background image

Wydział Fizyki, Matematyki i Informatyki 
Instytut Informatyki

Zakład Grafiki Komputerowej i Obliczeń Wysokiej Wydajności

wykład 1: 

 

         Warunki zaliczenia przedmiotu  

                    Fizjologia widzenia

         Akwizycja obrazu
         Operacje geometryczne

Grafika Komputerowa

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

Prowadzący zajęcia:

Wykłady:
Dr inż. arch. Agnieszka Ozimek

Laboratoria:
Mgr inż. Karolina Grzechnik
Mgr inż. Paweł Macioł

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

Tematyka:

Grafika rastrowa
Grafika wektorowa 
Podstawy programowania grafiki
Podstawy komunikacji człowiek – komputer

Niespodzianka – jeżeli zdążymy….

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

Zasady zaliczenia przedmiotu:

Wykłady:

Kartkówki na wykładach/kolokwium zaliczeniowe – 40% oceny końcowej

Laboratoria:

Średnia z ocen z ćwiczeń – 60% oceny końcowej

• ćwiczenia – Photoshop

• rysunki – AutoCAD

• kolokwium – AutoCAD

• programowanie – projekt

• test witryny internetowej – raport i projekt nowego layoutu

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

Efekty kształcenia:

EK1  Wiedza:  Obrazy  rastrowe:  budowa,  właściwości,  formaty, 
metody przetwarzania, modele barwne
EK2 Wiedza: Obrazy wektorowe: budowa, właściwości, formaty, 
metody przetwarzania
EK3  Wiedza:  Podstawowe  metody  grafiki  komputerowej: 
prymitywy 

graficzne, 

transformacje 

obiektów, 

clipping, 

przesłonięcia, rzutowanie
EK4 Umiejętności: Programowanie prostych efektów graficznych 
oraz  interfejsu  użytkownika  z  wykorzystaniem  biblioteki 
graficznej
EK5  Umiejętności:  Przetwarzanie  obrazów  rastrowych  oraz 
konwersja barw z wykorzystaniem oprogramowania PhotoShop
EK6 Umiejętności: Rysowanie schematów technicznych 2D          
              z wykorzystaniem oprogramowania AutoCAD
EK7 Wiedza: Zagadnienia komunikacji człowiek-komputer

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

Literatura:

• Charles Petzold, „Programowanie Windows. Kompletny 
podręcznik Win32 API do Windows 95/98/NT”,
 RM, Warszawa 
2007,
• Piotr Besta, „Visual Studio 2005. Programowanie API z 
Windows API      w języku C++”
 Helion, Gliwice 2008
• James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. 
Hughes, Richard L. Phillips Wprowadzenie do grafiki 
komputerowej
 WNT, Warszawa 2001
• Piotr Andrzejewski, Jakub Kurzak, „Wprowadzenie do OpenGL. 
Programowanie zastosowań graficznych”,
 Kwantum, Warszawa 
2000.
• Richard S.Wright, Benjamin Lipchak, Nicholas Haemel, 
“OpenGL superbible : comprehensive tutorial and reference”, 
Addison-Wesley Professional, 2007
• Jakob Nielsen, Hoa Loranger “Optymalizacja funkcjonalności 
serwisów internetowych”,
 Helion, Gliwice 2007 

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

Literatura dodatkowa:

• Michał Jankowski „Elementy grafiki komputerowej”, WNT, 
Warszawa 2006. 
• Witold Malina, Maciej Smiatacz „Metody cyfrowego 
przetwarzania obrazów”,
 Akademicka Oficyna wydawnicza EXIT, 
Warszawa 2005
• Tricia Austin, Richard Doust „Projektowanie dla nowych 
mediów”,
 PWN, Warszawa 2008
• Steve Krug, „Nie każ mi myśleć. O życiowym podejściu do 
funkcjonalności stron internetowych”,
 Helion, Gliwice 2010 

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

Obszar dotyczący wyświetlania i nadzorowania obrazów na 
ekranie komputera.

