background image

 

 

Wydział Fizyki, Matematyki i Informatyki Stosowanej
Instytut Modelowania Komputerowego

Zakład Grafiki Komputerowej i Obliczeń Wysokiej Wydajności

wykład 6: 

Histogram obrazu rastrowego

Poprawa jakości obrazu

(operacje geometryczne i arytmetyczne) 

                    

Grafika Komputerowa

background image

 

 

Dyskretyzacja obrazu w oparciu o dwuwymiarowe próbkowanie

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Kwantyzacja obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

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 6

background image

 

 

Histogram obrazu

Histogram jest to jeden z graficznych sposobów przedstawiania 
rozkładu cechy.
Jeżeli będziemy analizować parametr jasności, histogram 
podaje informacje na temat ilości pikseli o zadanym poziomie 
jasności występujących w danym obrazie.

Obliczanie składowych histogramu odbywa się zgodnie z 
wzorem:

gdzie n

i

 oznacza liczbę pikseli o 

danym 

poziomie jasności i (J

i

),

M – rozmiar obrazu względem osi 

X,

N – rozmiar obrazu względem osi 

Y

g

(x,y) = 1   gdy J(x,y) = i,

0   w przeciwnym razie

)

y

,

x

(

g

n

M

x

N

y

i

i



1

0

1

0

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Histogram obrazu

Przykładowy obraz i histogram ilościowy cechy jasności 
tego obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Histogram obrazu

Schemat tworzenia 
histogramu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Histogram obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Histogram obrazu

Histogramy jasności oraz poszczególnych składowych 
koloru

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Histogram obrazu 

poprawnego – wyzyskanie 

pełnego zakresu poziomów 

jasności

Histogram obrazu zbyt 

ciemnego – w obrazie 

występują głównie piksele o 

niskiej jasności, brak pikseli   

                o wysokiej 

jasności

 

Histogram obrazu zbyt jasnego – 
       w obrazie występują 
głównie piksele    o wysokiej 
jasności, brak pikseli           o 
niskiej jasności 

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Histogram obrazu        

     o niskim kontraście

Histogram obrazu o 
wysokim kontraście

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

W praktyce często stosuje się histogram oparty o procentowy 
rozkład jasności. Wówczas jego rzędne oblicza się ze wzoru:

gdzie  n

i

  oznacza  liczbę  pikseli 

o poziomie jasności J

i

,

n  jest  liczbą  pikseli  całego 

obrazu.

Jeżeli  zakres  dostępnych  poziomów  danej  cechy  (w  tym 
przypadku jasności) nie jest w pełni wykorzystany, stosuje się 
modyfikacje histogramu, prowadzące do zmiany kształtu jego 
obwiedni.

Histogram obrazu

n

n

)

J

(

h

i

i

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje na histogramie

Rozszerzanie zakresu jasności

Transformacja  obrazu  wykonywana  wówczas,  gdy  zakres 
jasności  pikseli  obrazu  nie  obejmuje  całego  dostępnego 
zakresu.  Efektem  tej  operacji  jest  zwiększenie  kontrastowości 
obrazu,  ponieważ  jego  piksele  o  wartościach  minimalnych  i 
maksymalnych  przyjmą  dostępne  ekstremalne  jasności, 
natomiast pomiędzy pośrednimi odległości zwiększą się. 

dla

Operację transformacji można wykonywać na pewnych 
zakresach jasności, celem uwypuklenia ich.

max

min

min

min

max

w

J

)

y

,

x

(

J

J

)

J

)

y

,

x

(

J

(

J

J

)

y

,

x

(

J

255

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje na histogramie

      

Obraz źródłowy

         Obraz po rozszerzeniu zakresu jasności

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje na histogramie

      

Obraz źródłowy

            Obraz po rozszerzeniu zakresu jasności

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje na histogramie

Rozciąganie 
histogramu

Zwiększanie kontrastu

Wykorzystanie całego 
zakresu jasności

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje na histogramie

      

Obraz źródłowy

                Obraz po rozszerzeniu zakresu koloru

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje na histogramie

      

Obraz źródłowy

                Obraz po rozszerzeniu zakresu koloru

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje na histogramie

      

Obraz źródłowy

                Obraz po rozszerzeniu zakresu koloru

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje na histogramie

Rozszerzanie zakresu 
jasności lub koloru 
(kontrolowane przez 
użytkownika)

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

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 6

background image

 

 

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Metoda najbliższego sąsiada

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

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 6

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 6

background image

 

 

Metoda interpolacji dwuliniowej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

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 6

background image

 

 

Metoda interpolacji dwuliniowej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Rozdzielczość przestrzenna 

