WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
МИНИСТЕРСТВО КУЛЬТУРЫ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ» Кафедра киновидеоаппаратуры ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ В СИСТЕМАХ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по курсу ОСНОВЫ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ для студентов специальностей 200101 "Приборостроение", 210312 "Аудиовизуальная техника", 240504 "Технология кинофотоматериалов и магнитных носителей" всех форм обучения Под редакцией проф., д.т.н. Тихомировой Г.В.

Санкт - Петербург 2010 УДК 778.534.2:621.397 Составители: Хорунжий М.Д., Газеева И.В., Гусев В.П., Трубникова Т.А.

Оценка качества цветопередачи в системах визуализации цифровых изображений: Учебнометодическое пособие к лабораторным работам. - СПб.: Изд. СПбГУКиТ, 2010. - 95 с.

Ил. 27. Библиогр.: 25 назв.

Рецензенты: доцент кафедры ПТиСКВТ СПбГУКиТ, канд. техн. наук Кулаков А.К.

доцент кафедры видеотехники СПбГУКиТ, канд. техн. наук Белозерцев А.В.

Рекомендовано к изданию в качестве учебно-методического пособия Методическим советом ФМА Протокол № 10 от 27.05.2010 г.

Рекомендовано к изданию в качестве учебно-методического пособия для выполнения лабораторных работ кафедрой киновидеоаппаратуры.

Протокол № 5 от 23.11.2009 г.

©СПбГУКиТ, 2010 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение..........................................................................................................................5 1. Лабораторная работа "Исследование искажений колориметрических характеристик изображений при видеопроекции”.............................................7 1.1. Термины и определения...................................................................................7 1.2. Восприятие цвета объекта и отображение колориметрического пространства..........................................................................................................1.3. Стандартный источник света D65.................................................................1.4. Цветовой охват систем визуализации..........................................................1.5. Оценка искажений цветопередачи................................................................1.6. Цветовое пространство МКО LUV...............................................................1.7. Сегментация изображений методом k-means..............................................1.8. Основные особенности обработки цветных изображений в MATLAB при использовании GUI COLORLAB................................................1.9. Аппаратно-программная база для измерений и математической обработки результатов..........................................................................................1.10. Общая схема экспериментальной установки.............................................1.11. Порядок выполнения работы......................................................................1.12. Обработка результатов измерений.............................................................1.13. Контрольные вопросы..................................................................................2. Лабораторная работа «Применение модели П-МКО LAB для оценки качества цветного цифрового изображения»...............................................2.1. Термины и определения.................................................................................2.2. Определение цветовых различий между цифровыми изображениями по модели П-МКО LAB............................................................2.3. Аппаратно-программная база для измерений и математической обработки результатов.........................................................................................2.4. Общая схема экспериментальной установки и вариантов исследования..........................................................................................................2.5. Порядок выполнения работы........................................................................2.6. Контрольные вопросы..................................................................................3. Лабораторная работа "Применение метрики пиковое отношение сигнал/шум для оценки качества восстановленных цифровых изображений"......................................................................................................3.1. Термины и определения.................................................................................3.2. Шумы в изображениях...................................................................................3.3. Модель процесса искажения/ восстановления изображения.....................3.4. Адаптивные медианные фильтры.................................................................3.5. Критерии качества восстановления изображений......................................3.6. Аппаратно-программная база для измерений и математической обработки результатов.........................................................................................3.7. Общая схема экспериментальной установки и вариантов исследования..........................................................................................................3.8. Порядок выполнения работы........................................................................3.9. Контрольные вопросы....................................................................................Литература....................................................................................................................Приложение..................................................................................................................Введение Системы визуализации цифровых изображений - одно из интенсивно развиваемых направлений исследования. Основная цель этого учебно - методического пособия - раскрыть предмет обработки цветных изображений в системах визуализации, не усложняя его сложными математическими преобразованиями. Для лучшего освоения материала пособие снабжено достаточным количеством иллюстраций, позволяющих продемонстрировать особенности реализации компьютерных методов обработки изображений для повышения качества цветопередачи [1].



