Способы обработки графических изображений

Способы обработки графических изображений

Графическое изображение технологического процесса
Графическая информация на экране монитора компьютера образуется из точек (пикселей). Суммарное количество точек на экране называют разрешающей способностью монитора. Единицей измерения в этом случае является количество точек на дюйм (dpi). Разрешающая способность современных дисплеев обычно равна 1024 точкам по горизонтали и 768 точкам по вертикали, т.е. 786432 точек.

Количество отражаемых цветов зависит от возможностей видеоадаптера и дисплея. Оно может меняться программно. Каждый цвет представляет одно из состояний точки на экране. Цветные изображения имеют режимы: 16, 256, 65536 (high color) и 16 777 216 цветов (true color).

Любое компьютерное изображение состоит из набора графических примитивов, которые отражают некоторый графический элемент. Примитивами могут также быть алфавитно-цифровые и любые другие символы.

Совокупность графических примитивов, которой можно манипулировать, называют сегментом отображаемой информации. Наряду с сегментом часто используется понятие графический объект.

Графический объект — это множество примитивов, обладающих одинаковыми визуальными свойствами и статусом, идентифицированных одним именем.

Графические изображения технологических процессов на экране компьютера образуют графические интерфейсы WIMPD (Windows, Menu, Pointing Device) – окна, меню, указывающее устройство.

В ОС фирмы Microsoft Windows, используемой для IBM-совместимых компьютеров, впервые был применён графический интерфейс пользователей. Его появление и широкое распространение было вызвано тем, что пользователям хотелось иметь инструмент (интерфейс), позволяющий легко освоить основные процедуры и комфортно работать на компьютере.

Так появился графический интерфейс пользователя. Основное преимущество его использования в операционной системе заключается в том, что он позволяет создавать одинаковые графические изображения для всех устройств, поддерживаемых ОС, реализуя принцип WYSIWYG (What You See Is What You Get – что видим, то и получаем).

Графический пользовательский интерфейс (Graphical user interface, GUI) или графический интерфейс пользователя — это графическая среда организации взаимодействия пользователя с вычислительной системой, предполагающая стандартное использование основных элементов диалога пользователя с ЭВМ.

Графический интерфейс позволяет управлять поведением вычислительной системы через визуальные элементы управления: окна, списки, кнопки, гиперссылки и полосы прокрутки. Он включает такие понятия, как: рабочий стол, окна, пиктограммы, элементы графического интерфейса, манипуляция указывающим устройством (мышь). Эти визуальные элементы создаются, отображаются и обрабатываются с помощью графических приложений.

Графические приложения – приложения, в которых используются такие графические элементы, как: псевдокнопки, графический указатель, кнопка и линейка прокрутки.

С помощью графического интерфейса пользователь “общается” с компьютером. Такой метод общения или режим называют диалоговым.

Диалоговый режим – способ взаимодействия пользователя с ЭВМ, при котором происходит непосредственный и двухсторонний обмен информацией, командами или инструкциями между человеком и ЭВМ. Различают активные и пассивные диалоговые режимы.

Пользователь, работает с рабочим столом, окнами и объектами в них. При этом операционная система выполняет все его команды. В процессе работы она позволяет пользователю создавать другие окна и ярлыки, использовать возможности оперирования с окнами и их содержимым и др. Например, пользователь может отображать окно во весь экран, уменьшить его до нужного размера и даже до пиктограммы. При этом все действия пользователь выполняет с помощью координатного манипулятора мышь, который стал основным инструментом управления компьютером.

Так, например, кнопки предназначены для выполнения присвоенных им действий. Управление их действием осуществляется путём нажатия на них мышью.

2. Обработка графической информации
Под графической информацией понимают рисунок, чертёж, фотографию, картинку в книге (иллюстрацию) или большую картину, изображение на экране телевизора и т.д.

Одним из направлений использования компьютеров является компьютерная графика. Компьютерная графическая форма представления информации характеризуется тем, что в ней изображения объектов конструируются из точек. При записи изображения в память компьютера кроме цвета отдельных точек необходимо фиксировать много дополнительной информации: размеры рисунка, яркость точек и т.д.

Любой зрительный образ в символьной форме может быть представлен и в графической форме. Такая графическая форма представления данных более информативна, т.е. обладает большей информационной ёмкостью. Если принять за единицу информационной ёмкости изображения (разрешающей способности) одну клетку, то она будет определяться количеством возможных изображений в этой клетке. Разрешающая способность изображений измеряется в пикселях и равна произведению точек изображения по горизонтали и вертикали.

