Pixely, barevné palety a rozptylování barev

Počítačová grafika

Pixely • pixel (Picture Element) • nejmenší zobrazitelná část obrazu • počet bitů na pixel udává počet možných barev

Pixely, barevné palety a rozptylování barev

(počet bitů roste přímo úměrně počtu barev)

• nejčastější: • 16,8 miliónů barev (2563) • 256 stupňů šedi • vznik analogií

Jana Dannhoferová ([email protected])

Ústav informatiky, PEF MZLU 2

© J. Dannhoferová, Počítačová grafika - Barevné palety a rozptylování

Barevná hloubka pixelu

Barevná hloubka pixelu

• počet bitů, které reprezentují daný pixel, určuje počet barev, kterých může pixel nabýt:

Počet možných barev

• čím větší počet bitů, tím vetší možný počet barev

• hloubkou pixelu se většinou rozumí právě počet bitů nutných pro reprezentaci jeho barvy • více bitů na jeden pixel také znamená větší paměťovou náročnost uložení grafické informace!


3

Omezená barevná škála

Obvyklé označení

2

1 bit

Mono Color

16

4 bity

základní

256

8 bitů = 1 byte

VGA

32768

15 bitů

Low Color High Color

65536

16 bitů = 2 byty

16 777 216

24 bitů = 3 byty

True Color

4 294967 296

32 bitů

Super True Color

281 474 976 710 565

48 bitů

Deep Color


4

Redukce počtu barev

• skutečný počet barev na pixel se někdy liší od těch, které mohou být zobrazeny na výstupním zařízení (ztráta barev a kvality) • zařízení s omezenou škálou zobrazitelných odstínů • nutno stanovit: • které barvy z nich vybereme do např. 256-ti prvkové barevné palety • jak bude naloženo s barvami, na které se již nedostalo • řešením může být standard tzv. indexovaných barev (hovoříme o tzv. barevných paletách) © J. Dannhoferová, Počítačová grafika - Barevné palety a rozptylování

Hloubka pixelu

5

• Problém: Jak zobrazit obraz s více odstíny šedi na zařízeních umožňujících zobrazovat pouze omezený rozsah hodnot nebo pouze černou a bílou (tiskárny) tak, aby byl dosažen přibližně stejný vjem?

• polotónování • techniky, které dokáží z několika barev vytvořit iluzi bohaté barevné škály • u tiskáren

• rozptylování • polotónování je jejím speciálním případem • vhodné pro zobrazení obrázku © J. Dannhoferová, Počítačová grafika - Barevné palety a rozptylování

6

1

Rozptylovací techniky

Metoda konstantního prahu

• pro zpracování černobílých i barevných obrázků • barevné rozptylování je speciálním případem rozptylování obrazu ve stupních šedi • zobrazení odstínů šedi na dvouúrovňovém zařízení • Příklad: Obrázek obsahující 16(=24) odstínů šedi chceme vykreslit na displeji, který zobrazuje pouze černou a bílou.

1) prahování • stupně šedi  černobílý obraz • zobrazení bodů s intenzitou větší než hodnota prahu P (porovnáváme vstup se zadanou hranicí) • stejná velikost obrazu • špatné znázornění obrazového vjemu (ostře černobílý obraz)

if (I[x,y]

7




8


9



10

Náhodné rozptýlení

2) náhodné rozptýlení • zachování původní velikosti obrazu • větším plochám dodává vzhled drsného povrchu • funkce RANDOM – generátor náhodných čísel <0,15> if (I[x,y]
11


12

2

Náhodné rozptýlení

Rozptylovací techniky 3) maticové rozptýlení • generování různých odstínů šedi podle pravidelných, předem daných vzorků složených z bílých a černých bodů • rozptylovací matice velikosti nxn • vysoká kvalita zachování informace • dva případy: • 1 bod vstupního obrazu = vzor (matice) • 1 bod vstupního obrazu = 1 bod vzoru


13


14



a)dochází ke zvětšení velikosti obrazu • 1 pixel je nahrazen skupinou pixelů výsledných

a)dochází ke zvětšení velikosti obrazu • 1 pixel je nahrazen skupinou pixelů výsledných

• pro generování různých odstínů šedé barvy se používají předem dané vzory složených z bílých a černých bodů

• pro generování různých odstínů šedé barvy se používají předem dané vzory složených z bílých a černých bodů

(jeden bod obrazu je nahrazen vzorem)

• Příklad: Rozptylovací matice 2x2 pro vstupní intenzitu <0,4>. Pro větší škálu vstupních intenzit je nutno použít matice vyšších řádů!


(jeden bod obrazu je nahrazen vzorem)

• Příklad: Rozptylovací matice 2x2 pro vstupní intenzitu <0,4>. Pro větší škálu vstupních intenzit je nutno použít matice vyšších řádů! 15


Rozptylovací matice

16

Rozptylovací matice • Příklad: Rozptylovací matice 4x4 pro vstupní intenzitu <0,15>.

M=

0 6 13 11 9 15 4 2 14 8 3 5 7 1 10 12

• Poznámka: Rozptylovací matice definují tzv. magické čtverce. © J. Dannhoferová, Počítačová grafika - Barevné palety a rozptylování

17


18

3

Magické čtverce

Magické čtverce

Matice displeje

(tzv. křížkový stínovací vzor)


19



(jeden bod obrazu je nahrazen jedním bodem ze vzoru)

• Otázka: Který prvek matice 2x2 nebo 4x4 použít jako prahovou hodnotu? i = x mod n + 1, j = y mod n + 1 if (I[x,y]

barevné maticové rozptýlení • různé matice pro různé barevné složky • vzory se natáčejí, aby se potlačila opticky zřetelná pravidelnost matic • například: • • • •

černá: úhel 45º fialová: úhel 75º žlutá: úhel 90º modrozelená: úhel 105º


22

Floyd-Steinberg

4) distribuce chyby • zachování stejné velikosti obrazu • rozdíl skutečné intenzity a intenzity zobrazovaného bodu (ztráta) je distribuován na okolní pixely • chyba se započítá sousedům a je „tlačena“ vpřed (efekt vlnovek) • pixely nutno zpracovávat po řádcích (nebo sloupcích), ale ne libovolně!


