Digitalizácia Obrazu: Pixely, Rozlíšenie a Farebná Hĺbka

• Tu sú študijné poznámky na túto tému
• Je dôležité učiť sa z týchto poznámok

Základné pojmy digitalizácie obrazu

• Pixel je najmenší stavebný prvok digitálneho obrazu
• Obraz pozostáva z veľkého množstva týchto bodov
• Rozlíšenie popisuje počet pixelov na obrazovke alebo obrázku, pričom vyššie rozlíšenie prináša detailnejší obraz Farebná hĺbka určuje koľko bitov sa používa na určenie farby každého pixela, pričom viac bitov umožňuje zobraziť rozsiahlejšiu škálu farieb
• Každý pixel má svoj obrazový prvok, ktorý zodpovedá za farbu a intenzitu svetla

Rozlíšenie obrazu

• Udáva celkový počet pixelov v obraze, typicky vyjadrený ako šírka × výška
• Rozlíšenie 1920 × 1080 znamená 1920 pixelov na šírku a 1080 na výšku
• Vyššie rozlíšenie znamená detailnejší, ostrejší obraz

Farebná hĺbka

• Farebná hĺbka udáva počet bitov použitých na reprezentáciu farby jedného pixela
• Je známa aj ako bitová hĺbka
• Väčšia farebná hĺbka umožňuje bohatšie a detailnejšie zobrazenie farieb
• Príkladom je 8-bitová farebná hĺbka (256 farieb) alebo 24-bitová (16,7 milióna farieb)
• Niekedy označená ako farebná paleta

Princíp zachytávania obrazu

• Svetlo prechádza cez mikrošošovky, ktoré ho koncentrujú na fotodetektory a zlepšujú efektívnosť snímača RGB filtre (Bayerov filter) filtrujú svetlo na červenú, zelenú a modrú zložku
• Fotodiódy následne premieňajú svetlo na elektrický náboj
• Elektrický náboj je zosilnený a spracovaný obrazovým procesorom na zobrazenie
• Pixely sú citlivé len na jednu z farieb

CCD snímače

• Prenášajú náboj postupne, "vedierkovým" spôsobom
• Poskytujú vysokú kvalitu obrazu, hlavne pri nízkom osvetlení
• Ich nevýhodou je vyššia cena a spotreba energie
• Boli prvým typom

CMOS snímače

• Majú obvody priamo v pixeloch, čo umožňuje rýchle spracovanie a nižšiu spotrebu
• Dosahujú porovnateľnú kvalitu s CCD snímačmi
• Sú efektívnejšie a štandardom v moderných zariadeniach
• CMOS to robia súčasne

Štandardné rozlišenia obrazu

• 640 × 480 (VGA) je klasické rozlíšenie pre staršie počítače a monitory
• 800 × 600 (SVGA) bolo bežné v 90. rokoch
• 1024 × 768 (XGA) je bežné pre monitory a projektory
• 1280 × 1024 (SXGA) bolo populárne pred širokouhlými monitormi
• 1366 × 768 (HD) je štandard pre lacnejšie notebooky a TV
• 1600 × 900 (HD+) sa používa v moderných notebookoch
• 1920 × 1080 (Full HD/1080p) a je dnes štandardom pre HDTV, monitory a smartfóny
• 2560 × 1440 (QHD/WQHD) je vyššie rozlíšenie pre herné monitory a smartfóny
• 3840 × 2160 (4K/UHD/2160p) je štvornásobok Full HD a je štandardom pre TV a monitory
• 7680 × 4320 (8K) je jedno z najvyšších dostupných rozlíšení
• Pomer strán

Farebná hĺbka - príklady

• 1-bit (2 farby, čiernobiely obraz)
• 4-bit (16 farieb, štandard VGA paleta)
• 8-bit (256 farieb, indexované palety)
• 15/16-bit (Highcolor, 32 768/65 536 farieb)
• 24-bit (Truecolor, 16,7 milióna farieb)
• 32-bit (Truecolor s alfa kanálom pre priehľadnosť)

Princíp RGB modelu

• Každá farba je kombináciou troch základných farieb
• Intenzita každej farby sa môže meniť
• Miešaním svetla jednotlivých farieb sa tvoria rôzne farby

