Тема № 8 Классификация изображений и преобразования

Страница 1

8.1 Классификация

Говоря об обработке изображений с помощью ЭВМ целесообразно выделить 4 класса изображений. Эта классификация связана не столько с природой зрительного восприятия изображений, сколько с подходом к их представлению и обработке.

Класс 1 - тоновые и цветные изображения. В этот класс входят изображения, имеющие вид обычных телевизионных изображений. Они обеспечивают довольно точное воспроизведение реальности и представляются матрицами с целочисленными элементами. Для обозначения этих элементов используют термины "элементы изображения", "пиксел", "пэл". В большинстве прикладных задач эти матрицы имеют очень большие размеры объектов - 512х512 элементов, являющиеся наиболее общепринятыми. В связи с этим представление изображений не всегда хранятся в памяти в виде обычных матриц и часто используются более изощренные разновидности структур данных. Цветные изображения могут представляется либо при помощи 3-х матриц (для красного, синего и зеленого цветов в отдельности), либо с помощью другой матрицы таким образом, что отдельные биты любого элемента представляют различные цвета, так как человеческий глаз порой не в состоянии различать уровни освещенности, различающиеся друг от друга менее чем на 1%, то для представления цветного изображения достаточно затрачивать по 1-му байту на цвет одного пиксела. Приемлемых результатов удается добиться, используя по три бита для передачи любого из двух цветов и два бита для передачи третьего.

Класс 2 - 2-х уровневые или представляемые в нескольких цветах изображения.

Изображение книжной страницы - это типичный пример 2-го класса, т.е. чёрно-белое изображение. Подобное изображение можно представлять матрицами, затрачивая по 1 биту на элемент, а также в виде "карт", так как на этих изображениях имеются хорошо различимые области одного цвета. Поэтому такие изображения объединены в один класс. Одна из проблем, возникающих в связи с использованием 1-го бита для представления любого пиксела, заключается в отсутствие стандартного для различных типов ЭВМ и устройств визуального отображения способов объединения битов в байт, и байт в слово. То есть, крайний слева пиксел может представляться, как наименее, так и наиболее значимыми битами байта. Поэтому пользователь должен думать о выборе наиболее подходящего способа представления в применяемом им устройстве.

Класс 3 - непрерывные кривые и линии. Примеры изображений 3-го класса - это контуры областей, сигналы, диаграммы и графики. Соответствующие данные являются последовательностями точек, допускающих представление через их координаты х и у. Но такой метод представления довольно неэффективен. При чем то же самое относится и к представлению, основанному на использовании разности значений координат Dх и Dу у соседних точек. Более эффективным является представление с помощью цепных кодов, при использовании которых вектору, соединяющему 2 соседние точки ставится в соответствие один символ принадлежащий некоторому конечному множеству.

На рис.7 показан обычный цепной код, использующий 8 направлений.

Рис. 7 Задание стандартного цепного кода

Если точки расположены достаточно близко друг к другу, то ошибка вносимая квантованием может оказаться приемлемой. Более эффективный способ представления заключается в применении дифференциального цепного кода, предусматривающего кодирование каждой точки разностью 2-х последовательных кодов. В этом случае значения будут 0,+/-1,+/-2,+/-3 и 4. Вероятности их появления неодинаковы. При кодировке гладких кривых значение 0 и +/-1 будет появляться чаще, чем все остальные, а 4 - крайне редко. Поэтому для представления различных направлений можно воспользоваться каким-либо из кодов с переменной длинной.

При таком способе кодирования обычно затраты в среднем не превышают 2-х бит на точку.

Класс 4 - точки или многоугольники. Изображения класса 4 состоят из множеств отдельных точек, отстоящих друг от друга так далеко, что для их представления цепным кодом пользоваться нельзя. Вместо него следует использовать матрицу, содержащую их координаты х и у. Соответствующая аппаратура отображения позволяет соединить точки прямыми или простыми кривыми. В прикладных задачах машинной графики чаще всего используют изображения именно этого типа. Несмотря на то, что визуальное отображение может относится к классу 2 или к классу 1, его внутреннее изображение принадлежит классу 4. Во многих прикладных задачах используется одна из следующих форм представления:

1) Аппроксимация поверхностей многогранниками. В этом случае грани обычно треугольные. После проектирования изображение состоит из многоугольников.
2) Криволинейная аппроксимация поверхностей. На поверхности вычерчивается ряд кривых, описание которых потом используется для получения проекций, воспроизводимых в виде изображений 3 класса.
3) Аппроксимация участками поверхности высшего порядка. Этот способ аналогичен первому способу, за исключением того, что в качестве элементов, образующих поверхность объекта используется не плоские многоугольники, а участки поверхности высшего порядка. Во всех случаях положение объекта определяется некоторым небольшим числом точек и поэтому изображение класса 4 предоставляют наибольший интерес для машинной графики.