ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η ψηφιακή εικόνα και φωτογραφία, δημιουργείται από την ψηφιοποίηση αναλογικών εικόνων με ένα εργαλείο ψηφιοποίησης(σαρωτή, ψηφιακή φωτογραφική μηχανή, κ.α.). Συνήθως, μια εικόνα αποτελείται από διάφορα αντικείμενα που βρίσκονται σε κάποιο φόντο(background) και χωρίζονται μεταξύ τους με ασυνέχειες στη φωτεινότητα, οι οποίες ονομάζονται ακμές (edges). Εκτός από τις ακμές, η εικόνα συνήθως είναι λεία(smooth) με μερικές διακυμάνσεις στη φωτεινότητα. Οι διακυμάνσεις αυτές δημιουργούν την υφή (texture) της εικόνας που μπορεί να είναι διαφορετική μεταξύ των αντικειμένων που απεικονίζει. Η ποιότητα μιας εικόνας κρίνεται σε μεγάλο βαθμό από την οξύτητα (sharpness) ή ευκρίνεια και τη συνέχεια των ακμών της. Το ανθρώπινο οπτικό σύστημα είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στην ανίχνευση των ακμών, γιατί συνήθως η χρήσιμη πληροφορία βρίσκεται σε αυτές (σκίτσα, κινούμενο σχέδιο, κ.α.). Να θυμάστε, γιατί είναι σημαντικό στα ψηφιακά φίλτρα, ότι ο θόρυβος και οι ακμές είναι υψηλές συχνότητες και μπορούν να εξομαλυνθούν με ένα φίλτρο απόρριψης υψηλών συχνοτήτων. Όπως τα γραφικά, έτσι και οι εικόνες, διακρίνονται σε ψηφιογραφικές και σε διανυσματικές .
1.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ
1.2.1 ΑΝΥΣΜΑΤΙΚΕΣ (VECTOR) EIKONEΣ:
Είναι ευρύτερα γνωστό ότι οι σύγχρονοι υπολογιστές μπορούν να παράγουν δύο βασικές κατηγορίες εικόνων:Τις ανυσματικές (vector) εικόνες και τις ψηφιογραφικές ή χαρτογραφικές (bitmapped).
Οι ανυσματικές (vector) εικόνες είναι μαθηματικές περιγραφές σχημάτων πού μπορούν να κατασκευαστούν από ευθείες γραμμές και από καμπύλες. Οι εικόνες αυτής της κατηγορίας βασίζονται σε μία πολύ σαφή περιγραφή των γραμμών αυτών. Μπορούν να μεγεθυνθούν ή να σμικρυνθούν σε πολύ μεγάλο βαθμό χωρίς ανεπιθύμητα αποτελέσματα. Ένα σχήμα δημιουργημένο με ανυσματική περιγραφή μπορεί να επιλεγεί, να αλλάξει μέγεθος, να περιστραφεί ή να μετακινηθεί σαν ανεξάρτητο στοιχείο, επειδή διατηρείται με μαθηματικό τρόπο ο ορισμός του. Κάθε κλειστό σχήμα έχει εσωτερικό (fill) και περίγραμμα (stroke).
Επίσης, το περίγραμμα κάθε αντικειμένου ανυσματικής εικόνας μπορεί να μετατραπεί σε καμπύλες ειδικού τύπου, πού ονομάζονται καμπύλες Bezier. Με την βοήθεια των ιδιοτήτων των καμπύλων αυτών, μπορεί να υποστεί οποιανδήποτε παραμόρφωση, μέχρι και ριζική αλλαγή του αρχικού του σχήματος. Μία καμπύλη Bezier έχει προσαρτημένες, σε κάθε σημείο αλλαγής της καμπυλότητάς της, δύο γραμμές διεύθυνσης (direction lines). Οι γραμμές διεύθυνσης παραμένουν πάντοτε εφαπτόμενες στην καμπύλη. Τα σημεία στα άκρα των γραμμών διεύθυνσης ονομάζονται σημεία διεύθυνσης.
Οι καμπύλες Bezier μπορούν να διευθετηθούν με μεγάλη ακρίβεια, με την βοήθεια των σημείων και των γραμμών διεύθυνσης, έως ότου επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα.
Οι ανυσματικές εικόνες είναι, σύμφωνα με τα παραπάνω, πιο κατάλληλες στις περιπτώσεις πού απαιτούνται σαφώς καθορισμένα περιγράμματα.
1.2.2 ΨΗΦΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ Η’ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΕΣ (ΒΙTMAPPED) EIKONEΣ
Οι ψηφιογραφικές ή χαρτογραφικές (bitmapped) εικόνες είναι οι πιο κατάλληλες για την αναπαραγωγή φωτορεαλιστικής λεπτομέρειας. Η φωτορεαλιστική λεπτομέρεια έχει άμεση σχέση με την αναπαράσταση οποιασδήποτε φωτογραφίας στην οθόνη του υπολογιστή. Οι ψηφιογραφικές
(bitmapped) εικόνες αποτελούν γεωμετρική διάταξη στοιχειωδών τετραγώνων διαφορετικών χρωμάτων ή διαβαθμίσεων του γκρι, σε ένα ορθογώνιο πλέγμα. Τα στοιχειώδη αυτά τετράγωνα ονομάζονται pixels και το κάθε ένα αντιπροσωπεύει μία διαφορετική χρωματική αξία.
