Transcript Obraz jako środek przekazu informacji
Slide 1
Obraz jako środek przekazu
informacji
informatyka +
1
Slide 2
Program wykładu
1. Rola obrazu w przekazie multimedialnym
2. Jak powstaje obraz i jak jest postrzegany – modele
barw, podstawy fizyczne
3. Telewizja analogowa i cyfrowa – podstawy
4. Poprawianie jakości obrazów w telewizji cyfrowej
5. Zasada działania wyświetlaczy obrazów – technologie
LCD, plazmowa
informatyka +
2
Slide 3
Cyfrowe przetwarzanie obrazów – CPO
• Sygnały świetlne docierające do oczu są zamieniane na
cechy takie jak kształt, kolor, tekstura, czy wzajemne
relacje przestrzenne obiektów.
• Obrazy cyfrowe reprezentują te same sceny wizualne w
postaci dwuwymiarowych tablic pikseli.
• Technika cyfrowa umożliwia przeprowadzenie szeregu
operacji obróbki obrazu, w tym także działań
niewykonalnych tradycyjnymi metodami przy pomocy
filtrów optycznych lub analogowej elektroniki.
informatyka +
3
Slide 4
Jak widzimy ?
Rejestracja promieniowania świetlnego jest realizowana na siatkówce
oka.
Siatkówkę oka można przyrównać do pewnego rodzaju światłoczułej
matrycy, na której znajdują się receptory widzenia – pręciki i czopki.
informatyka +
4
Slide 5
Początki
• Lata 1939÷45 - systemy
rozpoznawania wojskowego,
wykorzystanie podwyższania
jakości obrazu fotograficznego
(dystorsja, nieostrość,
kontrast)
• Początek lat 60. XX wieku początki cyfrowego
przetwarzania obrazu na
potrzeby NASA (misje
Ranger’a)
informatyka +
5
Slide 6
Początki
Lata 60. XX wieku technika
cyfrowa wykorzystywana jest
do obróbki zdjęć satelitarnych
i zdjęć pochodzących z
kolejnych misji NASA oraz
europejskich programów
kosmicznych.
Po prawej pierwszy obraz
Księżyca sfotografowany
przez statek Ranger 7.
informatyka +
6
Slide 7
Dziedziny zastosowania CPO
astronomia
obrazowanie
ultradźwiękowe
metrologia
radiologia
sejsmologia
CPO
mikroskopia
nawigacja
automatyczna
telekomunikacja
nadzór
przemysłowy
robotyka
rozrywka
bezpieczeństwo
wojsko
kino i TV
medycyna
informatyka +
7
Slide 8
Dziedziny zastosowania CPO
Zdjęcia zarejestrowane z użyciem
różnych technik, wykorzystywane
w różnych dziedzinach nauki.
Kolejno:
• zdjęcie rentgenowskie klatki
piersiowej,
• angiogram (obraz żył lub
tętnic),
• zdjęcie rentgenowskie obwodu
scalonego (badanie jakości
wykonania podzespołu).
informatyka +
8
Slide 9
Dziedziny zastosowania CPO
Przykład obrazu
zarejestrowanego
przenośną kamerą
termowizyjną.
informatyka +
9
Slide 10
Dziedziny zastosowania CPO
Radarowe zdjęcie
satelitarne
południowej części
Tybetu ok. 70 km na
północ od Lhasy
(NASA).
informatyka +
10
Slide 11
Dziedziny zastosowania CPO
Jądrowy rezonans magnetyczny
a) kolano
b) kręgosłup
informatyka +
11
Slide 12
Dziedziny zastosowania CPO
Mikroskopia elektronowa
a) 250x drucik wolframowy
zniszczony na skutek przegrzania
b) 2500x zniszczony obwód scalony
informatyka +
12
Slide 13
Modele barw
Kojarzone ze sprzętem
RGB
• model addytywny,
• barwa powstaje w wyniku emisji światła,
• wszystkie barwy powstają przez zmieszanie trzech barw
podstawowych: czerwonej, zielonej i niebieskiej.
CMY, CMYK
• model substraktywny,
• barwy uzyskuje się dzięki światłu odbitemu od zadrukowanego
podłoża,
• wszystkie barwy w modelu CMY powstają przez zmieszanie trzech
barw podstawowych: cyan (zielono-niebieska), magenta
(purpurowa), yellow (żółta).
informatyka +
13
Slide 14
Mieszanie barw
Mieszanie addytywne
Mieszanie substraktywne
informatyka +
14
Slide 15
Modele barw
informatyka +
15
Slide 16
Atrybuty barwy
Odcień
• jest cechą jakościową barwy,
• odpowiada długości fali dominującej.
Nasycenie
• jest cechą jakościową barwy,
• odpowiada stosunkowi ilości światła monochromatycznego do ilości
światła białego,
• im większe nasycenie, tym mniejszy jest udział w widmie
promieniowania fal o innych długościach niż fali dominującej.