(Encyclopedia Britannica)

System generacji, prezentacji i manipulacji obrazu przy użyciu 
komputera. Najogólniej dzielony jest na grafikę

 

rastrową i grafikę 

wektorową, które to dwie podstawowe odmiany stanowią 
podstawę wszystkich innych pochodnych rodzajów grafiki 
komputerowej niezależnie od zastosowań, począwszy od składu 
publikacji i stron WWW, a skończywszy na montażu 
telewizyjnym. Dodatkowo można wymienić specyficzny rodzaj 
grafiki nie podlegający bezpośrednio pod żaden z wyżej 
wymienionych – grafikę fraktalną.

(Wikipedia)

Grafika Komputerowa

background image

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

Komputerowa wizja
a system wzrokowy człowieka

Oko

Nerw optyczny

Mózg

Kamera

Przetwornik A/C

Komputer

Otrzymywanie 

→ 

Transmisja 

→ 

Interpretacja
obrazu

background image

Układ Wzrokowy

Widzenie  jest  złożonym  procesem  fizyczno-psychicznym,  który 
składa się         z trzech etapów: przyjęcia (wychwycenia) bodźca, 
jego  przewodzenia  oraz  zebrania  i  poznania  go.  Warunki  te 
spełnia prawidłowo zbudowany                   i funkcjonujący układ 
wzrokowy. Układ ten składa się z umiejscowionej         w oczodole 
gałki  ocznej,  która  odbiera  wrażenia  wzrokowe,  przekazując  je 
poprzez  drogi  wzrokowe  do  korowych  ośrodków  wzrokowych 
mózgu. 
W  nich  to  odbierane  są  i  przetwarzane  impulsy,  a  następnie 
przesyłane do dalszych ośrodków mózgowych, tak aby ustrój nasz 
zareagował  odpowiednią  czynnością  na  bodziec  wzrokowy. 
Oczami odbieramy około 80% wszystkich informacji o otoczeniu i 
aż  10%  kory  mózgowej  zaangażowanej  jest  w  interpretację  tych 
informacji.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Układ Wzrokowy

Oczy odpowiadają jedynie za 10-20% procesu widzenia. Za 
pozostałe 80-90% odpowiada mózg.
40% nerwów wychodzących z mózgu jest połączone z oczami. 
Każde oko wysyła do mózgu 1 bilion impulsów elektrycznych na 
minutę.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Budowa oka 

ludzkiego

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Droga sygnału wzrokowego

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Mechanizm postrzegania wzrokowego

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Budowa siatkówki

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Rozmieszczenie 
czopków i pręcików

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Względna czułość czopków i pręcików

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Czułość oka ludzkiego 
na światło

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Widmo widzialne

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Widmo światła 
białego

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Wrażenie barwy

•  Nie  powinno  się  utożsamiać  pojęcia  barwy  z  jakąś  jedną  falą 
światła,  ponieważ  takie  same  wrażenia  mogą  powstawać  z 
różnych konfiguracji fal światła. Człowiek "widzi" barwy, ale jako 
wynik przetworzenia wiązek fal światła na wrażenia. Mózg ocenia 
wynik przekształcenia, a nie fale światła. 

•  Zbiór  surowca  -  wszystkie  fale  elektromagnetyczne  widzialne 
plus  wszystkie  podzbiory  takich  fal  w  rozumieniu  wiązek  fal  o 
różnym nasileniu.

•  Zbiór  wrażeń  -  zbiór  wszystkich  możliwych  wyników 
przekształcenia  elementów  zbioru  surowca  przez  punkty 
odbiorcze w oku na sygnały odpowiednie dla nerwów oka.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Wrażenie barwy czarnej i białej

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Wrażenie barwy czarnej i białej

•  Wrażenie  barwy  czarnej  powstaje,  gdy  brak  odbioru 
promieniowania elektromagnetycznego. 