Большое внимание в пособии уделено методикам оценки различных искажений цветовоспроизведения изображений поскольку эти вопросы важны при построении систем электронного кинематографа. Подходы, представленные в лабораторных работах, реализованы на компьютере. Выполнение работ осуществляется в широкоизвестной среде моделирования Matlab, доступной для практического использования. В настоящем учебно-методическом пособии приводится цикл из двух лабораторных работ для студентов, включенный в дисциплину “Основы записи и воспроизведения информации” [2]. Каждая лабораторная работа сопровождается контрольными вопросами для самопроверки. В приложении приведена таблица наиболее распространенных моделей цвета, которые могут быть полезны при решении задач и выполнении лабораторных работ.

Первая лабораторная работа посвящена вопросам повышения качества цветных цифровых изображений в системах визуализации. Согласование объективных критериев качества с субъективным восприятием цифровых цветных изображений позволит нам наиболее достоверно оценить цветопередачу систем визуализации, таких как видеопроекционная система. В работе производится анализ влияния искажающих факторов на изменение колориметрических характеристик различных сюжетов цветных изображений.

Результатом работы является сенсорная характеристика по коэффициенту хроматических искажений для каждого сюжета изображений.

Во второй лабораторной работе рассматриваются общие принципы анализа искажений колориметрических характеристик с использованием пространственной модели МКО LAB.

В третьей работе рассматриваются все возможные аспекты удаления шумов - импульсного и Гаусса. Предлагается решение типичных проблем устранения шумов в изображениях, с которыми сталкиваются на практике.

Раскрываются возможности пакета Matlab по наиболее эффективному повышению качества восстановленных изображений.

В результате выполнения настоящих лабораторных работ студент должен освоить на практике процесс создания и внесения в цифровые изображения искажений, принципы управления качеством цветопередачи, использования измерительных приборов для контроля цветовоспроизведения, на уровне опытного пользователя работать со средой Matlab по обработке цветных изображений и давать объективную оценку системам визуализации, что является основной предпосылкой модернизации существующих и создания новых перспективных систем.

1. Лабораторная работа “Исследование искажений колориметрических характеристик изображений при видеопроекции” Цель работы заключается в исследовании влияния искажений колориметрических характеристик изображений на качество видеопроекции.

В соответствии с обозначенной целью в работе необходимо решить следующие задачи:

1) Изучить основные объективные критерии качества цветопередачи изображений устройствами системы записи, тиражирования и воспроизведения (ЗТВ).

2) Освоить методику калибровки видеопроектора и определения его цветового охвата.

3) Построить сенсорную характеристику по результирующему коэффициенту хроматических искажений при влиянии некоторых факторов на изменение цветового тона и насыщенности в воспроизводимых изображениях при видеопроекции.

1.1. Термины и определения Цвет - свойство тела вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения [3].

Цветовой тон монохроматического цвета - длина волны испускаемого им излучения [4,5].

Цветовой тон хроматического цвета - длина волны такого монохроматического излучения, смешение которого в определенной пропорции с белым обеспечивает получение цвета, тождественного в визуальном отношении данному [6].

Насыщенность - характеристика зрительного ощущения, служащая для отличия спектрального цвета от пастельного блеклого цвета такого же цветового тона [5].

Светлота - характеристика ощущения, согласно которой предмет кажется пропускающим или диффузно отражающим более или менее значительную долю падающего света [5].

Цветовая модель – математическая модель описания цветов на цветовом пространстве в виде последовательности конечного ряда чисел, обычно из трёх или четырёх значений, называемых цветовыми компонентами или цветовыми координатами [4, 5].

Цветовое пространство – представляет собой геометрическую модель цветов, воспринимаемых при наблюдении цветовых стимулов предметов.

Цветовые восприятия, выраженные значениями психологических характеристик цветового тона, светлоты и насыщенности, могут быть представлены точками на цветовом пространстве, координаты которых соответствуют этим характеристикам [4, 5].

Цветовое различие – математическое представление, позволяющее численно выразить различие между двумя цветами в колориметрии. Для определения цветового различия обычно используют формулу вычисления расстояния в евклидовом пространстве [4, 5, 6].





Цветовая гамма — диапазон цветов и значений оптической плотности, воспроизводимых конкретным устройством вывода, например, принтером или монитором. Иногда цветовая гамма разделяется на цветовой охват (т. е. цветовой диапазон, ограниченный применяемыми основными цветами) и динамический диапазон устройства (т. е. диапазон изменения значений яркости от самого темного уровня до самого светлого). Не точная передача градаций на цветоделенных изображениях при преобразовании цветовых пространств и ограниченный цветовой охват устройства визуализации влияет на цветовую гамму воспроизводимого изображения [4, 6].

