RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY MODULU ZPRACOVÁNÍ STATICKÉHO OBRAZU

 
 

Modul poskytuje opravdu je základní informace o problematice zpracování statického obrazu.

Rychlý náhled

 

ÚVODEM MODULU ZPRACOVÁNÍ STATICKÉHO OBRAZU

Úvodní předpoklady

CÍL MODULU ZPRACOVÁNÍ STATICKÉHO OBRAZU

PO ÚSPĚŠNÉM A AKTIVNÍM ABSOLVOVÁNÍ TOHOTO MODULU

Budete umět:

  • Definovat pojem barevný model
  • Pracovat s pojmem barevná hloubka
  • Popsat různé typy komprimace dat
  • Definovat zdroje rastrového obrazu
  • Rozlišit mezi bitmapovým a vektorovým editorem

Budete umět

   

Získáte:

  • Základní přehled barevných modelů
  • Základní informace o rastrovém a vektorovém způsobu reprezentace obrazu
  • Přehled základních grafických formátú a jejich charakteristik
  • Představu o technikách zpracování obrazu
  • Přehle nástrojů pro úpravu obrazu

Získáte

   

Budete schopni:

  • Vysvětlit použití modelu YUV
  • Vysvětlit pojem významové barvy
  • Srovnat rastr a vektor
  • Rozlišit mezi uzavřeným a otevřeným vektorovým formátem
  • Popsat algoritmy rozpoznávání textu
  • Vyjmenovat nástroje pro úpravu obrazu

Budete schopni

 

 

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

 

20 i více hodin.

 

 

 

PRŮVODCE STUDIEM 1

 

Celý text je koncipován systémem od jednoduchých principů ke složitějším, proto je vhodné studovat kapitoly tak jak jsou za sebou. Přesto můžete klidně nepostupovat sekvenčním způsobem a vybírat si jen pro vás zajímavé kapitoly. Určitě, ale nezapomeňte prolistovat shrnutí všech kapitol a určitě si vyřešte všechny předložené samostatné úkoly. Ty s obálkou nezapomeňte zaslat tutorovi k hodnocení.

 
2

1 BARVY

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY BARVY

 
 

Kapitola je vstupním bodem do problematiky zpracování obrazu, protože barvy josu základem jeho zpracování.

Rychlý náhled

 

CÍLE KAPITOLY BARVY

PO ÚSPĚŠNÉM A AKTIVNÍM ABSOLVOVÁNÍ TÉTO KAPITOLY

Budete umět:

  • Definovat pojem barevný model

Budete umět

   

Získáte:

  • Základní přehled barevných modelů

Získáte

   

Budete schopni:

  • Vysvětlit použití modelu YUV
  • Vysvětlit pojem významové barvy

Budete schopni

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

 

Celkový doporučený čas k prostudování KAPITOLY je 60 minut.

 

 

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY BARVY

 
 

Klíčová slova

3

1.1 Barevné modely

Světlo je elektromagnetické vlnění. Každá barva odpovídá určité frekvenci. viditelné spektrum je od červené (4,3x108 MHz) po fialovou (7-5x108 MHz). (R -- 630nm, G -- 530nm, B -- 450nm)

Podle frekvence, kterou vysílá světelný zdroj je možné světlo rozdělit na:

  • Achromatické -- barevné
  • Monochromatické -- jedna barva

Světlo je charakterizované:

  • Barvou -- závisí na frekvenci
  • Jasem -- odpovídá intenzitě světla
  • Sytostí -- "čistotou" barvy -- užší spektrum frekvencí

Světlo

Lidské oko je konstruováno tak, že člověk může vidět přibližně 168 miliónů barev, ale najednou je schopen rozeznat asi jen 10 000 barev (max.500 000 barev). Navíc oko je na jednotlivé barvy více, či méně citlivé: nevíce na zelenou, nejméně na modrou.

Oko je schopné vnímat barevné body pouze do určité velikosti, jakmile se velikost pozorovaného bodu (zorný úhel) zmenší pod určitou mez, přestává oko vnímat detaily a spojuje body do barevných ploch. Barva takové plochy vznikne složením barev jednotlivých bodů.

Barevný model popisuje matematicky možnosti vytvoření jednotlivých barev z několika dílčích, snadno realizovatelných složek. Bylo dokázáno, že libovolnou barvu lze určit pomocí tří rozdílných pevně stanovených barevných složek. Podle toho, jak jsou určeny tyto tři základní složky se rozlišují jednotlivé barevné modely.

Úvod

Při aditivním skládání barevných složek (míchání barev), každým přidáním určité složky vznikne světlejší barva. Přidáváním všech vznikne bílá. Příkladem je RGB model.

Při subtraktivním skládání barevných složek (míchání barev), každým přidáním určité složky vznikne tmavší barva. Přidáváním všech vznikne černá. Příkladem je model CMY.

Subtraktivní, aditivní

Základními složkami modelu RGB jsou R (Red) červená, G (Green) zelená, B (Blue) modrá. Intenzita barev se v tomto modelu pohybuje v rozmezí 0 -- 1. Model má podobu kostky. Vrchol [0,0,0] odpovídá černé barvě, vrchol [1,1,1] barvě bílé. Barvy ležící na diagonále mezi těmito vrcholy odpovídají odstínům šedé.

Matematický popis počítá s čísly v rozmezí 0 -1 prakticky se však obykled setkáte s čísly 0 -- 255 (v počítači kódováno do 8 bitů -- 256 barev). Barvy se pak uvádí kombinací těchto čísel:

Bílá 255 255 255
Černá (blacK) 0 0 0
Červená (Red) 255 0 0
Zelená (Green) 0 255 0
Modrá (Blue) 0 0 255
Žlutá (Yellow) 255 255 0
Modrozelená (Cyan) 0 255 255
Fialová (Magenta) 255 0 255

Výběr barvy na krychli (řezu krychlí) v produku GIMP:
Výběr barvy na krychli (řezu krychlí) v produku GIMP

Model vychází ze světel, budou v něm dobře vypadat všechny svítivé a neónové barvy s převahou červené a zelené. Naopak nevycházejí barvy jako je čistě azurová, nebo žlutá a jejich odstíny. S RGB pracují monitory, digitální fotoaparáty a skenery.

Často se také setkáte s modelem RGBA. A znamená kanál Alfa. Tato čtvrtá složka slouží k definování procenta ?průhlednosti dané barvy (barevného bodu). Obvykle se udává v hodnotách 0-100%, ale můžete se setkat i s hodnotami 0-255, případně matematicky 0-1.

RGB, RGBA

Základními složkami u modelu CMY jsou C (Cyan) tyrkysová, M (Magenta) fialová, Y (Yellow) žlutá. Výsledný obraz se získá jako soutisk jednotlivých složek. Model má opět podobu kostky. Vrchol [0,0,0] odpovídá bílé barvě, vrchol [1,1,1] barvě černé. Barvy ležící na diagonále mezi těmito vrcholy opět odpovídají odstínům šedé, ale v opačném směru.

Bílá 0 0 0
Černá (blacK) 255 255 255
Modrozelená (Cyan) 255 0 0
Fialová (Magenta) 0 255 0
Žlutá (Yellow) 0 0 255
Červená (Red) 0 255 255
Zelená (Green) 255 0 255
Modrá (Blue) 255 255 0

Model CMY je obvyklý u tiskáren.

Kombinací C, M a Y by se měla dostat i černá, ale v praxi se vytvoří jen velmi tmavá, špinavě hnědá. Proto se pro tiskárny přidává složka černá (blacK). Navíc přidání černé barvy omezí celkově množství nanášených barev a dodá obrazu hloubku. Subtraktivní míchání barev pracuje s odraženým a absorbovaným světlem, proto velmi záleží na zdroji světla a nemůžeme po něm chtít svítivé neónové barvy. Intenzita jednotlivých barevných složek se v tomto případě vyjadřuje procentuálně od 0 do 100%. (při tisku na např. žlutý papír není možné k bílé nikdy dojít).

