A digitális képfeldolgozás alapjai

1. A digitális képfeldolgozás alapjai

2. Digitális képfeldolgozás A digit szó jelentése szám. A digitális jelentése, számszerű. A digitális információ számokká alakított információt jelent. A számítógép a képi információkat is digitális adatokként kezeli, így a kép minden jellemzőjéhez valamilyen számot rendel.

3. Digitalizálás • A fotó vagy grafika digitalizálásakor az eredeti egy adott pontjáról mintát veszünk, majd a választott színrendszernek megfelelően a pont színével és árnyalatával arányosan létrehozunk egy számértéket. • Ezek a pontok az eredeti pont síkbeli helyzetének megfelelően, egy kétdimenziós táblázatba helyezve kapjuk meg a digitális képet. • Minden képpont (pixel) elérhető a koordinátája alapján.

4. A képdigitalizálás lépései • 1. Mintavételezés • A mintavételezés célja a digitális képpontok létrehozása (az analóg kép egyes képelemeinek a digitális képpontokhoz való hozzárendelése) • A mintavételezéskor a lapolvasó felbontásának szabályozásával állítható be a digitális kép felbontása (vagyis a mintavételezés pontossága) • A mintavételezés során gyakorlatilag egy képpontokat leíró rács létrehozása történik meg (képfelbontás) • 2. Kvantálás • A lapolvasó a kvantálás során határozza meg az egyes analóg képelemek szín- és fényesség-információit • Kvantálás az egyes (mintavételezéskor meghatározott) rácspontokra eső képelemek színének és fényének összegzése • Szkenneléskor a színmélységet célszerű magas (16-32 bit) értékre állítani

5. Digitalizálás Digitális kép keletkezhet: Szkenneléssel Digitális fényképezéssel Digitális videóval Rajzolással Digitalizáló táblával

6. Szkenner • A scanner feladata: a látható információt digitális információvá alakítja át. A képdigitalizáló lehetővé teszi, hogy ábrákat, szöveges dokumentumokat képként a számítógépbe juttassunk. Amennyiben szöveget digitalizálunk vele, akkor abból még csak kép lesz, amit OCR programmal át lehet alakítani szöveggé.

7. Szkenner típusok Rollszkenner: A képet a szkenner húzza keresztül az olvasó egység felett a kép mozog. Kézi szkenner: A szkennert kézzel kell a képen végighúzni. Síkágyas szkenner: A képet a tárgytartó üvegre kell rakni, és az olvasó egység halad alatta végig. A jobb készülékekhez dia feltétet is adnak, vagy az opcióként külön megvehető. Optikai felbontása általában 2200 x 4800 dpi, míg színmélysége 48 bit körül van. Diaszkenner: Csak dia és fotónegatív beolvasására használható. Az optikai felbontása 1800x1800 dpi (4,2 millió pixel), míg szoftveresen akár 19200x19200 dpi-vel is elboldogul. Dokumentumszkenner: nagy mennyiségű dokumentumok beolvasására lettek kifejlesztve. Az így beolvasott dokumentumokat archiválási célokra mentik le, vagy OCR (karakterfelismerő) alkalmazásoknak adják tovább, ezek a beolvasott képfájlt karakteres anyaggá konvertálják vissza. Könyvszkenner: automatikus lapozás révén képesek komplett könyveket beolvasni. felbontásuk: 300-650 dpi és képesek egyetlen óra alatt egy 2400 oldalas könyvet is beolvasni.

8. Szkennerek tulajdonságai • Felbontás: A képdigitalizáló felbontása attól függ, hogy egy adott területet hány képpontra tud bontani. • A felbontást a dpi mértékegységgel szokás megadni • A problémát az jelenti, hogy a valóság átmenet nélküli színeit kell leképezni korlátozott számú színre, másrészt a szkennerek optikai felbontása is korlátozott. A legmodernebb szkennerek képesek a több ezer dpi-s felbontásra is. • Optikai felbontás: az optikai felbontás a szkenner által valóban megkülönböztethető képpontok száma. • Interpolált felbontás: megmutatja a gép felbontási-teljesítményét. • Színmélység: • A lapolvasók szinte mindegyike 16 millió színnel dogozik, ami megegyezik a 24 bites színmélységgel. Ennél több színmélységre, illetve színre nincs szükség, hisz az emberi szem azt már úgysem tudja megkülönböztetni.