Για να τροποποιήσουμε ένα τμήμα ψηφιογραφικής εικόνας, τροποποιούμε μία ομάδα από pixels. Αυτό γίνεται μετά από την επιλογή, με ειδικούς τρόπους, της ομάδας αυτής των pixels. Οι ψηφιογραφικές εικόνες είναι λιγότερο συμπαγείς και σαφείς από τις ανυσματικές, αλλά πιο κατάλληλες, όπως είδαμε παραπάνω, για την αναπαραγωγή φωτορεαλιστικής λεπτομέρειας. Αυτό συμβαίνει γιατί στις bitmapped εικόνες κάθε pixel μπορεί να έχει το δικό του χρώμα, ανεξάρτητο από τα γειτονικά του και έτσι παράγεται μία συνεχής και ομαλή μετάβαση των χρωματικών αποχρώσεων σε όλη την έκταση της εικόνας.
Για την παραγωγή και την επεξεργασία κάθε μιας από τις δύο κατηγορίες εικόνων, χρησιμοποιούνται ειδικά προγράμματα (software). Το Αdobe Photoshop είναι το δημοφηλέστερο πρόγράμμα για την επεξεργασία bitmapped εικόνων.
Όσο περισσότερα είναι τα pixels στα οποία διαιρείται μία εικόνα, τόσο μεγαλύτερη λεπτομέρεια από την εικόνα μπορούν να αποδώσουν. Η ψευδαίσθηση του συνεχούς τόνου δημιουργείται όταν τα pixels γίνονται τόσο μικρά, ώστε να είναι πλέον αδύνατον να τα διακρίνουμε. Όσο μικρότερα είναι τα pixels πού αποτελούν μία εικόνα, τόσο πιο υψηλή είναι η ανάλυση της. Η ανάλυση bitmapped εικόνων ορίζεται συνήθως σαν ο αριθμός των pixels ανά ίντσα (pixels per inch - ppi).
Η κλασσική τυπωμένη φωτογραφία ορίζεται μετρικά από τις δύο διαστάσεις της (πλάτος και ύψος). Όταν αυτή μετατραπεί σε ψηφιακή μορφή, εκτός από τις διαστάσεις της χρειάζεται, για να οριστεί απόλυτα, και την ανάλυση της σε pixels ανά ίντσα.
Εδώ πρέπει να γίνει μία σπουδαιότατη παρατήρηση: Οι διαδρομές (Paths) των ξεγυρισμάτων (ή ξεφονταρισμάτων), που δημιουργούμε στο Photoshop με το εργαλείο της πένας (pen tool) και των παραλλαγών του, είναι καμπύλες Bezier πανομοιότυπες με τις καμπύλες Bezier των ανυσματικών εικόνων.
1.2.2.α ΜΕΓΕΘΟΣ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΗΣ (ΒΙTMAPPED) EIKONΑΣ
Μία ανυσματική εικόνα μπορεί να μεγεθυνθεί ή να σμικρυνθεί χωρίς κανένα κόστος στην ποιότητα της. Στις bitmapped εικόνες, αντίθετα και η παραμικρή αλλαγή μεγέθους έχει επιπτώσεις αρνητικές στην ποιότητα της εικόνας. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: Έστω ότι θέλουμε να διπλασιάσουμε μία εικόνα, μόνον ως προς τις διαστάσεις και όχι ως προς την ανάλυση. Είναι γνωστό ότι εάν η γραμμική διάσταση (πλευρά) διπλασιάζεται, τότε η επιφάνεια (εμβαδόν) τετραπλασιάζεται. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα, στο ορθογώνιο πλέγμα των pixels, το ένα pixel να μετατραπεί σε τέσσερα. Είδαμε παραπάνω ότι αυτό που χαρακτηρίζει το pixel ουσιαστικά είναι το χρώμα του. Το πρόγραμμα, στα τέσσερα pixels, που θα προκύψουν, θα δώσει χρώμα σύμφωνα με κάποιον αλγόριθμο.
Τα τέσσέρα αυτά διαφορετικά χρώματα θα είναι βέβαια αρκετά κοντά στο αρχικό ως αποχρώσεις. Λόγω όμως της τυχαίας τοποθέτησης τους και εάν λάβουμε υπ' όψη μας ότι αυτό θα συμβεί για όλα τα pixels της αρχικής εικόνας, γίνεται εύκολα αντιληπτό, ότι θα συμβεί καταστροφή της χρωματικής συνοχής της εικόνας. Όλα αυτά βέβαια συμβαίνουν σε μικροσκοπική κλίμακα. Θα εξετάσουμε τώρα τα αποτελέσματα των συμπερασμάτων αυτών στο επίπεδο του ορατού αποτελέσματος.
