zniekształcenia przyjmują różne formy, w zależności od miejsca, w którym powstają

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "zniekształcenia przyjmują różne formy, w zależności od miejsca, w którym powstają"

Mieczysław Kowalczyk
7 lat temu
Przeglądów:

1 Opracowali: dr inż. Piotr Suchomski dr inż. Piotr Odya nie ma urządzeń doskonałych każde urządzenie wprowadza do sygnału (fonicznego bądź wizyjnego) zniekształcenia zniekształcenia przyjmują różne formy, w zależności od miejsca, w którym powstają optyczne elektryczne analogowe <-> cyfrowe wynikające z kompresji 1

2 najczęściej obserwowane zniekształcenia to: zniekształcenia liniowe, zniekształcenia nieliniowe, zniekształcenia fazowe. 2

3 dotyczą charakterystyki częstotliwościowej teoretycznie ch-ka powinna być płaska w praktyce występują zafalowania pasmo podaje się z uwzględnieniem pewnego marginesu typowo wynosi on 3dB zniekształcenia liniowe wpływają na amplitudę i fazę nie zmieniają kształtu sinusoidy G [db] 3 db pasmo f [Hz] 3

4 4

5 zniekształcenia nieliniowe powstają wtedy gdy właściwości urządzenia przetwarzającego dźwięk zależą od poziomu tego dźwięku. w wyniku zniekształceń nieliniowych sygnał sinusoidalny na wejściu urządzenia jest przez to urządzenie zniekształcony, co powoduje powstanie dodatkowych składowych harmonicznych. 5

6 najczęściej używaną miarą zniekształceń nieliniowych jest współczynnik zawartości harmonicznych (Total Harmonic Distortion): THD[%] H H H H H H H H H... H 2 N 2 N 100% przykładem zniekształceń nieliniowych może być efekt przesterowania wzmacniacza lub głośnika. 6

7 WAVE MP3 7

zniekształcenia fazowe powstają na skutek różnych opóźnień poszczególnych składowych sygnału dźwiękowego generalnie składowe o wyższych częstotliwości mają większe opóźnienia niż składowe o niskich

8 zniekształcenia fazowe powstają na skutek różnych opóźnień poszczególnych składowych sygnału dźwiękowego generalnie składowe o wyższych częstotliwości mają większe opóźnienia niż składowe o niskich częstotliwościach głównym źródłem tych zniekształceń są filtry, korektory częstotliwości czy długie przewody sygnałowe zniekształcenia fazowe utrudniają lokalizację przestrzenną dźwięku. w skrajnym przypadku przy przesunięciu o 180 stopni (przeciwfaza) może dojść do wygaszania się dźwięków. 8

9 9

10 Zakłócenia dźwięku mogą mieć charakter: chwilowy (np. trzaski, dropy itp.) płyta gramofonowa brak synchronizacji urządzeń cyfrowych ubytki warstwy magnetycznej taśm (analogowych i cyfrowych) Zakłócenia dźwięku mogą mieć charakter: ciągły (np. szumy, przydźwięk) 10

11 dwa podejścia do usuwania zakłóceń impulsowych: wygładzanie sygnału przez filtrację dolnoprzepustową lub medianową (przetwarzanie całego sygnału, wprowadzanie dodatkowych zniekształceń) dwuetapowy algorytm, który najpierw dokonuje detekcji zakłócenia w sygnale, a następnie usuwa go i rekonstruuje w tym miejscu przetwarzany sygnał dźwiękowy. pojedyncze zakłócenia impulsowe mogą być usuwane ręcznie przy pomocy edytora dźwięku. wiele współczesnych edytorów posiada specjalne funkcje ułatwiające detekcję zakłócenia i jego rekonstrukcję. 11

12 w miejscu usuniętego trzasku należy sygnał zrekonstruować: można skopiować sąsiednie próbki ( prawidłowe ) sygnału, można wykorzystać algorytm liniowej predykcji, który na podstawie próbek poprzedzających oraz próbek następnych oblicza wartości próbek rekonstruowanych (próbki powstałe w wyniku predykcji do przodu i predykcji do tyłu są przemiksowywane). metod usuwania szumu nie należy mylić z bramką szumu. w procesie usuwania szumu chodzi o takie przetworzenie dźwięku, aby zawarty w nim szum był jak najmniej słyszalny. najczęściej wykorzystywaną metodą usuwania szumu jest metoda odejmowania widmowego. metoda ta może bazować wyłącznie na obliczeniach statystycznych lub może wykorzystywać model perceptualny słuchu człowieka. 12

