MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY 7) Bitmapový obraz

Petr Lobaz, 29.ϛ3.ϛ2011, 5.ϛ4.ϛ2011

D I G I TA L I Z A C E O B R A Z U STATICKÝ OBRAZ • • •

2D vzorkování plochy snímku vzorkování spektra svČtla (barvy) kvantizace hodnot

DYNAMICKÝ OBRAZ (VIDEO) •

•

navíc vzorkování þasu – nastavení þasu závČrky a poþtu snímkĤ za vteĜinu – nastavení kamery × simulace v renderingu zmČna parametrĤ statického popisu – vektorová animace + rasterizace – zmČna palety bitmapového obrazu

MHS – Bitmapový obraz

2 / 73

ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKY • • • • • •

pozorovací úhel/velikost snímku (rozlišení) pomČr stran snímku/pixelu snímková frekvence (pro video) struktura obrazu, technologie uložení/pĜenosu pozorovací prostĜedí, jasový rozsah, bitová hloubka barevný rozsah a definice barevnosti


3 / 73

VELIKOST SNÍMKU • •

rozlišovací schopnost oka cca 1–2' pĜedpokládáme pozorovací vzdálenost, pozorovací úhel ҧ rozlišení obrazu

•

pĜíklad: fotografie 30×30 cm, pozorovací vzdálenost 40 cm ҧ pozorovací úhel cca 41 Û = 2470 ' ҧ na 1 cm obrazu alespoĖ 82 px (alespoĖ 200 dpi)

•

pĜíklad: PAL TV 576 Ĝádek, pomČr stran 4:3 ҧ pozorovací úhel cca 13 Û ҧ pozorovací vzdálenost cca 3,5× úhlopĜíþka


4 / 73

VELIKOST SNÍMKU VZORKOVÁNÍ SNÍMKU •

•

•

rozlišovací schopnost oka cca 1–2' ҧ kvalitní vzorkování zohledĖuje velikost snímku a pozorovací vzdálenost statický obraz typicky ostrý ҧ rozlišení obrazu vyšší než rozlišovací schopnost oka – pro fotografie typicky 300 ppi, pro kresby > 600 ppi video typicky neostré vlivem pohybu – oþi sledují pohyb ve videu ҧ obraz nevnímán ostĜe ҧ rozlišení obrazu srovnatelné s rozlišovací schopností oka


5 / 73

VELIKOST SNÍMKU •

schopnost rozlišit detaily klesá s jejich klesajícím kontrastem – contrast sensitivity function (CSF)


6 / 73

VELIKOST SNÍMKU CONTRAST SENSITIVITY FUNCTION • •

•

maximální rozlišení (pĜes 50 cyklĤ/stupeĖ) vnímáme pĜi velkém kontrastu nejjemnČji (1 % jasu nebo lepší) % vnímáme kontrast 0,2 pĜi frekvenci 0,5 1,0 2–5 lp° 2,0 citlivost roste 5,0 s rostoucím 10,0 20,0 osvČtlením 50,0

0,5 1

2

5

10 20

50 lp°


7 / 73


•

pĜed vzorkováním by mČla pĜedcházet dolní propust (rozostĜení) – zabránČní podvzorkování (aliasing, moiré) ve videu jde o mnohem závažnČjší problém

vzor moiré zdroj:de.wikipedia.org MHS – Bitmapový obraz

8 / 73


•

•

jemnost vzorkování þastČji vztažena k rozmČru obrazu (namísto k pozorovacímu úhlu) lpi/lpc (lines per inch/centimeter) – poþet rozlišitelných þar na délkovou jednotku – používá se u zaĜízení, kde je obtížné urþit pojem „obrazový bod“ ppi/ppc (pixels per inch/centimeter) – pro zaĜízení, která mají jasnČ definovaný pojem „obrazový bod“ (picture element, pixel) dpi (dots per inch) – pro tiskárny, dot = nejmenší tisknutelná teþka – pro simulaci odstínĤ 1 pixel ~ nČkolik dots