Jasność, jaskrawość
• jest cechą ilościową, jasność dotyczy obiektów odbijających światło,
jaskrawość – świecących,
• odpowiada wrażeniu słabszego lub mocniejszego strumienia
światła, które nie wpływa na zmianę odcienia ani nasycenia barwy.
informatyka +
16
Slide 17
Atrybuty barwy
Odcień barwy (ton, walor)
wrażenie związane z
konkretną długością fali.
Nasycenie - „mieszanie”
(0 - 100%) z barwą białą.
Jasność (luminancja)
wrażenie związane z
wielkością strumienia
świetlnego (umowna
skala 0 – 1).
informatyka +
17
Slide 18
Kształtowanie kontrastu, korekcja
gamma
• Kontrast określa zróżnicowanie jasności poszczególnych punktów
ekranu.
• Dla osiągnięcia wiernej reprodukcji rzeczywistości charakterystyka
jasności całego toru wizyjnego powinna być liniowa.
• Z powodu nieliniowych właściwości luminoforów w współczesnych
torach kamerowych wprowadza się obecnie celowo pewną
nieliniowość przetwarzania, aby w efekcie otrzymać liniową
charakterystykę wypadkową.
• Nieliniowa charakterystyka świetlna E-U kineskopu może być
opisana w następujący sposób:
E ~U γ - wykładnik γ oznacza stopień nieliniowości przetwornika
informatyka +
18
Slide 19
Kształtowanie korekcji gamma
a)
b)
informatyka +
c)
19
Slide 20
Kształtowanie korekcji gamma
Efekt zastosowania
korekcji gamma, lewy
górny róg – obraz
oryginalny, pozostałe
obrazy są wynikiem
zastosowania korekcji
gamma z różnym
współczynnikiem
informatyka +
20
Slide 21
Balans bieli i korekcja barw
• Zadaniem całego toru wizyjnego jest wierna reprodukcja barw.
• Często jednak okazuje się, że odtwarzane barwy są w pewnym
stopniu zafałszowane (skóra, śnieg).
• Zadaniem korekcji barw jest właśnie sprowadzenie postaci barw do
formy akceptowalnej przez widza.
• Celem ustawienia balansu bieli jest osłabienie barwy dominującej.
W procesie edycji obrazu przy pomocy odpowiednich narzędzi
można zaznaczyć fragment obrazu, który według widza ma być
biały, a program dokona automatycznego zrównoważenia bieli dla
całego obrazu.
informatyka +
21
Slide 22
Balans bieli i korekcja barw
Zafałszowanie koloru wynikające z błędu równowagi dynamicznej bieli
informatyka +
22
Slide 23
Temperatura barwowa
• Temperatura barwowa, jako cecha
określająca wrażenie percepcyjne
oglądanego obrazu, zależy głównie
od rodzaju oświetlenia oraz od
właściwości barwnych elementów
występujących w scenie obrazowej.
• W praktyce temperaturę barwową
definiuje się na podstawie relacji jakie
zaobserwowano pomiędzy
temperaturą a właściwościami
emisyjnymi ciała czarnego.
• Temperaturę barwową oblicza się na
podstawie średniej wartości kolorów
całego obrazu, z pominięciem pikseli,
które nie mają wielkiego wpływu na
temperaturę barwową, a mianowicie
pikseli koloru czarnego i tzw. pikseli
samo-świecących czyli większych od
wartości średniej o pewną wartość
progową.
informatyka +
23
Slide 24
Podział zakresu temperatury barwowej
Kategoria subiektywna
Zakres temperatur
Gorąca
1667K ~ 2250K
Ciepła
2251K ~ 4170K
Neutralna
4171K ~ 8060K
Zimna
8061K ~ 25000K
informatyka +
24
Slide 25
Temperatura barwowa, balans bieli
informatyka +
25
Slide 26
Formaty obrazu wizyjnego
Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat
50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać
następujące założenia:
• nie mógł znacząco skomplikować budowy odbiorników telewizji
kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika
telewizyjnego,
• należało przyjąć, że będzie możliwy odbiór programu telewizji
nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie,
• powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów
częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej,
• jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać
wymagania widza.