80x80 pikseli

Rozdzielczość przestrzenna 

70x80 pikseli

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Metoda interpolacji dwukubicznej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

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 6

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 6

background image

 

 

Metoda interpolacji dwukubicznej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Rozdzielczość przestrzenna 

80x80 pikseli

Rozdzielczość przestrzenna 

70x80 pikseli

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz  rzeczywisty  -  zastosowanie  metody  najbliższego 
sąsiada

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Obraz źródłowy

Obraz wynikowy

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz 

rzeczywisty 

zastosowanie 

interpolacji 

dwuliniowej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Obraz źródłowy

Obraz wynikowy

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz 

rzeczywisty 

zastosowanie 

interpolacji 

dwukubicznej

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Obraz źródłowy

Obraz wynikowy

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz  rzeczywisty  -  zastosowanie  metody  najbliższego 
sąsiada

Zmiana rozdzielczości przestrzennej obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Przekształcenia geometryczne obrazu

Przesunięcie 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 6

background image

 

 

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Obraz źródłowy

Obraz po przesunięciu o 

wektor

       (z zachowaniem pola powierzchni 

obrazu)

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

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 6

background image

 

 

Obraz źródłowy

Obraz po wykonaniu obrotu o 

zadany kąt

(z zachowaniem pola powierzchni 

obrazu)

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz źródłowy

Obraz po 

wykonaniu odbicia 

    względem osi pionowej

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz źródłowy

Obraz po 

wykonaniu odbicia 

    względem osi poziomej

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz źródłowy               

        Obraz po dodaniu 

wierszy i kolumn

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz źródłowy               

    Obraz po powieleniu skrajnych 

wierszy i kolumn

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

       Obraz źródłowy                    Obraz po lustrzanym odbiciu 
fragmentów

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz źródłowy               

        Obraz po 

zniekształceniu

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz źródłowy               Prostowanie perspektywy za pomocą 
zniekształcenia

Przekształcenia geometryczne 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje bezkontekstowe – najprostsze metody przekształcania 
obrazów,  które  dokonywane  są  na  pojedynczym  pikselu,  bez 
uwzględniania pikseli sąsiadujących.
Operacje  kontekstowe  –  uwzględniają  wartości  pikseli 
sąsiadujących.

Wyjaśnienia  mają  charakter  poglądowy  i  przedstawiane  będą 
jedynie            w  odniesieniu  do  parametru  jasności,  jednak 
większość  operacji  można  wykonywać  na  poszczególnych 
składowych parametru barwy (np.: kanałach RGB)

Metody przekształcania obrazów

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje  arytmetyczne  wykonywane  są  na  każdym  pikselu 
obrazu  źródłowego,  którego  barwa  (lub  stopień  jasności)  jest 
przeliczana                            w  oparciu  o  daną  funkcję.  Jako  wynik 
otrzymywana  jest  barwa  odpowiedniego  piksela  w  obrazie 
wynikowym.
Przy  konieczności  przeprowadzania  obliczeń  na  każdym 
kolejnym pikselu, przekształcenie byłoby bardzo czasochłonne.
Powszechnie do tego celu stosuje się tablice przekodowań (LUT 
– Look Up Table). 
Każdej  wartości  jasności  obrazu  źródłowego  przypisywana  jest 
wartość,  jaką  uzyska  w  obrazie  wynikowym  po  wykonaniu 
danego przekształcenia.

Operacje arytmetyczne

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Nowa wartość obliczana jest według wzoru:

J

w

 (x,y) = Ψ(J

0

 (x,y) 

gdzie:

Ψ  –  funkcja,  zgodnie  z  którą  nowe  wartości  obrazu 
wynikowego 

są  przyporządkowane  wartościom 

obrazu 

wyjściowego.

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne

background image

 

 

Przykład  tabeli  LUT  dla  obrazu  w  skali 
szarości

Wartości poziomów jasności wszystkich punktów

Obrazu źródłowego

Obrazu wynikowego

00000000

J

0

00000001

J

1

…………

………

11111111

J

255

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne

background image

 

 

Operacje arytmetyczne - liniowe

Dodanie lub odjęcie od obrazu stałej wartości powoduje jego 
rozjaśnienie lub przyciemnienie (zwiększenie lub 
zmniejszenie jasności).

J

(x,y) = J

0

(x,y) ± b,    

gdzie:
J

w

 (x,y) – jasność wynikowa,

J

0

(x,y) – jasność początkowa,

b - stała 

Istnieje  niebezpieczeństwo  przekroczenia  maksymalnej  lub 
minimalnej wartości jasności (w tym przypadku odpowiednio 
255 oraz 0). 