9 / 73

VELIKOST SNÍMKU


10 / 73

VELIKOST SNÍMKU ROZLIŠENÍ •

•

klasická (analogová) televize – poþet ĜádkĤ – SDTV 480, 576 ĜádkĤ – HDTV 720, 1080 ĜádkĤ digitální obraz – poþet sloupcĤ a ĜádkĤ – rozlišení displeje: 640 × 480, 800 × 600, 1024 × 768, 1152 × 864, 1280 × 1024, 1440 × 900, 1600 × 1200, 1920 × 1200, … – digitální fotografie: celkový poþet pixelĤ pĜi daném pomČru stran obrazu (typicky 3:2) – digitální televize: 704 × 480, 720 × 480, 720 × 576, 704 × 576, 1280 × 720, 1920 × 1080, …


11 / 73


•

klasická fotografie – kinofilm: políþko 36×24 mm, rozlišení max. 4000 ppi – stĜední a velký formát film – šíĜka filmového pásu – 8 mm, 16 mm: amatérský, poloprofesionální film – 35 mm: standard profesionálního filmu políþko 22 × 18,5; 22×16 mm; 22×11,9 mm – 65/70 mm: vysoká kvalita; horizontální políþko IMAX – pro scan rozlišení cca 2000–8000 ppi oznaþení 2K, 4K (výjimeþnČ 8K) max. šíĜka scanu 2048, 4096 px hodina filmu 86 400 snímkĤ ҧ velké rozlišení problém


12 / 73

VELIKOST SNÍMKU


13 / 73

VELIKOST SNÍMKU

720 × 576 (PAL DVD) MHS – Bitmapový obraz

1920 × 1080 (BD)

3840 × 2160 (4K) 14 / 73


•

technická velikost snímku × užiteþná oblast video – eliminace vad zobrazení na okraji – technická velikost napĜ. 720 × 576 (aktivní obraz) – cca 672 × 535 „bezpeþná akce“ – cca 624 × 518 „bezpeþný text“ film – chvČní a nepĜesnosti masky – kamerová maska (apertura) napĜ. 21,95 × 16 mm – projekþní maska napĜ. 21,11 × 11,33 mm – telecine maska napĜ. 20,95 × 11,32 (16 : 9 letterbox)


15 / 73

POMċR STRAN • •

•

šíĜka : výška pomČr stran obrazu/pixelu – SDTV: obraz 4 : 3 (1,33 : 1) pixel není þtvercový (Ӵ 1,1 : 1 PAL, Ӵ 0,9 : 1 NTSC) – anamorfní SDTV 16 : 9 (Ӵ 1,4 : 1 PAL, Ӵ 1,2 : 1 NTSC) – HDTV: 16 : 9 (1,78 : 1), pixel þtvercový film – pomČr stran políþka: 1,33 : 1 – klasický formát (4:3) 1,37 : 1 – Academy 1,66 : 1 – oĜíznutí Academy, kompromis kinem a TV 1,85 : 1 – Academy Flat, Widescreen 2,39 : 1 – Cinemascope (také 2,35 : 1, až 2,75 : 1)


16 / 73

POMċR STRAN

ѫ Academy (1,33 : 1) Ѧ Widescreen (1,85 : 1) ѥ Cinemascope (2,39 : 1)


17 / 73

POMċR STRAN •

film – pomČr stran obrazu („pixelu“) – bČžný objektiv – pomČr stran 1 : 1 (Academy, Widescreen) – anamorfní objektiv/pĜedsádka – pomČr stran až 2 : 1 (Cinemascope)


18 / 73

POMċR STRAN •

pĜevod pomČru stran – letterbox/pillarbox – roztažení, chytré roztažení – pan & scan – natáþení open matte


19 / 73

pillarbox

letterbox

POMċR STRAN


20 / 73

chytré roztažení

roztažení

POMċR STRAN


21 / 73

open matte

pan & scan

POMċR STRAN


22 / 73

SNÍMKOVÁ FREKVENCE •

•

rozpoznatelnost záblesku – rĤzná pĜi tma–svČtlo–tma a svČtlo–tma–svČtlo – záblesk až 1/400 s (identifikace obrazu 1/200 s) – zatemnČní 1/100 s iluze pohybu – pĜi velmi dobrém vzorkování þasu 18 fps dostaþující – pro dobré vzorkování þasu 24 fps – pomalé pohyby 10 fps nebo ménČ – pro ostré snímky více než 50 fps


