Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений (3-е изд., 2012) (1246138), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Таким образом, ширина пары линий составляет 2W, и наединице длины размещается 1/2W таких пар. Например, если ширина линииравна 0,1 мм, то на единицу длины (миллиметр) приходится пять пар линий.Широко используемое определение разрешения состоит именно в указаниимаксимального числа различимых пар линий на единицу длины; например 100пар линий на миллиметр. Число точек на единицу длины — мера разрешенияизображения, которая повсеместно применяется в полиграфии и издательскомделе. В США эту характеристику обычно выражают в точках на дюйм (dpi).Представление о качестве дают следующие цифры: газеты печатаются с разрешением 75 dpi, журналы — 133 dpi, глянцевые брошюры — 175 dpi, а эта страницакниги (имеется в виду англоязычный оригинал — прим.
ред. перев.) напечатанас разрешением 2400 dpi.В предыдущем абзаце главное то, что содержательная мера пространственного разрешения должна определяться по отношению к пространственнымединицам измерения. Размеры изображения сами по себе не дают полной информации. Сказать, например, что изображение имеет разрешение 1024×1024пикселя — не показательно, если при этом не указаны пространственные размеры, занимаемые этим изображением. И размеры изображения сами по себеполезны только для сравнения возможностей получения изображений.
Например, можно ожидать, что цифровой фотоаппарат с 20-мегапиксельнойсветочувствительной ПЗС-матрицей обеспечит более высокую детальностьизображения, чем 8-мегапиксельный фотоаппарат, в предположении, что обааппарата оснащены сравнимыми объективами и сравниваются снимки, сделанные с одинакового расстояния.Яркостным (или полутоновым) разрешением аналогично называется мельчайшее различимое изменение яркости. Если при дискретизации изображенийимеется относительно большая свобода действий при выборе числа отсчетов(т. е. частоты дискретизации), то при выборе числа градаций яркости приходится в значительной степени учитывать особенности аппаратуры; по этим причинам число градаций обычно выбирается равным степени 2. Наиболее частымрешением является выбор 8-битового представления (256 градаций яркости),но в некоторых приложениях используется 16 бит, если необходимо иметь болееточное представление полутонов.
Квантование уровней яркости с точностью 32бит используется редко. Иногда можно встретить системы, в которых квантование уровней яркости изображения проводится с точностью 10 или 12 бит, но этоскорее исключение, чем правило3. В отличие от пространственного разрешения, которое имеет смысл только если дается в отношении к единице длины,яркостным разрешением принято называть число бит, используемых при квантовании величины яркости. Например, об изображении, у которого яркостьквантуется на 256 градаций, обычно говорят как об имеющем яркостное разрешение 8 бит.
Поскольку фактически различимые изменения яркости зависят3Отметим, что точность квантования яркости, определяемую используемымАЦП, во многих случаях путают с точностью представления, которая в значительнойстепени зависит от способа хранения. Весьма часто сигнал квантуется на 26, 210, 212 или214 градаций, но сохраняется при этом с точностью 8 или 16 бит соответственно. — Прим.ред. перев.94Глава 2.
Основы цифрового представления изображенийне только от уровней шума и насыщения, но и от возможностей человеческого восприятия (см. раздел 2.1), то заявление, что изображение имеет яркостноеразрешение 8 бит, означает лишь то, что формирующая его система способнаквантовать величину яркости через равные ступени, каждая величиной в 1/256максимальной амплитуды яркости.Следующие два примера иллюстрируют влияние по отдельности пространственного и яркостного разрешений на степень детализации изображения.Позже в этом разделе мы обсудим, как эти два параметра совместно определяютощущаемое качество цифрового изображения.Пример 2.2.
Демонстрация эффектов при уменьшении пространственногоразрешения цифрового изображения.■ Рис. 2.20 демонстрирует эффекты, возникающие в результате сниженияпространственного разрешения цифрового изображения. Изображениярис. 2.20(а)—(г) приведены с разрешением 1250, 300, 150 и 72 dpi соответственно. Естественно, по числу элементов изображения с более низким разрешениемменьше оригинала. Например, изображение при 72 dpi представляет собой матрицу размерами 213×162, тогда как размеры оригинала — 3692×2812 пикселей.Для большей наглядности сравнения все изображения с меньшими размерамибыли увеличены до размеров оригинала (метод увеличения рассматриваетсяв разделе 2.4.4).
В некотором смысле это эквивалентно рассмотрению уменьшенных изображений с более близкого расстояния, чтобы объективно судитьо сравнительной степени их детальности.Между рис. 2.20(а) и (б) имеются небольшие видимые отличия, наиболее заметные в виде легких искажений формы большой черной стрелки, но по большейчасти изображение на рис. 2.20(б) вполне приемлемо. Фактически 300 dpi — этотипичное минимальное пространственное разрешение в книгоиздании, так чтоздесь не следовало ожидать больших видимых отличий.
