ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 6

Παρουσίαση με θέμα: "ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 6"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 6
ΗΜΥ 007 – Τεχνολογία Πληροφορίας Διάλεξη 6 Οπτική Πληροφορία Εισαγωγή TΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ

2 Περίληψη Θέματα για σήμερα Επανάληψη και ολοκλήρωση Οπτική Πληροφορία
Πρωτόκολλα αποθήκευσης δεδομένων Πρωτόκολλα μετάδοσης δεδομένων Οπτική Πληροφορία Απεικόνιση πληροφορίας Δημιουργία εικόνας Αναπαράσταση εικόνας

3 Υλικό Αναφοράς Cyganski, D., Orr, A. O., and Vaz, R. F., Information Technology Inside and Outside, Prentice Hall, 2001, σελίδες 76-93 Εισαγωγή στη Ψηφιακή φωτογραφία

4 Χρησιμότητα Πρωτοκόλλων
Τα πρωτόκολλα είναι αναγνωρισμένοι κανόνες οργάνωσης για την επικοινωνία πληροφορίας Παρέχουν τάξη στα συστήματα πληροφορίας και αποτελεσματική ανταλλαγή πληροφορίας, π.χ. Πρωτόκολλα οργάνωσης και αποθήκευσης πληροφορίας Πρωτόκολλα μετάδοσης πληροφορίας Με την βοήθεια των πρωτοκόλλων είναι δυνατόν να προσδιορισθεί Το μορφότυπο των δεδομένων Η ανίχνευση σφάλματος Ο συγχρονισμός των δεδομένων Που αρχίζω;

5 Πρωτόκολλα αριθμητικής πληροφορίας
Παράδειγμα: θετικοί ακέραιοι αριθμοί με 16 bits Ποιο αριθμό παριστάνουν τα 2 bytes ; Εξαρτάται από το πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί ο Η/Υ Με το πρωτόκολλο ‘big endian’ έχουμε = = = 384 Με το πρωτόκολλο ‘little endian’ έχουμε = = = 32769 Για αρνητικούς ακέραιους αριθμούς υπάρχουν διάφορα πρωτόκολλα Ο πιο απλός τρόπος (αλλά δεν χρησιμοποιείται συνήθως) είναι η αναπαράσταση του πρόσημου από το πρώτο ψηφίο στα αριστερά 0 για θετικό 1 για αρνητικό => Αυτό το απλό παράδειγμα δείχνει την ανάγκη πρωτοκόλλων!

6 Πρωτόκολλα αποθήκευσης δεδομένων
Υπάρχουν διάφορα πρωτόκολλα που καθορίζουν πως αποθηκεύονται οι πληροφορίες πως γίνεται η ανάληψη (προσπέλαση) πληροφοριών από το μέσο αποθήκευσης Το πρωτόκολλο εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του μέσου αποθήκευσης Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Random Access Memory = RAM) Μνήμη Φλας (Flash Memory) Μαγνητική ταινία (magnetic tape) Περιστρεφόμενοι δίσκοι Δισκέτα ή μαλακός δίσκος (floppy disk) Σκληρός δίσκος (hard disk) Οπτικός δίσκος (CD-ROM)

7 Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Random Access Memory = RAM)
Μία μνήμη στην οποία μπορούμε να γράψουμε ή να διαβάσουμε πληροφορίες επανειλημμένα Αποτελεί το κύριο τμήμα της μνήμης Η/Υ Μία γραμμική σειρά από bytes αριθμημένα από το 0 μέχρι το τελευταίο byte στην σειρά Οι αριθμοί αποτελούν τις διευθύνσεις των δεδομένων και χρησιμοποιούνται από τον Η/Υ για να βρει και να πάρει τα δεδομένα Γρήγορη προσπέλαση αν η διεύθυνση είναι γνωστή Όλες οι λέξεις (ένα ή περισσότερα bytes) είναι το ίδιο προσπελάσιμες Άμεση πρόσβαση δεδομένων Οι περισσότερες RAMs είναι διατάξεις από ημιαγωγό υλικό (semiconducting material) Contrast to flash memory in USB thumb drives and flash memory in digital camera (e.g. Secure Digital, CompactFlash, Memory Stick by Sony, and xD memory cards). Flash memory is slower and not byte addressable. It accesses block (like disk drives) and has to erase in blocks (hence the name flash). But, it can retain data even if not powered, like disk drives. In contrast, RAM is dynamic, so you lose everything if you lose power. 32-bit addresses for memory, therefore 4GB limit for memory => going to 64 bit machines. Make connection to memory addresses and pointers in C language. RAM