Как упоминалось выше, в компьютерных программах используется графический интерфейс, предназначенный для отображения различных управляемых элементов на экране компьютера. Эти элементы, а также любые иные электронные (машинные) графические изображения создаются и обрабатываются в специальных компьютерных графических программах, предназначенных для создания машинной графики.

Машинная графика — это совокупность программных средств, предназначенных для выдачи на дисплей или принтер графических изображений в виде промежуточных и окончательных результатов решения задач, а также для работы с графическими изображениями.

При организации переработки информации в системах отображения возможно использование статической и динамической графической информации.

Статическая информация – это относительно стабильная по содержанию информация, используемая в качестве фона. Например, координатная сетка, план, изображение местности и т.д.

Динамическая информация – это информация, изменяемая в течение определённого времени по содержанию или положению на экране. Она может являться функцией случайных параметров.

Для работы с изображениями, представленными в компьютерах в электронной форме, используются графические редакторы и процессоры.

Графическая машиночитаемая форма представления информации эффективна и экономна. Её применяют при необходимости оперативно, лаконично и наглядно довести до пользователей статические, динамические, плоские и объёмные изображения. Для этого используют графики, диаграммы, фотографии, рисунки, слайды, анимации и другие неподвижные и подвижные графические объекты и т.п.

Современные графические редакторы предназначены для подготовки и редактирования графических изображений (графиков, эскизов, чертежей, рисунков и др.) и предоставления их пользователям. Широко применяются графические редакторы: Paint, Adobe Paintbrush, Adobe Photoshop, Corel DRAW и Page Maker. Последние два относятся также к издательским программам.

Различают растровую, векторную и фрактальную компьютерную графику. Эти виды отличаются принципами формирования изображения. Для каждого из них используется свой способ кодирования.

В графическом режиме экран монитора представляет совокупность светящихся точек (пикселей; “pixel”, от англ. “picture element”), определяющих разрешающую способность монитора, которая зависит также от его типа и режима работы. Упрощённо изображение кодируется двоичными значениями (битами), представляющими ряды пикселей в изображении. При этом в зависимости от того, является пиксель чёрным или белым получаем значения битов, равные нулю или единице.

Использование цветных изображений связано с тем, что каждый пиксель должен представлять комбинацию битов, определяющую его цвет. При растровом методе такую комбинацию битов часто называют битовой картой (bit map). Она представляет карту или схему исходного изображения. Чаще всего цвет каждого пикселя раскладывают на три составляющие (красную, зелёную и синюю). Для передачи интенсивности каждого цвета обычно используется ещё один байт. Поэтому для представления каждого пикселя исходного изображения требуются три байта.

Файлы растровой (или битовой) графики содержат в определённой последовательности совокупность отдельных точек растровых изображений (“bitmap images”). В качестве графических редакторов, работающих с растровой графикой, используют Paint, Adobe Photoshop и др. Форматы файлов растровой графики (BMP, PCX, GIF, TIFF и JPEG) предусматривают собственные способы кодирования информации о пикселях и другой присущей компьютерным изображениям информации. Кроме того, графические редакторы предлагают собственные форматы графических данных (например, EPS, PSD, PDD, CDR, CMX и др.), которые могут преобразовываться в другие графические форматы с помощью специальных конверторов.

Растровую графику применяют при разработке электронных и полиграфических изданий. Иллюстрации, подготовленные художниками на традиционных носителях, сканируют или фотографируют. Для ввода растровых изображений в компьютер используют сканеры, цифровые фото- и видеокамеры. В Интернете также используются растровые изображения.

К недостаткам растровых изображений относят большой их объём и невозможность сильного увеличения рисунка, так как видны составляющие его точки. Этот эффект называют пикселезацией.

Распространённый редактор растровой графики – Paint – входит в состав ОС Windows и вызывается из подменю “Стандартные”, находящемся в меню “Программы”.

Paint представляет средство для рисования, создания простых и даже сложных точечных чёрно-белых или цветных рисунков. Созданные в нём рисунки, по умолчанию, сохраняются в формате графических данных “BMP”. В этой же программе их можно сохранить в форматах: JPG, GIF, TIFF или PNG, вывести на печать, использовать в качестве фона рабочего стола и вставлять в другие документы. Paint можно использовать для просмотра и правки фотографий, полученных с помощью сканера.