23 / 73

SNÍMKOVÁ FREKVENCE • •

•

klidný obraz bez blikání (flicker) frekvence závisí na jasové adaptaci oka, velikosti obrazu zobrazení

obraz

prostĜedí

frekvence

promítací plátno televizor monitor

velký malý malý

tma šero svČtlo

48, 72 fps 50, 60 fps > 60 fps

velká frekvence – dČlení snímku na pĤlsnímky – standardní televize – opakování snímkĤ – 100Hz televizor, kino


24 / 73

SNÍMKOVÁ FREKVENCE TEMPORAL SENSITIVITY FUNCTION • • •

vjem blikání závislý na rozdílu stĜídajících se jasĤ a jasové adaptaci oka vysoká frekvence blikání – pro vjem nutný vysoký kontrast % maximální citlivost 0,2 (1 % jasu) pĜi 0,5 1,0 dostatku svČtla 2,0 a frekvenci 5,0 10 – 20 Hz 10,0 20,0 50,0

2

5

10

20


50 Hz 25 / 73

SNÍMKOVÁ FREKVENCE POHYB OýÍ • •

fixované oko sleduje statickou mĜížku – obraz o jisté prostorové frekvenci fixované oko sleduje pohybující se mĜížku – obraz o stejné prostorové frekvenci – jeden bod na sítnici navíc „bliká“ ҧ þasová frekvence ҧ horší citlivost na zmČnu kontrastu ҧ kompenzace pohybem oka


26 / 73

SNÍMKOVÁ FREKVENCE

t

• •

t

oko sleduje pĜedmČt na obrazovce pĜi 24 fps – vjem pohybu dobrý, obraz bliká (flicker) snímky se duplikují na rychlost blikání 48 Hz – obraz statický, bez blikání – v duplikovaných snímcích je objekt jinde, než se þeká ҧ judder (problém v kinČ, u promítání filmĤ v TV, 100Hz TV)


27 / 73

SNÍMKOVÁ FREKVENCE KONVERZE SNÍMKOVÉ FREKVENCE •

•

•

film ѧ PAL (24 fps ѧ 25 fps) 2:2 pulldown: A B C ѧ AL AS BL BS CL CS – 24 fps ѧ 48 pĤlsnímkĤ/s zrychlené pĜehrání (60 min. ѧ 57 min. 36 s) korekce zvukové stopy film ѧ NTSC (24 fps ѧ 29,97 fps) 2:3 pulldown (telecine): A B C ѧ AL AS BL BS BL CS CL – 24 fps ѧ 60 pĤlsnímkĤ/s zpomalené pĜehrání 59,94 pĤlsnímkĤ/s (1 h ѧ 1 h 3,6 s) NTSC ѧ film (29,97 fps ѧ 24 fps) inverse telecine – 29,97 fps ѧ 23,976 fps


28 / 73

STRUKTURA OBRAZU PSF (PIXEL SPREAD FUNCTION) •

•

•

rozložení jasu v rámci jednoho pixelu LCD, DLP obdélníkové rozložení CRT – gaussovské rozložení – obrazovka ze skvrn luminoforu/triád skvrn – neexistuje souvislost mezi pixely a luminofory


29 / 73

STRUKTURA OBRAZU PROKLÁDANÝ (INTERLACED) OBRAZ • • • •

•

rozložení snímku (frame) na dva pĤlsnímky (field) zobrazování/snímání lichých/sudých Ĝádek opak – progresivní (progressive) obraz dvojnásobná frekvence obnovování obrazu ҧ redukce blikání (flicker) – pro 25 Hz se projevuje, pro 50 Hz ne meziĜádkové blikání (twitter) plocha: blikání 50 Hz hrana: blikání 25 Hz – twitter plocha: blikání 50 Hz obraz

liché Ĝ.


sudé Ĝ.