CMY, CMYK

Složky modelu HSB netvoří jednotlivé barvy, ale barevný odstín (Hue), sytost (Saturation) a jas (Brightness). Model je reprezentován šestibokým jehlanem, jehož vrchol leží v počátku souřadnicové soustavy. Barevný odstín odpovídá základní barvě na barevném šestiúhelníku, proto se také udává ve stupních od 0 do 360. Čisté barvy (červená, žlutá, fialová, tyrkysová, zelená a modrá) se nachází ve vrcholech šestiúhelníku (podstavy). Sytost určuje hustotu či intenzitu barvy, pokud má barva nulovou sytost, jde o některý z odstínů šedi. Jas udává podíl bílé obsažené v barvě (barva se 100% jasem a 0 sytostí je bílá). Sytost a jas se udávají v rozmezí od 0 do 100 %.
[0,0,0] -- černá barva
[1,1,1] -- bílá barva
Hlavní výhodou modelu je možnost změny sytosti a jasu bez změny odstínu, což se využívá při tónových a barevných korekcích. Navíc si člověk dovede představit jak se barva změní.

V modelu HLS znamená L (Lightness) světlost. Šestiboký jehlan je nahrazen dvojcí kuželů, které mají společnou podstavu. Čisté barvy (červená, žlutá, fialová, tyrkysová, zelená a modrá) se nachází na obvodě společné podstavy.
Pohled na "kužel" v produktu GIMP:
Výběr barvy na krychli (řezu krychlí) v produku GIMP

HSB, HLS

Existuje mnoho dalších zajímavých modelů. Např. modely YUV, YCBCR se využívají především v televizní technice, ale s modelem YCBCR se setkáte také u komprese JPEG. Podstatou těchto dvou modelů je, že oddělují jasovou složku od složky barevné, čehož se používá např. pro možnost černobílého i barvného vysílání (resp. příjmu signálu) v jednom signálu.

Další modely, YUV, YCBCR

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Uveďte alespoň čtyři barevné modely

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Jaký barevný model je využíván pro prezentaci průhlednosti

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Srovnejte subtraktivní a aditivní míchání barev

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Proč se v barevném modelu YUV odděluje barevná a jasová složka obrazu.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Co znamená pojem RGBA. Co znamená A v této zkratce.

4

1.2 Vnímání barev

Barvy jsou velmi důležitou složkou MMS. Je vhodné jim věnovat velkou pozornost a při volbě se poradit se specialistou. Některé všeobecné skutečnosti jsou známy, jiné vyplývají např. z analýzy uživatele. Barvy se dělí na teplé a studené. Ke každé barvě existuje barva doplňková a kontrastní. Existují také tóny určité barvy.

MMS by měl být laděn v jednom barevném odstínu, resp. jeho ucelené logické celky by měly být vždy v jednom barevném tónu. K barvám, které jsou použitelné vždy za všech okolností patří bílá, černá a šedá.

Úvod

Je nutné si uvědomit, že barvy mohou mít svůj význam. Určitá bava může být spojena např. s určitým pocitem (červená = pozor) nebo s určitou oblastí lidské činnosti (zelená = vojsko).

Naneštěstí ne vždy je určitá barva vnímána stejně. Zatímco např. evropané vnímají červenou spíše jako nebezpečí, asiaté vnímají červenou jako barvu spojenou s bezpečím.

Významové barvy

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Co znamená pojem významové barvy

2

2 REPREZENTACE OBRAZU

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLYREPREZENTACE OBRAZU

 
 

Rychlý náhled

 

CÍLE KAPITOLY REPREZENTACE OBRAZU

PO ÚSPĚŠNÉM A AKTIVNÍM ABSOLVOVÁNÍ TÉTO KAPITOLY

Budete umět:

  • Pracovat s pojmem barevná hloubka

Budete umět

   

Získáte:

  • Základní informace o rastrovém a vektorovém způsobu reprezentace obrazu

Získáte

   

Budete schopni:

  • Srovnat rastr a vektor

Budete schopni

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

 

Celkový doporučený čas k prostudování KAPITOLY je 60 minut.

 

 

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY REPREZENTACE OBRAZU

 
 

Klíčová slova

7

2.1 Rastr

Jedna z možností jak reprezentovat obraz v počítači je technika rastru. V případě rastru se obvykle mluví pouze o dvourozměrném prostoru (2D) resp. ploše. Plochý digitální obraz, si můžete představit jako fotografii reálného světa, obrazovku počítače. Vše co vidíte na obrazovce počítače je 2D rastrový obraz, to, že může vypadat jako reálná kopie třídimenzionálního (3D) světa, je způsobeno použitím různých technik, které 3D obraz promítají na 2D plochu.

Úvod

Techniku rastru si můžete představit jako způsob, kdy je reálný obraz (nebo fotografie, ...) rozdělen mřížkou do několika sloupců a řádků. Jednotlivé buňky mřížky jsou v případě rastru nazývány pixely.

Rozdělení obrazu na mřížku se říká vzorkování.

Ke každému pixelu je zaznamenána barva, která jej reprezentuje. Barva se zaznamenává v některém z barevných modelů obvykle trojicí hodnot např. RGB (255, 255, 255). Procesu určení a zaznamenání barvy pro pixel se říká kvantování. Jak přesně je barva určena záleží na barevné hloubce, která je popsána dále.

Mřížka, Pixel

Barevná hloubka určuje, počet barev, které lze v obrázku uplatnit. Každý bod má hodnotu v níž je zakódována barva. Více barev -- více dat. Černobílý obrázek -- 2bity (0/1). V případě, že je na předloze zastoupena širší paleta barev a jsme nuceni ji vyjádřit menší paletou barev, je třeba nahradit více odstínů jednou barvou. Větší rozlišení (viz dále) + širší barevná škála >>> kvalitnější zobrazení, ale větší nároky na velikost souboru + délka zpracování.

  • Plnobarevné - v tzv. věrných barvách -- True Color (více jak 16 miliónu barev, pro popis jednoho barevného bodu jsou potřeba 3 bajty a 1 bajt na složku barvy), nebo High Color (asi 32 tisíc barev, pro popis jednoho barevného bodu jsou potřeba 2 bajty a 5 bitů na složku barvy), barevné fotografie, reprodukce uměleckých děl, počítačová simulace.
  • Indexované barvy - max. 256 barev, (pro popis jednoho barevného bodu je potřeba 1 bajt), počítačová grafika, sejmuté obrazovky, pozadí.
  • Stupně šedi - max. 256 odstínů šedi, (pro popis jednoho barevného bodu je potřeba 1 bajt), černobílé fotografie, podklady pro tisk.
  • Bitová mapa - 2 barvy (z toho jedna je pozadí), (pro popis jednoho barevného bodu je potřeba 1 bit), pérovky, čárová grafika, výkresy, technická dokumentace.

Obrázky bývají nejčastěji v 1 bitové (dvě barvy), 4 bitové (16 barev), 8 bitové (256 barev) a 24 bitové (16 mil barev) verzi. V praxi se setkáváme s větším počtem barevných režimů a podrežimů.

Plné barvy: Nepoužívají se palety. Každý bod nese sám o sobě úplnou barevnou informaci. RGB - tři bajty, CMYK - čtyři bajty.

Indexované barvy: Body neobsahují přímo barevnou informaci, ale odkaz na tabulku barev.
Konstrukce palety:
- Barevná paleta definovaná firmou (např. systémové palety)
- Před konverzí provézt analýzu plnobarevného obrázku a vytvořit barevnou paletu na míru danému obrázku.

