într-o cameră de fotoreproducție cu screening de contact;

c) într-o mașină de gravură electronică analogică;

d) în sisteme digitale obţinerea de fotoforme raster ale originalelor în ton.

5.11. Proprietățile de frecvență spațială ale vederii sunt cele mai scăzute în raport cu loviturile localizate pe imagine:

a) oblic;

b) pe verticală;

c) orizontal.

5.12. În prezența detaliilor cu o orientare diferită în cartier, viziunea se concentrează asupra detaliilor localizate:

a) oblic;

b) pe verticală;

c) orizontal.

5.13. Anizotropia unghiulară în statisticile distribuției contururilor în direcții nu este inerentă:

a) pictura peisajului;

b) fotografii aeriene;

c) tablouri abstracte;

d) ilustrații din ziar;

e) fonturi.

5.14. Cea mai pronunțată anizotropie unghiulară a rezoluției are o rețea de discretizare, a cărei structură este:

a) liniară;

b) ortogonală;

c) hexagonală;

d) neregulat.

5.15. Anizotropia unghiulară cel mai puțin pronunțată a rezoluției are un grătar de discretizare, a cărui structură este:

c) liniară;

b) ortogonală;

c) hexagonal.

5.16. Într-o rețea de eșantionare ortogonală cu cele mai puține distorsiuni în trepte, sunt reproduse linii, a căror orientare este apropiată:

a) la diagonală;

b) la verticală;

c) la orizontală.

5.17. Moare obiect nu include rezultatul interacțiunii de interferență a frecvențelor spațiale:

a) separarea culorilor;

b) ecran original și poligrafic;

c) original și cititor.

5.18. Caracteristicile de frecvență spațială ale originalului, sistemul de imprimare și viziunea se potrivesc optim în ceea ce privește anizotropia lor unghiulară atunci când grătarul de eșantionare ortogonal este orientat într-un unghi:

a) 0°; b) 15°; c) 30°; d) 45°.

5.19. Zgomotul de cuantificare a valorii tonului apare în imagine:

a) o scădere a contrastului său general;

b) deformarea în trepte a contururilor;

c) apariţia unor contururi false;

d) întreruperea curselor subțiri;

e) claritate redusă.

5.20. Un semnal cu contrast egal este afișat printr-o schimbare lină a tonului pe întreaga gamă de gradații, dacă adâncimea de biți a codului său binar este de cel puțin:

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

5.21. Când redați un original în ton într-un sistem de imprimare cu un digital mașină de imprimat discretizarea sa spațială și cuantificarea tonului pe nivel au loc cel puțin:

a) o dată;

b) de două ori;

de trei ori;

Imaginile grafice din formă analogică (continuă) în digitală (discretă) sunt convertite prin eșantionare 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.).

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.
Sistemele de operare oferă posibilitatea de a selecta 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- vertical);
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 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.

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

O trăsătură caracteristică a sistemelor moderne de imprimare pentru procesarea originalelor în semiton este că atât discretizarea spațială a imaginii, cât și cuantificarea 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, după 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. 1.

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 unui semnal 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 de imprimare, 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 ale unei faze spațiale arbitrare, 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 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 suprafață 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 o jumătate de cursă și o 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 cursului este activ 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 prin pâlnie (a) și aleatorie (b) a valorilor greutății; 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 lor (e) pe contururi.

Precizia transferului întregului contur 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, volumele deja mari de fișiere ilustrative, în valoare de zeci și sute de megaocteți, cresc. 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, ele sunt limitate doar la un exces de două ori a 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 în imprimarea 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.

În acele vremuri, când computerele încă nu aveau capacități atât de puternice ca acum, nu se punea problema vreunei conversii a imaginilor pe hârtie sau pe film. Acum este în general acceptat că astfel de obiecte corespund unei forme analogice. Odată cu apariția noilor tehnologii, a devenit posibilă digitizarea (de exemplu, folosind scanere). Datorită acestui fapt, a apărut așa-numita formă discretă de imagini. Dar cum este transferul de grafică de la o formă la alta? Pe scurt despre esența unor astfel de metode în continuare și vor fi descrise cât mai detaliat și simplu posibil, astfel încât fiecare utilizator să înțeleagă ce este în joc.

Ce este discretizarea spațială în informatică?