30 / 73

STRUKTURA OBRAZU •

• •

zvýšení ostrosti obrazu (zmenšení PSF) – 1. pĤlsnímek s mezerami mezi Ĝádky – 2. pĤlsnímek zaplĖuje mezery – pĜi progresivním obrazu pĜi stejném fps a šíĜce pásma by PSF musela být vČtší redukce šíĜky pásma, výkonu vysílaþe KellĤv jev – rozlišovací schopnost se zmenšuje oproti teoretické NyquistovČ podmínce, dáno pĜedevším PSF


31 / 73

STRUKTURA OBRAZU ANALOGOVÝ TELEVIZNÍ SIGNÁL nepĜerušovaný ҧ musí zahrnovat þasy pro – pĜenos obrazu v Ĝádce – synchronizaci na zaþátku Ĝádky – horizontální zatemnČní a zpČtný bČh paprsku – vertikální zatemnČní a zpČtný bČh paprsku ҧ rozlišujeme celkový poþet ĜádkĤ/sloupcĤ a poþet aktivních ĜádkĤ/sloupcĤ • okraje obrazu obsahují artefakty ҧ plocha obrazu menší – NTSC 525 ĜádkĤ, aktivních 480 PAL 625 ĜádkĤ, aktivních 576

•


32 / 73


typické snímkové frekvence film 24 fps (625/50) PAL 25 fps = 50 pĤlsnímkĤ/s (525/60) NTSC 29,97 fps (ӳ 30Â1000/1001) = 59,94 pĤlsnímkĤ/s 30 fps (pĤvodní) – zkratky PAL/NTSC v tomto kontextu nepĜesné, viz dále


33 / 73

STRUKTURA OBRAZU DEINTERLACING

obrázky pĜevzaty z www.100fps.com


34 / 73


blend – zvČtšení field na frame, prolnutí – statická scéna pĜijatelná (horší vertikální rozlišení) – pohyb špatný


35 / 73


weave – zobrazení obou pĤlsnímkĤ najednou – statická scéna plné vertikální rozlišení – pohyb špatný


36 / 73


selektivní blend (area based) – ve statických místech obrazu weave, v pohyblivých místech blend – kompromis mezi weave a blend


37 / 73


motion blur – ve statických místech weave, v pohybu rozmazání – teoreticky ideální možnost – výpoþetnČ nároþné – odhad pohybu ve snímcích


38 / 73


•

•

discard – zobrazování jen sudých (lichých) fields – bez artefaktĤ, poloviþní rozlišení, trhaný pohyb bob – zobrazení obou fields v plném rozlišení – obraz bez artefaktĤ, horší rozlišení, dvojnásobné fps bob+weave – bob+ve statických místech weave – dobré rozlišení, témČĜ bez artefaktĤ, dvojnásobné fps


39 / 73

JASOVÝ ROZSAH JAS • • • •

• • •

Y, luminance svítivost jednotkové plochy [cd m–2] oko rozpoznává jas v rozmezí 0,001 – 10 000 cd m–2 jasová adaptace oka na prostĜedí – vjem bílé = jas 5× vČtší než prĤmČr – v šeru rozsah 100 : 1 (D = 2) – ve svČtlém prostĜedí rozsah 1000 : 1 (D = 3) pro potĜeby reprodukce obrazu uvažujeme D = 2, nejtmavší rozpoznatelná þerná 1 % bílé referenþní bílá pro video 103, tma v kinČ 0,02 cd m–2 reakce na jas není lineární


40 / 73

JASOVÝ ROZSAH VNÍMANÝ JAS • •

L* (lightness) L* – jas Y korigovaný vĤþi citlivosti oka, normalizovaný na jas Yn referenþní bílé L* = 116 (Y / Yn)1/3 – 16 pro Y/Yn 0,008856 L* = 903,3 (Y / Yn) pro Y/Yn < 0,008856 L* Ӈ <0, 100>, L* Ԁ Y 0,4

L*

L*

(Y/Yn )1/3 (Y/Yn )0,4

Y/Yn

Y/Yn


41 / 73

JASOVÝ ROZSAH • •

rozlišovací schopnost oka cca 1 % jasu (luminance) v multimédiích potĜebujeme rozsah jasĤ cca 1 : 100