9. Szkenner működése

10. Digitális rajztábla

11. Digitális fényképezőgép

12. CCD vs. CMOS CCD : Charge-Coupled Device (töltés-csatolású eszköz)CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor (komplementer fémoxid félvezető) Előnyök és hátrányokCCD Kiváló minőség, forráshűség +++ Nagy dinamikatartomány ++ Kicsi zaj ++ Bonyolult (= drága) -- További feldolgozóegységeket igényel (= nagy, nehéz) -- CMOS Kis méret és fogyasztás +++ Integrált funkciók ++ Alacsony ár ++ Gyorsabb mint a CCD ++ Rosszabb a reakcióideje, így a mozgóképet könnyen elmossa -- Zajosabb kép, gyengébb forráshűség --

13. CCD vs. CMOS Elmondhatjuk, hogy a nagyon magas képminőséget igénylő alkalmazások esetén, mint a professzionális fotózás, nagy teljesítményű szkennerek stb. esetén, valószínűleg maradnak a bonyolult felépítésű és viszonylag magas fogyasztású CCD-k, míg az átlagos képminőséget igénylő készülékek lelkét a CMOS többnyire el fogja hódítani. A CMOS rengeteget fejlődött az utóbbi időben, ma már néhány professzionális digitális fényképezőgépben is előfordul. Pl: Canon EOS 1Ds Mark II, 17,2 megapixeles professzionális digitális fényképezőgépe. A mobiltelefonok esetén különösen kritikus a helykihasználás, és az alacsony fogyasztás, így valószínűleg csak egyes különleges, high end készülékekben találkozunk majd a CCD-vel, mivel sok energiát fogyaszt.

14. Vektor és pixelgrafika Vektorgrafikus kép Pixelgrafikus kép

15. Vektorgrafika alkalmazási területei • Mérnöki tervezés (CAD) • Térképészet (GIS) • Kiadványszerkesztés (DTP Desk Top Publishing) • Animáció és filmgyártás

16. Vektorgrafika Jellemzői: • a megjelenített kép elemeit a szg. matematikailagleírható vonalakra görbékre bontja, majd ezek egyenleteittárolja • a programok így felületeket színeznek • az árnyalatokat nehézkesen kezeli • nagyításkor a felbontás nem romlik mivel csak a csomópontok koordinátái változnak, maga a képet leíró függvény nem • betűtípusok is ilyenek (TrueType)

17. Pixelgrafika Jellemzői: • Alapegysége és a felbontás egysége a képpont vagy PIXEL; • a képek külön tárolt képpontokból épülnek fel; • minden képpont tulajdonságait numerikus értékek határozzák meg (színmélység); • korlátlan színhasználat; • a pixelméret csak bizonyos határok között módosítható; • képméret változáskor minőségromlás; • a képeknek nagy a helyigénye; • A képminőséget befolyásoló tényezők: színmélység • felbontás

18. Színmélység • A számítógép a képi információkat is digitális adatokként kezeli, így a kép minden jellemzőjéhez valamilyen számot rendel

19. Felbontás Ha egy kép 300 DPI-s, akkor 1 inch hosszon 300 képpontból áll! 1 inch=2,54 cm ? pont DPI (pont per Inch)

20. Felbontás • Minél nagyobb a felbontás annál nagyobb a kép mérete! • A felbontás 2x-es növelésével a kép mérete a négyzetesen nő! • A nagy felbontású képek csak normál felbontásban látszanak a képernyőn! Ennek feldolgozása időt vesz igénybe. Következmény, lassú megjelenés. • Képernyőképek esetében a 72 DPI-s felbontást használjuk a méret és a megjelenési idő miatt. • Nagyfelbontású képeket nyomdai alkalmazásra, archiválásra, vagy egyéb speciális feladatokhoz használunk.