Εάν ο φωτορεαλισμός του θέματος της εικόνας είναι αρκετά ασαφής, π.χ. εάν απεικονίζεται ένα δάσος, δεν θα έχουμε πολύ εμφανή αρνητική επίπτωση στην χρωματική και τονική ποιότητα. Εάν όμως ο φωτορεαλισμός του θέματος αναδεικνύεται μέσα από το "γράψιμο" των τόνων. π.χ. εάν απεικονίζεται ένα πρόσωπο, τότε θα έχουμε δραματική απόκλιση από την αρχική εικόνα. Στην σμίκρυνση έχουμε ανάλογα φαινόμενα, όχι όμως σ' αυτό το βαθμό. Γενικά μπορούμε να αυξάνουμε το μέγεθος των εικόνων, χωρίς ιδιαίτερο πρόβλημα, έως και 15% το πολύ, ανάλογα με την εικόνα.
Στο θέμα της σμίκρυνσης τώρα είμαστε πιο ελαστικοί. Μπορούμε να μειώσουμε το μέγεθος της εικόνας έως και 40% χωρίς εμφανείς απώλειες. Είμαστε, λοιπόν, πάντοτε πολύ προσεκτικοί σε ότι αφορά το μέγεθος, όταν πρόκειται για bitmapped εικόνες.
Τα Paths, επομένως, είναι ανυσματικά (vector) μεγέθη σε ψηφιογραφικό (bitmapped) περιβάλλον. Με το Photoshop μπορούμε να επέμβουμε δραστικά σε μία bitmapped εικόνα, αλλάζοντας την απόχρωση (hue), τον κορεσμό (saturation) και την φωτεινότητα (brightness) των pixels της.
Η απόχρωση είναι η θέση τού χρώματος στο χρωματικό φάσμα και αντιστοιχεί στο μήκος κύματος της συγκεκριμένης ακτινοβολίας. Ο κορεσμός ενός χρώματος είναι η καθαρότητα ή η ένταση του χρώματος. Η φωτεινότητα ενός χρώματος μας δείχνει το κατά πόσο φωτεινό ή σκοτεινό είναι ένα χρώμα, ανεξάρτητα από την απόχρωση και τον κορεσμό
1.2.2.β ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ PIXEL
Είδαμε παραπάνω ότι τα δομικά στοιχεία των bitmapped εικόνων είναι τα pixels και ότι κάθε pixel αντιπροσωπεύει μία διαφορετική χρωματική αξία. Ο όρος pixel είναι ακρωνύμιο των λέξεων: picture element = στοιχείο εικόνας. Δεν μπορεί να απεικονιστεί στην οθόνη υπολογιστή τίποτε που να είναι μικρότερο από ένα pixel. Τα χαρακτηριστικά ενός pixel είναι :
· Μέγεθος: Το μέγεθος ενός pixel προκύπτει άμεσα από την ανάλυση της εικόνας που δίνεται σε pixels ανά ίντσα (pixels per inch - ppi).
· Θέση: Η θέση ενός pixel στο ορθογώνιο πλέγμα μίας bitmapped εικόνας, προσδιορίζεται από συντεταγμένες, που οι τιμές τους δίνονται σε αριθμό pixels.
· Χρώμα: Κάθε pixel έχει ένα συγκεκριμένο χρώμα.
· Βάθος: Το βάθος ενός pixel μας δίνει τον αριθμό των πιθανοτήτων για το συγκεκριμένο χρώμα που θα έχει.
1.2.2.γ ΒΑΘΟΣ PIXEL (BIT DEPTH)
Θα εξετάσουμε τώρα πώς από το βάθος του pixel (το τέταρτο από τα χαρακτηριστικά του), περνάμε σ' αυτό που ονομάζουμε ψηφιακό χρώμα. Γνωρίζουμε ότι οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές, έχουν σαν βάση αρίθμησης το δυαδικό σύστημα. Το ιδιαίτερο ενδιαφέρον που παρουσιάζει αυτό το αριθμητικό σύστημα είναι ότι χρησιμοποιεί δύο μόνον σύμβολα : 0 και 1. Η σημασία του δυαδικού συστήματος στην τεχνολογία των υπολογιστών βρίσκεται στο γεγονός ότι περιγράφει εύκολα συστήματα που έχουν δύο μόνον καταστάσεις, όπως: ανοικτό-κλειστό, διαρεόμενο ή όχι από ρεύμα
(προκειμένου για ηλεκτρικό κύκλωμα). Το κάθε ένα από τα σύμβολα του δυαδικού συστήματος ονομάζεται bit, λέξη που προέρχεται από την σύντμηση της έκφρασης: "δυαδικό ψηφίο" (binary digit). Μία διάταξη οκτώ bits ονομάζεται byte. Τα στοιχεία οποιουδήποτε συνόλου μπορούν να εκφραστούν ως ομάδες δυαδικών συμβόλων. Η αντιστοίχηση των στοιχείων ενός συνόλου με τα σύμβολα του δυαδικού συστήματος ονομάζεται δυαδική κωδικοποίηση.