Princíp modelu CMYK

• Model CMYK tvorí kombinácia štyroch základných farieb: Azúrová, Purpurová, Žltá a Čierna
• Je to subtraktívne miešanie, kde sa farby vytvárajú odobratím svetla Je používaný v tlačiarenskom priemysle

Tvorba farieb v RGB

• V digitálnej grafike je intenzita farieb vyjadrená v rozsahu 0-255 (8 bitov)
• Čistá červená=(255, 0, 0)
• Bielu farbu vytvorí kombinácia plnej intenzity všetkých farieb (255, 255, 255)
• Čiernu farbu vytvorí nulová intenzita všetkých farieb (0, 0, 0)

Príklady

• Žltá=(255, 255, 0), Azúrová=(0, 255, 255), Purpurová=(255, 0, 255)

Rozdelenie rastrovej a vektorovej grafiky

• Rastrová grafika
  • Je tvorená z pixelov usporiadaných do mriežky
  • Má fixné rozlíšením
  • Formáty JPEG, PNG, BMP, GIF
  • Vhodná pre fotografie a komplexné textúry
• Vektorová grafika Tvorená z geometrických objektov (body, čiary, krivky) definovaných matematicky
• Je plne škálovateľná bez straty kvality
• Formáty SVG, AI, EPS
• Vhodná pre logá, ikony, nápisy

Využitie rastrovej grafiky

• Fotografie
• Grafický dizajn
• Webdesign pre obrázky a pozadia
• Digitálna maľba
• Videohry
• Tlačoviny
• Lekárske snímky
• Vedecká vizualizácia

Využitie vektorovej grafiky

• Grafický dizajn pre logá a ikony
• Branding a tvorba značky
• Používanie ikon vo webdizajne
• Tvorba animácií a infografík
• Technické výkresy a plány v CAD
• Kartografie
• Matematické grafy
• Lekárske ilustrácie
• Architektúra a interiérový dizajn

Komprimovanie obrázku

• Bezstratová (napr. ZIP, PNG) – dáta sa komprimujú tak, aby boli plne obnoviteľné bez straty informácií
• Stratová (napr. MP3, JPEG, H.264)- obetuje časť informácií

Kódovanie obrázku bez kompresie - Základné informácie

• Rozlíšenie určuje počet pixelov (napr. 16x16 = 256 pixelov)
• Dôležitý je počet použitých farieb z palety a počet bitov na pixel
• Veľkosť obrázku sa vypočíta z počtu pixelov a bitov na pixel (napr. 256 pixelov * 3 bitoch)
• Každému pixelu je priradený kód

Rastrové grafické formáty - prehľad

• Bezstratová kompresia: PNG/TIFF/BMP/GIF/WebP
• Stratová kompresia: JPEG/WebP/JPEG 2000/JPEG XR
• Bez kompresie: RAW/BMP/TGA

Farebný model (schéma) HSV

• Odtieň (Hue): Uhlová pozícia na farebnom kruhu (červená=0°, zelená=120°, modrá=240°)
• Sýtosť (Saturation): Intenzita a čistota farby. Nižšia sýtosť znamená farbu zriedenú bielou
• Jas (Value): Určuje svetlosť alebo tmavosť farby
• Je vhodný pri práci s farbami spôsobom blízkym ľudskému vnímaniu

Základné pojmy spracovania zvuku

• Analógový signál plynulý v čase s ľubovoľnou hodnotou
• Digitalizácia (analógovo-digitálna konverzia) zmena analógového signálu na digitálny
• Vzorkovacia frekvencia počet vzoriek za sekundu (Hz).
• Bitová hĺbka počet bitov na uloženie vzorky
• Kvantizácia zaokrúhľovanie vzoriek na najbližšiu hodnotu
• PCM (Pulzne-kódová modulácia) digitalizácia analógových signálov
• Kompresia zvuku redukcia veľkosti (stratová/bezstratová)
• MIDI hudobné rozhranie (Musical Instrument Digital Interface)
• Pojmy sú základňou pre pochopenie

