Caracteristici ale Imaginilor

Caracteristici ale imaginilor: crominanta, luminanta, gamma, rezolutie, nivel alb, efecte,….

Rezolutia

Rezolutia sau modurile de afisare ale unui televizor , monitor al unui calculator sau al unui dispozitiv de afisare este numarul de pixeli diferiti din fiecare dimensiune care poate fii afisata. Rezolutia poate fii un termen ambiguu in special atunci cand rezolutia afisata este controlata de diferiti factori in dispozitivele care folosesc tubul catodic(CRT) , monitoarele cu ecran plat care include si cele cu cristale lichide sau proiectoare care expun imagini fixe.

De obicei , este definita prin inaltime x latime , cu unitatile masurate in pixeli : de exemplu “1024×768” inseamna o latime de 1024 si o inaltime de 768 de pixeli.

O alta folosire a termenului de rezolutie este aplicata la dispozitive de afisaj precum LCD-uri , monitoare/televizoare cu plasma sau tehnologii similare , si reprezinta numarul fizic de coloane si linii de pixeli care creaza afisajul ( 1920×1080 ). O consecinta a detinerii unui astfel de monitor/televizor este ca pentru intrarile video de mai multe formate toate dispozitivele au nevoie de un motor de scalare (un procesor video digital care include o memorie) pentru a potrivi formatul fotografiei cu cel a dispozitivului

Standardele curente in televiziune

Claritate standard (SDTV):

-480i ( NTSC – standardul digital care consta in folosirea a 2 campuri interliniate avand 243 de linii fiecare )

-576i(PAL – standard digital care consta in folosirea a 2 campuri interliniate avand 288 de linii fiecare )

Claritate imbunatatita (EDTV)

-480p (720×480)

-576p (720×576)

Inalta claritate (HDTV)

-720p (1280×720)

-1080i(1920×1080 impartit in 2 campuri interliniate de 540 de linii

-1080p(1920×1080)

Ultra claritate (UHDTV)

-2160p (3840×2160 aka “4K UHD”)

-4320p (7680×4320 aka “8K UHD”)

-8640p (15360×8640 , un standard speculat)

Rezolutiile 4k si UHD

Din punct de vedere al consumatorului, 4K și UHD reprezintă cam același lucru. Diferențele tehnice din spatele acestor denumiri sunt relativ mici, dacă le privim doar din perspectiva rezoluției. Este important să cunoaștem însă puțin și din dedesubturile acestor denumiri, înainte să facem o greșeală în exprimare sau în traducerea unor specificații.

Ultra HD

UHD reprezintă pasul următor de la Full HD, fiind denumit Ultra HD. Full HD a rămas mai degrabă un instrument de marketing, pentru că în lumea reală toți folosim rezoluția specifică, 1920×1080 pixeli. UHD reprezintă astfel de 4 ori acea rezoluție de 1920×1080 pixeli, adică 3840×2160 pixeli. Din acest motiv, cam toate panourile televizoarelor și ale monitoarelor UHD dețin această rezoluție, puțin mai mică decât cea a standardului 4K real.

Nu putem vorbi de conținut UHD din punct de vedere tehnic, pentru că nu există specificații clare legate de modalitatea în care este codat acest conținut, ce codecuri și ce bitrate sunt folosite. Conținutul UHD face referire așadar doar la rezoluția amintită mai sus și atât.

Rezolutia 4K

Rezolutia 4k , numita mai simplu 4k , se refera la un dispozitiv de afisare a unor imagini sau continut avand rezolutia orizontala in ordine de 4000 de pixeli. Cateva rezolutii 4k exista in domeniul televiziunii digitale si a cinematografiei digitale.In industria proiectarii filmelor, “Digital Cinema Initiatives (DCI) este dominata de rezolutia 4k.

4k a devenit denumirea comuna pentru televiziunea ultra high definition (UHDTV) , chiar daca rezolutia sa este de doar 3840×2160 , fiind mai mica decat cea din standardul industriei proiectarii filmelor de 4096×2160.

Folosirea latimii pentru a caracteriza in mare rezolutia marcheaza o trecere de la generatia anterioara , televiziunea HD , care clasifica mass-media in functie de dimensiunea verticala , precum 720p sau 1080p. Dupa clasificarea in functie de dimensiunea verticala , o rezolutie de 4k UHDTV ar fii echivalentul a 2160p.