UNIFORMNÍ KVANTIZACE • • • •

lineární kódování jasu Y ӳ k, k v rozmezí 0–n pomČr 101 : 100 = 1,01 ҧ hodnoty menší než 100 vykazují posterizaci bez posterizace umíme vyjádĜit jasy pro n > 100 pomČr 10 000 : 100 = 100 ҧ pro rozsah 1 : 100 potĜebujeme n = 10 000 (14 bitĤ) ҧ pomČr 10 000 : 9 999 << 1,01 ҧ neefektivní


42 / 73

JASOVÝ ROZSAH NEUNIFORMNÍ KVANTIZACE • •

•

nelineární logaritmické kódování jasu Y ӳ 1,01k pro k = 1: Y ӳ 1 Â 100,2 pro k = 463: Y ӳ 1,01463 = ҧ pro rozsah 100 : 1 potĜebujeme 463 hodnot (9 bitĤ) kódování: k ӳ log Y / log 1,01 – v praxi se používá mocninné kódování k ӳ Y e – lepší aproximace vjemu log Y L* než exponenciála – exponent typicky 0,4 (Y/Y )0,4 n

Y/Yn MHS – Bitmapový obraz

43 / 73

JASOVÝ ROZSAH BITOVÁ HLOUBKA UNIFORMNÍ KVANTIZACE • • • • • • •

snímací elektronika typicky lineární chování pro potĜeby digitální korekce obrazu uniformní kvantizace napČtí ҧ uniformní kvantizace jasu 12 bitĤ ӳ 12 EV ӳ 3,3 D ҧ dostateþné pro denní svČtlo pro zlepšení záznamu odleskĤ atd. D vyšší bČžné snímaþe rozlišení max. 14 bitĤ vícenásobná expozice ҧ možnost zachycení vyšší D ҧ HDRI (High Density Range Imaging) – až 32 bitĤ nevýhoda uniformní kvantizace – šum ve stínech horší než šum ve svČtlech


44 / 73

JASOVÝ ROZSAH B. HLOUBKA NEUNIFORMNÍ KVANTIZACE • •

• •

rozlišení musí být lepší než 0,004 D (100,004 Ԉ 1,01) televizní obraz D = 2 ҧ zapotĜebí 2/0,004 = 500 kódĤ (pĜesnČ 463 kódĤ) ҧ 9 bitĤ – pro praktické úþely televize staþí 8 bitĤ negativní film D = 2, rozlišení 0,002 D ҧ 10 bitĤ záznam scény s D ӳ 3,5 – špatnČ: rovnomČrná komprese jasĤ na D = 2, oĜíznutí svČtel a stínĤ log YKOMP. – správnČ: nestejná komprese stĜedĤ, svČtel a stínĤ log Y

ORIG.


45 / 73

JASOVÝ ROZSAH TYPICKÉ BITOVÉ HLOUBKY • • • • •

1 bit (pérovka, bitmap) – pro tisk, neprochází rastrováním 8 bitĤ (contone) – typická fotografie; nelineární kvantizace 10 bitĤ – Cineon, pro film; nelineární kvantizace 16 bitĤ – digitální foto, film; lineární kvantizace – velmi þasto je reálnČ použito jen 12 – 14 bitĤ 32 bitĤ (float), pro High Density Range Imaging (HDRI); lineární kvantizace


46 / 73

JASOVÝ ROZSAH ZOBRAZOVACÍ ěETċZEC •

• •

•

svČtlo YIN ѧ kamera ѧ napČtí UY IN úmČrné jasu ѧ aproximace vnímaného jasu UL ѧ A/D ѧ pĜenos ѧ D/A ѧ vnímaný jas ѧ rekonstrukce napČtí UY IN ѧ zobrazení YOUT ѧ oko aproximace vnímaného jasu: UL = UY IN0,4 typická CRT obrazovka reaguje nelineárnČ: YOUT ӳ U2,5 ҧ YOUT ӳ (UY IN0,4)2,5 = UY IN ӳ YIN ҧ obrazovka sama o sobČ rekonstruuje lineární napČtí exponent 2,5 = γ, tj. Y ӳ U γ – inverzní funkce – gama korekce – vnímání jasu je kompatibilní s chováním CRT!