Plnobarevný - 24bits

16 barev - 4 bits - Bez rozptylu

2 barvy - 1 bit - Floyd - Steinberg common filter

Barevná hloubka

Rozměr rastrového obrazu může být uveden ve dvou významech. Prvním je rozměr udávaný v počtech sloupců a řádků použité mřížky (např. 1024x768). Druhým rozměrem je rozměr, který bude mít obraz po vytištění na analogový materiál (např. papír). tento rozměr se udává v obvyklých délkových jednotkách jako jsou centimetry, milimetry (metrická soustava) nebo palce (anglosaská soustava).

Vztah mezi rozměrem po tisku a rozměrem v počtu sloupců a řádků se udává v jednotkách DPI. DPI znamená Dot Per Inch, přeloženo do češtiny počet bodů (rozuměj pixelů) na palec. DPI se vypočítá podle následujícího vzorce: DPI = (rozměr v pixelech) / (rozměr na papíře v palcích) . Ze vzorce vyplývá, že DPI může být různé pro šířku a výšku obrazu. Většinou však bývá totožné.

Někdy se také můžete setkat s nesprávným použitím termínu rozměr obrazu na velikost souboru obrazu v bajtech.

Rozměr obrazu, rozlišení, DPI

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Jaká je barevná hloubka (v bitech) obrazu, který může obsahovat maximálně 16 různých barev.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Jaká je barevná hloubka obrázku (souboru na paměťovém médiu) bez komprese, když víte, že DPI je 100, rozměry obrázku jsou 25 cm x 25 cm (velikost palce předpokládejte přibližně 2.5 cm) a velikost souboru je 500 000 B.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Určtete zda dojde přitisku k deformaci obrázku, když má v obou směrech DPI = 200, rozměry obrázku v pixelech jsou 1280x1040 a vytištěný obrázek má rozměry 6.4x5.2 palce.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Jaké jsou rozměry obrázku čtvercového tvaru při tisku, když víte že má bez komprese velikost 1000000 B, DPI je 150 a barevná hloubka je 16 bitů.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Definujte pojem barevná hloubka -- uveďte příklady

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Co je to DPI.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Spočítejte přibližnou velikost obrázku (souboru na paměťovém médiu) bez komprese, když víte, že: DPI = 100, rozměry jsou 25 cm x 25 cm, velikost palce předpokládejte přibližně 2.5 cm, barevná hloubka je 24 bitů.

8

2.2 Vektor

JIná možná forma reprezentace obrazu je pomocí tzv. vektorů. Vektor je orientovaná úsečka, která ma definován počátek, směr a délku. Z vektorů se pak sestavují objekty v obraze, resp se obraz aproximuje vektory. O vektorech se hovoří i v případě, že přímo nedefinují jednotlivé objekty obrazu, ale např. je možné jejich pomocí a dalších pravidel tvary (objekty) v obraze definovat.

Pro definici vektorů je nutné definovat souřadnicový systém a narozdíl od rastru, kde se počíta obvykle od počátku 0,0 až do rozměru rastru,v případě vektorů je prostor téměř neomezený.

Úvod

Nejznámějšími vektorovými elementy 2D grafiky jsou bod, linie, lomená linie, uzavřená lomená linie (string nebo polygon), kružnice, kruh, kruhová výseč. Méně známé pak jsou aproximované parametrické křivky jako např. B-Spline nebo Bezierovy křivky a interpolované parametrické křivky jako např. Fergusnovy.

Nejznámějšími vektorovými elementy 3D grafiky jsou koule, kvádr, kužel, jehlan, TIN (Nepravidelná trojúhelníková síť). Méně známými pak jsou parametrické plochy jako např. NURBS.

Základní elementy

Pro každý element vektorové grafiky je kromě definice tvaru (parametrů) možno definovat další vlastnosti, které se uplatňují při vizualizaci. Takovými vlastnostmi jsou např. barva výplně plochy, barva čáry, styl čáry (čárkovaná, dvojitá, apod.), průhlednost.

Při vizualizaci se uplatňují další vlastnosti spojené s vektorvými prvky. Např. je to pořadí vykreslování jednotlivých prvků, kdy jeden prvek může překrývat zcela nebo částěčně druhý. U prvků mohou být rovněž definovány např. geometrické transformace jako např. rotace, zmenšení, zvětšení, apod.

Vlastnosi elementů

Mnoho výstupních zařízení umí pracovat pouze s rastrem, resp vizualizuje obraz pomocí rastru. Jsou to všechny CRT a LCD monitory a většina tiskáren. Výjimku tvoří některé velkoformátové tiskárny (tzv. plotry). Některé z plotrů mohou být tzv. perové, ty pak pomocí pera kreslí přímo vektorovou kresbu na papír.

Procesu kdy se vektor převádí na raster se říká rasterizace. Dochází k ní tedy vždy, když si vektor prohlížíte na obrazovce monitoru počítače.

Rasterizace

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Při jaké formě vizualizace vektorového formátu, za všech okolností dochází k rasterizaci.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Při jaké formě vizualizace vektorového formátu, může ale nemusí dojít k rasterizaci.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Jaký je základní element 2D a 3D vektorové grafiky.

8

2.3 Srovnání

Vektorová data nejsou vhodná pro záznam některých forem obrazu. Jako příklad lze uvést fotografii. Pokud bychom se pokusili pomocí vektorů zaznamenat fotografii, výsledný záznam by byl větší než záznam pomocí obrazu, a rovněž by bylo velmi obtížné resp. téměř nemožné rozložit obraz do základních vektorových elementů (pozn. matice = rastr je rovněž vektor, nicméně zde je vektor chápán jiným způsobem, tak jak bylo popsáno v kapitole 2.2).

Na druhou stranu rastrová data je složitější zpracovat např pro animaci, jejíž tvorba je popsána v modulu č. 4.

Popis

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Srovnejte vektorový a rastrový grafický formát ve vztahu k využití v multimediálních systémech.

2

3 FORMÁTY

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY FORMÁTY

 
 

Kapitola FORMÁTY se věnuje základnímu přehledu formátů pro uchování statického obrazu.

Rychlý náhled

 

CÍLE KAPITOLY FORMÁTY

PO ÚSPĚŠNÉM A AKTIVNÍM ABSOLVOVÁNÍ TÉTO KAPITOLY

Budete umět:

  • Popsat různé typy komprimace dat

Budete umět

   

Získáte:

  • Přehled základních grafických formátú a jejich charakteristik

Získáte

   

Budete schopni:

  • Rozlišit mezi uzavřeným a otevřeným vektorovým formátem

Budete schopni

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

 

Celkový doporučený čas k prostudování KAPITOLY je 120 minut.

 

 

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY FORMÁTY

 
 

JPEG, BMP, GIF, PNG, WMF, CDR, SVG, CGM, DCT, Huffman, RLE, LZW

Klíčová slova

3

3.1 Komprimace dat

Data rastrového formátu nebo i vektorového formátu v přirozené podobě zabírají velké místo na paměťovém médiu. Proto vznikly různé komprimační tecniky, jejichž jediným cílem je zmenšit objem dat, která jsou buď ukládána nebo přenášena (např. po počítačové nebo telekomunikační síti).

Úvod

Symetrické x Nesymetrické -- podle souměrnosti času spotřebovaného na komprimaci a dekomprimaci.
Fyzická x Logická -- fyzická komprese probíhá na úrovni bitů, bez ohledu na informační obsah. Logická probíhá na úrovni informačního obsahu, což je člověku velmi blízké -- např. tvorba zkratek.
Ztrátová(nelze např. použít u textových dokumentů, ale u obrazu ano) x Bezztrátová

Typy komprimace

Bezztrátová komprese

Obrazy před komprimací a po dekomprimaci jsou naprosto stejné.