Youtube si industria televiziunii au adoptat Ultra HD ca standardul 4K. Din 2014 , continutul 4k din retelele mari de televiziune ramane limitat. Pe 11 aprilie 2013 , Bulb TV , creat de antreprenorul canadian Evan Kosiner a devenit primul emitator care a furnizat un canal la o rezolutie 4k . Materialele si filmele la o rezolutie de 4k devine din ce in ce mai deschise utilizatorilor prin site-uri precum Youtube , Netflix si Amazon. Incepand din 2013 , anumite canale ultra HD erau valabile consumatorilor obisnuiti , acestia fiind nevoiti sa plateasca in jur de 1500$.

Crominanta

Crominanta reprezinta semnalul folosit in sistemele video pentru a transmite informatii despre culorile unei poze , separat de semnalul care arata partea acromatica ce o acompaniaza (notat prescurtat cu Y). Crominanta este reprezentata in general de 2 componente obtinute din diferenta dintre o culoare si portiunea acromatica a imaginii : U=B’-Y’(unde B este prescurtarea pentru albastru) si V=R’-Y’ ( unde R este prescurtarea de la rosu). Fiecare componenta obtinuta dintr-o asemenea diferenta poate avea factori de scalare si compensatie aplicati , asa cum este specificat in standardul video.

In semnalele video analogice , semnalele U si V moduleaza un alt semnal separat pentru culoare , iar rezultatul este numit semnal de crominanta; faza si amplitudinea al acestui semnal de crominanta modulat corespund aproximativ cu nuanta si saturatia culorii. In spatiile de culoare din fotografie sau video precum Y’CbCr , componenta cromatica si cea acromatica sunt valori ale probei digitale.

Separand semnalele de culoare RGB in crominanta si luminanta se permite fiecarei latimi de banda ale acestor semnale sa fie determinate separat. In mod normal , latimea de banda a crominantei este redusa la un compus de semnale video analogice reducand latimea de banda a semnalelor de culoare modulate , iar in sistemele digitale acest lucru se face cu ajutorul unei tehnici numite subesantionare crominanta. Aceasta tehnica consta in codarea imaginilor prin implementarea mai unui numar mai mic de rezolutii pentru informatiile cromatice decat pentru informatiile acromatice , profitand de acuitatea scazuta a sistemului vizual al omului pentru diferentele de culori decat pentru luminanta

Luminanta

In video , luminanta reprezinta stralucirea unei imagini ( partea alb-negru sau portiunea acromatica a imaginii). Luminanta reprezinta imaginea acromatica in timp ce componentele cromatice reprezinta partea colorata. Convertind sursele R’G’B’ ( precum iesirea unei camere 3CCD ) in luminanta si crominanta se permite subesantionarea crominanta : Datorita faptului ca ochiul uman este mai sensibil la diferentele luminoase decat la diferentele cromatice , sistemele video pot stoca informatii cromatice la rezolutii mai mici , optimizand detaliile percepute pe o anumita latime de banda .

Luminanta este calculata ca suma componentelor R’G’B’ cu gamma compresata a unui video color – simbolurile prime (‘) denota compresia gamma. Luminanta folosita in ingineria video si cea din stiinta culorilor sunt diferite si nu trebuie trebuie sa fie confundate. Luminanta este o suma liniara a componentelor RBG , fara compresie gamma. Chiar si asa cele 2 luminante sunt confundate. Societatea inginerilor de imagine si televiziune (SMPTE) a recomandat ca simbolul Y’ sa denote luminanta in video iar simbolul Y sa denote luminanta din stiinta culorilor.

Utilizarea luminantei (Y)

In timp ce luminanta in video(Y’) este intalnita mult mai des , luminanta fotometrica (Y) este uneori utilizata in ingineria video cand se refera la luminozitatea unui monitor. Formula utilizata pentru a calcula luminanta foloseste coeficienti este bazata pe functii de potrivire a culorilor si pe standardele cromatice relevante de rosu , verde si albastru.