informatyka +
26
Slide 27
Standard telewizji kolorowej PAL
i NTSC
PAL
• 625 linii w dwóch
półobrazach
• Szerokość pasma wizji
5 MHz
• Szerokość kanału TV
7 MHz
• Częstotliwość zmian
półobrazów 50 / 25 Hz
• Częstotliwość zmian linii
15 625
• Rzeczywista rozdzielczość
obrazu 720x576
NTSC
• 525 linii w dwóch
półobrazach
• Szerokość pasma wizji
4,2 MHz
• Szerokość kanału TV
6 MHz
• Częstotliwość zmian
półobrazów 59,94 / 29,97 Hz
• Częstotliwość zmian linii
15 750
• Rzeczywista rozdzielczość
obrazu 720x486
informatyka +
27
Slide 28
Standard telewizji kolorowej HDTV
• System w pełni cyfrowy
• Częstotliwość zmian pełnej ramki obrazu 60 Hz
• Format panoramiczny 16:9
• Brak wad występujących w systemach analogowych
takich jak śnieżenie, podwójny obraz
• Rozdzielczość obrazu 1920x1080 lub 1280x720
informatyka +
28
Slide 29
Cyfrowa telewizja systemu DVB
• DVB (Digital Video Broadcasting) jest standardem transmisyjnym
telewizji cyfrowej przekazywanej z nadajników naziemnych (DVB-T),
satelity (DVB-S) i stacji czołowych telewizji kablowych (DVB-C).
• Podstawą tego systemu jest strumień transportowy (TS).
• TS składa się ze skompresowanych składowych wizji, fonii i danych
oraz tablic (PSI) umożliwiających urządzeniu odbiorczemu odbiór
wybranego programu telewizyjnego lub radiowego oraz danych.
• Standard DVB definiuje dodatkowe tablice (SI) umieszczone w
strumieniu oraz parametry transmisji w zależności od typu kanału
transmisyjnego.
• System ten został opracowany dla sygnałów poddanych kompresji
MPEG-2, ale nowe efektywniejsze algorytmy kompresji typu MPEG4 part10 (H.264) mogą również być stosowane.
informatyka +
29
Slide 30
Poprawa jakości obrazu
•
Najczęściej spotykane zniekształcenia wynikają z pojawienia się
artefaktów procesu kompresji.
•
Do zakłóceń zaliczamy między innymi:
• szumy,
• interferencje (przenikanie sygnałów luminancji i chrominancji),
• migotanie powierzchni i linii,
• zaburzenia synchronizacji.
•
Eliminacja wymienionych zjawisk jest możliwa przy wykorzystaniu
dwu- i trójwymiarowych filtrów cyfrowych, filtrów grzebieniowych,
układów korekcji podstawy czasu i stosowaniu odpowiednich
technik (100 Hz, Progressive Scan).
•
Poprawie jakości sprzyja też sztuczne podnoszenie rozdzielczości w
oparciu o technikę nadpróbkowywania i interpolacji wartości pikseli.
informatyka +
30
Slide 31
Eliminacja migotania
Technika 100Hz - podwajanie częstotliwości powtarzania półobrazów.
• Może być realizowana w różnych wariantach (AABB i ABAB)
różniących się sposobem wybierania, komplikacją układów i jakością
uzyskanego efektu.
• Obecnie stosuje się interpolację treści półobrazów, polegającą na
utworzeniu na podstawie przesyłanej informacji nowych półobrazów
A’ i B’. Algorytmy interpolacyjne tak wyliczają wartości nowych
pikseli, aby w rezultacie doprowadzić do poprawnego odtwarzania
ruchu przy niezauważalnym migotaniu. Treść wizyjna wyświetlana
jest z częstotliwością 100 Hz w kolejności AA’BB’.
informatyka +
31
Slide 32
Redukcja artefaktów wynikających
z kompresji
• Za powstanie artefaktów odpowiada zwykle koder źródłowy MPEG2 stosowany po stronie nadawczej.
• Zniekształcenia wynikające z kompresji są szczególnie widoczne
przy ograniczeniu strumienia poniżej 4Mbit/s lub po łańcuchu
wielokrotnego kodowania i dekodowania materiału.
• Do typowych zjawisk należy tutaj efekt blokowy. Jest on
charakterystyczny dla metod kompresji bazujących na
przetwarzaniu bloków pikseli.
• Usunięcie poważniejszych zniekształceń w układach prostych filtrów
cyfrowych może jednak prowadzić do zmniejszenia wyrazistości
obrazu lub innych efektów pogarszających jego subiektywna ocenę.
informatyka +
32
Slide 33
Eksponowanie konturów obrazu
Poprawa ostrości konturów subiektywnie wiąże się z wrażeniem
zwiększenia rozdzielczości. Jednak zwiększanie kontrastu w skali całego
obrazu prowadzi do zatarcia się poziomów jasności w ciemnych i jasnych
partiach obrazu. Stosuje się więc zabieg polegający na lokalnym
powiększenie kontrastu w bezpośrednim otoczeniu krawędzi.
informatyka +
33
Slide 34
Eksponowanie konturów obrazu
Stosując technikę nadpróbkowywania można utworzyć zbiór nowych
pikseli w taki sposób, aby zrekonstruowany sygnał charakteryzował się
pasmem telewizji HDTV. Do obliczenia wartości nowych pikseli
stosowane są odpowiednie metody interpolacji.