Векторное изображение представляет графический объект, состоящий из элементарных отрезков и дуг. Положение этих элементарных объектов определяется координатами точек и длиной радиуса. При этом основным элементом векторного изображения является не точка, а линия. Следовательно, линия – элементарный объект векторного изображения.

Для каждой линии указывается её характер (сплошная, пунктирная, штрих-пунктирная), толщина и цвет. К другим свойствам линии относят её форму. Замкнутые линии можно заполнить каким-нибудь цветом, текстурой или картой. Любая простая линия имеет две вершины, называемые узлами.

Информация о векторном изображении кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами. При каждом отображении векторное изображение перерисовывается компьютером, что несколько замедляет работу, но позволяет получать изображения с высоким разрешением.

В векторной графике объём памяти, занимаемый линией, не зависит от её размеров, так как линия представляется формулой или её параметрами. Сложные объекты (ломаные линии, различные геометрические фигуры) представляются в виде совокупности элементарных графических объектов. Любой объект состоит из совокупности связанных линий. Это обстоятельство определило ещё одно название данного явления – объектно-ориентированная графика.

На экран компьютера изображение выводится в виде точек. При этом программа перед выводом изображения производит вычисление координат экранных точек отображаемого объекта. Аналогичные вычисления производятся и при выводе объектов на печать. Это обстоятельство вызвало появление ещё одного названия данного метода – вычисляемая графика.

Векторная графика предназначена для создания иллюстраций и широко используется в рекламном деле, дизайне, редакционном и издательском деле. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простых геометрических элементов, проще выполняются с помощью векторной графики. При этом размер символов может изменяться в широких пределах. Такие шрифты называют масштабируемыми. Например, технология True Type, разработанная компаниями Microsoft и Apple Computer, описывает способ отображения символов в тексте. Векторные методы также широко применяются в автоматизированных системах проектирования (computer-aided design, CAD), используемых для работы со сложными трёхмерными объектами.

Однако векторная технология не позволяет достичь фотографического качества изображений объектов, как при использовании растровых методов.

Работать с векторными рисунками можно с помощью редактора Corel DRAW и др. Наиболее популярны векторные форматы: WMF, CDR, DXF.

Фрактальные графические изображения создаются автоматически с помощью специальных математических вычислений, то есть путём программирования, а не рисования. Фрактальная графика обычно используется в оформительских работах и развлекательных программах.

Для просмотра, масштабирования и конвертирования графических файлов используются различные программы. Наиболее популярной из них считается ACD See фирмы ACD System.

Для создания презентаций широко используется программа PowerPoint. Она входит в состав разработанного фирмой Microsoft пакета MS Office и является полнографическим пакетом, который служит для создания на компьютере презентаций, рекламных роликов и аналогичных материалов, например, слайд-фильмов.

Источник

Информатика. 10 класс

Конспект урока

Информатика, 10 класс. Урок № 16.

Тема — Обработка графической информации

На уроках информатики еще в 8 и 9 классе вы не раз работали с графической информацией. Именно тогда вы познакомились с основными видами компьютерных программ, предназначенных для создания и обработки изображений. Давайте вспомним о них:

— Графические редакторы, с их помощью создаются и редактируются рисунки в цифровом представлении.

— Программы обработки фотоизображений, они позволяют добавить изображению яркость и контрастность, отретушировать изображение, устранив какие-либо недостатки, создать разнообразные эффекты.

— Программы, позволяющие объединить текст и рисунки, формировать из них макет книги или журнала, такие программы называются программами компьютерной верстки.

— Программы создания презентаций, графическое и звуковое сопровождение.

Цели и задачи урока

— Научиться классифицировать компьютерную графику.

— Выполнять преобразование растровых изображений с целью оптимизации размера изображения, корректировки цветовых кривых, яркости, контрастности.

— Осуществлять фильтрацию изображений средствами графического редактора.

На уроке вы узнаете:

— Как преобразуются растровые изображения.

— Что такое оптимизация размера изображения, корректировка цветовых кривых, яркости, контрастности.

— Как фильтруется изображение средствами графического редактора.

По способу создания можно выделить следующие классы объектов компьютерной графики: двумерные, трехмерные изображения и анимация. При этом двумерная графика разделяется на растровую, векторную и фрактальную. Давайте более подробнее остановимся на двумерных изображениях.