Pentru a începe, luați în considerare concept general, explicându-l limbaj simplu. De la o formă la alta, o imagine grafică este transformată prin discretizare spațială. Pentru a înțelege ce este aceasta, luați în considerare un exemplu simplu.

Dacă faci orice poză pictată cu acuarele, este ușor de observat că toate tranzițiile sunt netede (continue). Dar pe imaginea scanată pe care a fost imprimată imprimanta cu jet de cerneala, nu există astfel de tranziții, deoarece constă din multe puncte mici numite pixeli. Se pare că un pixel este un fel de cărămidă de construcție care are anumite proprietăți (de exemplu, are propria sa culoare sau nuanță). Aceste cărămizi formează imaginea completă.

Care este esența metodei de discretizare spațială?

Dacă vorbim despre esența metodei de conversie a graficelor folosind astfel de tehnologii, putem da un alt exemplu care vă va ajuta să înțelegeți cum funcționează totul.

Imaginile digitizate, atât la scanare, când sunt afișate pe monitorul unui computer, cât și atunci când sunt imprimate, pot fi comparate și cu un fel de mozaic. Numai aici, un pixel acționează ca o singură bucată a mozaicului. Aceasta este una dintre principalele caracteristici ale tuturor dispozitivelor moderne. După cum probabil ați ghicit deja, cu cât mai multe astfel de puncte și cu cât dimensiunea fiecăruia dintre ele este mai mică, cu atât tranzițiile vor fi mai fine. În cele din urmă, numărul lor pentru fiecare dispozitiv specific este cel care determină rezoluția acestuia. În informatică, pentru o astfel de caracteristică, se obișnuiește să se calculeze numărul de pixeli (puncte) pe inch (dpi - dot per inch), atât pe verticală, cât și pe orizontală.

Astfel, se creează o grilă spațială bidimensională, care amintește oarecum de un sistem de coordonate convențional. Pentru fiecare punct dintr-un astfel de sistem, puteți seta propriile parametri, care vor diferi de punctele învecinate.

Factori care afectează calitatea codificării

Dar nu numai exemplele de mai sus reflectă pe deplin modul în care funcționează discretizarea spațială. Codarea informațiilor grafice ia în considerare câțiva parametri mai importanți care afectează calitatea imaginii digitizate. Acestea se aplică nu numai imaginilor în sine, ci și dispozitivelor de redare grafică.

În primul rând, acestea includ următoarele caracteristici:

frecvența de eșantionare;
adâncimea culorii.

Frecvența de eșantionare

Frecvența de eșantionare este dimensiunea fragmentelor care alcătuiesc imaginea. Acest parametru poate fi găsit în egală măsură în caracteristicile imaginilor digitalizate, scanerelor, imprimantelor, monitoarelor și plăcilor grafice.

Adevărat, există o captură. Cert este că odată cu creșterea numărului total de puncte se poate obține o frecvență mai mare. Dar, în același timp, dimensiunea fișierului obiectului sursă salvat se modifică în consecință. Pentru a evita acest lucru, se aplică în prezent menținerea artificială a dimensiunii la un nivel constant.

Conceptul de rezoluție

Această opțiune a fost deja menționată. Cu toate acestea, dacă vă uitați la dispozitivele de ieșire a imaginii, imaginea este oarecum diferită.

Ca exemplu de parametrii pe care îi folosește eșantionarea spațială, luați în considerare scanerele. De exemplu, specificațiile dispozitivului indică o rezoluție de 1200 x 1400 dpi. Scanarea se realizează prin deplasarea unei benzi de elemente fotosensibile de-a lungul imaginii scanate. Dar aici primul număr indică rezoluția optică a dispozitivului în sine (numărul de elemente de scanare într-un inch al benzii), iar al doilea se referă la rezoluția hardware și determină numărul de „micro-mișcări” ale benzii cu scanare. elemente de-a lungul imaginii atunci când trece printr-un inch din imagine.

Adâncimea culorii

În fața noastră este un alt parametru important, fără a ține cont de care să înțelegem pe deplin ce este discretizarea spațială. Adâncimea de culoare (sau adâncimea de codificare) este de obicei exprimată în biți (același lucru se poate aplica și pentru adâncimea sunetului, de altfel) și determină numărul de culori care au fost implicate în construcția imaginii, dar în cele din urmă se referă la palete (seturi de culori).