• Wrażenie barwy białej lub ogólnie jakiegoś poziomu bieli jest 
wtedy,  gdy  do  oka  docierają  fale  elektromagnetyczne  o 
wszystkich  możliwych  częstotliwościach  widma  widzialnego  w 
odpowiedniej proporcji. Oko otrzymuje pełen zbiór surowca. 

•  Pojęcie  bieli  jest  pojęciem  subiektywnym.  W  pewnym 
momencie  oko  może  zostać  przesterowane  (oślepione),  tak 
więc  ustalenie  gdzie  się  kończy  lub  zaczyna  poziom  bieli  jest 
sprawą umowną.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Charakterystyka postrzegania

Rozdzielczość  –  zdolność 
rozróżniania 

szczegółów 

obrazu.  Zależy  od  gęstości 
receptorów  na  siatkówce 
oraz efektów ubocznych oka 
jako układu optycznego. 

Plamka  żółta  (najostrzejsze 
widzenie)  obejmuje  tylko  1° 
kąta widzenia, w zakresie 3° 
rozdzielczość 

spada 

połowę,  by  przy  5°  wynosić 
około 10%.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Charakterystyka postrzegania

Pozorny  zakres  ostrego  widzenia  wynoszący  około  20°  jest 
wynikiem mimowolnych ruchów gałki ocznej oraz mózgu.

Maksymalna  rozdzielczość  uzyskiwana  jest  przy  otworze 
źrenicy  wynoszącym    3  mm,  zaś  rozróżnialność  punktów  jest 
zależnością  kątową  obrazu  i  wynosi  około  jednej  minuty 
kątowej. Obiekty wewnątrz tego zakresu nie są rozróżnialne

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Charakterystyka postrzegania

Zakłócenia dyfrakcyjne 

Obraz punktu powstający na siatkówce ma postać plamki. 
Obrazy  poszczególnych  punktów  mogą  być  odbierane  jako 
oddzielne,  jeżeli  odległość  plamek  jest  większa  od  ich 
promienia (kryterium Rayleigha).

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Charakterystyka postrzegania

Akomodacja
Proces  przystosowania  oka,  którego  celem  jest  uzyskanie 
najlepszego  odbioru.  Oko  porusza  się  w  ten  sposób,  by  obraz 
padający na rogówkę        i tam skupiany, a następnie odwracany 
w  soczewce  padał  na  plamkę  żółtą.  Jednocześnie  następuje 
regulacja  ostrości  poprzez  odpowiednie  wygięcie  soczewki  oraz 
regulacja  ilości  światła  poprzez  dostosowanie  wielkości  źrenicy 
do ilości światła.

Mikroruchy
Nieustanne  drobne  ruchy,  wykonywane  przez  gałkę  oczną. 
Zmiana  bodźców  jest  konieczna  dla  wywołania  reakcji  mięśni. 
Przy  braku  zmian  bodźców  po  kilku  sekundach  następuje  zanik 
widzenia. Tylko zmiany są rejestrowane przez mózg.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Charakterystyka postrzegania

Adaptacja
Zdolność  przystosowania  wzroku  do  zmian  oświetlenia.  Zakres 
zmian                            promienia  źrenicy  -  od  2  mm  do  8  mm  w 
zależności od ilości światła              w otoczeniu. 
Zakres  luminescencji  rejestrowanej  przez  oko  wynosi  od  10

-6

lm 

do  10

6

lm.  Odbierane  wrażenie  jaskrawości  jest  zależne 

logarytmicznie od luminancji. 