Sposób ten zastosowano
w technologii D.I.S.T.
do poprawy ostrości i
zwiększenia rozdzielczości
obrazu wizyjnego.
informatyka +
34
Slide 35
Algorytmy poprawy jakości obrazu
Technologia D.I.S.T - (Digital Image Scaling Technology) opracowana
przez firmę JVC.
• Obraz przekazywany w konwencjonalnym 625-liniowym standardzie
PAL z przeplotem zostaje na wstępie przetworzony do trybu
progresywnego.
• Odbywa się to na drodze trójwymiarowej interpolacji wartości pikseli
z linii półobrazów parzystego i nieparzystego, z wykorzystaniem
relacji czasowych i przestrzennych między nimi. Specjalny algorytm
interpolacji pozwala na uzyskanie wysokiej rozdzielczości w kierunku
pionowym i umożliwia na podwojenie ilości linii w ramce do 1250.
• Sygnał wizyjny jest następnie formowany poprzez ekstrakcję 3 pól o
częstotliwości 75Hz z dwóch ramek 50 Hz i podawany na wyjście
układu D.I.S.T. w trybie wybierania międzyliniowego 1250/75 Hz.
• Zwiększenie częstotliwości wyświetlania półobrazów, przyczynia się
w tym przypadku do ograniczenia efektu migotania.
informatyka +
35
Slide 36
Poprawa odtwarzania pochylonych
krawędzi
Technologia DCDi - redukcja zniekształceń krawędzi i linii (Directional
Correlation Deinterlacing) firmy Faroudja.
• Ta technologia jest wykorzystywana w USA przez nadawców w celu
konwersji standardu NTSC do telewizji wysokiej rozdzielczości
HDTV.
• Algorytm zaimplementowany w DCDi polega na „inteligentnej”
interpolacji pikseli w zależności od charakteru ruchu obiektu w
analizowanej scenie i kąta nachylenia konturów.
• Mechanizm interpolacji „przebiega” dzięki temu wzdłuż krawędzi nie
dopuszczając do efektu ich „poszarpania” lub „schodkowania”, przy
jednoczesnym zachowaniu ostrości i wierności oddania barw w
miejscu przejść między kolorami.
informatyka +
36
Slide 37
Technologia DCDi
informatyka +
37
Slide 38
Ekrany LCD – ukierunkowanie światła
informatyka +
38
Slide 39
Ekrany LCD – przepływ światła
informatyka +
39
Slide 40
Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)
informatyka +
40
Slide 41
Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)
informatyka +
41
Slide 42
Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)
Różnicując napięcie na końcówkach ciekłego kryształu można modulować
stopień zamknięcia przełącznika, aby uzyskać stany pośrednie
informatyka +
42
Slide 43
DSTN (dual scan TN) – matryce
pasywne
informatyka +
43
Slide 44
Matryce aktywne
informatyka +
44
Slide 45
Budowa matryc TFT
informatyka +
45
Slide 46
Budowa matryc TFT
Obraz wyświetlany na ekranie monitora LCD
informatyka +
46
Slide 47
Technologia IPS (In-Plane Switching)
Filtr polaryzujący
Powierzchnia
przeźroczysta
Ciekły kryształ
Elektroda
Powierzchnia
przeźroczysta
Filtr polaryzujący
Pojedynczy piksel bez napięcia
informatyka +
47
Slide 48
Technologia IPS (In-Plane Switching)
Filtr polaryzujący
Powierzchnia
przeźroczysta
Ciekły kryształ
Elektroda
Powierzchnia
przeźroczysta
Filtr polaryzujący
Pojedynczy piksel z przyłożonym napięciem
informatyka +
48
Slide 49
Multidomain Vertical Alignment (MVA)
informatyka +
49
Slide 50
Multidomain Vertical Alignment (MVA)
informatyka +
50
Slide 51
Ekrany plazmowe
Przepływ prądu elektrycznego w rozrzedzonym gazie:
a) obwód wyładowania,
b) charakterystyka napięciowo-prądowa zjawiska.
informatyka +
51
Slide 52
Stałoprądowy ekran plazmowy
DC-PDP
a) zasada konstrukcji
b) widok przestrzenny
informatyka +
52
Slide 53
Przemiennoprądowy ekran plazmowy
AC PDP
a) zasada budowy
b) model elektryczny
węzła macierzy
informatyka +
53
Slide 54
Ekrany plazmowe
Zasada konstrukcji piksela współczesnego, wielobarwnego ekranu
plazmowego typu AC PDP.
informatyka +
54
Slide 55
Ekrany plazmowe
informatyka +
55
Slide 56
Obraz jako środek przekazu
informacji
informatyka +
1
Slide 2
Program wykładu
1. Rola obrazu w przekazie multimedialnym
2. Jak powstaje obraz i jak jest postrzegany – modele
barw, podstawy fizyczne
3. Telewizja analogowa i cyfrowa – podstawy
4. Poprawianie jakości obrazów w telewizji cyfrowej
5. Zasada działania wyświetlaczy obrazów – technologie
LCD, plazmowa
informatyka +
2
Slide 3
Cyfrowe przetwarzanie obrazów – CPO
• Sygnały świetlne docierające do oczu są zamieniane na
cechy takie jak kształt, kolor, tekstura, czy wzajemne
relacje przestrzenne obiektów.