Frekvencia a počuteľné spektrum

• Frekvencia udáva opakovanie udalosti za sekundu
• Jednotkou je hertz (Hz)
• Graf zobrazuje počuteľné spektrum zvuku pre ľudské ucho od 20 Hz do 20 kHz
• Existujú tri hlavné oblasti: 1.Prah sluchu 2.Oblasť reči 3.Oblasť hudby
• Infrazvuk a ultrazvuk sú mimo rozsahu ľudského počutia, nezobrazujú sa na týchto grafikách
• Zvukové vlny potrebujú médium, nešíria sa vo vákuu

Frekvencie a tónové rozsahy hudby a hlasu

• Grafické znázornenie rozsahov hudobných nástrojov a hlasov vzhľadom na klavír
• Klávesy sú označené
• Klávesnica je delená od najnižšej subkontraoktávy až šestčiarkovanú oktávu, farebne označené
• Bloky nad klaviatúrou reprezentujú rozsahy hudobných nástrojov a speváckych hlasov

Proces digitalizácie zvuku – kroky

• Analógový signál je plynulý
• Vzorkovanie meranie amplitúdy v intervaloch
• Kvantizácia prevod vzoriek na hodnoty zo sady úrovní
• Uloženie v binárnom tvare
• Kompresia znižuje veľkosť dát

Proces digitalizácie zvuku – pokračovanie

• Hlavné 3 kroky, ktoré proces digitalizácie zvuku zahrnujú: vzorkovanie, kvantizácia, kódovanie
• Ilustrácia prevedenia analógových zvukov do digitálnej formy
• Konverzie analógových zvukov do digitálnej formy, ktorá sa pomocou digitálnych zariadení a systémov dá ľahko spracoávať, ukladať a prenášať

Prehrávanie digitalizovaného zvuku

• Zahrňuje niekoľko krokov, pri ktorých digitálne dáta sú prevedené na analógový signál
• Digitálne Dátá dáta binárne
• PCM Dekodér dáta spája do stupňovitého signálu
• Nízkopriepustný Filter dolnopriepustný na vyhladenie (cut-off frequency)
• Analógový Signál finálny výstup sa dá prehrať
• Tento processes je základom pre digitálnu zvukovú techniku, vďaka čomu je možné s vysokou presnosťou vytvárať reprodukcie nahrávaného albo generovaného zvuku

Výpočet veľkosti digitalizovaného zvuku

• Vzorec: vzorkovacia frekvencia, počet bajtov na vzorku, kvalita a dĺžka zvukovej informácie
• Z daného vzorca sa dá vypočítať veľkosť v bajtoch

Kvalita záznamu digitalizovaného zvuku

• Uvedené sú parametre vzrkobacia frekvencia, rozlíšenie, kanály
• Telefónna kvalita
• Rozhlasová kvalita
• CD kvalita
• DVD kvalita
• Od najnižšej kvality po najvyššiu
• Frekvencia, rozlíšenie kanály hrávajú dôležitú rolu

Formáty digitalizovaného zvuku

• WAV - Bezstratový, PCM
• MP3 - Stratový, komprimovaný
• AAC - Stratový komprimovaný
• FLAC - Bezstratový
• ALAC -Bezstratový
• AIFF - Bezstratový
• OGG - O Stratový alebo bezstratový
• WMA - Stratový alebo bezstratový

MIDI – Magical instrument digital interface

• Umožňuje nástrojom počítačom komunikovať Zachytávajú parametre nástroja
• Ukládajú vo formáte .midi alebo .mid

Zvuková karta

• Diagram označené vstupy/výstupy
• Schéma pre pripojenie
• Centrálny bod distribúcii zvuku medzi audio systémami

Softvér na úpravu zvuku

• Audacity multiplatformný, open-source editor
• Vlastnosti nahrávanie, úpravu, efekty z podporovaných formátov
• úpravy, efekty formát

Študijné poznámky vysvetľujú základné pojmy digitalizácie obrazu. Dozviete sa o pixeloch, rozlíšení obrazu a farebnej hĺbke. Pochopíte, ako tieto prvky ovplyvňujú kvalitu a detailnosť digitálnych obrázkov.