8 Flash Memory Παρόμοια με τη RAM, όμως μπορεί να διατηρεί πληροφορίες ακόμα κι’ όταν δεν τροφοδοτείτε με ηλεκτρική ενέργεια. Είναι πιο αργή από τη RAM και δεν προσφέρεται για άμεση, τυχαία προσπέλαση (στο επίπεδο του byte), όπως τη RAM. H γραφή, διαγραφή και προσπέλαση γίνονται σε μπλοκς (όπως οι σκληροί δίσκοι). Είναι πιο φτηνή και χρησιμοποιείται σε USB drives, αλλά και ως μνήμη για ψηφιακές κάμερες.

9 Μαγνητική Ταινία Μέσον αποθήκευσης δεδομένων σε μορφή κασέτας ή καρουλιού Τα δεδομένα γράφονται σε γραμμική σειρά όπως στην RAM Ακολουθιακή προσπέλαση (sequential access) Ο αναγνώστης της μαγνητικής ταινίας προσδιορίζει αν πρέπει να προχωρήσει μπροστά ή πίσω συγκρίνοντας την θέση στην οποία βρίσκεται με την επιθυμητή θέση => χρονοβόρα διαδικασία => Η άμεση πρόσβαση δεδομένων δεν είναι εφικτή Για διευκόλυνση της αναζήτησης, τα δεδομένα είναι χωρισμένα σε τμήματα που λέγονται μπλοκs (blocks) δεδομένων Κάθε μπλοκ περιέχει εκατοντάδες ή χιλιάδες bytes Κάθε μπλοκ έχει ένα διακριτό δυαδικό κώδικα Η αναζήτηση έχει δύο μέρη: αναζήτηση του επιθυμητού μπλοκ, αναζήτηση/προσπέλαση των δεδομένων

10 Περιστρεφόμενοι δίσκοι
Μαγνητικά μέσα Δισκέτα ή μαλακός δίσκος (floppy disk) Σκληρός δίσκος (hard disk) Ο δίσκος είναι χωρισμένος σε τροχιές ή κανάλια εγγραφής (tracks). Κάθε τροχιά χωρίζετε σε τομείς (sectors). O γνωστός δίσκος των 3 ½ ιντσών με χωρητικότητα των 1.44 Μbytes έχει 80 τροχιές σε κάθε πλευρά => σύνολο 160 τροχιές. Κάθε τροχιά έχει 18 τομείς και κάθε τομέας έχει 512 bytes => 160 x 18 x 512 = bytes Η κεφαλή ανάγνωσης τοποθετείται πάνω σε μία τροχιά και καθώς ο δίσκος γυρίζει οι πληροφορίες διαβάζονται. Ο δίσκος περιέχει επιπλέον πληροφορίες για την οργάνωση των δεδομένων που είναι γνωστές εκ των προτέρων: κατάλογο δεδομένων (directory) με τα ονόματα και μεγέθη όλων των αρχείων πίνακα αναζήτησης αρχείων (FAT – file allocation table) που περιέχει την ακριβή τοποθεσία των δεδομένων για κάθε αρχείο => οι δίσκοι δεν μπορούν να μεταφερθούν από ένα σύστημα Η/Υ σε άλλο (π.χ. από το PC στο Apple Mac) 3 ½ ιντσών 5 ¼ ιντσών

11 Σκληρός δίσκος Χρησιμοποιείται ευρύτατα για την αποθήκευση δεδομένων και προγραμμάτων Μεγάλης χωρητικότητας Αποτελείται από μεταλλικές πλάκες καλυμμένες με υλικό που επιτρέπει να αποθηκεύονται δεδομένα σε μορφή μαγνητισμένων σημείων Κεφαλές ανάγνωσης και γραφής κινούνται πάνω από τις επιφάνειες των πλακών Χρειάζεται έναν διεπαφή ελεγκτή (interface controller) για να λειτουργήσει και ο υπολογιστής επικοινωνεί με τον controller με κάποια διεπαφή π.χ. IDE, SCSI IDE = Integrated Drive Electronics SCSI = Small Computer System Interface