• Obrazy cyfrowe reprezentują te same sceny wizualne w
postaci dwuwymiarowych tablic pikseli.
• Technika cyfrowa umożliwia przeprowadzenie szeregu
operacji obróbki obrazu, w tym także działań
niewykonalnych tradycyjnymi metodami przy pomocy
filtrów optycznych lub analogowej elektroniki.
informatyka +
3
Slide 4
Jak widzimy ?
Rejestracja promieniowania świetlnego jest realizowana na siatkówce
oka.
Siatkówkę oka można przyrównać do pewnego rodzaju światłoczułej
matrycy, na której znajdują się receptory widzenia – pręciki i czopki.
informatyka +
4
Slide 5
Początki
• Lata 1939÷45 - systemy
rozpoznawania wojskowego,
wykorzystanie podwyższania
jakości obrazu fotograficznego
(dystorsja, nieostrość,
kontrast)
• Początek lat 60. XX wieku początki cyfrowego
przetwarzania obrazu na
potrzeby NASA (misje
Ranger’a)
informatyka +
5
Slide 6
Początki
Lata 60. XX wieku technika
cyfrowa wykorzystywana jest
do obróbki zdjęć satelitarnych
i zdjęć pochodzących z
kolejnych misji NASA oraz
europejskich programów
kosmicznych.
Po prawej pierwszy obraz
Księżyca sfotografowany
przez statek Ranger 7.
informatyka +
6
Slide 7
Dziedziny zastosowania CPO
astronomia
obrazowanie
ultradźwiękowe
metrologia
radiologia
sejsmologia
CPO
mikroskopia
nawigacja
automatyczna
telekomunikacja
nadzór
przemysłowy
robotyka
rozrywka
bezpieczeństwo
wojsko
kino i TV
medycyna
informatyka +
7
Slide 8
Dziedziny zastosowania CPO
Zdjęcia zarejestrowane z użyciem
różnych technik, wykorzystywane
w różnych dziedzinach nauki.
Kolejno:
• zdjęcie rentgenowskie klatki
piersiowej,
• angiogram (obraz żył lub
tętnic),
• zdjęcie rentgenowskie obwodu
scalonego (badanie jakości
wykonania podzespołu).
informatyka +
8
Slide 9
Dziedziny zastosowania CPO
Przykład obrazu
zarejestrowanego
przenośną kamerą
termowizyjną.
informatyka +
9
Slide 10
Dziedziny zastosowania CPO
Radarowe zdjęcie
satelitarne
południowej części
Tybetu ok. 70 km na
północ od Lhasy
(NASA).
informatyka +
10
Slide 11
Dziedziny zastosowania CPO
Jądrowy rezonans magnetyczny
a) kolano
b) kręgosłup
informatyka +
11
Slide 12
Dziedziny zastosowania CPO
Mikroskopia elektronowa
a) 250x drucik wolframowy
zniszczony na skutek przegrzania
b) 2500x zniszczony obwód scalony
informatyka +
12
Slide 13
Modele barw
Kojarzone ze sprzętem
RGB
• model addytywny,
• barwa powstaje w wyniku emisji światła,
• wszystkie barwy powstają przez zmieszanie trzech barw
podstawowych: czerwonej, zielonej i niebieskiej.
CMY, CMYK
• model substraktywny,
• barwy uzyskuje się dzięki światłu odbitemu od zadrukowanego
podłoża,
• wszystkie barwy w modelu CMY powstają przez zmieszanie trzech
barw podstawowych: cyan (zielono-niebieska), magenta
(purpurowa), yellow (żółta).
informatyka +
13
Slide 14
Mieszanie barw
Mieszanie addytywne
Mieszanie substraktywne
informatyka +
14
Slide 15
Modele barw
informatyka +
15
Slide 16
Atrybuty barwy
Odcień
• jest cechą jakościową barwy,
• odpowiada długości fali dominującej.
Nasycenie
• jest cechą jakościową barwy,
• odpowiada stosunkowi ilości światła monochromatycznego do ilości
światła białego,
• im większe nasycenie, tym mniejszy jest udział w widmie
promieniowania fal o innych długościach niż fali dominującej.