Adaptacja oka do barwy 
Zdolność  rozróżniania  tej  samej  barwy  niezależnie  od  barwy 
oświetlenia.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Charakterystyka postrzegania

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Charakterystyka postrzegania

Bezwładność  -  odbieranie  przerywanych  bodźców  jako  ciągłe  – 
powodowane  pobudzeniem  receptorów,  które  wygasają  przez 
określony okres czasu zależny od kilku czynników. 
Po zaistnieniu początkowego bodźca występuje okres utajnienia 
(braku reakcji) trwający pomiędzy 50 a 200 ms, po czym pojawia 
się obraz pierwotny, którego intensywność gwałtownie rośnie, w 
krótkim  okresie  czasu  szybko  spada  do  niskiej  wartości,  by 
następnie maleć wolniej. 
Przy  pojawianiu  się  kolejnych  obrazów  pierwotnych  występuje 
wrażenie ciągłości. Muszą one być odbierane z częstotliwością od 
5 do 20 Hz. Poniżej i znacznie powyżej tej wartości brak wrażenia 
ruchu  płynności  ruchu.  Mózg  nie  jest  w  stanie  rejestrować 
sygnałów o częstotliwości większej niż 50 na sekundę.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Charakterystyka postrzegania

W  ciągu  sekundy  do  mózgu  powinno  dotrzeć  nie  mniej  niż  24 
kolejne  obrazy.  Wielkość  ta  rośnie  w  przypadku  konieczności 
pokazania ciągłości ruchu, a nie tylko statycznego obrazu. W tym 
przypadku ilość obrazów w jednej sekundzie musi wzrosnąć do 30. 
W  przypadku  obrazów  o  dużej  luminancji  (świeceniu  -  ekrany 
telewizorów                                i  monitorów)  -  częstotliwość  musi  być 
znacznie większa - do około 60 Hz.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Postrzeganie barw 

achromatycznych

Kontrast symultaniczny

„Pasma Macha” – pozornie 

jaśniejsze 

lub ciemniejsze obszary przy 

brzegu – wzmocnienie kontrastu

Różnica percepcji jasności 

i wielkości obiektu 

(irradiacja)

w zależności od jasności 

tła

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Postrzeganie barw 

achromatycznych

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zagadnienia związane z psychofizjologią ludzkiego postrzegania

Obraz ciemny na jasnym tle wydaje się mniejszy niż jasny na tle 

ciemnym (zjawisko irradiacji)

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zagadnienia związane z psychofizjologią ludzkiego postrzegania

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Pojęcie barwy

Barwa 
Jest  to  wrażenie  psychiczne  wywoływane  w  mózgu  człowieka, 
gdy  oko  odbiera  promieniowanie  elektromagnetyczne  z  zakresu 
widzialnej części fal świetlnych. Główny wpływ na to wrażenie ma 
skład  widmowy  promieniowania  świetlnego,  w  drugiej  kolejności 
ilość  energii  świetlnej,  jednak  niebagatelny  udział  w  odbiorze 
danej barwy ma również obecność innych barw w polu widzenia 
obserwatora,  oraz  jego  cechy  osobnicze,  jak  zdrowie, 
samopoczucie,  nastrój,  a  nawet  doświadczenie  i  wiedza  w 
posługiwaniu się własnym organem wzroku.
(Wikipedia)

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Parametry charakteryzujące barwę:

Odcień  (walor)  –  dominująca  długość  fali  (porównanie  do 
najbliższej wrażeniowo barwy czystej)

Nasycenie  –  czystość  pobudzenia  (udział  achromatyczności, 
odległość od poziomu szarości o tym samym poziomie natężenia)

Jasność – luminancja (udział ilości światła pochodzącego z danej 
barwy                              w  stosunku  do  ogółu  bieżących  warunków 
oświetleniowych)

Jaskrawość – luminancja (odpowiednik jasności 

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Postrzeganie barw chromatycznych

Postrzeganie barw zależy od otoczenia, adaptacji oka, temperatury 
i wielu innych czynników psychofizycznych.

