• 2022-08-08

A számítógépes képfeldolgozás elvi alapjai – színlátás, színkódolás és additív színkeverés

Írta Borján József

A számítógépes képfeldolgozás elvi alapjai – színlátás, színkódolás és additív színkeverés

A számítógépes képfeldolgozás elvi alapjai – színlátás, színkódolás és additív színkeverés 1024 576 SurveyTransfer

A SurveyTransfer csapata ezúton is köszönetét fejezi ki Borján Józsefnek, aki önként jelentkezett, hogy megossza tudását és tapasztalatát az olvasóinkkal. Reméljük, hogy a Borján Úr által írt ismertető anyag elnyeri a tetszésedet!


Ha te is rendelkezel olyan térinformatikai, 3D modellezési, földmérés vagy 3D felmérés technikai tudással, amit szívesen megosztanál másokkal, akkor írj nekünk az üzenetküldőnkön vagy az info@surveytransfer.net e-mail címen keresztül.

Légy Te a következő vendég bloggerünk, akit megismer a szakmai közönség! 🙂

A színlátás, színkódolás

Számítógéppel megoldható feladatokhoz szükséges elemeket négy
csoportban érdemes tárgyalni.

1. Bármely feladat megoldásához eszköz kell, ezt hardvernek nevezzük.

A képfeldolgozással kapcsolatos hardverelemek: az alapgépen a megjelenítők (monitorok), nyomtatók, ezen kívül a képdigitalizálók: szkennerek, fényképezőgépek, kamerák, tabletek, speciális megjelenítők, nyomdai levilágítók, fotónyomtatók.

2. A hardver működtetéséhez program, azaz szoftver szükséges.

A képfeldolgozással kapcsolatos szoftverelemek: a megjelenítők és digitalizáló eszközök vezérlő szoftverei (driverei), képmegjelenítő és bemutató szoftverek, képmódosító szoftverek.

3. A számítógép adatokat készít, vagy fogad és a feldolgozás eredménye is adat lesz.

A képek esetében képfájlok kódja az adat, amelyet a digitalizálók kódolnak, a képfeldolgozók átkódolják, és a megjelenítők dekódolják.

4. Kell, aki mindhárom csoport lehetőségeit jól ismeri, a felhasználó.

Speciális feladatunk a számítógépes képfeldolgozás, ehhez szükséges hardverekkel, szoftverekkel, adattípusokkal ismerkedünk meg, hogy biztos kezű felhasználókká váljunk.

A FÉNY

A látáshoz és a fényképezéshez fényre van szükség. A fény elektromágneses hullám. A hullám két legfontosabb jellemzője az amplitúdó és a hullámhossz. Az amplitúdó a fény erősségét, intenzitását fejezi ki. A hullámhossz pedig az alapvető tulajdonságát, a színét.

Az emberi szemmel látható fény 380 nm-től 780 nm-ig terjed

A nm (nanométer) 10 -9 m azaz a méternél ezer milliószor kisebb (a mm a m ezredrésze, a mikron a mm ezredrésze, a nm a mikron ezredrésze.). A fenti képet prizmával lehet előállítani, de a természetben is láthatunk szivárványt.


Nem látható az ultraibolya tartomány. A fényképezőgépek azonban „látják”, erre tekintettel kell lenni pl. UV szűrő alkalmazásával. UV fényben világítja meg a pénzt a pénzvizsgáló is. Nem látható az infravörös, ezzel találkozunk a távkapcsolókban.

A digitális fényképezőgépek egy része érzékeli a távkapcsoló fényét

A fény lehet természetes (pl. napsütés) és mesterséges (izzólámpa). Mind a látásnál, mind a fényképezésnél az az általános, hogy a fényforrás megvilágítja a tárgyat, arról visszaverődik a fény, a szemlencsén, ill. a fényképezőgép objektívjén keresztül vagy a szemfenékre, vagy a fényképezőgépben lévő filmre, ill. a digitális érzékelőre jut. A digitális eszközöket az emberi szem működése alapján fejlesztették ki.

A látás

Nézzük meg hogyan is látunk?

A szemünkbe érkező vegyes színeket tartalmazó fény a szem optikai rendszerén át a szemfenékre érkezik. Ott a csapoknak és pálcikáknak nevezett sejtekben elektromos impulzusok keletkeznek, amelyek az agy látóközpontjába érkeznek.

A csapok egy része a hosszúhullámokra (L) érzékeny. Ha ilyen fény érkezik, ezek a csapok olyan információt küldenek az agynak, amelyet mi vörösnek, narancsnak érzékelünk.

A középhullámok (M) csak a megfelelő csapokat ingerlik, az ezekből érkező jeleket zöldként éljük meg.

A rövidebb hullámok (S) a csapok harmadik fajtáját ingerlik.

A szemfenéken csapok és pálcikák milliói vannak és amint láttuk, más más hullámtartományra érzékenyek.

Ezek érzékelik a fényt és elektromos ingerek formájában továbbítják az agy felé az adatokat, ott áll össze képpé. Ha valamilyen keverékszín érkezik a csapokhoz, akár mind a három fajta termel elektromos impulzust. Az agyunk az összeadó színkeverés szabályai szerint értékel és fehérnek látjuk a világot.