47 / 73

JASOVÝ ROZSAH ZOBRAZOVÁNÍ •

• •

okolní svČtlo poškozuje tmavé odstíny ҧ pro kompenzaci nastavení İ (black level, brightness), c (gain, contrast) Â 2,5 lepší popis reakce CRT: Y ӳ c (U + İ)γ, γ = γ pĜi jednoduchém popisu Y ӳ U je γ mezi 1,5 až 3,0 Â 2,2 – pĜi typických kanceláĜských podmínkách γ =

Y

Y

İ

İ U


U 48 / 73

JASOVÝ ROZSAH VLIV PROSTěEDÍ •

•

svČtlé prostĜedí zvyšuje jas tmavých þástí obrazu ҧ oko kompenzuje – zvyšuje kontrast (ztmavuje tmavé þásti obrazu) ҧ v tmavém prostĜedí se stejný obraz jeví jako ménČ kontrastní podobný problém: – snímání scény s velkým jasovým rozsahem v jasném prostĜedí – zobrazení v šerém/tmavém prostĜedí s menším jasovým rozsahem ҧ obraz se jeví jako málo kontrastní


50 / 73

JASOVÝ ROZSAH • •

• • •

kompenzace: napodobení adaptace oka na jasné prostĜedí – umČlé ztmavení tmavých þástí obrazu γ nepotĜebujeme YOUT ӳ YIN, ale YOUT ӳ YINs – γS (systémová gama) > 1 – tmavé prostĜedí (kino): γS = 1,5 šeré prostĜedí (sledování TV): γS = 1,25 jasné prostĜedí (kanceláĜ): γS = 1,125 Ĝešení: modifikace exponentu pro kódování (γE) a dekódování (γD) 1/γ

γ

γ

γ

γ

γ

YOUT ӳ (UY IN E) D = U YDIN/ E = U YSIN ӳ YINs typicky γE = 1 / 0,5; γD = 2,5 ҧ γS = 1,25 pomocí black level γD = 2,2 ҧ γS = 1,1 atd.


51 / 73

JASOVÝ ROZSAH VNÍMANÝ KONTRAST • • •

•

menší než pomČr jasĤ v obrazu vnímání tmavých jasĤ lepší v tmavém prostĜedí snižuje se rozptylem svČtla, okolním svČtlem zobrazení

okolí

filmové plátno televizor monitor

tma šero svČtlo

max. jas

vnímaný kontrast

40 100 200

80 : 1 20 : 1 5:1

tma: jas okolního prostĜedí < 1 % bílé v obrazu šero: jas okolního prostĜedí cca 20 % bílé v obrazu svČtlo: jas okolního prostĜedí podobný bílé v obrazu


52 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY • •

citlivost

•

elektromagnetické záĜení 380 – 720 nm = svČtlo pomČr zastoupení vlnových délek + reakce oka na jednotlivé vlnové délky = barva za barevné vidČní zodpovČdné tĜi druhy svČtloþivých bunČk v oku (þípky) – Ǐ, Ǆ, ǃ ҧ zdá se, že tĜi vzorky spektra by mČly staþit ˚ ˛ ˨ ҧ zdá se, že k reprodukci staþí barvy R, G, B otázka: jaké mají být spektrální citlivosti 400 500 600 700 Ǌ snímaþĤ?

•

citlivost lidského oka MHS – Bitmapový obraz

53 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY PRVNÍ ŠPATNÁ ODPOVċĆ Citlivosti snímaþĤ stejné jako citlivosti Ǐ, ǃ, Ǆ. experiment: svítí jen zelený luminofor ҧ reaguje þípek ˨, ˚, ˛ ҧ reaguje buĖka R, G, B ҧ svítí všechny luminofory ˚ ˛ citlivost

• •

400

500

600

˨

700

Ǌ

svítí zelený luminofor MHS – Bitmapový obraz

54 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY DRUHÁ ŠPATNÁ ODPOVċĆ •

Citlivosti R, G, B snímaþĤ by mČly být stejné jako spektrální charakteristiky luminoforĤ.