Brak jednolitej teorii postrzegania barw. Praktyka: numerowane 
próbki – atlasy barw („kolorniki”) -  system PANTONE, RAL.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zagadnienia związane z psychofizjologią ludzkiego postrzegania

Dłuższa  (co  najmniej  kilkusekundowa)  obserwacja  obszarów  o 
nasyconym  kolorze,  w  wyniku  bezwładności  postrzegania 
pozostawia  ślad  obszaru  na  siatkówce  (powidok).  Powoduje  to 
zaburzenie postrzegania i zmęczenie. 
Na skutek różnej długości fali zmienia się ogniskowa, czego efektem 
jest postrzeganie fałszywej głębi.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zagadnienia związane z postrzeganiem obiektów i tła

Postrzeganie barw zależy od tła na jakim występuje barwny obszar

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zagadnienia związane z postrzeganiem obiektów i tła

Barwa jest różnie postrzegana w zależności od jasności tła

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zagadnienia związane z psychofizjologią ludzkiego postrzegania

Różnica  pomiędzy  barwami  wydaje  się 
niewielka

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zagadnienia związane z psychofizjologią ludzkiego postrzegania

Składowe  G  i  R  (szczególnie!)  barwy  różnią  się 
znacznie

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

•  Sposób  zapisu  obrazów  w  postaci  prostokątnej  tablicy 
wartości,  które  opisują  kolory  poszczególnych  punktów  obrazu 
(pikseli). 
W  przeciwieństwie  do  grafiki  wektorowej,  grafika  rastrowa  jest 
zależna  od  rozdzielczości.  Obrazy  mają  ustaloną  długość  i 
szerokość (podawaną w pikselach). 

•  Każdemu  pikselowi  przyporządkowane  jest  jego  położenie  w 
obrazie oraz kolor, zatem grafika rastrowa przypomina mozaikę 
złożoną z dużej liczby oddzielnych prostokątów. 

•  Ze  względu  na  duże  ilości  danych,  większość  formatów 
graficznych  opierających  się  na  zapisie  rastrowym  (np.  GIF, 
JPEG)  wykorzystuje  algorytmy,  które  pozwalają  przechowywać 
informację w postaci skompresowanej.

 

Grafika Rastrowa (bitmapowa)

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

•  Najprostsze algorytmy  kompresji działają  w  oparciu  o  analizę 
zmiany  koloru  ciągłych  zbiorów  pikseli  (jeżeli  dane  o  obrazie 
pobierane  są  kolejnymi  rzędami).  Dzięki  temu  rysunki 
zawierające duże obszary wypełnione tym samym kolorem (np. 
błękitne niebo na zdjęciach krajobrazu) zajmują znacznie mniej 
miejsca w pliku.

• Edycja bitmapy polega na modyfikacji poszczególnych pikseli. 
Wymaga to znacznych mocy obliczeniowych. Niektóre operacje 
(np.  skalowanie)  poza  tym,  że  przebiegają  znacznie  wolniej  niż 
w  przypadku  grafiki  wektorowej,  mogą  także  przyczynić  się  do 
utraty jakości obrazu. Podczas powiększania obrazu rastrowego 
uwidaczniają  się  wyraźne  pojedyncze  piksele  dając  wrażenie 
"schodkowatości"  rysunku,  w  czasie  jego  pomniejszania  może 
dojść do „gubienia” pikseli, jeżeli elementy obrazu osiągają tzw. 
grubość podpikselową.

Grafika Rastrowa (bitmapowa)

background image

Grafika Komputerowa

 

– wykład 1

Grafika Rastrowa

background image

Jeżeli obraz ma zostać zinterpretowany przez urządzenie cyfrowe, 
musi zostać przetworzony z postaci analogowej na postać cyfrową.
Odbywa się to przy zastosowaniu funkcji dyskretyzacji i kwantyzacji
obrazu, za co odpowiadają urządzenia wejściowe.

Operacja dyskretyzacji jest realizowana za pomocą dwuwymiarowego 
próbkowania, które polega na pobieraniu wartości w węzłach zadanej
prostokątnej siatki.