12 Οπτικός δίσκος CD-ROM CD-ROM (= Μνήμη σύμπυκνου δίσκου μόνο ανάγνωσης)
Ακολουθιακή προσπέλαση βασιζόμενη σε οπτική αλληλεπίδραση Τα δεδομένα σώζονται σε ένα σπιράλ από τα μέσα προς τα έξω Μοιάζει με τον μαγνητικό δίσκο αλλά η αποθήκευση και οργάνωση πληροφορίας μοιάζει με εκείνη της μαγνητικής ταινίας Χρησιμοποιεί κατάλογο δεδομένων και πίνακα αναζήτησης αρχείων Δεν είναι απαραίτητο να διαβαστούν όλα τα προηγούμενα δεδομένα Η αναζήτηση γίνεται πιο γρήγορα σε σύγκριση με την αναζήτηση σε μαγνητική ταινία

13 Πρωτόκολλα μετάδοσης δεδομένων
Πολλές προϋποθέσεις λαμβάνονται υπόψη για την ανάπτυξη ενός τέτοιου πρωτοκόλλου Απλό Παράδειγμα για να δούμε τις βασικές αρχές: ένα μήνυμα στέλλεται από την μνήμη του Η/Υ στον εκτυπωτή (printer) μέσω καλωδίων Το μήνυμα κωδικοποιείται σε δυαδικά ψηφία χρησιμοποιώντας τον Κώδικα ASCII και μεταδίδεται Η αποκωδικοποίηση του μηνύματος από τον δέκτη είναι εύκολη αν: όλα τα στοιχεία φθάσουν στον δέκτη σωστά ο δέκτης γνωρίζει την αρχή της στοιχειοσειράς ο δέκτης γνωρίζει ότι τα ψηφία παριστάνουν κώδικα ASCII We need to deal with the possibility of losing a bit, where the counting-off could be off by a bit; everything would be messed up. So, divide data into frames and send a start-byte first for every frame. This way the receiver can resynchronize itself in case there is a lost bit. Μήνυμα: “You”

14 Πρωτόκολλα μετάδοσης δεδομένων
Έλεγχος ζεύξης δεδομένων υψηλής στάθμης (HDLC – High Level Data Link Control) Πρωτόκολλο προσανατολισμένο στα δυαδικά ψηφία (bit-oriented protocol) Διεθνές πρότυπο καθορισμένο από το ISO (International Standards Organization) Τα δεδομένα χωρίζονται σε Frames Frame = πλαίσιο: μια ομάδα διαδοχικών δυαδικών ψηφίων τα οποία μεταδίδονται σαν ένα σύνολο Για την αναγνώριση της αρχής του Frame από τον δέκτη, χρησιμοποιείται μοναδικός κωδικός που σημαίνει «αρχή μηνύματος» (start-of-message or frame) Byte δείκτης (Flag byte) = Ο δέκτης εξετάζει κάθε ψηφίο και μόλις αναγνωρίσει τον δείκτη ξέρει ότι αρχίζει το Frame Ποια είναι τα προβλήματα με αυτή την μέθοδο;

15 Πρωτόκολλο HDLC Προβλήματα
αν ο κωδικός του Byte δείκτη εμφανιστεί σε ένα άλλο μέρος του μηνύματος αν τύχει σφάλμα στην μετάδοση ψηφίων Λύσεις Χρησιμοποιείται η μέθοδος του ψηφίου παραγεμίσματος (bit stuffing) αν πέντε συνεχόμενα ψηφία είναι ‘1’ τότε προστίθεται ένα ψηφίο ‘0’ => έτσι ποτέ δεν υπάρχουν έξι συνεχόμενα ψηφία ‘1’ όπως στο flag byte Ο δέκτης γνωρίζοντας το πρωτόκολλο αφαιρεί το ‘0’ που ακολουθεί πέντε ψηφία ‘1’ Για την αναγνώριση και διόρθωση σφαλμάτων χρησιμοποιούνται άλλα πρωτόκολλα που προσθέτουν επιπλέον ψηφία πλεονασμός ψηφίων (bit redundancy) ~ = Also, because we look at the sequence bit-by-bit, then pairs of characters could create the same pattern. And, there could be mistakes in the transmission. Note layered protocols: ASCII, then bit-stuffing, and then error correction.