To bit, τώρα, μπορούμε να το δούμε σαν την μικρότερη μονάδα πληροφορίας, που χρησιμοποιεί ένας υπολογιστής. Πιο συγκεκριμένα το bit είναι ο χαρακτηρισμός μιας μονάδας πληροφορίας, αντίστοιχης με το αποτέλεσμα επιλογής μεταξύ δύο μόνον εναλλακτικών λύσεων, π.χ. μεταξύ 0 και 1. Κάθε μετρήσιμο μέγεθος μπορεί να εκφραστεί και με δυαδικά κωδικοποιημένα δεδομένα. Εδώ σαν μετρήσιμα μεγέθη δεν εννοούνται μόνον οι αριθμοί, αλλά και τα κείμενα, καθώς επίσης και άλλου τύπου μεγέθη, όπως τα οπτικά και ακουστικά μεγέθη. Οπτικά μεγέθη είναι οι εικόνες και ακουστικά μεγέθη οι ήχοι γενικότερα και η μουσική ειδικότερα. Συμπερασματικά θα λέγαμε ότι κείμενα εικόνες, ήχοι και μουσική μπορούν να εκφραστούν με δυαδικά κωδικοποιημένα δεδομένα.
Επομένως οι εικόνες, μπορούν να "υπάρξουν" μέσα σε έναν υπολογιστή σαν αυτοτελείς πληροφορίες. Η διαπίστωση αυτή μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι εικόνες μπορούν να παραχθούν, αλλά και να υποστούν επεξεργασία από τον υπολογιστή.
Είδαμε ότι το βάθος ενός pixel μας δίνει τον αριθμό των πιθανοτήτων για το συγκεκριμένο χρώμα που θα έχει. Μέτρο του παραπάνω αριθμού των πιθανοτήτων είναι ο όρος βάθος bit (bit- depth). Όταν λέμε βάθος bit και αναφερόμαστε σε μία εικόνα, εννοούμε τον αριθμό των bits που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του κάθε pixel. Για παράδειγμα, σε μία ασπρόμαυρη εικόνα, (ή εικόνα κλίμακας του γκρι: grayscale image), βάθους 2-bit, για τον έλεγχο του κάθε pixel χρησιμοποιούνται 2 bits. Αυτό σημαίνει ότι δημιουργείται ένας κώδικας δυο 0 και 1 για κάθε τονική διαβάθμιση της εικόνας. Υπάρχουν 4 πιθανοί συνδυασμοί των δύο 0 και 1.[3]
1.3 ΓΙΑΤΙ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ;
· Ευκολότερη αποθήκευση και μετάδοση εικόνων.
· Σε ψηφιακή μηχανή, στο PC.
· email, internet.
· Μετάδοση εικόνων από δορυφόρους στη γή...
· Γίνεται καλή συμπίεση, πιο αποτελεσματική μετάδοση και πιο χρήσιμες εικόνες διαθέσιμες σε πολλούς.
· Βελτίωση / αποκατάσταση ποιότητας.
· Εξαγωγή πληροφοριών από ιατρικές εικόνες, δορυφορικές εικόνες, surveillance (ασφάλεια, κάμερες στους δρόμους).
· Αν υπάρχει όγκος σε ακτινογραφία κλπ.
· Ανάλυση καιρικών φαινομένων (Katrina).
· κίνηση σε αεροδρόμια, δρόμους, WalMart.
· Καλλιτεχνικά εφέ πιο εύκολα και εντυπωσιακά και για ειδικούς (πχ για εκτύπωση σε περιοδικά).
· Βελτίωση ποιότητας και αλλαγή εμφάνισης εικόνας γίνεται τώρα από τον καθένα.
· Αυτόματη αναγνώριση χαρακτήρων (τράπεζες, αρχαιολoγία, ασφάλεια, ταχ. κώδικες).
· Αυτόματη αναγνώριση δακτυλικών αποτυπωμάτων.
· Αυτόματη αναγνώριση προσώπων, εκφράσεων.[1]
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η ψηφιακή εικόνα και φωτογραφία, δημιουργείται από την ψηφιοποίηση αναλογικών εικόνων με ένα εργαλείο ψηφιοποίησης(σαρωτή, ψηφιακή φωτογραφική μηχανή, κ.α.). Συνήθως, μια εικόνα αποτελείται από διάφορα αντικείμενα που βρίσκονται σε κάποιο φόντο(background) και χωρίζονται μεταξύ τους με ασυνέχειες στη φωτεινότητα, οι οποίες ονομάζονται ακμές (edges). Εκτός από τις ακμές, η εικόνα συνήθως είναι λεία(smooth) με μερικές διακυμάνσεις στη φωτεινότητα. Οι διακυμάνσεις αυτές δημιουργούν την υφή (texture) της εικόνας που μπορεί να είναι διαφορετική μεταξύ των αντικειμένων που απεικονίζει. Η ποιότητα μιας εικόνας κρίνεται σε μεγάλο βαθμό από την οξύτητα (sharpness) ή ευκρίνεια και τη συνέχεια των ακμών της. Το ανθρώπινο οπτικό σύστημα είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στην ανίχνευση των ακμών, γιατί συνήθως η χρήσιμη πληροφορία βρίσκεται σε αυτές (σκίτσα, κινούμενο σχέδιο, κ.α.). Να θυμάστε, γιατί είναι σημαντικό στα ψηφιακά φίλτρα, ότι ο θόρυβος και οι ακμές είναι υψηλές συχνότητες και μπορούν να εξομαλυνθούν με ένα φίλτρο απόρριψης υψηλών συχνοτήτων. Όπως τα γραφικά, έτσι και οι εικόνες, διακρίνονται σε ψηφιογραφικές και σε διανυσματικές .