Valorile RGB ale unor culori cu aceiasi luminanta ca a celei mai luminoase culori primare (verdele) potrivit CCIR 601 pentru o reducere gamma = 2.2

Valorile RGB ale unori culori cu aceiasi luminanta ca a celei mai intunecate culori primare(albastrul) potrivit BT.709 pentru o reducere gamma = 2.2

Gamma

Gamma este o caracteristica importanta dar rar inteleasa practic a tuturor sistemelor digitale de imagine.Ea defineste relatia dintre valoarea numerica a unui pixel si luminanta sa actuala.Fara gamma , umbrele surprinse de camerele digitale nu ar aparea asa cum apar pentru ochii nostrii (pe un monitor standard). Gamma este cunoscut si sub numele de corectie gama , codare gamma sau compresie gamma , dar toate acestea se refera la acelasi concept.Intelegand cum functioneaza gamma poate imbunatati tehnica de expunere precum si editarea imaginilor.

De ce este utila gamma?

Ochii nostri nu percep lumina precum o fac camerele. Cu o camera digitala , cand un numar dublu de fotoni ajung la senzor , acesta primeste un semnal dublu ( o relatie “liniara”) , in timp ce ochii nostrii percep o lumina de 2 ori mai puternica decat cu o fractiune mai luminoasa – marindu-se in acelasi fel pentru intensitati de lumina mai mari ( o relatie “nelineara”)

In comparatie cu o camera , suntem mult mai sensibili la schimbari cand vine vorba de tonuri inchise decat suntem la aceleasi schimbari in tonurile deschise. Exista un motiv biologic pentru aceasta particularitate si anume : ne permite vederii sa opereze peste intervale mai largi de luminanta. Altfel intervalul tipic de luminozitate pe care il intalnim afara ar fii prea coplesitor.

Imaginile in care se realizeaza o codare gamma stocheaza tonurile mult mai eficient. Deoarece codarea gamma redistribuie nivelurile tonale mai aproape de cum le percep ochii nostrii , sunt necesari mai putini biti pentru a descrie un interval tonal dat. In caz contrar un exces de biti ar fii dedicati sa descrie tonurile mai deschise ( unde camera este relativ mai sensibila) , si o lipsa de biti ar ramane sa descrie tonurile intunecate ( unde camera este relativ mai putin sensibila):

Codarea folosind numai 32 de nivele (5 biti)

Se observa cum codarea liniara foloseste insuficiente nivele pentru a descrie tonurile intunecate – chiar daca asta duce la un exces de nivele pentru a descrie tonurile deschise. Pe de alta parte , gradientul codarii gamma distribuie tonurile aproape in mod egal pe intregul interval. Acest lucru asigura faptul ca editarile ulterioare ale imaginilor , ale culorilor si histogramele vor fii toate bazate pe tonuri naturale uniforme perpetuu.

Totusi , imaginile din realitate au cel putin 256 de nivele(8 biti) , care sunt suficienti sa faca tonurile sa apara netede si continue intr-o imprimare. Daca era folosita codarea liniara , era nevoie de 8 ori mai multe nivele (11 biti) pentru a evita posterizarea imaginii.

Gamma este definita dupa formula :

Vout = Vin γ

Unde -Vout reprezinta valoarea de iesire a luminantei

-Vin reprezinta valoarea de intrare/ valoarea actuala a luminantei

Aceasta formula este cauza curbarii liniei albastre din figura de mai sus.Cand gamma < 1 , linia se arcuieste in sus , iar cand gamma > 1 , curba se arcuieste in jos.

In ciuda tuturor beneficiilor , codarea gamma adauga un strat de complexitate intregului proces de inregistrare si afisare a imaginilor. O imagine in care s-a aplicat codarea gamma trebuie sa aiba “corectia gamma” aplicata atunci cand este vizualizata – care efectiv converteste inapoi lumina in cea din scena originala.Cu alte cuvinte , scopul utilizarii codarii gamma este pentru inregistrarea imaginii – nu pentru afisarea acesteia.Cel de-al doilea pas (“display gamma”) este efectuat automat de monitor si de placa video. Urmatoarea diagrama arata intreg procesul :

1.Image File Gamma ( procesul de codare/decodare a imaginii ) Gamma este aplicata de camera sau de software-ul de dezvoltare a imaginilor neprelucrate , oricand o imagine capturata este convertita intr-un format standard JPEG sau TIFF. Aceasta redistribuie nivelurile tonale native ale camerei in cele care sunt perpetuu mai uniformizate , folosind astfel cat mai eficient adancimea de biti data.

