Transcript Attēlu apstrāde - VM_PP_111.ppt

Informātikas apguves
iespējas vidusskolā
1
Attēlu apstrāde,
tās mācību metodika
VM/PP/1.1.1. Datorgrafikas teorētiskie pamati
2
Saturs
Datorgrafikas algoritmu veidi un datorgrafikas veidi
Attēlu analogciparu pārveidošana
Rastrattēlu pamatjēdzieni un raksturlielumi
Krāsu teorija
Grafisko datņu formāti
Attēlu saspiešanas algoritmi
3
Datorgrafikas veidi
4
Datorgrafikas algoritmu veidi
Attēlu veidošanās
Attēlu apstrāde
5
Attēlu apstrādes algoritmi*
Kvalitātes
uzlabošana
Pazīmju un
atribūtu izdalīšana
Asuma mainīšana
Spilgtuma līmeņu
mainīšana
Trokšņu
samazināšana
Intelektuālā
analīze
Attēlu segmentācija
Attēlu saspiešana
Morfoloģiskā
apstrāde
Kontūras un
apgabalu
izņemšana
Objektu pazīšana
* Gonzalez R.C., Woods R.E. Digital Image Processing. – 2005.
6
Datorgrafikas
algoritmu
veidi
Datorgrafikas
veidi
Datorgrafikas
veidu
īpašības
7
Datorgrafikas algoritmu veidi
Attēlu veidošanās
Attēlu apstrāde
8
Datorgrafikas veidi (I)
Attēlu veidošanās
algoritmu grupa
Krāsu teorija
NURBS-līknes
RASTRGRAFIKA
VEKTORGRAFIKA
9
Datorgrafikas veidi (II)
Rastrattēls
Vektorattēls
10
Vektorattēls
Rastrattēls
Mērogs 600%
http://www.schutterstock.com
Mērogs 600%
11
Rastrattēlu uzbūve (1)
12
Rastrattēla uzbūve (2). Pikselis
• Rastrgrafikā attēlu veido
taisnstūra matrica
(bitmap), kas sastāv no
atsevišķiem punktiem jeb
pikseļiem.
• Pikselis – rastrattēla
minimālais nedalāmais
elements.
Angļu valodā
Pixel = PICture + ELement
13
Rastrgrafika
• Priekšrocības:
– attēla krāsu bilances
uzlabošana;
– mākslinieciskus
efektus lietošana.
• Trūkumi:
– liels datu apjoms;
– datnes izmērs ir tieši
atkarīgs no attēla
izmēriem;
– palielinot un samazinot
attēlu, pasliktinās
attēla kvalitāte.
14
Vektorattēla uzbūve (1)
15
Vektorattēla uzbūve (2).
Līkne. Kontūrlīnija
Forma
Biezums
Krāsa
Stils
16
Vektorattēla uzbūve (3).
Līkne. Aizpildījums
Krāsa
Krāsu parēja
Tekstūra
17
Vektorgrafika
• Priekšrocības
– attēlu veidojošo objektu
mainīšana
– attēlu izmēru mainīšana
bez kvalitātes
zaudējumiem
– palielinot attēlu,
nemainās tā datnes
izmērs
• Trūkumi
– ja attēlā ir daudz krāsu
nianšu un sīku detaļu,
datnes izmērs var būt
liels;
– vektorgrafikas attēla
izveidošana ir
darbietilpīga
18
Datorgrafikas lietotnes (1)
Adobe Photoshop Microsoft
Paint Corel Paint Shop Pro
Corel Photo-Paint
Corel Draw
Adobe Illustrator
MS Drawing Macromedia
Freehand
Serif DrawPlus Xara X
19
Datorgrafikas lietotnes (2)
CinePaint
GIMP
MyPaint
Pixen
Tile Studio
DigiKam
GrafX2
Pinta
Seashore
XPaint
Alchemy
Dia
Inkscape
Ipe
Karbon14
Scribus
Skencil
Xara Xtreme for Linux
20
Digitālo attēlu avoti
21
Digitālo attēlu pielietojums (1)
22
Digitālo attēlu pielietojums (2)
23
Attēlu analogciparu
pārveidošana
24
Datorgrafikas
algoritmi
Diskretizācija
un
kvantēšana
Izšķirtspēja
un
krāsu dziļums
25
Divas
izšķirtspējas
nostādnes
Attēlu un
ierīču
izšķirtspēja
Rastrattēla
kvalitātes
saglabāšana
Uzdevumu un
tos risinājumu
piemēri
26
Digitālais
attēls
Diskretizētais
attēls
Bitu karte
(bitmap)
Diskretizētā
attēla
kvantēšanas
rezultāts
27
Analogattēls
Attēlu diskretizācija
Spilgtuma funkcija
Attēlu kvantēšana
28
Bezjē līknes
http://en.wikipedia.org/wiki/B%C3%A9zier_curve
29
Attēla izšķrtspēja
1.definīcija.
Pikseļu skaits attēlā.
Mervienība: px [pixels]
2. definīcija.
Pikseļu skaits vienā collā.