13 warunkiem wykorzystania tej metody jest znajomość charakteru szumu, który chcemy usuwać, a dokładniej jego średniego widma. w czasie przetwarzania sukcesywnie obliczane jest średnie widmo sygnału i odejmowane jest średnie widmo szumu. w ten sposób uzyskuje się poprawę średniego stosunku sygnału do szumu. polega na systematycznym określaniu średniego widma sygnału i średniego widma szumu we fragmentach nagrania oraz dokonywaniu odejmowania obu reprezentacji widmowych sygnał zaszumiony może być opisany wzorem: y[m] = x[m] + n[m] gdzie x[m] to sygnał mowy a n[m] jest niepożądanym szumem/zakłóceniami w dziedzinie widma widmo sygnału ma postać: X(jω) = Y(jω) - N(jω) ponieważ widmo zakłóceń N(jω) jest nieznane, używa się estymaty N e (jω) X(jω) 2 = Y(jω) 2 N e (jω) 2 13

14 14

15 mimo coraz doskonalszej techniki tworzenia obrazów cyfrowych, zwłaszcza fotografii cyfrowych, obrazy te nie są wolne od zniekształceń. wśród najczęściej spotykanych zniekształceń obrazów cyfrowych należy wyróżnić: zniekształcenia geometryczne, zniekształcenia tonalne, szumy i zakłócenia. najczęściej są wynikiem niedoskonałości układów optycznych aparatów lub niewłaściwym fotografowaniem. występują na skutek: nieliniowości układów przeglądania, nierównoległości płaszczyzn obrazu i elementu fotoczułego, własności fizycznych toru optycznego, obrotu, ruchu aparatu, kamery, zmiany skali. 15

Najbardziej typowe zniekształcenia to: zniekształcenie beczkowe obraz jest lekko sferyczny, charakterystyczne dla obiektywu szerokokątnego, zbyt bliskie

16 Najbardziej typowe zniekształcenia to: zniekształcenie beczkowe obraz jest lekko sferyczny, charakterystyczne dla obiektywu szerokokątnego, zbyt bliskie fotografowanie. zniekształcenie poduszkowe obraz jest lekko wklęsły, ściągnięte do środka, charakterystyczne dla teleobiektywów (duży zoom), zniekształcenia trapezowe 16

17 17

Wśród metod korekcji można wyróżnić: Aproksymacje transformacji wielomianem, Przekształcenia

18 Funkcje korekty zniekształceń geometrycznych są wbudowane w większość popularnych narzędzi do przetwarzania obrazów cyfrowych. Wśród metod korekcji można wyróżnić: Aproksymacje transformacji wielomianem, Przekształcenia rozciągające, Przekształcenia afiniczne. Objawia się niedoświetleniem brzegów kadru. Może być spowodowane niedoskonałością optyki lub/i niewłaściwym oświetleniem sceny 18

Korekcja tonalna jest wymagana w sytuacji gdy parametry ekspozycji obrazu cyfrowego były nieprawidłowe.

19 Wada układu optycznego powstała w wyniku różnych odległości ogniskowych (różna wartość współczynnika załamania) dla poszczególnych składowych światła białego. Objawia się pojawianiem kolorowych obwódek na krawędziach obiektów (granice kontrastowe). Korekcja tonalna jest wymagana w sytuacji gdy parametry ekspozycji obrazu cyfrowego były nieprawidłowe. Popularne narzędzia do obróbki obrazów posiadają następujące funkcje, które pozwalają dokonać korekcji tonalnej obrazu: Zmiana kontrastu i jasności, Korekcja za pomocą poziomów, Korekcja za pomocą krzywych. 19

20 20

zwiększa się wzmocnienie im mniejszy piksel w matrycy, tym

21 wynika z niedoskonałości przetworników obrazu pojawia się przy podniesieniu czułości ISO zmniejszeniu oświetlenia zwiększa się wzmocnienie im mniejszy piksel w matrycy, tym większe szumy nie ma sensu korzystanie z matrycy 20Mpikseli w kompakcie 21

Usuwanie szumu z obrazu jest realizowane

22 Usuwanie szumu z obrazu jest realizowane za pomocą między innymi takich metod jak: Liniowy filtr splotowy (filtry dolnoprzepustowe), Filtry statystyczne (np. filtr medianowy), Operacje arytmetyczne na obrazie (odejmowanie, mnożenie i dzielenie). 22

23 zamiast przesyłać po kolei kolejne linie obrazu, linie nieparzyste i parzyste przysyłane są naprzemiennie 23