De exemplu, dacă luăm în considerare o paletă alb-negru, care conține doar două culori (fără a lua în considerare tonurile de gri), cantitatea de informații la codificarea fiecărui punct poate fi calculată folosind formula de mai sus, având în vedere că N este numărul total de culori (în cazul nostru, N = 2 ), iar I este numărul de stări pe care le poate lua fiecare punct (în cazul nostru, I=1, deoarece pot exista doar două opțiuni: fie negru, fie alb). Astfel, N I =2 1 =1 bit.

Cuantizarea

Discretizarea spațială poate lua în considerare și un parametru numit cuantizare. Ce este? Într-un fel, aceasta este similară cu tehnica de interpolare.

Esența procesului este că valoarea eșantionului de semnal este înlocuită cu cea mai apropiată valoare vecină dintr-un set fix, care este o listă de niveluri de cuantizare.

Pentru a înțelege mai bine cum sunt convertite informațiile grafice, priviți imaginea de mai sus. Prezintă grafica în forma lor originală (analogică), o imagine cu cuantizare aplicată și distorsiuni laterale numite zgomot. În a doua fotografie din partea de sus puteți vedea tranziții deosebite. Ele se numesc scara de cuantizare. Dacă toate tranzițiile sunt aceleași, scara se numește uniformă.

Codare digitală

La conversia informațiilor grafice, trebuie luat în considerare faptul că, spre deosebire de un semnal analog, un semnal cuantic poate lua doar un anumit număr fix de valori. Acest lucru le permite să fie convertite într-un set de simboluri și caractere, a căror secvență se numește cod. Secvența finală se numește cuvânt cod.

Fiecare cuvânt cod corespunde unui interval de cuantizare, iar pentru codificare este folosit un cod binar. În acest caz, uneori este necesar să se țină cont și de rata de transfer de date, care este produsul ratei de eșantionare și lungimea cuvântului de cod și este exprimată în biți pe secundă (bps). În linii mari, acesta nu este altceva decât numărul maxim posibil de caractere binare transmise pe unitatea de timp.

Un exemplu de calcul al memoriei video pentru afișarea unui bitmap pe un monitor

În sfârșit, încă unul aspect important, legat de ceea ce constituie o discretizare spațială. Bitmaps pe ecranul monitorului sunt reproduse după anumite reguli și necesită memorie.

De exemplu, monitorul este setat pe modul grafic cu o rezoluție de 800 x 600 dpi și o adâncime de culoare de 24 de biți. Numărul total de puncte va fi egal cu 800 x 600 x 24 biți = 11.520.000 biți, ceea ce corespunde fie la 1.440.000 de biți, fie la 1406,25 KB sau la 1,37 MB.

Metode de compresie video

Tehnologia eșantionării spațiale, așa cum este deja clar, este aplicabilă nu numai graficelor, ci și imaginilor video, care într-un sens pot fi atribuite și informațiilor grafice (vizuale). Adevărat, digitizarea unui astfel de material până la un timp s-a făcut cu capacități limitate, deoarece fișierele finale s-au dovedit a fi atât de uriașe încât nu era practic să le păstrezi pe hard disk-ul unui computer (amintiți-vă cel puțin formatul original AVI, odată dezvoltat de specialişti Microsoft).

Odată cu apariția algoritmilor M-JPEG, MPEG-4 și H.64, a devenit posibilă reducerea fișierelor finale cu un factor de reducere a dimensiunii de 10-400 de ori. Mulți ar putea argumenta că videoclipul comprimat va fi de o calitate mai scăzută decât originalul. Într-un fel, este. Cu toate acestea, în astfel de tehnologii, reducerea dimensiunii poate fi realizată atât cu pierderea calității, cât și fără pierdere.

Există două metode principale prin care se realizează compresia: intracadru și intercadru. Ambele opțiuni se bazează pe excluderea elementelor repetate din imagine, dar nu afectează, de exemplu, modificările luminozității, culorii etc. Ce este în primul caz, ce este în al doilea caz, diferența dintre scenele dintr-un cadru sau dintre două adiacente este nesemnificativă, așa că diferența nu este deosebit de vizibilă pentru ochi. Dar atunci când eliminați elementele de mai sus din fișier, diferența de dimensiune dintre imaginea sursă și cea finală este foarte semnificativă.