Příklady: QUADTREE, RLE, LZW, Huffmanova

Bezztrátová komprese

Ztrátová komprimace

Obrazy před komprimací a po dekomprimaci nejsou naprosto stejné, mohou se lišit.
Může dosahovat velkých kompresních poměrů, ale za cenu ztráty informace.
Podle toho jakou informaci chceme ztrátově omezovat:

  • Informace o barvách
  • Informace o tvarech
  • Kombinace předchozích dvou

Příklady: DCT, Fraktálová, Waveletová, Binarizace

Ztrátová komprimace

QUADTREE

Obraz je rekurzivně dělen na čtverce, tak dlouho, dokud se nedostaneme k jednobarevným plochám. Můžeme se takto dostat až na úroveň jednotlivých pixelů. Quadtree se využívá obvykle pro obraz 1bitové barevné hloubky.

QUADTREE

RLE

Je účinná pro data obsahující opakující se prvky. Stejné znaky (pixely stejné barvy) následující bezprostředně po sobě jsou nahrazovány kombinací početnosti znaku a samotného znaku.U dat s malým počtem opakování může dojít ke zvětšení velikosti.
Např. 65 65 65 66 65 65 => 03 65 01 66 02 65
Může být použita i ztrátová komprese => 06 65
Podle směru kódovacího toku: Horizontálně, Vertikálně, Úhlopříčně

RLE

LZW

Jedná se o adaptivní slovníkovou metodu - je vytvářen slovník řetězců, které se již vyskytly. Data pro komprimaci jsou rozdělena do částí. Každá část se skládá z nejdelšího řetězce dosud obsaženého ve slovníku, ke kterému je připojen další znak. Takto vzniklý nový řetězec je vložen do slovníku a můžeme se na něj odkazovat pomocí indexu. Zakódovaný soubor obsahuje indexy řetězců, ze kterých se skládá původní zpráva.

LZW

Huffmanovo kódování

Celý obrázek je podroben analýze četnosti. Odstínu barvy, který se v obrázku vyskytuje nejčastěji je přiděleno nejkratší kódovací slovo. Druhému nejčastějšímu výskytu je přiřazeno druhé nejkratší kódovací slovo atd. Výsledkem je snížení velikosti místa potřebného k uložení grafiky. Huffmanovo kódování je používáno např. pro veškerá zařízení, která umí zasílat a příjmat fax.

Huffmanova komprimace

DCT

Transformace DCT (Discrete Cosine Transformation) zavádí do obrazových dat redundanci, kterou lze efektivněji komprimovat. Komprimační poměr 20:1 až 30:1. Rozdělí obrázek na dílčí bloky 8x8 pixlů a vykoná jejich matematickou transformaci do frekvenční oblasti. Obrazové informace potom nejsou chápány jako 64 hodnot v matici 8x8 pixlů, ale jako proměnlivý signál, který je možno aproximovat pomocí 64 kosínových funkcí s příslušnými amplitudami. Funkcím vyšších frekvencí přidělíme nižší váhu a malé koeficienty (amplitudy) nahradíme nulami.

Takto komprimované formáty často trpí Gibbsonovým jevem - zvlnění, které se objevuje okolo míst s vysokým kontrastem (v okolí hran).

Obraz komprimovaný LZW (vlevo) a tentýž obraz komprimovaný DCT (vpravo)

Takto je komprimován např. JPEG.

Transformace DCT

Fraktálová komprimace vychází z popisu chaosu přírody, který ovšem není zcela bez pravidel. Důležitým pojmem je soběpodobnost - např. máme-li dva kameny, liší se jen velikostí (obdobně větev). Záleží na dimenzi -- proměnlivost vůči změně velikosti. Fraktály: rodina matematických funkcí charakterizovaná sebepodobností a fraktálovou dimenzí. Fraktálová komprese je příkladem nesymetrické komprimace dat, pro komprimaci je potřeba daleko více času než pro dekomprimaci.

Výhodou komprimace je výrazný kompresní poměr, i více než 1:100.

Např. tyto tři hvězdy na obrázku lze zapsat velmi jednoduše. Do souboru s fraktalovou komprimací se zapíše pouze ta nejměnší hvězda, její poloha v obraze a pro další dvě hvězdy se zapíše jen poloha a poměr zvětšení resp. rotace vůči zapsané hvězdě.

Ukázka jiného fraktálu.

Fraktálová komprimace

Waveletová komprimace je nejmladší z technik. Je zlaořena na principech disktrétní matematiky. Celý obraz se snaží popsat několika matematickými funkcemi, které jsou zanámy pod označením wavelet. Wavelety podobně jako fraktály nabízí vysokou míru komprimace a nesymetrický typ komprimace.

Mezi známé zástupce formátů používající tuto komprimaci paří MrSID, ECW a JPEG 2000.

Waveletová komprimace

Binarizace je převod na bichromatický (dvoubarevný ) obraz. Je třeba určit práh mezi pozadím a objektem. K tomu lze použít histogram.

Převod na úrovně šedé. K tomuto je možné využít známý vzorec vyjadřující vztah jednotlivých barevných složek modelu RGB a intenzity (I) vnímaného světla. I = 0,299*R + 0,587*G + 0,114*B

Adaptivní vytváření 256 barevné palety je způsob, kdy se pro každý obraz zvlášť vytváří paleta. Vytváří se jen pro ty barvy, které se v obrazu skutečně vyskytují. Např. je-li obraz v truecolor a převádí se do palety, provede se analýza barev a vytvoří se paleta přesně na míru danému obrázku (paleta bude tvořit součást souboru obrázku).

Komprimační metody založené na redukci barev

Osobně jsem se nikdy nesetkal s tím, že by se vektorová obrazová data komprimovala jinak než jakákoliv jiná data. Obvykle se používají standardní komprimační metody jako např. ZIP, GZIP. Velmi dobře si lze představit komprimaci s využitím fraktálů a zřejmě i různých slovníků (Huffmanovo kódování). Praktickou zkušenost s těmito technikami v případě vektorové grafiky žádnou nemám. Kdybyste něco našli tak dejte vědět, máte u mě panáka slivovice.

Komprimace vektorových dat

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Ve kterém formátu (případně technologii) se využívá Hufmannovo kódování

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Popište princip fraktálové komprese obrazu

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Popište výhody a nevýhody fraktálové komprese obrazu.

3

3.2 Rastrové formáty

Formátů pro ukládání rastrového obrazu existuje celá řada (řádově stovky), přesto si některé vydobyly tak významné postavení, že není nutné o jejich (blízké) budoucnosti pochybovat. Následující přehled je tedy jen krátkou a neúplnou exkursí do světa rastrových formátů.

Úvod

Vzhledem k původu formátu JPEG (správně označovaného jako JPEG/JFIF) v pracovní skupině expertů přes fotografii, je zaměřen na ukládání digitálního obrazu fotografie.

Umožňuje uložit přibližně 16 miliónů barev.

Používá ztrátovou kompresi (DCT), která zajišťuje pouze to, že obraz po dekomprimaci je velmi podobný obrazu před komprimací. Takové chování způsobuje problémy při zobrazování tenkých linií a souvislých ploch. V některých případech je i na první pohled poznat zhoršení kvality obrazu.

Výhodou toho formátu je bezesporu možnost nastavení úrovně kvality 100 - 1 %. Čím je menší kvalita tím je větší zkreslení obrazu, ale tím je menší soubor k zaslání po síti.

Kvalita nastavena na 85 %. Velikost souboru 137904 bajtů.

Kvalita nastavena na 50 %. Velikost souboru 66975 bajtů.

Kvalita nastavena na 25 %. Velikost souboru 41656 bajtů.

Kvalita nastavena na 5 %. Velikost souboru 10970 bajtů.

JPEG

Formát GIF umožňuje uložit 256 různých barev v jednom obrázku. Umožňuje rovněž nastavení průhlednosti pro jednu barvu.