55 / 73

záĜivost

VZORKOVÁNÍ BARVY

500 600 spektrální charakteristika LCD monitoru

700

Ǌ

400

500 600 spektrální charakteristika CRT monitoru

700

Ǌ

záĜivost

400


56 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY DALŠÍ ŠPATNÉ ODPOVċDI

B

G

400

500

citlivost

citlivost

• snímaþe témČĜ monochromatické • snímaþe pokrývají všechny vlnové délky ҧ špatná reakce luminoforĤ

R

600

700

Ǌ

B

400

experiment 1

G

500

R

600

700

Ǌ

experiment 2


57 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY SPRÁVNÁ ODPOVċĆ

•

správnČ formulovaná otázka: Jakou smČs R, G, B svČtel potĜebujeme pro napodobení monochromatického svČtla? ҧ colour matching functions optimální citlivost snímaþe B G R odpovídá CMF citlivost

•

400

500

600

700

Ǌ

CIE 1931 CMF MHS – Bitmapový obraz

58 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY (R)

(R) (G)

(G) (B)

(B) (C)

r

g b


59 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY MċěENÍ CMF • • •

pozorovatel vidí v zorném poli vzorek barvy (C) a smČs svČtel (R), (G), (B) snaží se pomČrem RGB svČtel dosáhnout shody 1,0 (C) = r (R) + g (G) + b (B) pro syté barvy potĜebné záporné intenzity 1,0 (C) = –r (R) + g (G) + b (B) 1,0 (C) + r (R) = g (G) + b (B) ҧ míšení (C) a kladných intenzit (R), (G), (B)


60 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY PRAKTICKÁ REALIZACE • •

ne-monochromatické luminofory ҧ CMF obsahují více záporných þástí, jsou plošší záporné þásti CMF jdou vyrobit obtížnČ

1. Ĝešení – R, G, B buĖky citlivost jako kladné þásti CMF ҧ velká chyba reprodukce nČkterých barev 2. Ĝešení – R, G, B buĖky citlivost jako kladné þásti CMF, matrixing (napodobení CMF) ҧ malá chyba reprodukce u vČtšiny barev 3. Ĝešení – doplnČní dalších bunČk (E), matrixing ҧ vylepšení barevného podání MHS – Bitmapový obraz

61 / 73

citlivost

VZORKOVÁNÍ BARVY

500 600 spektrální citlivost CCD kamery

700

citlivost

400

400

500

600

700

spektrální citlivost CCD kamery, matrixing – aproximace CMF MHS – Bitmapový obraz

62 / 73

VZORKOVÁNÍ BARVY SPRÁVNÁ ODPOVċĆ

citlivost

Spektrální charakteristika barevných snímaþĤ mĤže být libovolná, ale musí umožĖovat aproximaci CMF (colour matching functions).

400

500 600 700 spektrální citlivost snímaþe fotoaparátu Nikon D70


63 / 73

DEFINICE BAREVNOSTI REPREZENTACE BARVY PIXELU •

•

•

pĜímá – „truecolor“ – 8/16 bitĤ na kanál, RGB i jiné modely – „hi-color“ – RGB, 5-5-5 nebo 5-6-5 bitĤ na kanál, zastaralá technologie – podvzorkování barev (chroma subsampling) gradaþní kĜivka (duplex) – obrázek 1 kanál 8/16 bitĤ – pĜevod do nČkolika barev – pĜenosová kĜivka paleta – pevnČ daná paleta, typicky max. 256 barev, RGB – v pixelu odkaz do palety


64 / 73

DEFINICE BAREVNOSTI • • • •

•

pro tisk CMYK, CMYKLcLm, CMYKRGB, … pro kolorimetrii, barevné korekce atd. rĤzné barevné prostory (XYZ, xyY, CIELAB, kalibrované RGB, CMYK, …) pro multimédia aditivní systémy, vČtšinou technicky založené (tj. ne kolorimetricky) RGB – složky obsahují (lineární) jas R‘G‘B‘ – složky obsahují vnímaný jas (gama korekce) X‘ Y‘ Z‘ – gama korigovaný XYZ (pro digitální kino) pro pĜenos oddČlený jas a barevnost, tzv. „YUV“ – sluþitelné s þb vysíláním – vČtší odolnost k šumu, menší šíĜka pásma – barevný signál nemČní jas ҧ „princip konstantního jasu“