Mērvienība: ppi [pixels per inch]
http://www.shutterstock.com
654x323 px
5.54 x 2.73 cm
300 ppi
1colla
1’’ = 2.54cm
30
Attēlu izšķirtspēja
1.
2.
3.
4.
32x32
64x64
128x128
256x256
31
256 x 256 px 1.
2.
128 x 3128 px
256 x 256 px
64 x 64 px
3.
4.
32 x 32 px
32
1.
300 ppi
2.
72 ppi
33
654x323 px; 300ppi
5.54 x 2.73 cm
618.9 K
IZŠĶIRTSPĒJAS MAINĪŠANA
1.
300 ppi
2.
157x78 px; 72 ppi
5.54 x 2.73 cm
35.9 K
72 ppi
654x323 px; 72 ppi
23.07 x 11.39 cm
618.9 K
3.
72 ppi
34
1.
Iekārtu izšķirtspēja ir punktu
skaits vienā collā.
Mērvienība ir dpi
[dots per inch].
2.
3.
1200 dpi
72 dpi
http://www.pirit.info/wares12/121609/
http://www.bfoto.ru/news/printer-epson-stylus-photo-r2400.html
35
http://www.shutterstock.com
KRĀSU DZIĻUMS
Krāsu dziļums ir bitu vai baitu skaits
viena pikseļa krāsas kodēšanai.
RGB
1.
Indexed
2.
Krāsu režīms ir pikseļu krāsas
aprakstīšanas un attēlošanas krāsu
sistēma.
Krāsu dziļums
Krāsu
skaits
Krāsu režīms
1 bits
2
B&W
Bitmap
8 biti
1 Baits
256
1.
2.
24 biti
3 Baits
16 777 216
True Color
Pilnkrāsu attēli
(RGB, CMYK, Lab)
32 biti
16 777 216
Pilnkrāsu attēli ar
caurspīdīgu kanālu
Grayscale
Indexed
Grayscale
Bitmap
3.
4.
36
Praktiskais darbs 1-1
Aprēķiniet attēla apjomu baitos, ja
a. Attēla izmēri ir 10x15 cm;
Attēlam ir izšķirtspēja 600 ppi;
Attēls ir pilnkrāsu;
b. Attēla izmēri ir 20x30 cm;
Attēlam ir izšķirtspēja 300 ppi;
Attēls ir pilnkrāsu;
c. Salīdziniet rezultātus a. un b. gadījumos.
Apkopojiet rezultātus.
37
Praktiskais darbs 1-1
a. Attēla izmēri ir 10x15 cm;
Attēlam ir izšķirtspēja 600 ppi;
Attēls ir pilnkrāsu;
1.Attēlu izmēri collās: 10 : 2.54 = 4’’; 15 : 2.5 = 6’’
2.Pikseļu skaits attēlā: (4’’ • 600ppi) x (6’’• 600ppi)
3.Baitu skaits attēlā: ((4’’ • 600ppi) x (6’’• 600ppi)) • 3B
38
Praktiskais darbs 1-1
b. Attēla izmēri ir 10x15 cm;
Attēlam ir izšķirtspēja 600 ppi;
Attēls ir pilnkrāsu;
1. Attēlu izmēri collās: 20 : 2.54 = 8’’; 30 : 2.5 = 12’’
2.Pikseļu skaits attēlā: (8’’ • 300ppi) x (12’’• 300ppi)
3.Baitu skaits attēlā: ((8’’ • 300ppi) x (12’’• 300ppi)) • 3B
39
Praktiskais darbs 1-1
c. Salīdziniet rezultātus a. un b. gadījumos.
Apkopojiet rezultātus.
((4’’ • 600ppi) x ( 6’’• 600ppi)) • 3B =
= ((8’’ • 300ppi) x (12’’• 300ppi)) • 3B
40
Praktiskais darbs 1-2
Ar kādu izšķirtspēju jāskenē foto 10x15cm, lai
izdrukātu divas reizes palielinātu attēlu printerī
ar izšķirtspēju 600 dpi?
41
Praktiskais darbs 1-2
• Ar kādu izšķirtspēju jāskenē foto 10x15cm, lai izdrukātu
divas reizes palielinātu attēlu printerī ar izšķirtspēju 600
dpi?
• Tā kā, mainot attēla izmērus bez kvalitātes zudumiem, tā
apjomam baitos jābūt konstantam, tad, palielinot attēla
izmērus divas reizes, izšķirtspējai arī jāsamazinās divas
reizes. Pēc samazināšanas izšķirtspējas vērtība ir
600ppi. Tādejādi, skenēšanas izšķirtspēja ir 1200dpi.
42
Krāsu teorija
43
Datorgrafikas
algoritmi
Krāsu teorija
Krāsu modeļi
44
Krāsas
nostādne
Krāsas
raksturojumi
Modeļu
veidošanās
principi
Modeļu
salīdzinājums
45
http://www.snap2objects.com/2009/03/24/color-theory-101/
Krāsa ir trīs avotu mijiedarbības rezultāts:
(1) gaismas avots, (2) objekta materiāls, (3) cilvēka acs.
Objekta krāsa ir tā krāsa dabiskajā apgaismojumā dienas vidū.