Používá způsob komprese označovaný jako bezeztrátový (LZW), který zaručuje, že komprimací (zhuštěním) obrazových dat nedojde ke ztrátě informace, tj. před komprimací a po dekomprimaci jsou si obrazy rovny. Takovýto způsob komprimace zajišťuje nezkreslení tenkých linií, které se obvykle vyskytují a plynulé vykreslení velkých jednobarevných ploch, které se rovněž v prezentacích vyskytují.

Komprese obrazu je velmi výrazná a umožňuje vytvářet velmi malé soubory pro přenos po síti. Kromě toho nabízí pro "optimalizaci" přenosu po síti způsob řádkového prokládání obrazu. Kdy se při přenosu na stranu klienta vynechává každý n-tý (přičemž n je sudé číslo) řádek rastru. Uživatel tak již po přenesení 1/2 obrazu ví u 1/4 obrazu to tuší) co se na obrázku prezentuje.

GIF

Formát BMP je velmi oblíbeným formátem, protože jeho struktura je jednoduchá. Existuje v několika variantách. Obvyklá je plnobarevná varianta (16 mil barev), ale můžete se setkat i 256, 16 nebo i 2 barvami. Formát BMP ve své základní variantě nepoužívá komprimaci, což pak znamená velké objemy dat. Proto je tento formát nevhodný pro jakékoliv přenosy po počítačové síti.

BMP

Formát PNG je nejmladším formátem obvyklým pro publikování. Vznikl jako reakce na licencování formátu GIF a některých nedostatků formátu GIF. Specifikace formátu je definována WWW Konsorciem.

Formát PNG umožňuje ukládat rastry v barevné hloubce od 256 do 16 miliónů barev. Je tak možné barevnou hloubku variantně nastavit. Umožňuje rovněž plné nastavení průhlednosti pro každý pixel obrázku.

Používá bezeztrátovou kompresi, která dosahuje úrovně (dle velikosti souboru) JPEG resp. GIF v závislosti na množství barev a přitom zachovává kvalitu GIF souborů, tj. nedochází ke zkreslení tenkých linií a jednobarevných ploch.

Kromě toho nabízí pro "optimalizaci" přenosu po síti způsob dourozměrného prokládání obrazu. Oproti formátu GIF se prokládá ve směru řádků i sloupců. Uživatel tak již po přenesení 1/4 obrazu ví (u 1/8 obrazu to tuší) co se na obrázku prezentuje.

PNG formát není podporován staršími WWW prohlížeči, což se může jevit jako nevýhoda.

PNG

Mezi hlavní lze určitě zařadit formáty TIFF a MrSID.

Formát TIFF je komplikovaným, ale často využívaným formátem v oblasti počítačové grafiky. Velmi často se využívá k uložení leteckých a družicových snímků.

Formát MrSID je nový formát umožňující vysokou komprimaci obrazu při zachování kvality obrazu. Používá se především pro uložení leteckých a družicových snímků.

Další formáty

Prokládání obrazu formátů GIF a PNG

Barevná hloubka formátů GIF, JPEG a PNG

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Pro jaké účely je vhodný formát BMP. Srovnejte s jinými formáty.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Srovnejte rastrové formáty BMP, JPEG, GIF a PNG

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Jaký nekomprimovaný bitmapový formát byste použili pro záznam fotografie, jaký komprimovaný bitmapový formát byste použili pro záznam textu.

3

3.3 Vektorové formáty

Fomrátů pro ukládání vektorového obrazu existuje celá řada (řádově stovky). Narozdíl od rastrů zne neexistuje téměř žádný dominantní formát až na SVG a WMF. Následující přehled je tedy jen krátkou a neúplnou exkursí do světa rastrových formátů.

Úvod

Formát WMF (Windows Meta File) je formát ve kterém je ukládána většina vektorové grafiky v prostředí M$ Windows. Je to formát uzavřený nicméně v současné době celkem dobře dokumentovaný. Formát WMF umí načít většina programů pro zpracování vektorové grafiky. Občas se při načtení mohou vyskytnout některé chyby (barvy, fonty, seskupení nebo pořadí).

×ÍÚë|}L@8Ç_	8g&
" WMFC# ¨w¨—ˆ
ŞÚě|}L EMF¨—
°
l@đ
 DiaDiagram
ë|}L%
€'­Řć%%
€+ŒŞă%
€%€(&
%+Œ
Şă%€('
˙˙˙%%€+
çÂ%€%
€(&
%+çÂ

Z ukázky obsahu souboru, je patrné, že se jedná o binární formát, který je bez znalosti struktury a bez použití programovacích technik pro uživatele nečitelný.

WMF

Jednou z významných aplikací jazyka XML je specifikace otevřeného vektorového formátu nazvaného SVG (Scalable Vector Graphics). Pro tento grafický formát je charakteristické využití standardních externích DTD jazyka XML, které jsou spravovány organizací W3C.

Formát SVG umožňuje definovat základní geometrické objekty jako je bod, linie, polygon, elipsa. Umožňuje definovat další parametry jako je maskování, filtrace a je možné definovat i interaktivitu objektů na základě činnosti uživatele (např. kliknutí myší).

Protože se jedná o otevřený formát může jej vytvářet kdokoli se znalostí jazyka XML. Některé aplikace (obvykle pro práci s vektorovou grafickou - např. Corel Draw) umožňují export do formátu SVG.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE svg PUBLIC "-//W3C//DTD SVG 20010904//EN"
"http://www.w3.org/TR/2001/REC-SVG-20010904/DTD/svg10.dtd">
<!-- Created with Inkscape (http://www.inkscape.org/) -->
<svg
   id="svg1"
   sodipodi:version="0.32"
   inkscape:version="0.39"
   width="210mm"
   height="297mm"
   sodipodi:docbase="/data/Dokumenty/Institut/Loga"
   sodipodi:docname="logogisacekvCB.svg"
   xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
   xmlns:cc="http://web.resource.org/cc/"
   xmlns:inkscape="http://www.inkscape.org/namespaces/inkscape"
   xmlns:sodipodi="http://sodipodi.sourceforge.net/DTD/sodipodi-0.dtd"
   xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
   xmlns:xml="http://www.w3.org/XML/1998/namespace"
   xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/"
   xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">

  <defs
     id="defs3" />
  <sodipodi:namedview
     id="base"
     pagecolor="#ffffff"
     bordercolor="#666666"
     borderopacity="1.0"
     inkscape:pageopacity="0.0"
     inkscape:pageshadow="2"
     inkscape:zoom="1.6769064"
     inkscape:cx="297.88117"
     inkscape:cy="662.56081"
     inkscape:window-width="1024"
     inkscape:window-height="790"
     inkscape:window-x="154"
     inkscape:window-y="61" />
  <metadata
     id="metadata4">
    <rdf:RDF
       id="RDF5">
      <cc:Work
         rdf:about=""
         id="Work6">
        <dc:format
           id="format7">image/svg+xml</dc:format>

        <dc:type
           id="type9"
           rdf:resource="http://purl.org/dc/dcmitype/StillImage" />
      </cc:Work>
    </rdf:RDF>
  </metadata>
  <path
     sodipodi:type="arc"
     style="fill:#ffffff;fill-opacity:0.75000000;fill-rule:evenodd;stroke:#000000;
stroke-width:1.0000000pt;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;
stroke-opacity:1.0000000;"
     id="path10254"
     sodipodi:cx="580.14545"
     sodipodi:cy="344.09528"
     sodipodi:rx="346.93561"
     sodipodi:ry="166.98976"
     d="M 927.08105 344.09528 A 346.93561 166.98976
 0 1 0 233.20984,344.09528 A 346.93561 166.98976 0 1 0 927.08105 344.09528 z"
     transform="matrix(0.704848,-2.159319e-3,0.000000,1.002231,-48.59601,-118.2049)" />
  <path
     sodipodi:type="arc"
     style="fill:#ffffff;fill-opacity:0.0000000;fill-rule:evenodd;stroke:#000000;
stroke-width:1.0000000pt;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;
stroke-opacity:1.0000000;"
     id="path10253"
     sodipodi:cx="580.14545"
     sodipodi:cy="344.09528"
     sodipodi:rx="346.93561"
     sodipodi:ry="166.98976"
     d="M 927.08105 344.09528 A 346.93561 166.98976 0 1 0 
233.20984,344.09528 A 346.93561 166.98976 0 1 0 927.08105 344.09528 z"
     transform="matrix(0.871789,-2.159319e-3,0.000000,1.002231,-141.4606,-117.2027)" />

  <rect
     style="fill:#ffffff;fill-opacity:1.0000000;fill-rule:evenodd;stroke:none;
stroke-width:0.97241764pt;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;
stroke-opacity:1.0000000;"
     id="rect10876"
     width="363.24838"
     height="398.37518"
     x="351.90225"
     y="24.973564" />
</svg>

Z ukázky obsahu souboru, je patrné, že se jedná o textový formát, který je i bez znalosti struktury a bez použití programovacích technik pro uživatele čitelný.