Jasność, jaskrawość
• jest cechą ilościową, jasność dotyczy obiektów odbijających światło,
jaskrawość – świecących,
• odpowiada wrażeniu słabszego lub mocniejszego strumienia
światła, które nie wpływa na zmianę odcienia ani nasycenia barwy.
informatyka +
16
Slide 17
Atrybuty barwy
Odcień barwy (ton, walor)
wrażenie związane z
konkretną długością fali.
Nasycenie - „mieszanie”
(0 - 100%) z barwą białą.
Jasność (luminancja)
wrażenie związane z
wielkością strumienia
świetlnego (umowna
skala 0 – 1).
informatyka +
17
Slide 18
Kształtowanie kontrastu, korekcja
gamma
• Kontrast określa zróżnicowanie jasności poszczególnych punktów
ekranu.
• Dla osiągnięcia wiernej reprodukcji rzeczywistości charakterystyka
jasności całego toru wizyjnego powinna być liniowa.
• Z powodu nieliniowych właściwości luminoforów w współczesnych
torach kamerowych wprowadza się obecnie celowo pewną
nieliniowość przetwarzania, aby w efekcie otrzymać liniową
charakterystykę wypadkową.
• Nieliniowa charakterystyka świetlna E-U kineskopu może być
opisana w następujący sposób:
E ~U γ - wykładnik γ oznacza stopień nieliniowości przetwornika
informatyka +
18
Slide 19
Kształtowanie korekcji gamma
a)
b)
informatyka +
c)
19
Slide 20
Kształtowanie korekcji gamma
Efekt zastosowania
korekcji gamma, lewy
górny róg – obraz
oryginalny, pozostałe
obrazy są wynikiem
zastosowania korekcji
gamma z różnym
współczynnikiem
informatyka +
20
Slide 21
Balans bieli i korekcja barw
• Zadaniem całego toru wizyjnego jest wierna reprodukcja barw.
• Często jednak okazuje się, że odtwarzane barwy są w pewnym
stopniu zafałszowane (skóra, śnieg).
• Zadaniem korekcji barw jest właśnie sprowadzenie postaci barw do
formy akceptowalnej przez widza.
• Celem ustawienia balansu bieli jest osłabienie barwy dominującej.
W procesie edycji obrazu przy pomocy odpowiednich narzędzi
można zaznaczyć fragment obrazu, który według widza ma być
biały, a program dokona automatycznego zrównoważenia bieli dla
całego obrazu.
informatyka +
21
Slide 22
Balans bieli i korekcja barw
Zafałszowanie koloru wynikające z błędu równowagi dynamicznej bieli
informatyka +
22
Slide 23
Temperatura barwowa
• Temperatura barwowa, jako cecha
określająca wrażenie percepcyjne
oglądanego obrazu, zależy głównie
od rodzaju oświetlenia oraz od
właściwości barwnych elementów
występujących w scenie obrazowej.
• W praktyce temperaturę barwową
definiuje się na podstawie relacji jakie
zaobserwowano pomiędzy
temperaturą a właściwościami
emisyjnymi ciała czarnego.
• Temperaturę barwową oblicza się na
podstawie średniej wartości kolorów
całego obrazu, z pominięciem pikseli,
które nie mają wielkiego wpływu na
temperaturę barwową, a mianowicie
pikseli koloru czarnego i tzw. pikseli
samo-świecących czyli większych od
wartości średniej o pewną wartość
progową.
informatyka +
23
Slide 24
Podział zakresu temperatury barwowej
Kategoria subiektywna
Zakres temperatur
Gorąca
1667K ~ 2250K
Ciepła
2251K ~ 4170K
Neutralna
4171K ~ 8060K
Zimna
8061K ~ 25000K
informatyka +
24
Slide 25
Temperatura barwowa, balans bieli
informatyka +
25
Slide 26
Formaty obrazu wizyjnego
Prace nad systemem telewizji kolorowej, rozpoczęły się w połowie lat
50. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Nowy system musiał spełniać
następujące założenia:
• nie mógł znacząco skomplikować budowy odbiorników telewizji
kolorowej, co mogło by wpływać na koszt produkcji odbiornika
telewizyjnego,
• należało przyjąć, że będzie możliwy odbiór programu telewizji
nadawanego w kolorze na odbiornikach czarnobiałych i odwrotnie,
• powinno być możliwe wykorzystywanie dotychczasowych kanałów
częstotliwości do przesyłania sygnałów telewizji kolorowej,
• jakość przesyłanego sygnału powinna być wysoka i zaspakajać
wymagania widza.
