Кодирование изображений (стр. 2 из 5)

На цветовом графике CIE удобно демонстрировать цветовой охват различных систем и оборудования: телевидения, типографской печати, фотопленок и т.п. Цветовой обхват для аддитивных систем - треугольник с вершинами, соответствующими основным цветам RGB. Цвет, который можно получить в данной цветовой модели лежит внутри треугольника, цвета, лежащие вне - получить невозможно. Примеры цветовых обхватов для некоторых моделей можно увидеть на рисунке. Заметим, что для цветной пленки обхват есть криволинейный треугольник. Причина этого заключается в нелинейном (в данном случае логарифмическом) законе создания цветного изображения с помощью цветной пленки. Ниже приведена таблица основных цветов моделей в координатах цветового графика CIE:

Модель	Цвет	x	y
CIE XYZ.	КрасныйЗеленыйСиний	0.7350.2740.167	0.2650.7170.009
Стандарт NTSC.	КрасныйЗеленыйСиний	0.6700.2100.140	0.3300.7100.080
Цветной монитор.	КрасныйЗеленыйСиний	0.6280.2680.150	0.3460.5880.070

Координаты цветности CIE представляют точный стандарт определения цвета. Координаты цветности CIE полезны при передаче цветовой информации из одной цветовой модели в другую. Поэтому необходимо знать преобразование координат CIE в другие цветовые модели, а также и обратно. Например, преобразование RGB - CIE XYZ задается следующей формулой:

,где - цвета для получения координаты единичного основного цвета R, аналогично и для G и B. Если известны координаты цветности CIE x и y для основных цветов RGB, то:

, где:

- данные величины необходимы для полного преобразования между системами основных цветов, также можно получить и следующим образом:

Известны

- яркости единичных количеств основных цветов:

.

Известен

- координаты цветности опорного белого и его яркость:

Обратное преобразование CIE XYZ в RGB задается как:

, где c элементами:

YIQ.

Для цветного телевидения стандарта NTSC было предъявлено два основных требования:

Быть в пределах установленного диапазона в 6 МГц,

Обеспечивать совместимость с черно-белым телевидением.

В 1953 была разработана система YIQ:

Канал	Название	Занимаемый диапазон
Y	яркость	4 МГц
I	синфазный	1.4 МГц
Q	интегрированный	0.6 МГц

В канале Y яркость подобрана так, что она соответствует цветовой чувствительности глаза. Канал Y соответствует цветам от голубого до оранжевого (теплым тонам). Канал Q - от зеленого до пурпурного. В качестве опорного белого был взят источник с температурой 6500К. Преобразования между цветовыми системами RGB и YIQ:

RGB в YIQ:

YIQ в RGB:

Помимо YIQ встречаются и другие цветовые модели в формате Яркость, 1-ый цветовой канал, 2-ой цветовой канал. Например, при цветовой коррекции используют формат LAB, в котором:

L(ightness)- яркость,

A- цветовой канал несущий цвета от зеленого до красного,

цветовой канал, отвечающий за цвета в сине-желтом диапазоне.

HLS и HSB

Рассмотрим другой подход при описании цвета. В цвете можно выделить его тон - преобладающий основной цвет (длину волны, преобладающей в излучении). Также рассмотрим насыщенность цвета - чем она больше, тем “чище” цвет (то есть ближе к тоновой волне), например, у белого цвета - насыщенность= 0, так как невозможно выделить его цветовой тон. Введем, наконец, для завершения яркость (у черного цвета= 0, у белого=1). Таким образом, мы построили трехмерное цветовое пространство HSV - Hue, Saturation, Volume (Тон, Насыщенностьи Яркость). Обычно его представляют в виде конуса, изображенного на рисунке. Начало координат - вершина конуса - черный цвет. Высота, направленная к основанию - яркость. Точка пересечения высоты с основанием - белый цвет. На высоте находятся оттенки серого цвета от черного (вершина конуса) к белому. На окружности, ограничивающей основание конуса, находятся чистые цветовые тона: от красного (

),через зеленый ( ), к синему ( ). Радиус конуса - насыщенность цвета. С такой системой работают художники, меняя насыщенность с помощью белой краски, его оттенок с помощью черной и тон, комбинируя с основными цветами. HSV часто представляют и в виде шестигранного конуса, у которого в основании лежит правильный шестиугольник с вершинами, соответствующими следующим цветам : красный - желтый - зеленый - голубой - синий - пурпурный.