SVG

Formát CDR je velmi známy v oblasti DTP (zpracování pro tisk). Umí zaznamenat vektorová i rastrová data. Jedná se o uzavřený formát, který je navíc velmi špatně dokumentován, proto jej nedoporučuji používat. Formtá je výstupem programu Corel Draw.

RIFFCDR5vrsnőDISPl (€€
 ŻŻ€€
€€€€€€€€€€ŔŔŔ˙˙˙˙˙˙
˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙˙

Z ukázky obsahu souboru, je patrné, že se jedná o binární formát, který je bez znalosti struktury a bez použití programovacích technik pro uživatele nečitelný.

CDR

Virtual reality modeling language (VRML) je jazyk umožňující definovat 3D scény. Tento jazyk je otevřený dokumentovaný a poskytuje nástroj pro prezentaci 3D objektů a scén v prostředí WWW.

V současné době není bohužel přímo podporován žádným z prohlížečů. K prohlížení je nutné instalovat Plug-in (např. Cosmo Player nebo od SGI).

K dispozici pro tvorbu VRML scén je možné využít buď libovolný textový editor nebo některý z nástrojů, které jsou však obvykle licencovány (za poplatek -- např. Cosmo Software, 3D studio).

VRML umožňuje definovat prvky modelu jako jsou: koule, válce, kužely, kvádry, libovolné 3D objekty definované lomovými body, gridy (úspora kódu). Kromě jednoduchých objektů umožňuje jednoduché objekty kombinovat do komplexních objektů. Rovněž je možné definovat vzhled objektů (barva, textura) a k objektům připojovat externí URL odkazy.

K dalším možnostem patří vkládání zvuků, umisťování videa, popisků. V neposlední řadě je k dispozici možnost skriptování, vytváření animací.

#VRML V2.0 utf8
 
WorldInfo {title "Model vygenerovany programem VRMLGen" }
NavigationInfo { headlight FALSE
                 type [ "FLY" , "ANY" ] }
 
Viewpoint {
    description "Shora"
    position 23 38.97057 35.7294
    orientation 1 0 0 -0.8 }

Viewpoint {
    description "Dvere"
    position 8 11 10
    orientation 1 0 0 0.0 }


SpotLight { direction 0 -1 0 intensity 0.1 ambientIntensity 0.1 
location 23 38.97057 35.7294}
 
DirectionalLight { direction 0 1 0 intensity 0.4 ambientIntensity 0.3 }
DirectionalLight { direction 0 -1 0 intensity 0.4 ambientIntensity 0.3 }
DirectionalLight { direction 1 0 0 intensity 0.4 ambientIntensity 0.3 }
DirectionalLight { direction -1 0 0 intensity 0.4 ambientIntensity 0.3 }
DirectionalLight { direction 0 0 1 intensity 0.4 ambientIntensity 0.3 }
DirectionalLight { direction 0 0 -1 intensity 0.4 ambientIntensity 0.3 }
 
EXTERNPROTO Stena [
    field SFColor    barva
    field SFVec3f    pozice
    field SFVec3f    meritko
    field SFRotation rotace
    field MFString   textura]
"Objekty\ProtoWall.wrl#Wall"

EXTERNPROTO Stanek [
    field SFColor    barva
    field SFVec3f    pozice
    field SFVec3f    meritko
    field SFRotation rotace
    field MFString   textura]
"Objekty\ProtoStanek.wrl#Stanek"
 
Group {  children [
     Stanek { pozice 5 11.25 8.05 meritko  2 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\digis.gif" }
     Stanek { pozice 3.95 11.25 9.5 meritko  3 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\digis.gif" }
     Stanek { pozice 5 11.25 11.05 meritko  2 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\digis.gif" }
     Stanek { pozice 3.95 11.25 12 meritko  2 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\gis.jpg" }
     Stanek { pozice 5 11.25 11.15 meritko  2 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\gis.jpg" }
     Stanek { pozice 5 11.25 13.05 meritko  2 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\gis.jpg" }
     Stanek { pozice 3.95 11.25 14 meritko  2 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\intergraph.gif" }
     Stanek { pozice 5 11.25 13.15 meritko  2 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\intergraph.gif" }
     Stena { pozice 3.95 11.25 22.25 meritko  1.5 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba44.gif" }
     Stena { pozice 6.5 11.25 23.05 meritko  1 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba46.gif" }
     Stena { pozice 8.95 11.25 20.5 meritko  5 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba13.gif" }
     Stena { pozice 15 11.25 18.05 meritko  12 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba14.gif" }
     Stena { pozice 20.95 11.25 19 meritko  2 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba15.gif" }
     Stena { pozice 23 11.25 20.05 meritko  4 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba16.gif" }
     Stena { pozice 24.95 11.05 19 meritko  2 2.1 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba17.gif" }
     Stena { pozice 31 11.25 18.05 meritko  12 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba18.gif" }
     Stena { pozice 36.95 11.25 20.5 meritko  5 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba19.gif" }
     Stena { pozice 38.95 11.25 20 meritko  6 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba21.gif" }
     Stena { pozice 41 11.25 17.05 meritko  4 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\chodba22.gif" }
     Stanek { pozice 20.05 11.25 15.5 meritko  1 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\a4.gif" }
     Stanek { pozice 8.85 11.25 10 meritko  4 2.5 0.1 rotace 0 1 0 1.571 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\geogis.gif" }
     Stanek { pozice 8.5 11.25 8.05 meritko  1 2.5 0.1 rotace 0 1 0 0 
barva 1 1 1 textura ".\Textury\a4.gif" }
 ] }
 
Group {  children [
    Floor { body [3 10 7.9,43 10 7.9,43 10 23,3 10 23] }
 ] }
 

Z ukázky obsahu souboru, je patrné, že se jedná o textový formát, který je i bez znalosti struktury a bez použití programovacích technik pro uživatele čitelný (domnívám se však že poněkud obtížněji než formát SVG).

VRML

K dalším často využívaným formátům bychom mohli zařadit formát CGM (Active CGM), který umožňuje definovat základní geometrické prvky, jejich vzhled a interaktivitu (v podobě WWW adres a změny vzhledu na základně činnosti uživatele).

Další formáty

Některé formáty umožňují ukládat zároveň rastr i vektor, případně i jiné formáty. Příkladem může být CGM, CDR, SVG, SWF (Flash), SMIL. Zařazení těchto formátů je pak minimálně problematické, proto mě prosím nekamenujte za uvedou klasifikaci, případně vynechání některých formátů.

Hybritní, multimediální formáty

2

4 ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

 
 

Kapitola ZPRACOVÁNÍ OBRAZU se věnuje základnímu přehledu technik zpracování obrazu.