21. Képfelbontás

22. Kimeneti felbontás

23. Kimeneti felbontás

24. A pixelgrafika alkalmazási területei • DTP (Desk Top Publishing) • Retusálás • Képmanipulálás • Nyomdai előkészítés • Reklám • Plakát • Címlapok

25. A pixeles és a vektoros kép különbségei: • A pixeles vagy rasztergrafikus kép pixelekből áll, egész képként kezelhető, a rajzi részek egymástól elválasztott külön elemekre nem bontható. • A vektoros grafika matematikai módszerekkel leírt függvény, elemei külön is megváltoztathatók. • A pixeles kép minőségromlás nélkül csak korlátozottan nagyítható vagy kicsinyíthető. • A vektoros kép korlátlanul nagyítható. • A pixeles kép tárolási mérete erősen függ a színmélységtől, a kép fizikai méretétől és a felbontástól. • A vektoros kép mérete és színezése nem befolyásolja lényegesen a méretet. • A pixeles kép feldolgozásának a mérete szabhat határt, gond lehet a memória, a tárolás. • A vektoros kép bármikor átalakítható pixelessé. A vektorgrafikus programok egyszerű exportálással, a megfelelő felbontási paraméterek meghatározásával, képesek a vektorgrafikát pixeles grafikává alakítani. • A pixeles képek csak speciális programokkal alakíthatók, korlátozott módon vektorossá. A vektorgrafika matematikai módszerekkel leírva és a tényleges kép

26. Képábrázolási módok Bittérképes kép: • az egyes képpontokhoz tartozó információt egy bit • hordozza (tusrajz) ezért csak 2 szín fordulhat elő a • fekete és a fehér

27. Képábrázolási módok Szürkeárnyalatos kép: • csak a szürke és árnyalatai jelenhetnek meg egyszerre legfeljebb 256 árnyalat • a kép pontonként 8 biten ábrázolható (FF fénykép)

28. Képábrázolási módok Színpalettás kép: • 256 (8 bit) szín jeleníthető meg egyszerre

29. Képábrázolási módok Valódi színezetű (true color) kép: • az egyes képpontokhoz tartozó információt 24 bit hordozza • összesen 16 millió szín jelenhet meg adott pillanatban

30. Mi a fény? A Napból érkező elektromágneses sugárzás adott hullámhossz tartománya. A látható elektromágneses sugárzás spektruma 380-780 nanométer.

31. A szem • Szem csapok színérzékelés • pálcikák fényérzékelés

32. Miért…?

33. Hogyan viselkednek az anyagok a fénnyel szemben? • Színérzékelés elnyelődés hőenergia áteresztés visszaverődés színezett anyag • Az elnyelt és visszaverődött fény mennyisége függ a hullámhossztól SZÍN

34. A tárgyak visszaverik a fehér fényből azt az összetevőt, amelyiket maguk is tartalmazzák • Az alma visszaveri a fehér fényből a vörös összetevőt, ez a vörös fény jut a szemünkbe, ezért látjuk vörösnek az almát. A sárga gyümölcs a fehér fény vörös-zöld-kék összetevőjéből elnyeli a kéket és visszaveri a zöldet és vöröset. A szemünkben ez a két fényszín sárga színérzetet kelt.