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Obraz źródłowy

Obraz po dodaniu stałej wartości

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Obraz źródłowy

Obraz po dodaniu stałej wartości

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Dodawanie 
wartości

Rozjaśnianie

Przesuwanie 
wykresu w prawo

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Obraz źródłowy

Obraz po odjęciu stałej wartości

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Obraz źródłowy

Obraz po odjęciu stałej wartości

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Odejmowanie 
wartości

Przyciemnianie

Przesuwanie wykresu 
w lewo

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Odjęcie wartości jasności obrazu od maksymalnej wartości 

jasności 

(w tym przypadku 255) daje w wyniku obraz negatywowy.

J

(x,y) = 255 - 

J(x,y)

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Histogram obrazu

Histogram negatywu

J

(x,y) = 255 - 

J(x,y)

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Mnożenie obrazu jest zwykle stosowane w celu poprawy jego 
jakości.

 
J

w

(x,y) = a · J

0

(x,y)

 
W wyniku wykonania mnożenia uzyskujemy:

•  zwiększenie  kontrastu  (większe  zróżnicowanie  szarości), 
jeżeli a>1,

• zmniejszenie kontrastu, jeżeli 0<a<1.

Przy  przekroczeniu  maksymalnej  lub  minimalnej  wartości 
jasności   (w tym przypadku odpowiednio 255 oraz 0) może 
nastąpić utrata części danych.

 

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Obraz 
źródłowy

Obraz po mnożeniu przez stałą wartość

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Obraz po mnożeniu przez stałą wartość

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Obraz po dzieleniu przez stałą wartość

Obraz 
źródłowy

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Obraz po dzieleniu przez stałą wartość

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Omówione powyżej operacje określane są jako operacje 
liniowe, gdyż mogą zostać opisane wzorem:

J

w.

(x,y) = a · J

0

(x,y) + b

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Efekt solaryzacji

Zmiana poziomów jasności pikseli 

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne - liniowe

background image

 

 

Omawianym  przekształceniom  obrazów  towarzyszy  problem 
możliwego  przekroczenia  maksymalnej  bądź  minimalnej  wartości 
parametru jasności (lub barwy). 

W  przypadku  otrzymania  w  wyniku  przekształcenia  piksela  o 
wartości wykraczającej poza dopuszczalny zakres, możliwe są trzy 
podejścia: 

•  Stosowanie  zasad  arytmetyki  przepełnieniowej  –  obcinanie 
wartości  na  poziomie  dopuszczalnego  maksimum  czy  minimum. 
Towarzyszy  temu  efekt  negatywny  –  utrata  części  informacji  o 
obrazie (metoda nasycenia). 

•  Traktowanie  punktów  o  wartości  większej  niż  255  jako  wynik 
modulo p (p=256). W efekcie przekroczenie maksymalnej jasności 
podczas sumowania obrazów może dać jako wynik piksel ciemny, 
a  w  wyniku  odejmowania  piksela  jaśniejszego  od  ciemniejszego 
możemy otrzymać piksel jasny (metoda modulo). 

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne

background image

 

 

•  Trzecie rozwiązanie polega na normalizacji jasności.  

Może się ona odbywać poprzez: 

• podzielenie  obrazu  wynikowego  przez  największą  wartość 

piksela       w którymś z obrazów składowych,

• podzielenie  przez  średnią  wartość  piksela  w  obrazach 

składowych.

W  wyniku  normalizacji  otrzymujemy  obraz  o  średniej  jasności 

zbliżonej  do  obrazów  składowych,  a  dodatkowo  zmniejsza 
się szum w obrazie.

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne

background image

 

 

Metoda 
nasycenia

Obraz źródłowy

        Obraz po pomnożeniu 

przez stałą

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne

background image

 

 

Metoda modulo

Obraz źródłowy

            Obraz po pomnożeniu 

przez stałą

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne

background image

 

 

Normalizacja 
jasności

Obraz źródłowy

         Obraz po pomnożeniu 

przez stałą

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne

background image

 

 

Operacje nieliniowe

Potęgowanie obrazu wykonywane jest dla każdego piksela 
zgodnie ze wzorem:

J

w

(x,y) = J

0

(x,y)

α

gdzie α>0

Jeżeli założymy, że minimalna jasność wynosi 0, to wzór będzie 
wyglądać następująco:

J

w

(x,y) = 255 · 

gdzie J

max

 ≤ 255

Operacje arytmetyczne

J

max

0

)

,

(

J

y

x

J

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Operacje arytmetyczne nieliniowe

Dla  α  >  1  i  całkowitego  potęgowanie  obrazu  sprowadza  się  do 
mnożenia  go  przez  siebie  samego.  Najczęściej  używane  jest 
podnoszenie obrazu do „kwadratu”, rzadziej do „sześcianu”.
Operacja  ta  jest  wykonywana  w  celu  większego  zróżnicowania 
wysokich  wartości  atrybutu  jasności.  Po  zastosowaniu  koniecznej 
normalizacji,  powoduje  przyciemnienie  obrazu  oraz  zmniejszenie 
zróżnicowania niskich wartości parametru jasności.