Rychlý náhled

 

CÍLE KAPITOLY ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

PO ÚSPĚŠNÉM A AKTIVNÍM ABSOLVOVÁNÍ TÉTO KAPITOLY

Budete umět:

  • Definovat zdroje rastrového obrazu

Budete umět

   

Získáte:

  • Představu o technikách zpracování obrazu

Získáte

   

Budete schopni:

  • Popsat algoritmy rozpoznávání textu

Budete schopni

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

 

Celkový doporučený čas k prostudování KAPITOLY je 120 minut.

 

 

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

 
 

Klíčová slova

3

4.1 Pořizování rastru

Rastrový obraz lze pořizovat mnoha způsoby. Prakticky už jen tím, že něco promítáme na monitoru vytváříme rastrový obraz, dochází k rasterizaci. Každá technika pořizování rastrového obrazu vyžaduje jiné zkušenosti pořizovatele, a neznamená to tedy, že člověk, který umí vytvářet výborná loga zároveň umí kvalitně pořídit fotografii.

Úvod

Mezi základní zdroje rastrového obrazu patří:

  • Fotografie
  • Skenování
  • Snímání obsahu obrazovky počítače
  • Kreslení obrazu
  • Kontrukce obrazu a následná rasterizace
  • Generování obrazu (např. fraktálové techniky)

Zdroje

Skenování je podobný proces jako fotografování s tím rozdílem, že se používá trochu jinak konstrukčně řešené zařízení. Skenerů existuje mnoho různých druhů (např. stolní plošný, sálový váslový, ruční). nejznámější je stolní plošný určený zejména ke skenování jednotlivých listů papíru nebo časopisů, vyjímečně pak pro skenování knih.

Pro skenování můžeme použít jakýkoliv programový prostředek, který podporuje rozhraní TWAIN. Součástí skeneru je programové vybavení, které je přes náš oblíbený nástroj vyvoláno a nastavení parametrů pro skenování se provádí právě v tomto nástroji.

Při skenování je možné definovat několik parametrů. Mezi základní patří DPI, které nám ovlivní velikost výsledného souboru. Dále je možné definovat zda skenovat barevně či černobíle (šedotónově). Je možné zvýšit jas či kontrast skenované předlohy. Je možné obraz otáčet a zrcadlit.

Skener snímá obraz s maximálním optickým rozlišením, které je dáno konstrukcí skeneru. Běžné jsou rolišení 600 - 1200 DPI. U velkoformátových skenerů se můžete setkat s rozlišením větším než 4000 DPI. Při skenování je možné rovněž výpočetně zvýšit rozlišení např. z 600 na 1200 DPI. Řádky a sloupce (barvy pixelů) vzniklého rastru jsou dopočítány interpolací ("průměrováním") z okolních pixelů.

Pokud vás skenování zaujalo podívejte se na jednoduchou, ale přehlednou stránku o skenování: http://www.sosvaz.cz/studenti/2004_2005/p2/liska.html

Skenování

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Co je to interpolované rozlišení

3

4.2 Rozpoznávání textu

Rozpoznávání textu z naskenované předlohy je velmi obvyklá činnost při sběru dat. Je velmi neefektivní některé texty přepisovat, proto se obvykle skenují a pomocí programových nástrojů převádí z rastrové podoby do podoby textové.

Při rozpoznávání textu postupuje program následujícím způsobem:

  • Rastr rozebere na jednotlivé řádky (mezi řádky jsou mezery)
  • Řádky rozloží na jednotlivá slova (mezi slovy jsou mezery)
  • Slova rozloží na jednotlivé znaky (mezi znaky bývají mezery, někdy však mezery chybí nebo jsou nevýrazné a např. znaky rn mohou být identifikovány jako znak m)
  • Jednoitlivé znaky jsou rozpoznávány s využitím dvou technik: By pattern, By shape

Úvod

Technika By pattern (Dle vzoru) je založena na porovnání získané bitmapy, která obsahuje jeden znak se vzorníkem znaků (podobně jako bitmapové fornty). Znak ze vzorníku, který se nejvíce podobá získanému je vyhodnocen jako ten správný. Nevýhodou tototo řešení je nutná existence vzorníků pro různá písma.

By pattern, Dle vzoru

Technika By shape (Dle tvaru) je založena na aproximaci získané bitmapy (tvaru písmena) pomocí vektorovéhé křivky. Získaný vektor je pak vyhodnocen dle tvaru (parametrů). Výhodou tototo řešení je, že je možné rozeznat (nemusí však jít vždy) i písmo pro které nemáme vzorník. Rozpoznání bývá obvykle i rychlejší.

By shape, Dle tvaru

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Popište alespoň jeden způsob (algoritmus) rozpoznávání textu

3

4.3 Obecné techniky

Maskování je obecná technika, bez které se v editaci obrazu neobejdeme. Pomocí této techniky vyvbíráme část obrazu, kterou budeme zpracovávat, zbylý obraz je maskován a je vůči našim zásahům imunní.

V případě vektoru vybíráme vždy jednotlivé elementy. Výběr je obvykle prováděn myší (+SHIFT pro výběr více objektů) nebo vyhledáním objektů dle zvolených kritérií.

V případě rastru je možné se setkat s několika způsoby výběru části obrazu:

  • Výběr obdélníkem
  • Výběr kruhem, elipsou
  • Výběr volně kreslenou oblastí
  • Výběr oblastí konstruovanou křivkou (nějčastěji beziérova)
  • Výběr spojité oblasti definované barvou
  • Výběr všech spojitých oblastí definovaných barvou

Na obrázku je vybraná eliptická oblast. V případě kresby štětcem se stopa štětce vykreslí pouze uvnitř vybrané oblasti, zbylý obraz, ikdyž je štětcem zasažen, zůstává nezměněn.

Maskování

Hladiny (vrstvy) jsou velmi důležitou součástí editace obrazu. Celý obraz může být rozdělen do několika nezávislých vrstev, které se editují samostatně (nebo podle potřeby sdružují).

Výhodou tohoto řešení je možnost editace nezávisle bez rizika poškození dalších vrstev. Jinou neméněn významnou výhodou je možnost volby režimu překryvu. jendotlivé vrstvy můžeme mezi sebou sčítat, dělit, zvyšovat jas, apod.

Hladiny

Transformace obrazu je jedna z nejobvyklejších operací, která se provádí. K trasnformaci patří operace jako např.:

  • zmenšení
  • zvětšení
  • otočení
  • zrcadlení
  • perspektiva
  • naklonění

V případě vektoru je možné tyto operace provádět s jendotlivými prvky. V případě rastru pak s vrstvou, obrazem nebo vybranou částí obrazu.

Pokud dochází k transformaci rastru za určitých okolností (rotace, perspektiva) musí dojít k převzorkování obrazu. Převzorkování je popsáno v následující podkapitole.

Transformace

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

K čemu se obecně využívá maskování (masking) v digitálním zpracování obrazu. Uveďte minimálně 3 příklady následného zpracování maskovaného obrazu.

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Uveďte minimálně dva algoritmy převzorkování obrazu

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

K čemu slouží vrstvy (hladiny) v bitmapovém grafickém editoru

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Je možné využít beziérovy křivky pro maskování obrazu. Vaši odpověď zdůvodněte.

3

4.4 Techniky pro rastr

K převzorkování rastru dochází vždy při transformaci. Velmi patrné je to při rotaci obrazu. Obraz musí být převzorkován neboť pixely nově vzniklého obrazu neobsahují po rotaci stejnou barevnou hodnotu jako před rotací. Naneštěstí není často ani vhodné provést jednoduché mapování pixel-original - pixel-novy, protože by došlo k "rozbití" rastru do nesouvislých oblastí.

Převzorkování je tedy proces, při kterém se určuje hodnota (barva) pro každý pixel v novém obrazu. Způsob určení hodnoty je nazýván interpolace.