24 łączenie obu półobrazów duplikowanie linii z jednego z półobrazów odrzucenie jednego półobrazu interpolacja (co najmniej liniowa) algorytmy wykorzystujące informacje o ruchu problem z ruchem w przypadku matryc CMOS, tzw. rolling shutter 24

25 Rozmiar ilość punktów na płaszczyźnie np.640x480; Rozdzielczość liczba punktów na cal (dpi); Rozdzielczość monitora: dpi; Rozdzielczość przeciętnej drukarki atramentowej od 150 do 1200 dpi; Rozdzielczość optyczna przeciętnego skanera od 300 do 1200 dpi; 25

26 problem dopasowania rozdzielczości różnych urządzeń: obraz zeskanowanego obrazu na monitorze jest znacznie większy od rozmiaru rzeczywistego; kolorowy wydruk na ogół będzie miał mniejszy rozmiar na wydruku (sposób drukowania pikseli wpływa na różnicę w rozmiarze). rozdzielczość zdjęcia: 512x512 pikseli monitor ma rozdzielczość 1680x1050 przy przekątnej 22 cale (16:10) szerokość x wysokość = 18,65 x 11,65 cali = 47,4 x 29,6 cm rozdzielczość -> ok. 90 dpi bok obrazka przy założeniu rozdzielczości monitora równej 90 dpi: 512/90 = 5,68 cala = 14,44 cm 26

27 rozdzielczość zdjęcia: 512x512 pikseli bok obrazka przy założeniu, że wydruk ma rozdzielczość 300 dpi: 512/300 = 1,7 cala = 4,33 cm 27

mają postać schodków ; problem obracających się kół (w przypadku obrazu

28 Problem aliasingu Aliasing - zbyt mała częstotliwość próbkowania - problem nakładania się widm Objawy: obraz poszarpany, krawędzie obiektów mają postać schodków ; problem obracających się kół (w przypadku obrazu ruchomego). odcinek idealny odcinek narysowany odcinek wygładzony (antialiasing) 28

próbkowanie powierzchni przypisywanie różnych wag w zależności od

29 Metody wygładzania odcinka: bezwagowe próbkowanie powierzchni jasność piksela zależy od stopnia pokrycia piksela przez idealny odcinek wagowe próbkowanie powierzchni przypisywanie różnych wag w zależności od odległości piksela od odcinka Problem aliasingu 29

30 Problem aliasingu 30

ograniczenie pasma wyższe częstotliwości zostają usunięte zniekształcenia fazowe prowadzą do zaburzeń bazy stereofonicznej zaburzenia amplitudy mosquito noise

31 ograniczenie pasma wyższe częstotliwości zostają usunięte zniekształcenia fazowe prowadzą do zaburzeń bazy stereofonicznej zaburzenia amplitudy mosquito noise (brzęczenie komara): pojawia się wokół szczegółów, często na liniach przekątnych, przy czcionce o ostrych krawędziach, gdy czarny tekst jest nakładany na jasne tło 31

mosquito noise (brzęczenie komara): pojawia się wokół szczegółów,

gdy czarny tekst jest nakładany na jasne tło Źródło obrazków:

html quilting (pikowanie): są to drobne nieciągłości przy

niewidoczne mogą pojawić się przy długich, wolnych poziomych ruchach

32 mosquito noise (brzęczenie komara): pojawia się wokół szczegółów, często na liniach przekątnych, przy czcionce o ostrych krawędziach, gdy czarny tekst jest nakładany na jasne tło Źródło obrazków: quilting (pikowanie): są to drobne nieciągłości przy przechodzeniu z jednej grupy pikseli do drugiej zazwyczaj prawie niewidoczne mogą pojawić się przy długich, wolnych poziomych ruchach kamerą, przy liniach skośnych, zazwyczaj długich o zakrzywieniu około 20 o Źródło obrazków: 32

33 blokowanie pikseli powstaje, gdy liczba bitów służących do opisania obrazu jest mniejsza od liczby bitów potrzebnych do opisania obrazu zbyt mała przepływność zbyt dynamiczny obraz w skrajnym przypadku następuje zatracenie informacji o kolorach 33

34 34

35 35

Podobne dokumenty

zniekształcenia przyjmują różne formy, w zależności od miejsca, w którym powstają

Opracowali: dr inż. Piotr Suchomski dr inż. Piotr Odya nie ma urządzeń doskonałych każde urządzenie wprowadza do sygnału (fonicznego bądź wizyjnego) zniekształcenia zniekształcenia przyjmują różne formy,