Растровое графическое изображение состоит из отдельных маленьких прямоугольников – пикселей. Размеры таких прямоугольников настолько малы, что при просмотре в обычном масштабе неразличимы. Проблема таких изображений возникает при увеличении масштаба. Чаще всего растровая графика используется в полиграфических и электронных изданиях, так как позволяет качественно и четко передать оттенки цветов и плавные переходы от одного цвета к другому.

Чтобы изображение не теряло качество необходимо правильно выбирать разрешение под масштаб. Соотношение желательного разрешения и масштаба изображения вы можете посмотреть в таблице.

Работать с растровыми изображениями возможно, используя разнообразные графические редакторы: Paint, Adobe Photoshop, GIMP и другие

Важной особенностью мощных графических редакторов является механизм слоев. Заключается он в том, что отдельные фрагменты изображения выделяются на отдельные слои, что сильно облегчает работу с изображением. Давайте опишем типы слоев.

Когда создается новое изображение, то создается слой под названием ФОН. На нем не может быть прозрачных участков, и он всегда является нижним слоем

Далее на этот слой накладываются так называемые ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫЕ СЛОИ, на которых создаются фрагменты рисунка, а остальная часть слоя остается прозрачной.

Особый вид слоя — КОРРЕКТИРУЮЩИЙ СЛОЙ. Они могут работать как маски, пропуская только ту часть фрагмента, которую вам необходимо, или могут применять различные эффекты к определенным слоям, осуществлять тоновую или цветовую корректировку. Давайте более подробно остановимся на такой корректировке.

Корректировка — это изменение характеристик изображения, позволяющее добиться нужного качества.

Если изображение оказывается нечетким, то коррекция будет происходить с контрастностью и яркостью.

Контраст — это степень тонового различия между областями изображения.

Яркость — это характеристика цвета, определяющая его интенсивность. Фактически это количество пикселей данного цветового оттенка. Более подробно о таких корректировках мы поговорим в интерактивном элементе.

Для разнообразных художественных эффектов в мощных графических редакторах созданы фильтры, позволяющие автоматически произвести корректировку изображений по вашему усмотрению. Все эти фильтры используются для очистки и ретуширования фотографий, применения специальных художественных эффектов, которые придают изображению вид наброска или картины в импрессионистском стиле, а также специфических трансформаций с использованием эффектов искажения и освещения. Все фильтры обычно содержатся в меню «Фильтр». Некоторые фильтры, поставляемые сторонними разработчиками, доступны в виде внешних модулей.

Векторная графика создает изображение из геометрических примитивов: отрезков, дуг, окружностей, эллипсов, многоугольников и кривых Безье.

Объекты векторной графики накладываются друг на друга, образуя слои. Такая графика позволяет без потерь качества масштабировать, поворачивать и трансформировать векторное изображение.

Основными программами, работающими с векторной графикой, являются:

CoralDraw и Inkscape.

Еще одним видом графики является фрактал. В его основе лежит простая идея: бесконечное по красоте и разнообразию множество фигур можно получить из относительно простых конструкций при помощи двух операций – копирования и масштабирования.

Какая графика использовалась для получения изображения:

Первое изображение получено копированием и масштабированием изображений — значит фрактальная.

Второе изображение можно составить из геометрических примитивов — значит векторная.

Третье изображение передает все оттенки цвета и переходы между ними — значит растровая.

Зная, что рекомендованное разрешение для изображения масштабом 10×15 см является 1200×1700 пикселей. Найдите рекомендованное разрешение для изображения масштаба 4×6 см.

Решение: Так как размер изображения уменьшен в 5 раз, то разрешение возможно также уменьшить в 5 раз без потери качества, а значит 480×680.

Расставьте картинки по увеличению яркости:

а) б) в) г)

При решении задачи необходимо смотреть на интенсивность цветов. Самая маленькая интенсивность будет на рисунке в), далее а), затем г) и после б)

Список обязательной и дополнительной литература для углубленного изучения темы:

1. Босова Л. Л., Босова А. Ю. Информатика. 11 класс. Базовый уровень. — М.: БИНОМ, 2016
2. Поляков К. Ю., Еремин Е. А. Информатика. 11 класс. Базовый и углубленный уровни: учебник в 2 ч. — М: БИНОМ, 2016
3. Гейн А. Г., Сенакосов А. И. Информатика 11. — М: Просвещение, 2009
4. Шень А. Игры и стратегии с точки зрения математики. 2-е изд, — М: МЦНМО, 2008

Источник