Принципы формирования изображений. Строение оптической системы человека. Восприятие цвета

1. Лекция 2 Принципы формирования изображений. Строение оптической системы человека. Восприятие цвета

2. Модель формирования изображения

3. Модель формирования изображения

• Общая модель наблюдения:
f(x, y)=i(x, y)×r(x, y)
• Типичные значения коэффициента отражения:
• 0,01 – черный бархат,
• 0,8 – стена белого цвета,
• 0,9 – посеребренная металлическая
поверхность,
• 0,93 – снег

4. Модель формирования изображения

5. Модель формирования изображения

6. Дискретизация и квантование (1D)

7. Дискретизация и квантование (1D)

• По теор. Котельникова непрерывный
сигнал f(t) в спектре которого не
содержится частот выше fВ полностью
описывается выборочными значениями
f(kT) отсчитанными через интервалы
времени
T=1/(2fВ)=π/ωВ

8. Дискретизация и квантование (1D)

• Аналитически это выражается в
виде ряда Котельникова
Интервал времени T=1/(2fВ) между
соседними отсчетами называют интервалом
Котельникова или интервалом Найквиста.

9. Дискретизация и квантование (2D)

10. Дискретизация и квантование (2D)

• Общее количество битов памяти,
необходимое для хранения цифрового
изображения определяется по формуле:
b=M×N×k
• M, N – размеры (1024×1024 пикселей)
• k – разрядность (8 бит)
b = 1 Мб

11. Дискретизация и квантование (2D)

12. Дискретизация и квантование (2D)

13. Дискретизация и квантование (2D)

Изображение черепа человека
размерами 452×374;
А – 256 градаций яркости,
Б – 64,
В – 16,
Г–2

14. Квантование

Линейное
Логарифмическое

15. Квантование

• Линейное квант работает не точно, если
сигнал может принимать очень большие и
очень маленькие значения.
• В этом случае применяют логарифмическое
• При квантовании малых значений сигнала
шаг квантования оказывается малым, а
точность высокой. При больших значениях
входного сигнала интервал квантования
увеличивается.

16. Прибор с зарядовой связью (ПЗС)

• ПЗС-матрица (сокр. от «прибор с зарядовой
связью») или CCD-матрица (сокр. от англ.
CCD, «Charge-Coupled Device») —
специализированная аналоговая
интегральная микросхема, состоящая из
светочувствительных фотодиодов,
выполненная на основе кремния,
использующая технологию ПЗС — приборов
с зарядовой связью.

17. Прибор с зарядовой связью (ПЗС)

• Был изобретён в 1969 году Уиллардом
Бойлом и Джорджем Смитом в
Лабораториях Белла (AT&T Bell Labs).
• В 1970 году исследователи Bell Labs
научились фиксировать изображения с
помощью простых линейных устройств.
• Массовое производство для камер Sony
• 2009 – Нобелевская премия по физике

18. Строение глаза

Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 г.

19. Строение глаза

20. Строение глаза

• Аккомодация – это способность глаза
приспосабливаться к четкому различению
предметов, расположенных на разных
расстояниях от глаза.
• Оптическая сила глаза вычисляется как
обратное фокусное расстояние:

21. Сетчатка

• Внутренняя оболочка глаза, являющаяся
периферическим отделом зрительного
анализатора; содержит фоторецепторные
клетки, обеспечивающие восприятие и
преобразование электромагнитного
излучения видимой части спектра в
нервные импульсы, а также обеспечивает
их первичную обработку.

22.

23. Сетчатка

24. Сетчатка

• Колбочки отвечают за высокое
пространственное разрешение (остроту
зрения) и цветовое зрение при высокой
освещенности (фотопическое зрение), тогда
как палочки обеспечивают высокую
монохроматическую чувствительность глаза
(хоть и с относительно низким
пространственным разрешением) при
низкой освещенности (скотопическое
зрение).

25. Сетчатка

26. Сетчатка

27. Цветовое пространство

• представляет собой модель представления
цвета, основанную на использовании
цветовых координат. Цветовое
пространство строится таким образом,
чтобы любой цвет был представлен точкой,
имеющей определённые координаты.

28. Цветовая модель

• математическая модель описания
представления цветов в виде кортежей
чисел (обычно из трёх, реже — четырёх)
значений, называемых цветовыми
компонентами или цветовыми
координатами. Все возможные значения
цветов, задаваемые моделью, определяют
цветовое пространство.

29. Цветовое пространство CIE XYZ

CIE 1931 на диапазоне длин волн от 380 до 780 нм (с 5 нм интервалом)

30. Цветовое пространство CIE XYZ

31. Цветовое пространство CIE XYZ

32. Цветовое пространство RGB

33. Цветовой обхват

белый контур отражает диапазон
фотографической эмульсии различного
назначения;
чёрный пунктирный контур —
пространство sRGB, приблизительно
соответствующее гамме большинства
распространённых мониторов;
чёрный сплошной контур — пространство
Adobe RGB, включающее цвета,
воспроизводимые на печатных машинах, но
с использованием первичных цветов;
синий сплошной контур соответствует
высокачественной офсетной печати;
синий пунктирный контур отражает охват
обычного бытового принтера.

34. Форматы хранения

• без сжатия (TIFF, BMP);
• сжатие без потерь (PNG, GIF);
• сжатие с потерями (JPEG)