A technikai fényérzékelés

A CCD irodalma

A fényképezőgépek és szkennerek érzékelői is hasonlóan működnek. Az érzékelő csak a fény intenzitását érzékeli. Minél több fény éri, annál több elektron szabadul ki. Színes képpontokat úgy érzékel, hogy egy pixel felületét négy részre osztják egy vörös, egy kék és kettő negyed zöld szűrővel van ellátva. Egy cellában összegyűlt elektronokat elvezetik, és kiértékelik. Egy szín általában egy bájt helyet foglal el, némelyik gépnél ennél többet is. A három (RGB) színinformációt tárolja a gép.

A kódolás

Ennek igazolására nézzük meg a Windows BMP formátumában tárolt képek kódjait!

A kódok bár a kettes számrendszerrel írhatók le, praktikus okokból a 16-os számrendszerben lehet megjeleníteni. A 16-os számrendszerben a 0-9-ig számjegyeken túl A, B, C, D, E és F képezik a számjegyek egyedi értékét, sorban 10, 11. 12. 13, 14, 15. Egy bájt értékeit két számjegy írja le. Az első jegy 16-szor annyit ér, mint az egyedi értéke, a második pedig 1-szeres. Egy színkód alakja pl. A9, akkor az decimálisan 10×16+9, azaz 169. Ez egy világos színkomponens.

Az első sorokban kettes, a másodikban tizenhatos, a harmadik sorban, tízes számrendszerben kódszámok vannak az egyes színmintákhoz. Az utolsó minta egy konkrét kép egy eleme alapján született (lásd alább)

 
Nézzük meg, hogyan tárolja a gép a képeket!

 
Egy fekete téglalap és kódja:

Egy vörös téglalap és kódja:

Egy zöld téglalap és kódja:

Egy fehér téglalap  és kódja:

Egy fénykép részlete és kódja:

Könnyű belátni, hogy a számítógépes képfeldolgozás alapja az, hogy a kódokkal végez manipulációkat.

A sötét színek alacsony kóddal, a világos részek magasabb kóddal rendelkeznek. Egy sötét képet úgy lehet világosabbá tenni, hogy minden kódértékhez hozzáadunk valamennyit. Persze, ezt egy csúszka elhúzásával érjük el.

Az Additív színkeverés

A három alapszín keveréke újabb színeket ad. A vörös és zöld együtt sárgát, a vörös és kék együtt bíbort, a zöld és kék együtt cián színt eredményez. A három komponens együtt fehéret ad. Ha a három komponens világossági értéke megegyezik, szürkét kapunk. A legsötétebb szürke a fekete (00 00 00), középszürke pl. C0 C0 C0, a legvilágosabb szürke a fehér: FF FF FF.

Szokásos a három színkomponenst egy kockán ábrázolni. A kocka egyik sarka az origó, itt a fekete. A kocka origóban összefutó élein az egyes tiszta komponensek változó intenzitású értéke szerepel (00 – FF). Két él által meghatározott oldalon a kétkomponenses színek láthatók. A kocka testátlóján szürke pontok vannak, a feketétől a fehérig. A kocka térfogatában található pontok mindhárom színkomponenst tartalmazzák valamilyen értékkel.

Az additív színkeverést szemlélteti a következő ábra.  A tiszta színkomponensek körei átfedik egymást, azok adják  a keverék színeket, míg ahol mind a három komponens köre fedésben van, ott kapjuk a fehér színt.

A következő ábrán egy érdekes elemzést mutatok be. A szivárvány egy nyomtatott darabjának tengelyében kiolvastam a színkódokat, majd egy statisztikai programmal felrajzoltam az egyes komponensek változását.

Balról jobbra haladva először fehér a kép, mind a három szín magas értékű. A vörös kezdeténél a másik két komponens elhalványul. A sárga felé a zöld felerősödik. Zöldnél a vörös és kék is alacsony értékű. Ciánnál a zöld és a kék erős. Bíbornál a kék és a piros a menő, majd a fehérnél ismét mind a három szín megerősödik.

A színek megjelenése a képernyőn

A katódsugárcsöves monitorban három elektronforrás van, egy maszkon keresztül mindegyik csak a saját foszforpontjára céloz. Egy pixelt három kis foszforpont képez. A pontok olyan közel vannak egymáshoz, hogy egy pontnak látjuk és az additív színkeverés érvényesül.

Lássuk, hogyan néznek ki a színek a monitoron! A következőkben a képernyő nagyított nézetei jelennek meg:

  • skip-lazy

LCD monitoroknál egymás melletti hasábok alkotnak egy-egy pixelt.

Ha ebben a cikkben is volt új és hasznos információ, akkor légy olyan kedves és töltsd ki ezt az 5 perces kérdőívet, hogy a SurveyTransfer minél inkább a Te igényeidre szabva lássa meg a napvilágot!

Ha nagyon-nagyon tetszett, amit olvastál, akkor meg is oszthatod az ismerőseiddel. Ne fogd vissza magad! 🙂

Tetszett, amit olvastál? Akarsz hasonlókat olvasni?

SurveyTransfer uses cookies to enhance the user experience, which you acknowledge when using the website.
Read more