Функция передачи модуляции – зависимость коэффициента передачи модуляции от пространственной частоты.

Хроматическая индукция - изменение восприятия цвета под влиянием наблюдения другого цвета. В зависимости от меры различия координат цвета двух стимулов различают два принципиально разных типа индукции — отрицательную и положительную. Если различие достаточно заметно, глаз стремится увеличить его (отрицательная индукция). Если различие малозаметно, глаз компенсирует эту небольшую разницу (положительная индукция). Часто в научной литературе термин "индукция" заменяют термином "контраст" [4].

Хроматический контраст – контраст данного цвета (или его мера индукции), возникающий под влиянием окружающих или соприкасающихся с ним цветов [6].

Хроматическая адаптация - изменение восприятия цвета глазом человека вследствие настройки зрительного механизма к изменению спектрального состава лучистой энергии [3, 4].

Константность восприятия цвета - состоит в способности зрительного анализатора человека воспринимать цвет окружающих предметов как относительно постоянный даже при изменении внешних условий восприятия, т.е.

это неизменность цвета при изменении освещения. Явление константности цвета обусловливается рядом причин, среди которых большое значение имеют адаптация к общему уровню яркости зрительного поля, а также представления о действительном цвете предметов [3, 4].

Кластер - объединение нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определёнными свойствами [7].

Сегментация - это процесс разбиения изображения на группы с учетом подобия характеристик пикселов. Основная идея этого процесса состоит в следующем: каждый пиксел изображения может быть связан с некоторыми визуальными свойствами, такими как цвет и текстура. В пределах одного объекта или его одной части эти атрибуты изменяются относительно мало, тогда как при переходе через границу от одного объекта к другому обычно происходит существенное изменение атрибутов. В результате сегментации удается автоматически выделять в изображении объекты с одинаковым цветом [8].

1.2. Восприятие цвета объекта и отображение колориметрического пространства Известно, что детали объекта наблюдения, которые излучают или отражают свет, характеризуются не только яркостью, но и оптическим спектром излучения, т.е. распределением по длинам волн световых волн интенсивности излучения [2].

Зрительный анализатор (ЗА) воспринимает световые излучения с длинами волн в пределах от 380 до 760 нм, при этом он различает несколько десятков тысяч цветов, отличающихся цветовым тоном, чистотой и яркостью. В середине XX века экспериментально подтверждено, что светочувствительные приемники сетчатки глаза - колбочки не одинаковы по оптическим спектральным свойствам.

Определить непосредственно спектральную чувствительность колбочек довольно трудно. Решить эту задачу было предложено косвенным путем - нахождением кривых сложения (или смешения) зрительного анализатора [2].

Рис. 1.1 Кривые сложения Райта [2] Наиболее совершенные экспериментальные данные кривых сложения были получены Райтом, поэтому они были положены в основу кривых сложения стандартного наблюдателя, принятых международной комиссией по освещенности (МКО) в 1931 году. Кроме Райта, кривые сложения были получены и другими исследователями [2]. Причем длины волн источников сравнения R, G и B принимались различными (но их цвета всегда были линейно независимыми).

Кривые сложения, найденные разными исследователями, естественно, отличались друг от друга. Но во всех случаях неизбежно возникали отрицательные ветви кривых сложения (см. рис. 1.1). [2, 5].

Рис. 1.2. Кривые сложения в пространстве XYZ [6] В 1931 году работы Джадда позволили разработать базовую колориметрическую систему XYZ, в кривых смешения которой отсутствуют отрицательные участки. В данной системе основные цветовые компоненты являются не существующими в реальности. Система МКО XYZ отображает изменение основных цветов и является результатом матрицы преобразования системы RGB (см. Приложение А). Матрица преобразования - это общая математическая операция, осуществляющая линейное преобразование пространства [6]. Необходимо различать с одной стороны, координаты X, Y, Z (координаты цвета) и, с другой стороны, x, y, z (координаты цветности) (см.

приложение А). В системе XYZ все координаты цветности x, y и z имеют положительные значения и лежат в диапазоне от нуля до единицы (см. рис. 1.2).

Рис. 1.3 Треугольник Максвелла [6] Под треугольником Максвелла понимается диаграмма, отображающая координаты цветности в двухмерном пространстве, то есть без учета яркости цветов (см. рис 1.3) (см. Приложение А).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.