   

α = 2

     

α = 3

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

   Obraz źródłowy

             

Obraz po transformacji        Obraz po 

transformacji 
                                                kwadratowej

                        

sześciennej

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne nieliniowe

background image

 

 

Potęgowanie 
obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne nieliniowe

background image

 

 

Jeżeli α < 1, mamy do czynienia z pierwiastkowaniem obrazu. 
W wyniku tej operacji następuje zwiększenie kontrastu w 
ciemnych partiach obrazu (o niskich wartościach jasności).

          

Wykres funkcji pierwiastka   
kwadratowego

Potęgowanie obrazu znajduje 
zastosowanie w korekcji lamp 
analizujących obraz.
Korekcja gamma ma na celu 
poprawę percepcji zmian 
jasności wraz ze zmianą 
luminancji.

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne nieliniowe

background image

 

 

Pierwiastkowani
e obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne nieliniowe

background image

 

 

Logarytmowanie obrazu

J

w.

(x,y) = log (1 + J

0

(x,y))

Przy założeniach podobnych, jak 
dla potęgowania, otrzymujemy 
wzór:

J

w

(x,y) = 255 · 

Ze względu na nieokreśloność 
funkcji   w zerze, wykres musi być 
przesunięty   o jeden.
W wyniku operacji następuje silne 
rozjaśnienie ciemnych partii 
obrazu.

)

 

(1

 

log

y))

(x,

 

(1

 

log

max

0

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne nieliniowe

background image

 

 

Logarytmowa
nie obrazu

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne nieliniowe

background image

 

 

Korekcja gamma jest to bezkontekstowa (punktowa) transformacja 
wykonywana na obrazie monochromatycznym lub poszczególnych 
kanałach barw w obrazie kolorowego. 
Podstawowym celem jej stosowania jest korekcja nieliniowej 
charakterystyki kineskopu.

L2 = k ( X ' )γ ,

gdzie:

L2 oznacza luminancję kineskopu zależną od napięcia 

sterującego  X '

k – wartość parametru zależna od aktualnych ustawień 

monitora 

γ = 2.3 - 2.6 stała dla danego kineskopu (zależna od jego 
fizycznych właściwości)

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

Operacje arytmetyczne nieliniowe

background image

 

 

Korekcja gamma dana jest funkcją:

X ' = X 1/γ 

Często wartość γ zastosowana do korekcji materiału źródłowego 
nie jest znana. Jeżeli wypadkowa charakterystyka całego systemu 
pozostaje wykładnicza (γ > 1), obraz wydaje się ostrzejszy. 
Niestety zakres poziomów jasności w wyświetlanym obrazie jest 
ograniczony. 
Jeśli wynikowa charakterystyka jest logarytmiczna (γ < 1) obraz 
wydaje się „miękki". 

W systemach telewizyjnych stosuje się 
γ = 2,8 dla systemu PAL (Europa),
γ = 2,2 dla systemu NTSC (USA).

Dzięki zastosowaniu korekcji gamma poprawiona zostaje 
charakterystyka percepcji jasności obrazu, gdyż zmysł wzroku  nie 
odbiera zmian luminancji w sposób liniowy.

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Korekcja gamma

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Czułość oka na poziom jasności

Prawo Webera-Fechnera 

Wartość reakcji układu 
biologicznego jest 
proporcjonalna do 
logarytmu bodźca. 

  

gdzie:

- reakcja układu biologicznego (wrażenie zmysłowe), 
I - natężenie danego bodźca, 
I

0

 - wartość progowa natężenia danego bodźca, 

log - logarytm o podstawie 10.

 

0

I

I

log

k

R

Grafika komputerowa

 

– wykład 6

background image

 

 

Czułość oka na poziom jasności

Linearny wzrost obiektywnej 
jasności

Logarytmiczny wzrost jasności 
odczuwalnej

Wykładniczy wzrost obiektywnej 
jasności

Linearny wzrost jasności 
odczuwalnej 

Grafika komputerowa

 

– wykład 6


Document Outline