35. Színészlelés • Színemlékezet: • Világosabb tárgyak világosabbnak sötétebbek még sötétebbnek hatnak emlékezetünkben • Színkultúra: • Eszkimók 23 féle nevet használnak a fehér színre • Érzelmi hatás: • hideg - meleg színek

36. Színelmélet • Newton, prizmakísérlete: • a fehér fény színek keverékéből jön össze • a komponensek egymás ellentétei

37. Színelmélet • Thomas Young (1802): • három szín alapelve (vörös, zöld, ibolya) • szem színérzékelése • a színek különböző hullámhosszúságú fénysugarak • az emberi szem egyszerre több hullámhosszon is érzékel, így az összhatás adja meg az adott színt A színtanban lévő két leggyakoribb modell: ADDITÍV (RGB) az eredőfehérSZUBTRAKTÍV (CMYK) az eredőfekete

38. Színmodellek ADDITÍV (RGB) az eredő fehér Sárga Cián Bíbor Kék Vörös Zöld Zöld Vörös Cián Sárga Bíbor Kék SZUBTRAKTÍV (CMYK) az eredő fekete

39. Színbontás

40. Színbontás

41. CIE L*a*b színmodell • A LAB színtérben térben ábrázolhatóak a HSB • színtér tulajdonságai

42. CIE L*a*b színbontás

43. Gamut Szkenner RGB Monitor RGB Duoproof RGB Inkjet CMYK Ofszetnyomtatás CMYK Hexachrom ofszet A gamut az egyes berendezések színképzési tartományát jelenti a Lab színrendszerhez képest.

44. Gamut • Az eltérés oka, hogy a csapok érzékenységi tartománya nem határolódik el élesen egymástól, hanem átfedi egymást. Csak egy keskeny tartományban érzékel azonos színeket.

45. A színérzékelés sémája A beérkező színinger spektruma A pálcikák fényérzékenysége napfénynél A spektrum fényenergiája a receptorokon keresztül vándorol idegimpulzusként az agyba. A receptorok legmagasabb érzékenységi tartományában (itt a vörös szín) a spektrális fényenergia erősebb idegimpulzust hív elő, mint a szomszédai. Először az agyban keletkezik a tényleges szín. A csapok és pálcikák együtt „számolják” ki a látott színhatást.

46. Mi a megoldás? A szem hibáinak kiküszöbölésére az ideális színekre támaszkodó eddigi színrendszerek nem adtak választ. Ezt oldja meg az HSB (HSL) színrendszer, ami az emberi színlátás komplett modellje. Alapja a: Világosság (Brightness, Lightness) Telítettség (Saturation) Szín (Hue)

47. A HSB színmodell • A HSB színrendszer képes leírni a szkenner, a monitor, a • nyomat azaz az RGB, a CMYK körülményeit a Lab színrendszer segítségével.

48. A színek jellemzői Fényerő (brightness): • A fényerő mértéke megmutatja, hogy az adott szín mennyi fényt tükröz vissza illetve ereszt át Árnyalat (hue): • Az árnyalat határozza meg a szín pontos helyét a színskálán, azaz magát a színt Telítettség (saturation): • Az adott színben levő szürke mennyiségét jelenti. Minél kevesebb a szürke mennyisége annál tisztább, telítettebb a szín. A telített színek nem tartalmaznak szürkét vagy feketét. Áttetszőség (opacitás): • Festékek jellemzője, azt mutatja meg az alatta levő festékréteg mennyire üt át

49. Digitális képformátumok Milyen formátumot válasszunk? • milyen módon szeretnénk a képet megjeleníteni (nyomtatás, képernyő) • milyen további platformokon akarjuk a képet megjeleníteni • akarunk-e vagy kell-e konvertálnunk más formátumba • tömörítés és kódolás lehetősége • hírközlésben akarjuk-e továbbítani • nyomdai munkálatokhoz használjuk-e

50. Digitális képformátumok TIFF(Tagged Image File Format) • operációs rendszer független, • hardver független, • alkalmas bináris, vonalas, szürkeségi fokozatokat tartalmazó képek mentésére, (mind a 4 képábrázolási módban) • Alkalmas RGB és CMYK színtérben készített képek tárolására, • veszteségmentes tömörítési lehetőség (LZW compression), • engedi a képi információktól eltérő adatok(pl. nyomtatási beállítások, színkorrekció, szöveg) mentésének lehetőségét • kiterjesztése .TIF