Приведем формулы связи RGB и HSV, представленного в виде шестигранного конуса:HSV в RGB:

RGB в HSV:

RGB в HLS:

HLS в RGB:

Пример перевода RGB в HSB. В данном формате RGB имеет на каждую из компонент R, G, B по 8 бит (256 уровней градации) - True Color. HSB представлен тремя плоскостями, соответствующими H, S, B, в виде черно/белых изображений с 256 уровнями градации серого.

Каналы: Н - тон, S - насыщенность, B - яркость.

Некоторые примечания к цветовым моделям

При цветовых преобразованиях необходимо также помнить, что между цветовыми моделями CIE, CMY, RGB, YIQ существуют аффинные преобразования, тогда, как между HLS и HSV-нет. Данное обстоятельство будет заметно, если изображение, содержащее непрерывные цветовые переходы, переводить, например, из HLS в RGB (на изображениях может появиться разрыв непрерывности).

2.Общая схема цифровой обработки изображений

Рассмотрим процесс обработки изображений в виде следующей последовательности:

Получение исходного, “сырого” изображения.

Фильтрация изображения.

Перевод изображения в необходимую цветовую модель.

Форматирование и индексирование изображения.

Разбивка на блоки.

Обработка графической информации, содержащейся в блоках.

Последовательное сжатие.

Энтропийное сжатие.

Данное деление не претендует на полноту, но дает общую картину процесса обработки. Некоторые этапы, например, 5, 7 или 8 можно пропустить. Перед каждым этапом, возможно, будет необходима специальная фильтрация. Этап 3 мы рассмотрели в предыдущей части. Другие этапы мы будем рассматривать не по порядку следования, а по возрастанию сложности, чтобы как можно реже ссылаться на материал последующих разделов.

Получение исходного, “сырого” изображения.

Изображения для обработки условно можно разбить на четыре класса:

Естественные, полученные путем сканирования, захвата теле или видео кадра, съемкой цифровой аппаратурой.

Изображения, нарисованные с использованием графического редактора на компьютере, назовем их компьютерными рисунками.

Трехмерные сцены, синтезированные с помощью специальных программ, таких как: CAD’ы(AutoCAD, ArchiCAD ...), 3D генераторы (3D Studio, LightWave ...) и т.п.

Изображения - визуализация данных, полученных как результат некоторого эксперимента, опыта, измерения (энцефалограмма, сейсмографическая карта ...).

Естественные изображения имеют некомпьютерное происхождение. В них почти нет резких цветовых переходов. Компьютерные рисунки, как в прочем и любые другие, подразделяются на два типа: растровые и векторные. В первом изображение хранится как прямоугольная матрица с элементами, характеризующими цветовые составляющие. В векторных изображение - последовательность команд для его построения. Пример команды - круг с центром в точке (100,100) и радиусом 50, текстурированный материалом под дерево. Преимущество растровых - простота воспроизведения и реалистичность, недостаток - большой занимаемый объем, проблемы с масштабированием. У векторных наоборот, преимущество - небольшой занимаемый объем, легкость масштабирования, недостаток - необходимость предварительной обработки перед воспроизведением и трудность создания реалистичных изображений. Трехмерные сцены вынесены в отдельный класс, так как в процессе их создания (например, прямой или обратной трассировкой луча, методом излучательности) можно получить дополнительные данные (характеристики прямого и диффузного отражения света, преломления ... объектов сцены) и использовать их при дальнейшей обработке. Изображения, как результат опыта и т.п. необходимо обработать, с целью выявить его особые характеристики, например, выделить часть изображения лежащую в заданном спектре и т.п. В дальнейшем мы будем рассматривать в основном растровые изображения.