1.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ
1.2.1 ΑΝΥΣΜΑΤΙΚΕΣ (VECTOR) EIKONEΣ:
Είναι ευρύτερα γνωστό ότι οι σύγχρονοι υπολογιστές μπορούν να παράγουν δύο βασικές κατηγορίες εικόνων:Τις ανυσματικές (vector) εικόνες και τις ψηφιογραφικές ή χαρτογραφικές (bitmapped).
Οι ανυσματικές (vector) εικόνες είναι μαθηματικές περιγραφές σχημάτων πού μπορούν να κατασκευαστούν από ευθείες γραμμές και από καμπύλες. Οι εικόνες αυτής της κατηγορίας βασίζονται σε μία πολύ σαφή περιγραφή των γραμμών αυτών. Μπορούν να μεγεθυνθούν ή να σμικρυνθούν σε πολύ μεγάλο βαθμό χωρίς ανεπιθύμητα αποτελέσματα. Ένα σχήμα δημιουργημένο με ανυσματική περιγραφή μπορεί να επιλεγεί, να αλλάξει μέγεθος, να περιστραφεί ή να μετακινηθεί σαν ανεξάρτητο στοιχείο, επειδή διατηρείται με μαθηματικό τρόπο ο ορισμός του. Κάθε κλειστό σχήμα έχει εσωτερικό (fill) και περίγραμμα (stroke).
Επίσης, το περίγραμμα κάθε αντικειμένου ανυσματικής εικόνας μπορεί να μετατραπεί σε καμπύλες ειδικού τύπου, πού ονομάζονται καμπύλες Bezier. Με την βοήθεια των ιδιοτήτων των καμπύλων αυτών, μπορεί να υποστεί οποιανδήποτε παραμόρφωση, μέχρι και ριζική αλλαγή του αρχικού του σχήματος. Μία καμπύλη Bezier έχει προσαρτημένες, σε κάθε σημείο αλλαγής της καμπυλότητάς της, δύο γραμμές διεύθυνσης (direction lines). Οι γραμμές διεύθυνσης παραμένουν πάντοτε εφαπτόμενες στην καμπύλη. Τα σημεία στα άκρα των γραμμών διεύθυνσης ονομάζονται σημεία διεύθυνσης.
Οι καμπύλες Bezier μπορούν να διευθετηθούν με μεγάλη ακρίβεια, με την βοήθεια των σημείων και των γραμμών διεύθυνσης, έως ότου επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα.
Οι ανυσματικές εικόνες είναι, σύμφωνα με τα παραπάνω, πιο κατάλληλες στις περιπτώσεις πού απαιτούνται σαφώς καθορισμένα περιγράμματα.
1.2.2 ΨΗΦΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ Η’ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΕΣ (ΒΙTMAPPED) EIKONEΣ
Οι ψηφιογραφικές ή χαρτογραφικές (bitmapped) εικόνες είναι οι πιο κατάλληλες για την αναπαραγωγή φωτορεαλιστικής λεπτομέρειας. Η φωτορεαλιστική λεπτομέρεια έχει άμεση σχέση με την αναπαράσταση οποιασδήποτε φωτογραφίας στην οθόνη του υπολογιστή. Οι ψηφιογραφικές
(bitmapped) εικόνες αποτελούν γεωμετρική διάταξη στοιχειωδών τετραγώνων διαφορετικών χρωμάτων ή διαβαθμίσεων του γκρι, σε ένα ορθογώνιο πλέγμα. Τα στοιχειώδη αυτά τετράγωνα ονομάζονται pixels και το κάθε ένα αντιπροσωπεύει μία διαφορετική χρωματική αξία.
Για να τροποποιήσουμε ένα τμήμα ψηφιογραφικής εικόνας, τροποποιούμε μία ομάδα από pixels. Αυτό γίνεται μετά από την επιλογή, με ειδικούς τρόπους, της ομάδας αυτής των pixels. Οι ψηφιογραφικές εικόνες είναι λιγότερο συμπαγείς και σαφείς από τις ανυσματικές, αλλά πιο κατάλληλες, όπως είδαμε παραπάνω, για την αναπαραγωγή φωτορεαλιστικής λεπτομέρειας. Αυτό συμβαίνει γιατί στις bitmapped εικόνες κάθε pixel μπορεί να έχει το δικό του χρώμα, ανεξάρτητο από τα γειτονικά του και έτσι παράγεται μία συνεχής και ομαλή μετάβαση των χρωματικών αποχρώσεων σε όλη την έκταση της εικόνας.