65 / 73

DEFINICE BAREVNOSTI •

• • •

lineární systém: Y = 0,2126 R + 0,7152 G + 0,0722 B Įǃ ӳ (B – Y, R – Y) gama b. prostor RGB ‫ ٿ‬YĮǃ ֥֥ YĮǃ ‫ ډ‬RGB kód. ‫ڀ‬ ‫ٿ‬ dekód. ‫ڊ‬ ‫ډ‬ perceptuální systém: RGB ‫ ٿ‬YĮǃ ‫ ڀ‬L*Įǃ ֥֥ L*Įǃ ‫ ڊ‬YĮǃ ‫ ډ‬RGB perceptuální systém s CRT: RGB ‫ ٿ‬Yab ‫ ڀ‬L*Įǃ ֥֥ L*Įǃ ‫ ڊ‬Yab ‫ ډ‬RGB ‫ ڀ‬R‘G‘B‘ ѧ CRT aproximace kolorimetrického systému: RGB ‫ ڀ‬R‘G‘B‘ ‫ ٿ‬Y ‘PBPR ֥֥ Y ‘PBPR ‫ ډ‬R‘G‘B‘ ѧ CRT luma: Y ‘ = 0,299 R‘ + 0,587 G‘ + 0,114 B‘ chroma: PB = 0,564(B‘ – Y ‘), PR = 0,713(R‘ – Y ‘)


66 / 73

DEFINICE BAREVNOSTI • •

Y ‘PBPR Y ‘ je mezi 0 – 1, PBPR jsou mezi ±0,5 Y ‘CBCR Y ‘ je mezi 16 – 235, CBCR jsou mezi 16 – 240 (stĜed 128) zbytek rozsahu 0 – 255 pro analogové pĜekmity

Y pozice v Ĝádku

• •

studiové RGB219: R‘G‘B‘ jsou mezi 16 – 235 Y ‘UV, Y ‘IQ – pro PAL, NTSC


67 / 73

PODVZORKOVÁNÍ BAREV • •

• • • • •

oko citlivČjší na zmČnu v jasu ҧ informace o barvČ se mĤže podvzorkovat standardní typy podvzorkování – oznaþení trojicí A : B : C – A : B – pomČr podvzorkování Y ‘ : CBCR horizontálnČ – B = C ҧ CBCR má stejné vertikální rozlišení jako Y ‘ – C = 0 ҧ CBCR má poloviþní vertikální rozlišení než Y ‘ 4:4:4 – poþítaþová grafika, scan, RGB i Y ‘CBCR 4:2:2 – studiové video podle CCIR 601, DV50 4:1:1 – uživatelské video, NTSC, profi DV25/PAL 4:2:0 – uživatelské video, JPEG, MPEG-1, MPEG-2, amatérské DV25/PAL 3:1:1, 3:1:0 – nČkteré videokamery


68 / 73

PODVZORKOVÁNÍ BAREV

vzorkování 4:2:2, = vzorek Y‘, = vzorek CB i CR

vzorkování 4:1:1, = vzorek CB ,

= vzorek Y‘, = vzorek CR

vzorkování 4:2:0, varianta 1 = vzorek Y‘, = vzorek CB i CR

vzorkování 4:2:0, varianta 2 = vzorek Y‘, = vzorek CB i CR


69 / 73

PODVZORKOVÁNÍ BAREV Y‘ Y‘

Y‘ Y‘

Y‘ Y‘ Y‘ Y‘

Y‘ Y‘

Y‘ Y‘

Y‘ Y‘

Y‘ Y‘

Y‘ Y‘ Y‘ Y‘

Y‘ Y‘

Y‘ Y‘

CB CB

CB

CB

CB CB

CB

CB

CR CR

CR

CR

CR CR

CR

CR

4:4:4

4:2:2


4:1:1

CB

CB

CR

CR

4:2:0 (MPEG-1)

4:2:0 (MPEG-2)

70 / 73


bez chroma podvzorkování

chroma podvzorkování 4:2:2




71 / 73







72 / 73







73 / 73

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY

Recommend Documents