На рис. 2.20(в) начинаетпроявляться ухудшение визуального качества изображения (например вид круглых краев хронометра и малой стрелки в правой части, которая указывает на 60).Рис. 2.20(г) демонстрирует заметное ухудшение большинства деталей изображения. Как говорится в разделе 4.5.4, при печати с таким низким разрешением в полиграфии применяется ряд хитростей (таких как локальное изменение размеровпечатной точки), которые позволяют получить значительно лучшие результаты,чем показаны на рис. 2.20(г). Кроме того, как мы увидим в разделе 2.4.4, приведенные на рис. 2.20 результаты можно улучшить за счет выбора метода интерпо■ляции.Пример 2.3. Типичные эффекты при изменении числа градаций яркостив цифровом изображении.■ В этом примере мы сохраняем число отсчетов дискретизации постоянным,но постепенно уменьшаем число уровней квантования с 256 до 2, двигаясьпо степеням 2. На рис.
2.21(а) показан полученный методом проекционной КТрентгеновский снимок размерами 452×374 пикселей с 256 градациями яркости(k = 8). Подобные изображения получаются при закреплении рентгеновскогоисточника в некотором положении, что дает двумерное изображение в нужном2.4. Дискретизация и квантование изображения95а бв гРис. 2.20. Типичные эффекты при уменьшении пространственного разрешения. Приведены изображения с разрешением (а) 1250 dpi, (б) 300 dpi,(в) 150 dpi и (г) 72 dpi.
Тонкие рамки добавлены для удобства, онине являются частью изображенийнаправлении. Проекционные КТ-изображения используются для настройкипараметров компьютерного томографа, например угла наклона, количествасрезов и диапазона.Изображения на рис. 2.21(б—з) были получены путем уменьшения числа битпредставления с k = 7 до k = 1 при cохранении постоянного пространственногоразрешения 452×374 пикселей.
Изображения с 256, 128 и 64 градациями яркости96Глава 2. Основы цифрового представления изображенийа бв гРис. 2.21.(а) Изображение размерами 452×374 пикселей с 256 градациями яркости. (б)—(г) Изображения того же пространственного разрешения,представленные с 128, 64 и 32 градациями яркостиоказываются визуально неотличимыми и в равной мере применимыми. Однакона 32-градационном изображении (рис.
2.21(г)) появляются почти незаметныемелкие рубчатые структуры в области постоянной или мало меняющейся яркости, в частности внутри черепной коробки. Этот эффект, вызванный использованием недостаточного числа градаций яркости в областях плавных переходовполутонов, называется появлением ложных контуров, поскольку эти линии напоминают контурные линии горизонталей на топографической карте. Ложныеконтуры становятся отчетливо видны на изображениях, представленных с равномерным разбиением всего яркостного диапазона на 16 градаций и менее, каквидно из рис. 2.21(д—з).2.4. Дискретизация и квантование изображения97д еж зРис. 2.21.(Продолжение.) (д)—(з) Изображения, представленные с 16, 8, 4 и 2градациями яркости. (Исходное изображение предоставил д-р ДэвидР.
Пикенс, департамент радиологии медицинского центра университета Вандербилта)В качестве очень грубого эмпирического правила можно считать, что минимальные пространственное и яркостное разрешение, при котором цифровоеизображение, напечатанное с размерами порядка 5×5 см, будет относительносвободным от дефектов типа ложных контуров и ступенчатости, составляетоколо 256×256 пикселей с 64 градациями яркости.■Результаты, показанные на примерах 2.2 и 2.3, иллюстрируют влияние независимого изменения значений N и k на качество изображения. Но это дает лишьчастичный ответ на вопрос о влиянии N и k на свойства цифровых изображений,98Глава 2.
Основы цифрового представления изображенийа б вРис. 2.22. (а) Изображение с малым числом деталей. (б) Изображение со средним уровнем детализации. (в) Изображение с относительно большимколичеством деталей. (Изображение (б) предоставлено Массачусетским технологическим институтом)поскольку мы пока не рассматривали возможные взаимосвязи между этими двумяпараметрами. В ранних исследованиях [Huang, 1965] делалась попытка измеритьэкспериментально, как влияет на качество изображения одновременное изменение значений N и k. Эксперимент состоял из набора субъективных тестов, в которых использовались изображения, подобные приведенным на рис. 2.22.
Женскоелицо относится к классу изображений с относительно малым содержанием деталей, снимок толпы, напротив, содержит большое число деталей, а изображение кинооператора занимает промежуточное положение по степени наличия деталей.Генерировался набор изображений указанных трех классов для различных значений N и k, после чего наблюдателю предлагалось упорядочить их в соответствиис субъективно ощущаемым качеством. Результатыэксперимента представлялись в форме так называемых кривых равного предпочтения на плоскостиNk (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