informatyka +
26
Slide 27
Standard telewizji kolorowej PAL
i NTSC
PAL
• 625 linii w dwóch
półobrazach
• Szerokość pasma wizji
5 MHz
• Szerokość kanału TV
7 MHz
• Częstotliwość zmian
półobrazów 50 / 25 Hz
• Częstotliwość zmian linii
15 625
• Rzeczywista rozdzielczość
obrazu 720x576
NTSC
• 525 linii w dwóch
półobrazach
• Szerokość pasma wizji
4,2 MHz
• Szerokość kanału TV
6 MHz
• Częstotliwość zmian
półobrazów 59,94 / 29,97 Hz
• Częstotliwość zmian linii
15 750
• Rzeczywista rozdzielczość
obrazu 720x486
informatyka +
27
Slide 28
Standard telewizji kolorowej HDTV
• System w pełni cyfrowy
• Częstotliwość zmian pełnej ramki obrazu 60 Hz
• Format panoramiczny 16:9
• Brak wad występujących w systemach analogowych
takich jak śnieżenie, podwójny obraz
• Rozdzielczość obrazu 1920x1080 lub 1280x720
informatyka +
28
Slide 29
Cyfrowa telewizja systemu DVB
• DVB (Digital Video Broadcasting) jest standardem transmisyjnym
telewizji cyfrowej przekazywanej z nadajników naziemnych (DVB-T),
satelity (DVB-S) i stacji czołowych telewizji kablowych (DVB-C).
• Podstawą tego systemu jest strumień transportowy (TS).
• TS składa się ze skompresowanych składowych wizji, fonii i danych
oraz tablic (PSI) umożliwiających urządzeniu odbiorczemu odbiór
wybranego programu telewizyjnego lub radiowego oraz danych.
• Standard DVB definiuje dodatkowe tablice (SI) umieszczone w
strumieniu oraz parametry transmisji w zależności od typu kanału
transmisyjnego.
• System ten został opracowany dla sygnałów poddanych kompresji
MPEG-2, ale nowe efektywniejsze algorytmy kompresji typu MPEG4 part10 (H.264) mogą również być stosowane.
informatyka +
29
Slide 30
Poprawa jakości obrazu
•
Najczęściej spotykane zniekształcenia wynikają z pojawienia się
artefaktów procesu kompresji.
•
Do zakłóceń zaliczamy między innymi:
• szumy,
• interferencje (przenikanie sygnałów luminancji i chrominancji),
• migotanie powierzchni i linii,
• zaburzenia synchronizacji.
•
Eliminacja wymienionych zjawisk jest możliwa przy wykorzystaniu
dwu- i trójwymiarowych filtrów cyfrowych, filtrów grzebieniowych,
układów korekcji podstawy czasu i stosowaniu odpowiednich
technik (100 Hz, Progressive Scan).
•
Poprawie jakości sprzyja też sztuczne podnoszenie rozdzielczości w
oparciu o technikę nadpróbkowywania i interpolacji wartości pikseli.
informatyka +
30
Slide 31
Eliminacja migotania
Technika 100Hz - podwajanie częstotliwości powtarzania półobrazów.
• Może być realizowana w różnych wariantach (AABB i ABAB)
różniących się sposobem wybierania, komplikacją układów i jakością
uzyskanego efektu.
• Obecnie stosuje się interpolację treści półobrazów, polegającą na
utworzeniu na podstawie przesyłanej informacji nowych półobrazów
A’ i B’. Algorytmy interpolacyjne tak wyliczają wartości nowych
pikseli, aby w rezultacie doprowadzić do poprawnego odtwarzania
ruchu przy niezauważalnym migotaniu. Treść wizyjna wyświetlana
jest z częstotliwością 100 Hz w kolejności AA’BB’.
informatyka +
31
Slide 32
Redukcja artefaktów wynikających
z kompresji
• Za powstanie artefaktów odpowiada zwykle koder źródłowy MPEG2 stosowany po stronie nadawczej.
• Zniekształcenia wynikające z kompresji są szczególnie widoczne
przy ograniczeniu strumienia poniżej 4Mbit/s lub po łańcuchu
wielokrotnego kodowania i dekodowania materiału.
• Do typowych zjawisk należy tutaj efekt blokowy. Jest on
charakterystyczny dla metod kompresji bazujących na
przetwarzaniu bloków pikseli.
• Usunięcie poważniejszych zniekształceń w układach prostych filtrów
cyfrowych może jednak prowadzić do zmniejszenia wyrazistości
obrazu lub innych efektów pogarszających jego subiektywna ocenę.
informatyka +
32
Slide 33
Eksponowanie konturów obrazu
Poprawa ostrości konturów subiektywnie wiąże się z wrażeniem
zwiększenia rozdzielczości. Jednak zwiększanie kontrastu w skali całego
obrazu prowadzi do zatarcia się poziomów jasności w ciemnych i jasnych
partiach obrazu. Stosuje się więc zabieg polegający na lokalnym
powiększenie kontrastu w bezpośrednim otoczeniu krawędzi.
informatyka +
33
Slide 34
Eksponowanie konturów obrazu
Stosując technikę nadpróbkowywania można utworzyć zbiór nowych
pikseli w taki sposób, aby zrekonstruowany sygnał charakteryzował się
pasmem telewizji HDTV. Do obliczenia wartości nowych pikseli
stosowane są odpowiednie metody interpolacji.