Una dintre cele mai interesante, deși destul de complexe, metode pe care le folosește eșantionarea spațială pentru a comprima imaginile este tehnologia numită transformată cosinus discretă, propusă de W. Chen în 1981. Se bazează pe o matrice în care, spre deosebire de cea originală, care descrie doar valorile citirilor, sunt prezentate valorile ratei de modificare a acestora.

Astfel, poate fi considerat ca un fel de grilă de schimbări de viteză în direcțiile verticale și orizontale. Dimensiunea fiecărui bloc este determinată de tehnologia JPEG și are o dimensiune de 8 x 8 pixeli. Dar compresia se aplică fiecărui bloc individual, și nu întregii imagini. Astfel, diferența dintre materialul sursă și cel final devine și mai puțin vizibilă. Uneori, în terminologia computerizată, această tehnică este numită și subeșantionare.

În plus, pentru luminozitate și crominanță, se poate aplica cuantizarea descrisă mai sus, în care fiecare valoare a transformării cosinusului este împărțită la un factor de cuantizare, care poate fi găsit în tabele speciale obținute pe baza așa-numitelor teste psihofizice.

Tabelele în sine corespund unor clase de blocuri strict definite grupate pe activitate (imagine uniformă, imagine nestructurată, diferență orizontală sau verticală etc.). Cu alte cuvinte, pentru fiecare bloc sunt stabilite propriile valori, care nu sunt aplicabile celor învecinate sau celor care diferă în clasă.

În cele din urmă, după cuantificarea bazată pe codul Huffman, se îndepărtează coeficienții redundanți (reducerea redundanței), ceea ce permite obținerea unui cuvânt de cod cu o lungime mai mică de un bit pentru fiecare coeficient (VLC) pentru codificarea ulterioară. În continuare, se formează o secvență liniară, pentru care se aplică metoda citirii în zig-zag, care grupează valorile din matricea finală ca valori semnificative și secvențe de zerouri. Și iată cum le puteți elimina. Combinațiile rămase sunt comprimate în mod standard.

În general, experții nu recomandă în mod special codificarea informațiilor grafice folosind tehnologii JPEG, deoarece au o serie de dezavantaje. În primul rând, resalvarea repetată a fișierelor duce invariabil la o deteriorare a calității. În al doilea rând, deoarece obiectele codificate în JPEG nu pot conține zone transparente, puteți aplica astfel de metode graficelor sau lucrărilor de artă scanate numai dacă acestea nu sunt mai mari de 200 de pixeli pe verticală și pe orizontală. În caz contrar, deteriorarea calității imaginii finale va fi foarte pronunțată.

Este adevărat, algoritmii JPEG au devenit baza pentru tehnologiile de compresie MPEG, precum și pentru multe standarde de conferințe precum H.26X și H32X.

În loc de postfață

Iată un scurt rezumat al tot ceea ce ține de înțelegerea problemelor legate de conversia formei analogice de grafică și video într-una discretă (prin analogie, astfel de tehnici sunt folosite și pentru sunet). Tehnologiile descrise sunt destul de greu de înțeles pentru un utilizator obișnuit, dar unele componente importante ale tehnicilor de bază pot fi încă înțelese. Nu a luat în considerare problemele de configurare a monitoarelor pentru a obține o imagine de cea mai înaltă calitate. Cu toate acestea, în problema care ne interesează, se poate observa că nu merită întotdeauna setarea rezoluției maxime posibile, deoarece parametrii supraestimați pot duce la inoperabilitatea dispozitivului. Același lucru este valabil și pentru rata de reîmprospătare a ecranului. Este mai bine să utilizați valorile recomandate de producător sau cele pe care sistemul de operare după instalarea driverelor și controlului corespunzătoare software sugerează utilizarea implicită.

În ceea ce privește autoscanarea sau transcodarea informațiilor dintr-un format în altul, ar trebui să utilizați programe și convertoare speciale, totuși, pentru a evita scăderea calității, este mai bine să nu vă lăsați dus de compresia maximă posibilă pentru a reduce dimensiunea fișierelor finale. Astfel de metode sunt aplicabile numai pentru acele cazuri în care informațiile trebuie stocate pe suporturi cu capacitate limitată (de exemplu, CD/DVD-ROM-uri). Dar dacă există suficient spațiu pe hard disk sau când trebuie să creați o prezentare pentru difuzare pe un ecran mare sau să imprimați fotografii cu echipamente moderne (imprimantele foto nu contează), este mai bine să nu neglijați calitatea.