Για την παραγωγή και την επεξεργασία κάθε μιας από τις δύο κατηγορίες εικόνων, χρησιμοποιούνται ειδικά προγράμματα (software). Το Αdobe Photoshop είναι το δημοφηλέστερο πρόγράμμα για την επεξεργασία bitmapped εικόνων.
Όσο περισσότερα είναι τα pixels στα οποία διαιρείται μία εικόνα, τόσο μεγαλύτερη λεπτομέρεια από την εικόνα μπορούν να αποδώσουν. Η ψευδαίσθηση του συνεχούς τόνου δημιουργείται όταν τα pixels γίνονται τόσο μικρά, ώστε να είναι πλέον αδύνατον να τα διακρίνουμε. Όσο μικρότερα είναι τα pixels πού αποτελούν μία εικόνα, τόσο πιο υψηλή είναι η ανάλυση της. Η ανάλυση bitmapped εικόνων ορίζεται συνήθως σαν ο αριθμός των pixels ανά ίντσα (pixels per inch - ppi).
Η κλασσική τυπωμένη φωτογραφία ορίζεται μετρικά από τις δύο διαστάσεις της (πλάτος και ύψος). Όταν αυτή μετατραπεί σε ψηφιακή μορφή, εκτός από τις διαστάσεις της χρειάζεται, για να οριστεί απόλυτα, και την ανάλυση της σε pixels ανά ίντσα.
Εδώ πρέπει να γίνει μία σπουδαιότατη παρατήρηση: Οι διαδρομές (Paths) των ξεγυρισμάτων (ή ξεφονταρισμάτων), που δημιουργούμε στο Photoshop με το εργαλείο της πένας (pen tool) και των παραλλαγών του, είναι καμπύλες Bezier πανομοιότυπες με τις καμπύλες Bezier των ανυσματικών εικόνων.
1.2.2.α ΜΕΓΕΘΟΣ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΗΣ (ΒΙTMAPPED) EIKONΑΣ
Μία ανυσματική εικόνα μπορεί να μεγεθυνθεί ή να σμικρυνθεί χωρίς κανένα κόστος στην ποιότητα της. Στις bitmapped εικόνες, αντίθετα και η παραμικρή αλλαγή μεγέθους έχει επιπτώσεις αρνητικές στην ποιότητα της εικόνας. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: Έστω ότι θέλουμε να διπλασιάσουμε μία εικόνα, μόνον ως προς τις διαστάσεις και όχι ως προς την ανάλυση. Είναι γνωστό ότι εάν η γραμμική διάσταση (πλευρά) διπλασιάζεται, τότε η επιφάνεια (εμβαδόν) τετραπλασιάζεται. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα, στο ορθογώνιο πλέγμα των pixels, το ένα pixel να μετατραπεί σε τέσσερα. Είδαμε παραπάνω ότι αυτό που χαρακτηρίζει το pixel ουσιαστικά είναι το χρώμα του. Το πρόγραμμα, στα τέσσερα pixels, που θα προκύψουν, θα δώσει χρώμα σύμφωνα με κάποιον αλγόριθμο.
Τα τέσσέρα αυτά διαφορετικά χρώματα θα είναι βέβαια αρκετά κοντά στο αρχικό ως αποχρώσεις. Λόγω όμως της τυχαίας τοποθέτησης τους και εάν λάβουμε υπ' όψη μας ότι αυτό θα συμβεί για όλα τα pixels της αρχικής εικόνας, γίνεται εύκολα αντιληπτό, ότι θα συμβεί καταστροφή της χρωματικής συνοχής της εικόνας. Όλα αυτά βέβαια συμβαίνουν σε μικροσκοπική κλίμακα. Θα εξετάσουμε τώρα τα αποτελέσματα των συμπερασμάτων αυτών στο επίπεδο του ορατού αποτελέσματος.
Εάν ο φωτορεαλισμός του θέματος της εικόνας είναι αρκετά ασαφής, π.χ. εάν απεικονίζεται ένα δάσος, δεν θα έχουμε πολύ εμφανή αρνητική επίπτωση στην χρωματική και τονική ποιότητα. Εάν όμως ο φωτορεαλισμός του θέματος αναδεικνύεται μέσα από το "γράψιμο" των τόνων. π.χ. εάν απεικονίζεται ένα πρόσωπο, τότε θα έχουμε δραματική απόκλιση από την αρχική εικόνα. Στην σμίκρυνση έχουμε ανάλογα φαινόμενα, όχι όμως σ' αυτό το βαθμό. Γενικά μπορούμε να αυξάνουμε το μέγεθος των εικόνων, χωρίς ιδιαίτερο πρόβλημα, έως και 15% το πολύ, ανάλογα με την εικόνα.
Στο θέμα της σμίκρυνσης τώρα είμαστε πιο ελαστικοί. Μπορούμε να μειώσουμε το μέγεθος της εικόνας έως και 40% χωρίς εμφανείς απώλειες. Είμαστε, λοιπόν, πάντοτε πολύ προσεκτικοί σε ότι αφορά το μέγεθος, όταν πρόκειται για bitmapped εικόνες.