46
Krāsas pamatraksturojumi
• Krāsu tonis (Hue) – tīrā spektrālā krāsa
(zaļa, violeta, dzeltena).
• Krāsainība (Saturation) tīras krāsas daudzums pelēkā krāsā.
• Gaišums (Value, Brightness, Lightness) –
raksturo atšķirības starp tumšām un gaišām
krāsām.
47
http://help.adobe.com/en_US/illustrator/cs/using/WS714a382cdf7d304e7e07d0100196cbc5f-6293a.html
Krāsu modelis RGB
R – Red - Sarkanā
G – Green - Zaļā
B – Blue - Zilā
48
http://help.adobe.com/en_US/illustrator/cs/using/WS714a382cdf7d304e7e07d0100196cbc5f-6292a.html
Krāsu modelis CMYK
C – Cyan – Ciānā
M – Magenta - Fuksīnā
Y – Yellow - Dzeltenā
K – Black - Melnā
49
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HSV_color_solid_cylinder.png
Krāsu modelis HSV
H – Hue - Tonis
S – Saturation - Piesatinājums
V – Value - Spilgtums
50
http://learn.colorotate.org/color-models.html
Krāsu modelis Lab
L – Luminance a – Green-Magenta –
b – Blue-Yellow –
Apgaismojums
Zaļā - Fuksīnā
Zilā - Dzeltenā
51
http://1vm.ru/html/photoshop_cs3/photoshop_cs3-007.html
Dažādu ierīču un modeļu krāsu telpas
A. Lab krāsu telpa B. Krāsu modeļi C. Ierīces
52
Praktiskais darbs 2-1
Krāsa
Red
Green
Blue
Melnā
Baltā
Pelēkā
Sarkanā
Zaļā
Zilā
Ciānā
Fuksīnā
Dzeltenā
53
Praktiskais darbs 2-2
Krāsa
Cyan
Magenta
Yellow
Melnā
Baltā
Pelēkā
Sarkanā
Zaļā
Zilā
Ciānā
Fuksīnā
Dzeltenā
54
Praktiskais darbs 2-3
Krāsa
Hue
Saturatuon
Brightness
Melnā
Baltā
Pelēkā
Sarkanā
Zaļā
Zilā
Ciānā
Fuksīnā
Dzeltenā
55
Grafisko datņu formāti
56
Datorgrafikas
veidi
Datorgrafikas
formāti
57
Formātu
klasifikācija
Formātu
īpašības
58
Grafisko datņu formāti
Rastrformāti
Vektorformāti
Ražotāju formāti
PSD
CPT
RIF
CDR
AI
XAR
Vispārīgie formāti
GIF
TIFF
JPG
PNG
EPS
Windows
BMP
WMF
MAC
PCT
59
Vispārīgie rastrattēlu formāti
BMP
• Operētājsistēmas: Windows, OS/2
• .bmp.dib.rle
• Krāsu dziļums: 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, 48
• Attēla maksimālais izmērs: 65 636 x 65 536
• RLE saspiešana
TIFF
• Attēlu glabāšanas formāts
• Labāka krāsu glabāšana
• Krāsu dziļums: 6, 24, 32, 64
• RLE, LZW, JPEG
• Krāsu režīmi: binārais, pelēkas gradācijas, indeksētais, RGB,
CMYK, CIE Lab
60
Vispārīgie rastrattēlu formāti
PNG
•
•
•
•
•
•
Tīmekļa rastrattēlu formāts
Krāsu dziļums un režīmi:
Pelēkas gradācijas (16), indeksēts attēls, pilnkrāsu attēli (48).
Alfa kanāls
Gamma korekcija
Deflate (LZW)
GIF
• Krāsu daudzums: 256
• LZW saspiešana
• Animētie attēli
61
http://en.wikipedia.org/wiki/File:PNG_transparency_demonstration_1.png
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:GIF_-_bubble_animation.gif
PNG attēls
GIF attēls
62
Vispārīgie rastrattēlu formāti
JPEG
• Saspiešanas algoritms JPEG
• .jpeg, .jfif, .jpg, .JPG, .JPE, .jpg
• Maksimāla saspiešana ciparattēlu
glabāšanai
• JPEG-LS, JPEG2000, MJPEG, MPEG
http://graphing.ru/i/jpeg-format/
63
Attēlu saspiešanas algoritmi
64
Attēlu apstrādes
algoritmi
Attēlu
saspiešana
65
Sakarība ar
formātiem
Starp
priekšmetu
sakari
66
Digitālo attēlu saspiešanas algoritmi
Saspiešanas algoritmi
bez zudumiem
• RLE (bmp) Run-length encoding
• LZW (tiff) Lempel–Ziv–Welch
• Haffmana algoritms
Saspiešanas algoritmi
ar zudumiem
• JPEG (jpg) Joint Photographic Experts Group
• Fraktāla saspiešana
• Veivleta saspiešana
67
http://wiki.auditory.ru/images/thumb/d/d0/
68
Praktiskais darbs 3-1
• Turpiniet skaitļu secību!
Rekomendācija: izmantojiet RLE algoritmu.
1
11
21
1211
111221
312211
69