Akwizycja obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

1.2

0.8

0.4

   0

200      300     400     500     600     700     800     900     1000   1100   1200   1300

  

UV                                         IR – 
( podczerwień )

cz

u

ło

ść

 w

zg

d

n

a

długość fali

[nm]

CCD

SŁOŃCE

CZŁOWIEK

Porównanie widma słonecznego, 
czułości oka ludzkiego i czułości 
przetwornika CCD

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Rejestracja obrazu

obiektyw

przetwornik

Ogniskowa f

Odległość l

Kąt widzenia 

Wysokość

obiektu

Głębia ostrości

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Sprzęt rejestrujący – aparaty cyfrowe

Budowa matrycy 
barwnej

Matryce barwne CCD

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Matryce barwne

Budowa matrycy 
barwnej

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

ŹR

Ó

D

ŁA

 

   Kamera 
   analogowa

   

Skaner

   Aparat cyfrowy 
   Kamera cyfrowa

Sygna

ł

Analogowy

Cyfrowy

  System A/C

  

Postać cyfrowa

  obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Schemat 
procesu 
akwizycji obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Dyskretyzacja obrazu w oparciu o dwuwymiarowe próbkowanie

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Dyskretyzacja obrazu w oparciu o dwuwymiarowe próbkowanie

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz  wyświetlany  na  urządzeniu  wyjściowym  składa  się  z 
pikseli,  które  opisane  są  za  pomocą  współrzędnych  położenia 
oraz atrybutu jasności bądź barwy.

Atrybut  ten  posiada  początkowo  wartości  ciągłe.  W  procesie 
kwantyzacji  zakres  jego  wartości  zostaje  podzielony  na 
przedziały, z którymi powiązane zostają poszczególne wartości 
dyskretne.  Dopiero  w  tej  postaci  jest    zapisywana  w  pamięci 
komputera.

Akwizycja obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Kwantyzacja obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz 

zapisany 

jako 

tablica 

punktów  (pikseli)  o  wartościach 
parametru  jasności  od  0  do  255 
(grayscale), przy czym:

• wartość J=0 odpowiada barwie 
czarnej,

• J=255 odpowiada barwie białej.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Definicja ogólna
Rozdzielczość  obrazu  można  definiować  jako  dwójkę 
uporządkowaną:

<d

x

/M, d

y

/N>  gdzie:

d

x

,  d

–  liniowy  rozmiar  obrazu 

źródłowego 

odpowiednio po osi x (poziomej) 

oraz osi y 

(pionowej),

M,  N  –  maksymalna  liczba  pikseli  w 

obrazie, 

odpowiednio  w  poziomie  i  w 

pionie: 

M=M

max

, N=N

max

Rozdzielczość przestrzenna obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

W przetwarzaniu i analizie obrazu rozdzielczość przestrzenna 
jest skrótowo określana jako iloczyn kartezjański MxN.

Podczas  przetwarzania  obrazu  należy  brać  pod  uwagę  fakt, 
że  jego  rozdzielczość  zawsze  pozostaje  w  zależności  od 
urządzenia wyświetlającego czy drukującego.

Wysoka  rozdzielczość  zwiększa  precyzję  obrazu  (widoczność 
szczegółów, lecz pociąga za sobą zwiększenie objętości pliku  
            i wydłużenie czasu przetwarzania. 

Rozdzielczość przestrzenna obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Liczba  punktów  (pikseli)  ma  wpływ  na  precyzję  odwzorowania, 
przekłada się jednak bezpośrednio na wielkość pliku. 

Punkty  mogą  posiadać  wymiary  opisane  jako  miary  metryczne, 
dopuszczalne  jest  także  definiowanie  punktów  obrazu  jako 
odpowiedników 

punktów 

urządzenia 

wyświetlającego. 

Rozdzielczość obrazu odpowiada wówczas rozdzielczości ekranu.
Zwykle  proporcja  wymiarów  punktów  wynosi  1:1,  możliwe  jest 
jednak definiowanie punktów prostokątnych.