Τα Paths, επομένως, είναι ανυσματικά (vector) μεγέθη σε ψηφιογραφικό (bitmapped) περιβάλλον. Με το Photoshop μπορούμε να επέμβουμε δραστικά σε μία bitmapped εικόνα, αλλάζοντας την απόχρωση (hue), τον κορεσμό (saturation) και την φωτεινότητα (brightness) των pixels της.
Η απόχρωση είναι η θέση τού χρώματος στο χρωματικό φάσμα και αντιστοιχεί στο μήκος κύματος της συγκεκριμένης ακτινοβολίας. Ο κορεσμός ενός χρώματος είναι η καθαρότητα ή η ένταση του χρώματος. Η φωτεινότητα ενός χρώματος μας δείχνει το κατά πόσο φωτεινό ή σκοτεινό είναι ένα χρώμα, ανεξάρτητα από την απόχρωση και τον κορεσμό
1.2.2.β ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ PIXEL
Είδαμε παραπάνω ότι τα δομικά στοιχεία των bitmapped εικόνων είναι τα pixels και ότι κάθε pixel αντιπροσωπεύει μία διαφορετική χρωματική αξία. Ο όρος pixel είναι ακρωνύμιο των λέξεων: picture element = στοιχείο εικόνας. Δεν μπορεί να απεικονιστεί στην οθόνη υπολογιστή τίποτε που να είναι μικρότερο από ένα pixel. Τα χαρακτηριστικά ενός pixel είναι :
· Μέγεθος: Το μέγεθος ενός pixel προκύπτει άμεσα από την ανάλυση της εικόνας που δίνεται σε pixels ανά ίντσα (pixels per inch - ppi).
· Θέση: Η θέση ενός pixel στο ορθογώνιο πλέγμα μίας bitmapped εικόνας, προσδιορίζεται από συντεταγμένες, που οι τιμές τους δίνονται σε αριθμό pixels.
· Χρώμα: Κάθε pixel έχει ένα συγκεκριμένο χρώμα.
· Βάθος: Το βάθος ενός pixel μας δίνει τον αριθμό των πιθανοτήτων για το συγκεκριμένο χρώμα που θα έχει.
1.2.2.γ ΒΑΘΟΣ PIXEL (BIT DEPTH)
Θα εξετάσουμε τώρα πώς από το βάθος του pixel (το τέταρτο από τα χαρακτηριστικά του), περνάμε σ' αυτό που ονομάζουμε ψηφιακό χρώμα. Γνωρίζουμε ότι οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές, έχουν σαν βάση αρίθμησης το δυαδικό σύστημα. Το ιδιαίτερο ενδιαφέρον που παρουσιάζει αυτό το αριθμητικό σύστημα είναι ότι χρησιμοποιεί δύο μόνον σύμβολα : 0 και 1. Η σημασία του δυαδικού συστήματος στην τεχνολογία των υπολογιστών βρίσκεται στο γεγονός ότι περιγράφει εύκολα συστήματα που έχουν δύο μόνον καταστάσεις, όπως: ανοικτό-κλειστό, διαρεόμενο ή όχι από ρεύμα
(προκειμένου για ηλεκτρικό κύκλωμα). Το κάθε ένα από τα σύμβολα του δυαδικού συστήματος ονομάζεται bit, λέξη που προέρχεται από την σύντμηση της έκφρασης: "δυαδικό ψηφίο" (binary digit). Μία διάταξη οκτώ bits ονομάζεται byte. Τα στοιχεία οποιουδήποτε συνόλου μπορούν να εκφραστούν ως ομάδες δυαδικών συμβόλων. Η αντιστοίχηση των στοιχείων ενός συνόλου με τα σύμβολα του δυαδικού συστήματος ονομάζεται δυαδική κωδικοποίηση.
To bit, τώρα, μπορούμε να το δούμε σαν την μικρότερη μονάδα πληροφορίας, που χρησιμοποιεί ένας υπολογιστής. Πιο συγκεκριμένα το bit είναι ο χαρακτηρισμός μιας μονάδας πληροφορίας, αντίστοιχης με το αποτέλεσμα επιλογής μεταξύ δύο μόνον εναλλακτικών λύσεων, π.χ. μεταξύ 0 και 1. Κάθε μετρήσιμο μέγεθος μπορεί να εκφραστεί και με δυαδικά κωδικοποιημένα δεδομένα. Εδώ σαν μετρήσιμα μεγέθη δεν εννοούνται μόνον οι αριθμοί, αλλά και τα κείμενα, καθώς επίσης και άλλου τύπου μεγέθη, όπως τα οπτικά και ακουστικά μεγέθη. Οπτικά μεγέθη είναι οι εικόνες και ακουστικά μεγέθη οι ήχοι γενικότερα και η μουσική ειδικότερα. Συμπερασματικά θα λέγαμε ότι κείμενα εικόνες, ήχοι και μουσική μπορούν να εκφραστούν με δυαδικά κωδικοποιημένα δεδομένα.