20


b)nedochází ke zvětšení velikosti obrazu • hodnoty v matici určují, při jaké velikosti vstupního odstínu šedi se na výstupu objeví v odpovídajícím místě 1 (bílá) • prvek matice je použit jako prahová hodnota


Matice tiskárny

(tzv. puntíkový vzor)

• metoda distribuce chyby • pravidla pro rozdělení chyby do okolních pixelů byla vytvořena empiricky (jsou známy asi 4 různé způsoby distribuce)

• Příklad: Cin = 5  Cout = 0 (zanedbanou hodnotu 5 přičtu k nejbližším okolním pixelům) Cin = 11  Cout = 1 (zanedbanou hodnotu 4 (=15-11) odečtu od nejbližších okolních pixelů)

23


24

4

Floyd-Steinberg

Floyd-Steinberg

zpracované pixely 7/16 1/16 3/16 5/16 • Poznámka: Před vykreslením každého pixelu je ke vstupní hodnotě Cin přičtena či odečtena chyba z okolních pixelů (paměť chyby). Je zřejmé, že chyby jsou neceločíselné! © J. Dannhoferová, Počítačová grafika - Barevné palety a rozptylování

25


26

Barevné palety

Floyd-Steinberg

• pixel nese barevnou informaci v určitém barevném modelu (nejčastěji RGB) • řešením může být standard tzv. indexovaných barev (hovoříme o tzv. barevných paletách) • výběr a parametry barev se většinou určují pro každý obraz zvlášť (podle jeho barevného ladění) • barvy jsou uloženy v tabulce, která je součástí souboru • Např. • 256 barev (8 bitů na pixel, 28) • 64 barev (6 bitů na pixel, 26) © J. Dannhoferová, Počítačová grafika - Barevné palety a rozptylování

27

Barevné palety

28

Barevné palety

• Příklad: Vycházejme ze situace, kdy vstupní barevné informace jsou vypočítávány v kvalitě 24 bitů na pixel a mají být zobrazeny na zařízení s 8 bity na pixel. • Předpoklad: 8 bitů na pixel je indexem do palety, ve které je možné nastavit libovolných 256 odstínů z 16,8 miliónů možných barevných kombinací.



• barevná paleta (colormap) • jednorozměrné pole hodnot barev • slouží k redukci počtu barev • grafický soubor s paletou obsahuje popis palety a vlastní data (barvy jsou určeny indexem do palety) • Otázka: Kdy je vhodné ukládat data jako index do palety?

29

• rozlišujeme různé typy palet: • převod na odstíny šedi • přednastavené (univerzální) barevné palety • adaptované barevné palety © J. Dannhoferová, Počítačová grafika - Barevné palety a rozptylování

30

5

Univerzální palety

Univerzální palety • paleta 5-6-5 • 32x64x32 barvy – 16 bitů (High Color)

• paleta 3-3-2 • 8x8x4 odstínů barvy – 8 bitů

(maximálně 65 536 barev)

(256 barev/zástupců do palety)

• rovnoměrný výběr barev z krychle RGB

(ale krychli nemůžeme ve 3 osách rozdělit rovnoměrně!)

• pro obrazy s různým barevným složením • dělení na řezy:

(maximálně 32 768 barev)

• všechny 3 barvy mají hloubku pouze 5 bitů • paleta 7-12-3 • zohledňuje různou citlivost oka na barevné složky (128x4096x8)

• 8 odstínů (23) pro červenou • 8 odstínů (23) pro zelenou • 4 odstíny (22) pro modrou


31

Univerzální palety

33


34

Adaptivní palety • v programu Adobe Photoshop • Obraz / Režim / Indexované barvy • Paleta: webová, rovnoměrná, systémová (Win, Mac), perceptuální, selektivní, adaptivní, jiná

tvorba histogramu vstupních odstínů oblasti blízkých barev vstupních odstínů nutno nalézt 256 nejvhodnějších zástupců jedna položka palety = jedna oblast


32

• paleta optimalizovaná pro jeden konkrétní obraz • odpovídá rozložení barevných odstínů v konkrétním obraze • např. obrázky ve formátu GIF • výpočet palety bývá časově i paměťově náročný • možností, jak vybrat barvy do palety, je mnoho • základní metody: • shora – dolů (dělení, výběr z množiny použitých barev např. podle četnosti) • zdola – nahoru (sdružování příbuzných barev do skupin)

Adaptivní palety • • • •


Adaptivní palety

• nevýhody univerzálních palet: • nerespektují barevnou strukturu konkrétního obrazu • obsahují i takové odstíny, které se v obrazu vůbec nevyskytují (případně se vyskytují minimálně)


• jedna barva má pouze 32 nebo 64 odstínů • paleta 5-5-5 • 32x32x32 barvy – 16 bitů (High Color)

35


36

6

Literatura • Beneš, B., Sochor, J., Žára, J. Algoritmy počítačové grafiky. ČVUT: Praha, 1996. • Beneš, B., Felkel, P., Sochor, J., Žára, J.: Moderní počítačová grafika. Computer Press: Brno, 2004. • Sochor, J.: Základy počítačové grafiky. FI MU: Brno, 2001.


37

7

Pixely, barevné palety a rozptylování barev

Recommend Documents