2.Display Gamma ( procesul fizic de codare/decodarecu acces direct de catre utilizator ) Aceast lucru se refera la influenta neta a placii video si a dispozitivului de afisare, Asa ca poate fii cuprins de cateva nivele de gamma. Principalul scop al acestui proces este de a compensa pentru “Image gamma” – astfel asigurand ca imaginea nu are o iluminare nerealistica atunci cand este afisata pe ecran. Un “Display Gamma” mai mare rezulta in intunecarea unei imagini cu un contrast mai mare.

3.Sistemul Gamma.Acesta reprezinta efectul net al tuturor valorilor gamma care au fost aplicate unei imagini , si este cunoscut de asemenea ca si “vizualizarea gamma”. Pentru o reproducere a scenei cat mai exacta aceasta trebuie sa fie cat mai aproape de o linie dreapta (gamma=1.0). O linie dreapta asigura ca intrarea(scena originala) este aceieasi cu iesirea ( lumina afisata pe ecran sau imprimata). Insa , sistemul gamma este uneori setat la o valoare mai mare de 1.0 cu scopul de a imbunatati constrastul. Acest lucru ajuta sa compenseze pentru limitarile cauzate de intervalul dinamic al unui dispozitiv de afisare , sau din cauza unor conditii de vizualizare neideale si arderea imaginii.

Image Gamma

Aplicarea unui nivel de gamma precis este de obicei specificat de profilul culorii incorporat in fisier. Majoritatea fisierelor de imagine folosesc o codare gamma de 1/2.2 , dar marea exceptie se afla in fisierele neprelucrate , care folosesc gamma liniara. Totusi ,examinatorii imaginilor neprelucrate arata de obicei imaginile presupunand o codificare gamma standard de 1/2.2 , altfel ele ar aparea prea intunecate:

Display Gamma

Aceasta este gamma controlata la efectuarea calibrarii monitorului si ajustarea contrastului. Din fericire producatorii s-au inteles la o afisare standard de gamma de 2.2.Dupa cum spuneam mai sus “display gamma” compenseaza pentru “image gamma” si ca rezultatul net al acestei compensatii este sistemul gamma.

Image gamma

Display gamma

Sistemul gamma

Sistemul gamma este compus din gamma din monitoarele CRT/LCD si orice corectie gamma aplicata in monitor sau de catre placa video.Totusi efectul fiecareia este foarte dependent de tipul dispozitivului de afisare.

Monitoarele CRT. Cu putin noroc ingineresc , nivelul de gamma al unui monitor CRT este de 2.5 – aproape cat inversul ochilor nostrii. Valorile unui fisier codat gamma poate fii in consecinta trimis direct pe ecran , unde ar fii automat corectate si ar aparea aproape bine. Totusi o corectie gamma mica de ~1/1.1 trebuie aplicata pentru a obtine un gamma total de2.2. Acest lucru este in general setat de catre producator , dar poate fi setat si prin calibrarea monitorului.

Monitoarele LCD. Monitoarele LCD nu au avut acelasi noroc ; asigurand un nivel gamma de 2.2 necesita deseori corectii substantiale si sunt mai putin consistente decat CRT-urile. Deci LCD-urile au nevoie de ceva numit LUT (Look-up table – o matrice care inlocuieste estimarea timpului de executie cu o matrice mai simpla care cuprinde operatiile) cu scopul de a asigura ca valorile intrarii sunt descrise folosind nivelul de gamma impus.

Balansul de alb

Balansul de alb este proceul de eliminare a dominantei de culoare nerealistice , pentru ca obiectele care apar albe in realitate redate albe in fotografie. Balansul de alb din camere trebuie sa ia in considerare temperatura culorii unei surse de lumina , care se refera la caldura sau raceala luminii albe. Ochii nostrii sunt foarte buni la a judeca ce e alb sub diferite surse de lumina , dar camerele digitale intampina des mari dificultati cu auto balansul de alb (AWB) – si pot crea un albastru inestetic , portocaliu sau chiar o dominanta a culorii verde.

Temperatura culorii

Temperatura culorii descrie spectrul de lumina care este radiat de la un “corp negru”