Επομένως οι εικόνες, μπορούν να "υπάρξουν" μέσα σε έναν υπολογιστή σαν αυτοτελείς πληροφορίες. Η διαπίστωση αυτή μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι εικόνες μπορούν να παραχθούν, αλλά και να υποστούν επεξεργασία από τον υπολογιστή.
Είδαμε ότι το βάθος ενός pixel μας δίνει τον αριθμό των πιθανοτήτων για το συγκεκριμένο χρώμα που θα έχει. Μέτρο του παραπάνω αριθμού των πιθανοτήτων είναι ο όρος βάθος bit (bit- depth). Όταν λέμε βάθος bit και αναφερόμαστε σε μία εικόνα, εννοούμε τον αριθμό των bits που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του κάθε pixel. Για παράδειγμα, σε μία ασπρόμαυρη εικόνα, (ή εικόνα κλίμακας του γκρι: grayscale image), βάθους 2-bit, για τον έλεγχο του κάθε pixel χρησιμοποιούνται 2 bits. Αυτό σημαίνει ότι δημιουργείται ένας κώδικας δυο 0 και 1 για κάθε τονική διαβάθμιση της εικόνας. Υπάρχουν 4 πιθανοί συνδυασμοί των δύο 0 και 1.[3]
1.3 ΓΙΑΤΙ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ;
· Ευκολότερη αποθήκευση και μετάδοση εικόνων.
· Σε ψηφιακή μηχανή, στο PC.
· email, internet.
· Μετάδοση εικόνων από δορυφόρους στη γή...
· Γίνεται καλή συμπίεση, πιο αποτελεσματική μετάδοση και πιο χρήσιμες εικόνες διαθέσιμες σε πολλούς.
· Βελτίωση / αποκατάσταση ποιότητας.
· Εξαγωγή πληροφοριών από ιατρικές εικόνες, δορυφορικές εικόνες, surveillance (ασφάλεια, κάμερες στους δρόμους).
· Αν υπάρχει όγκος σε ακτινογραφία κλπ.
· Ανάλυση καιρικών φαινομένων (Katrina).
· κίνηση σε αεροδρόμια, δρόμους, WalMart.
· Καλλιτεχνικά εφέ πιο εύκολα και εντυπωσιακά και για ειδικούς (πχ για εκτύπωση σε περιοδικά).
· Βελτίωση ποιότητας και αλλαγή εμφάνισης εικόνας γίνεται τώρα από τον καθένα.
· Αυτόματη αναγνώριση χαρακτήρων (τράπεζες, αρχαιολoγία, ασφάλεια, ταχ. κώδικες).
· Αυτόματη αναγνώριση δακτυλικών αποτυπωμάτων.
· Αυτόματη αναγνώριση προσώπων, εκφράσεων.[1]
2.2 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΕΙΚΟΝΑΣ
Τα πιο γνωστά προγράμματα ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας είναι :
· Το Photoshop της εταιρίας Adobe.
· Το Photo Paint της εταιρίας Corel.
· Το Paint Shop Pro.
· Το Photo Express.
· Το Xres της εταιρίας Macromedia.
· Το Photo Impact της εταιρίας Ulead.
· Picture Publisher της MicrografX.
Για τη βελτίωση ψηφιοποιημένων εικόνων και φωτογραφιών χρησιμοποιούμε τα προγράμματα ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας. Οι δυνατότητες αυτών των προγραμμάτων σε γενικές γραμμές είναι :
· Ρύθμιση της φωτεινότητας, της αντίθεσης και του χρώματος.
· Προσθήκη εφέ που δίνουν την αίσθηση της προοπτικής.
· Μετασχηματισμό των αντικειμένων (μεγέθυνση, περιστροφή, στρέβλωση κ.α.).
· Εφέ ανάμιξης δυο ή περισσότερων εικόνων (overlay, multiplay, κ.α.).
· Εφέ παραμόρφωσης εικόνων.
· Φίλτρα βελτίωσης (μείωση θαμπάδας, φαινομένου μουαρέ, κ.α.).
· Πολλαπλά επίπεδα επεξεργασίας (layers) μιας εικόνας.
· Ιστορικό για ακυρώσεις.
· Εφαρμογή μάσκας αλλαγών σε μια περιοχή της εικόνας, χωρίς να επηρεάζεται το υπόλοιπο.
· Δημιουργία διάφανων εικόνων.
· Αλλαγή της ανάλυσης, του μεγέθους, του χρωματικού μοντέλου και του φόρμα μιας εικόνας.
· Συμπίεση εικόνων.
· Ρετουσάρισμα (retouching) μιας εικόνας.
· Διαχωρισμό τετραχρωμίας(από RGB σε CMYK).
· Μετατροπή ψηφιογραφικών εικόνων σε διανυσματικές.
· Μετατροπή ψηφιογραφικών εικόνων σε πίνακες ζωγραφικής.
· Επεξεργασία με περισσότερη ακρίβεια χρησιμοποιώντας οδηγούς και πλέγματα.
· Αποκοπή περιττών τμημάτων μιας εικόνας(ξάκρισμα).Αντιγραφή, διαγραφή τμημάτων μιας εικόνας.[1]