Sposób ten zastosowano
w technologii D.I.S.T.
do poprawy ostrości i
zwiększenia rozdzielczości
obrazu wizyjnego.
informatyka +
34
Slide 35
Algorytmy poprawy jakości obrazu
Technologia D.I.S.T - (Digital Image Scaling Technology) opracowana
przez firmę JVC.
• Obraz przekazywany w konwencjonalnym 625-liniowym standardzie
PAL z przeplotem zostaje na wstępie przetworzony do trybu
progresywnego.
• Odbywa się to na drodze trójwymiarowej interpolacji wartości pikseli
z linii półobrazów parzystego i nieparzystego, z wykorzystaniem
relacji czasowych i przestrzennych między nimi. Specjalny algorytm
interpolacji pozwala na uzyskanie wysokiej rozdzielczości w kierunku
pionowym i umożliwia na podwojenie ilości linii w ramce do 1250.
• Sygnał wizyjny jest następnie formowany poprzez ekstrakcję 3 pól o
częstotliwości 75Hz z dwóch ramek 50 Hz i podawany na wyjście
układu D.I.S.T. w trybie wybierania międzyliniowego 1250/75 Hz.
• Zwiększenie częstotliwości wyświetlania półobrazów, przyczynia się
w tym przypadku do ograniczenia efektu migotania.
informatyka +
35
Slide 36
Poprawa odtwarzania pochylonych
krawędzi
Technologia DCDi - redukcja zniekształceń krawędzi i linii (Directional
Correlation Deinterlacing) firmy Faroudja.
• Ta technologia jest wykorzystywana w USA przez nadawców w celu
konwersji standardu NTSC do telewizji wysokiej rozdzielczości
HDTV.
• Algorytm zaimplementowany w DCDi polega na „inteligentnej”
interpolacji pikseli w zależności od charakteru ruchu obiektu w
analizowanej scenie i kąta nachylenia konturów.
• Mechanizm interpolacji „przebiega” dzięki temu wzdłuż krawędzi nie
dopuszczając do efektu ich „poszarpania” lub „schodkowania”, przy
jednoczesnym zachowaniu ostrości i wierności oddania barw w
miejscu przejść między kolorami.
informatyka +
36
Slide 37
Technologia DCDi
informatyka +
37
Slide 38
Ekrany LCD – ukierunkowanie światła
informatyka +
38
Slide 39
Ekrany LCD – przepływ światła
informatyka +
39
Slide 40
Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)
informatyka +
40
Slide 41
Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)
informatyka +
41
Slide 42
Ekrany LCD – TN (Twisted Nematic)
Różnicując napięcie na końcówkach ciekłego kryształu można modulować
stopień zamknięcia przełącznika, aby uzyskać stany pośrednie
informatyka +
42
Slide 43
DSTN (dual scan TN) – matryce
pasywne
informatyka +
43
Slide 44
Matryce aktywne
informatyka +
44
Slide 45
Budowa matryc TFT
informatyka +
45
Slide 46
Budowa matryc TFT
Obraz wyświetlany na ekranie monitora LCD
informatyka +
46
Slide 47
Technologia IPS (In-Plane Switching)
Filtr polaryzujący
Powierzchnia
przeźroczysta
Ciekły kryształ
Elektroda
Powierzchnia
przeźroczysta
Filtr polaryzujący
Pojedynczy piksel bez napięcia
informatyka +
47
Slide 48
Technologia IPS (In-Plane Switching)
Filtr polaryzujący
Powierzchnia
przeźroczysta
Ciekły kryształ
Elektroda
Powierzchnia
przeźroczysta
Filtr polaryzujący
Pojedynczy piksel z przyłożonym napięciem
informatyka +
48
Slide 49
Multidomain Vertical Alignment (MVA)
informatyka +
49
Slide 50
Multidomain Vertical Alignment (MVA)
informatyka +
50
Slide 51
Ekrany plazmowe
Przepływ prądu elektrycznego w rozrzedzonym gazie:
a) obwód wyładowania,
b) charakterystyka napięciowo-prądowa zjawiska.
informatyka +
51
Slide 52
Stałoprądowy ekran plazmowy
DC-PDP
a) zasada konstrukcji
b) widok przestrzenny
informatyka +
52
Slide 53
Przemiennoprądowy ekran plazmowy
AC PDP
a) zasada budowy
b) model elektryczny
węzła macierzy
informatyka +
53
Slide 54
Ekrany plazmowe
Zasada konstrukcji piksela współczesnego, wielobarwnego ekranu
plazmowego typu AC PDP.
informatyka +
54
Slide 55
Ekrany plazmowe
informatyka +
55
Slide 56