Interpolačních technik je několik. K nejznáměším patří nejbližšího souseda, bilineární (lieneární), bikubická, fraktálová. Složitost výpočtu roste v našem výčtu zleva doprava a tím i vzrůstá délka potřebná pro výpočet. Naopak se tímto zvyšuje kvalita převzorkování (což však nemusí platit ve všech případech).

Převzorkování rastru

Převzorkování rastru při rotaci obrazu

Pod filtrací se ve zpracová í obrazu schovává mnoho matematických operací. Některé fitrace probíhají ve více krocích kombinací několika operací. Známé jsou fitry pracující s pohyblivým oknem (kernelové - konvoluční). Pomocí těchto filtrů lze obraz ostřit, rozmazávat, odstraňovat šum, detekovat hrany a provádět další operace.

Zajímavé fitry jsou filtry pracující se světelnými efekty (přidání světelného zdroje) a filtry v oblasti umění napodobující např. kubismus nebo olejomalbu.

Filtry

Převod na odstín šedé, filtr detekce hran, inverze obrazu

Při zpracování rastrového obrazu je možné pracovat se čtyřmi kanály (RGBA), kanál A (alfa) reprezentuje průhlednost. Pro každý pixel je tedy určena míra průhlednosti (obvykle udávaná v procentech 0 - 100).

V případě vektoru je průhlednost definována pro každý objekt vektorové kresby.

Transparence

2

5 NÁSTROJE PRO ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

RYCHLÝ NÁHLED DO PROBLEMATIKY KAPITOLY NÁSTROJE PRO ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

 
 

Kapitola NÁSTROJE PRO ZPRACOVÁNÍ OBRAZU se věnuje základnímu přehledu programových nástrojů pro zpracování obrazu.

Rychlý náhled

 

CÍLE KAPITOLY NÁSTROJE PRO ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

PO ÚSPĚŠNÉM A AKTIVNÍM ABSOLVOVÁNÍ TÉTO KAPITOLY

Budete umět:

  • Rozlišit mezi bitmapovým a vektorovým editorem

Budete umět

   

Získáte:

  • Přehled nástrojů pro úpravu obrazu

Získáte

   

Budete schopni:

  • Vyjmenovat nástroje pro úpravu obrazu

Budete schopni

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU

 

Celkový doporučený čas k prostudování KAPITOLY je 120 minut.

 

 

KLÍČOVÁ SLOVA KAPITOLY NÁSTROJE PRO ZPRACOVÁNÍ OBRAZU

 
 

Klíčová slova

3

5.1 Bitmapové editory

Pro zpracování rastrového (bitmapového) obrazu existují stovky programových prostředků. Většina z nich je dostupná zdarma. Prostředky se liší kvalitou algoritmů a jejich implementace a množstvím funkcí.

Úvod

Program GIMP je nástroj pro zpracování rastrového obrazu uvolněný pod open source licencí GNU/GPL zcela zdarma. Nabízí šisokou paletu nástrojů. Jedná se o velmi kvalitní prostředek pro práci s rastrem. Program je k dispozici pro OS Linux i Windows. Více informací můžete nalézt na http://ww.gimp.org.

GIMP

Irfan View je oblíbený především pro konverzi rastových a vektorových formátů do jiných rastorvých formátů. Umožňuje základní operace s obrazem (transformace, filtrace, barvy) a to pro některé operace i v dávkovém režimu. Umožňuje také prohlížení jiných formátů jako jsou např. video formáty a formát SWF. Program je k dispozici zdarma pro OS Windows. Program neumožňuje editaci jednotlivých částí obrazu a pixelů obrazu (např. kreslení štětcem).

Irfan View

MS Paint (Malování) je jednoduchý program, který obsahují všechny verze OS Windows. Neumoňuje téměř žádné operace, ale umožňuje kreslení do obrazu a některé transformační operace.

Malování

Komerční nástroje Photoshop, Corel paint poskytují podobnou sadu nástrojů jako program GIMP a v přibližně stejné kvalitě. Jejich zásadní nevýhodou je nutná platba za užití licence.

Photoshop, Corel paint

Je vhodné nezapomínat, že pro určité specielní operace s rastrovým obrazem existují nástroje i pro oblast dálkového průzkumu země. Tyto nástroje umoňují zajímavé operace s rastrovám obrazem, často pro vícekanálovou analýzu. Jmenujme např. ERDAS, TNT Mips, GRASS, PCI Geomatics, ER Mapper.

Image processing pro DPZ

KONTROLNÍ OTÁZKA

 

Které vektorové formáty podporuje program Malování (Paint) od společnosti Microsoft.

3

5.2 Nástroje pro vektor

Programů pro editaci vektorového obrazu je méně než pro rastrové obrazy, přesto byhcom jich jistě napočítali desítky.

Úvod

Inkscape je volně dostupný open source nástroj, který umožňuje tvorbu základní 2D vektorové grafiky. Jako nativní formát využívá formát SVG. Je jednoduchý na použití, nicméně jeho vývoj je teprve v počátcích a má silného konkurenta v podobě Open Office Draw.

Inkscape

Součástí kancelářských balíků Open Office a MS Office je možné vytvářet vektorovou grafiku. V případě komerčního MS Office se však vektorová kresba stává součástí jiných dokumentů a je obtížné ji exportovat do některého otevřeného výměnného formátu (např. SVG). Nekomerční Open Office nabízí i samostatný program pro kreselní s následnou možností vložit kresbu do jiných dokumentů, případně uložit jako formát SVG.

Open Office Draw, MS Office Drawing

Corel Draw je stále oblíbeným nástrojem pro přípravu tiskových výstupů (zejména velkoformátových). umožnuje export do mnoha formátů. Export a import formátu SVG je však stále ještě problematický. nativním formátem tohoto programu je uzavřený formát CDR.

Corel Draw

Por modelování reality v podobě 3D vektorových obrazů (modelů) je možné využít některé CAD a GIS nástroje (viz dále) a také specializované nástroje pro 3D vektrovou grafiku jako je komerční 3D studio a nekomerční Blender srovnatelný s komerčním programem 3D studio.

Blender, 3D studio

Je vhodné nezapomínat, že pro určité specielní operace s rastrovým obrazem existují nástroje i pro oblast CAD a GIS. Tyto nástroje umoňují zajímavé operace s vektorovým obrazem, často v kombinaci s doplňujícím údaji o objektech obrazu. Jmenujme např. GRASS, ArcGIS, JUMP, gvSIG, ArcView, Autocad Map, Microstation, Surfer. Některé z těchto nástrojů umoňují rovněž práci s 2.5 a 3D vektorovými daty.

CAD, GIS

44

SHRNUTÍ MODULU ZPRACOVÁNÍ STATICKÉHO OBRAZU

 

Shrnutí modulu

KLÍČOVÁ SLOVA MODULU ZPRACOVÁNÍ STATICKÉHO OBRAZU

 
 

Klíčová slova

DOPLŇUJÍCÍ ZDROJE

Kniha

Web

13

SEZNAM POUŽITÝCH ZNAČEK, SYMBOLŮ A ZKRATEK

INFORMATIVNÍ, NAVIGAČNÍ, ORIENTAČNÍ

Průvodce studiem

Průvodce textem, podnět, otázka, úkol

Shrnutí

Tutoriál

Čas potřebný k prostudování

Nezapomeň na odměnu a odpočinek

KE SPLNĚNÍ, KONTROLNÍ, PRACOVNÍ

Kontrolní otázka

Samostatný úkol

Test a otázka

Řešení a odpovědi, návody

Korespondenční úkoly

VÝKLADOVÉ

K zapamatování

Řešený příklad

Definice

Věta

NÁMĚTY K ZAMYŠLENÍ, MYŠLENKOVÉ, PRO DALŠÍ STUDIUM

Úkol k zamyšlení

Část pro zájemce

Další zdroje

VLASTNÍ ZNAČKY, SYMBOLY, ZKRATKY

MMS

Multimediální systém(y)

HK

...