Rozdzielczość obrazu jest to ilość punktów na jednostkę długości. 
Najczęściej  jest  ona  definiowana  w  odniesieniu  do  cala  i 
określana  jako  dpi  (dots  per  inch)  lub  ppi  (pixels  per  inch). 
Czasami stosowane jest określenie lpi (lines per inch).

Rozdzielczość obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metody przekształcania obrazów

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Przekształcenia dotyczące geometrii obrazu:

• zmiana rozdzielczości przestrzennej
• przesunięcie (translacja),
• odbicie symetryczne,
• obrót,
• zniekształcenia,
• powielanie skrajnych wierszy lub kolumn.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda najbliższego sąsiada

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda najbliższego sąsiada

Wartość pikseli nowopowstałych w obrazie obliczana jest poprzez 
wybór  wartości  jednego  z  czterech  najbliżej  położonych  pikseli 
obrazu źródłowego. 
Analizowany  piksel  przyjmuje  wartość  piksela  znajdującego  się 
najbliżej niego w sensie odległości euklidesowej.
Oznacza  to  powielanie  (w  przypadku  zwiększenia  rozdzielczości) 
lub  eliminację  niektórych  pikseli  (w  przypadku  zmniejszania 
rozdzielczości obrazu). 
Brak nowych wartości wprowadzanych do obrazu. 
Brak interpolacji nie powoduje zmniejszenia ostrości krawędzi.
Jeżeli  dwa  piksele  obrazu  źródłowego  są  równooddalone  od 
nowego  piksela,  wybór  może  przebiegać  według  dowolnej 
metody,  lecz  powinna  być  ona  stosowana  konsekwentnie 
względem wszystkich nowopowstałych pikseli.

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda najbliższego sąsiada

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Metoda daje zadawalające wyniki w przypadku zwielokrotniania 
rozdzielczości. W innych przypadkach rezultat jej zastosowania 
nie jest optymalny.

Rozdzielczość przestrzenna 

80x80 pikseli

Rozdzielczość przestrzenna 

70x80 pikseli

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda interpolacji dwuliniowej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda interpolacji dwuliniowej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

W  tej  metodzie  interpolacji  liniowej  poddawane  są  piksele 
występujące najczęściej w układzie 4-sąsiedztwa.
Poszukiwana wartość nowopowstałego piksela obliczana jest ze 
wzoru:

b

a

l

b)

a(1

l

b

a)

(1

l

b)

a)(1

(1

l

l

3

4

2

1

5

Im  bliżej  analizowanego  punktu  położony  jest  piksel  z  jego 
sąsiedztwa,    z  tym  większą  wagą  wpływa  na  wartość 
obliczanego piksela.
W porównaniu z metodą najbliższego sąsiada, wszystkie piksele 
            z sąsiedztwa (a nie tylko jeden) mają wpływ na wartość 
nowopowstałego  piksela.  W  tej  metodzie  powstają  nowe 
wartości  pikseli  (nieobecne  w  obrazie  źródłowym).  Kontury 
obiektu ulegają rozmyciu. 

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda interpolacji dwuliniowej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Rozdzielczość przestrzenna 

80x80 pikseli

Rozdzielczość przestrzenna 

70x80 pikseli

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda interpolacji dwukubicznej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda interpolacji dwukubicznej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

W tej metodzie brane jest pod uwagę 16 sąsiadujących pikseli.

Wyznaczane  są  wartości  pomocnicze  l

a

,  l

b

,  l

c

,  l

d

,  obliczane  ze 

wzoru:

2

1

3

2

1

2

4

3

3

1

2

3

4

a

l

a

)

l

(l

a

)

l

2

l

2

l

(l

a

)

l

l

l

(l

l

Na ich podstawie wartość piksela l

17

 obliczana jest z zależności: 

b

a

c

2

a

b

d

c

3

a

b

c

d

17

l

b

)

l

(l

b

)

l

2

l

2

l

(l

b

)

l

l

l

(l

l

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda interpolacji dwukubicznej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Funkcja  wyznaczająca  nową  wartość  piksela  ma  charakter 
sześcienny:

d

x

c

x

b

x

a

f(x)

2

3

Wadą tej metody jest znaczna złożoność obliczeniowa. 
Podobnie, jak w przypadku interpolacji dwuliniowej, do obrazu 
zostają  wprowadzone  nowe  wartości,  co  powoduje  rozmycie 
krawędzi. 

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Metoda interpolacji dwukubicznej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Rozdzielczość przestrzenna 

80x80 pikseli

Rozdzielczość przestrzenna 

70x80 pikseli

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz  rzeczywisty  -  zastosowanie  metody  najbliższego 
sąsiada

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Obraz źródłowy

Obraz wynikowy

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz 

rzeczywisty 

zastosowanie 

interpolacji 

dwuliniowej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Obraz źródłowy

Obraz wynikowy

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz 

rzeczywisty 

zastosowanie 

interpolacji 

dwukubicznej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Obraz źródłowy

Obraz wynikowy

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz  rzeczywisty  -  zastosowanie  metody  najbliższego 
sąsiada

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Macierz skalowania:

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

1

0

0

0

0

0

0

y

x

s

s

)

y

,

x

(

Sc

s

x

 – skalowanie po osi X,

s

y

 – skalowanie po osi Y.

background image

Przekształcenia geometryczne obrazu

Przesunięcie (translację) obrazu w poziomie i pionie opisuje 
wzór:

x

2

 = x

1

 + x

0

y

2  

= y

+

 

y

0

gdzie:

x

0

, y

0

 – wartość wektora przesunięcia pikseli obrazu,   

odpowiednio w poziomie i w pionie,

x

1

, y

1

 oraz x

2

, y

2

 – odpowiednio kolumna i wiersz 

macierzy 

    obrazu źródłowego i 

wynikowego.

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Przekształcenia geometryczne obrazu

Macierz translacji:

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

1

0

1

0

0

0

1

y

x

t

t

)

y

,

x

(

Tran

t

x

 - przesunięcie wzdłuż osi X, 

t

y

 - przesunięcie wzdłuż osi Y 

background image

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Obraz źródłowy

Obraz po przesunięciu o 

wektor

       (z zachowaniem pola powierzchni 

obrazu)

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Wartość  piksela  w  obrazie  powstałym  po  wykonaniu  obrotu 
obrazu źródłowego o zadany kąt α względem początku układu 
współrzędnych można opisać wzorem: 

x

2

 = x

1

∙cosα – y

1

∙sinα

y

2

 = x

1

∙cosα + y

1

∙sinα

Operacje  przesuwania  i  obrotu  są  używane  często  w 
przypadku łączenia obrazów (np. zeskanowanych fragmentów, 
tworzenia kolaży itp.)

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Macierz rotacji

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

1

0

0

0

0

)

cos(

)

sin(

)

sin(

)

cos(

)

(

Rot

Obrót obrazu o kąt α:

background image

Obraz źródłowy

Obraz po wykonaniu obrotu o 

zadany kąt

(z zachowaniem pola powierzchni 

obrazu)

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz źródłowy

Obraz po 

wykonaniu odbicia 

    względem osi pionowej

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz źródłowy

Obraz po 

wykonaniu odbicia 

    względem osi poziomej

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz źródłowy               

        Obraz po dodaniu 

wierszy i kolumn

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz źródłowy               

    Obraz po powieleniu skrajnych 

wierszy i kolumn

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

       Obraz źródłowy                    Obraz po lustrzanym odbiciu 
fragmentów

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz źródłowy               

        Obraz po 

zniekształceniu

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1

background image

Obraz źródłowy               Prostowanie perspektywy za pomocą 
zniekształcenia

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 1


Document Outline