16 Επεξεργασία Κειμένου και Πρωτόκολλα Διαδικτύου
Στέλνοντας μόνο ASCII δεν επιτρέπει επιλογή τύπου γραμμάτων, μέγεθος, κτλ. Θα μπορούσαμε να κωδικοποιήσουμε όλες τις πιθανές επιλογές γραμμάτων με ψηφιακό κώδικα, αλλά θα ήταν πολύ μειονεκτικό. Εναλλακτική λύση είναι να χρησιμοποιήσουμε κάτι σαν γλώσσα προγραμματισμού, όπως η HTML ή LaTeX Π.χ. το “boldface” κείμενο: A short text file. HTML: <HTML> <BODY> <b>A short text file.</b> </BODY> </HTML> LaTeX: \documentstyle{article} \begin{document} {\bf A short text file.} \end{document} Άλλες γλώσσες περιγραφή κειμένου είναι η PostScript (για εκτύπωση κειμένων), και η RTF (rich-text-format) η οποία είναι χρήσιμη ως «γέφυρα» μεταξύ επεξεργαστών κειμένου οι οποίοι είναι ασύμβατοι μεταξύ τους.

17 Απεικόνιση πληροφορίας
Επιθυμία απεικόνισης ανθρώπων, τοπίων, γεγονότων οδήγησε στην εφεύρεση της φωτογραφικής μηχανής (1816) Μεγάλη εξέλιξη της τεχνολογίας Πρώτες μηχανές: μεγάλες, ακριβές με δύσκολη χρήση Μέγεθος μικραίνει, αυτοματοποίηση χρήσης Από αναλογικές φωτογραφικές μηχανές σε ψηφιακές Η βασική αρχή φωτογραφικής απεικόνισης δεν έχει αλλάξει. αντικείμενο είδωλο

18 Φωτογραφική Απεικόνιση Πληροφορίας
Είδωλο (αναποδογυρισμένο) Λειτουργία συστήματος απεικόνισης βασιζόμενο σε προβολή τοπίου ή αντικειμένου από ένα φακό πάνω στο επίπεδο απεικόνισης. Το είδωλο ή η εικόνα είναι η προβολή (projection) ενός αντικειμένου από τρεις διαστάσεις σε δύο. Η φωτογραφική απεικόνιση χρησιμοποιεί ορατό φως. Μήκος εστιάσεως (focal length) – καθορίζει την μεγέθυνση του φακού (για το φιλμ 35mm: με μήκος εστιάσεως 50mm έχουμε οπτικό πεδίο παρόμοιο με το ανθρώπινο μάτι, ενώ με 28mm έχουμε πλατύ πεδίο, και με 120mm έχουμε φακό “telephoto”, δηλ. έχουμε μεγέθυνση). Μια camera με φακό 35mm-105mm έχει ικανότητα μεγέθυνσης έως 3 φορές.

19 Φωτογραφική Απεικόνιση Πληροφορίας
Camera obscura = σκοτεινός θάλαμος Συστήματα φωτογραφικής απεικόνισης πληροφορίας (τα οποία χρησιμοποιούν ορατό φως): Φωτογραφική κάμερα Μάτι Προβολή τοπίου ή αντικειμένου από ένα φακό πάνω στο επίπεδο απεικόνισης: Φιλμ Αμφιβληστροειδής χιτώνας (retina) του ματιού Υπάρχει μαθηματική σχέση μεταξύ ενός σημείου στην εικόνα και το αντίστοιχο στον πραγματικό κόσμο. Λόγω της προβολής (projection) από τρεις σε δύο διαστάσεις, χάνουμε «ανεπανόρθωτα» πληροφορίες, δηλ. το βάθος. Μπορούμε όμως να το ανακατασκευάσουμε (έως ένα σημείο) με δύο εικόνες, όπως αυτές που βλέπουν τα μάτια μας, δηλ. με στερεοσκοπική όραση (binocular or stereo vision). Μίλα για την ανάγκη φακού. Γιατί η κάμερα οπής δεν είναι πολύ χρήσιμη/πρακτική? Μίλα, αν γίνεται, και για το φωτογραφικό φιλμ, για αρνητική εικόνα, για το «καθάρισμα» (development) του φιλμ, και για gamma.

20 Φωτογραφική Απεικόνιση Πληροφορίας
Η πρώτη καταγραμμένη φωτογραφία από τον N. Niepce, (from “Computer Vision: A Modern Approach”, Forsythe and Ponce) Μια άλλη φωτογραφία από τον N. Niepce, (Χρειάστηκαν οχτώ ώρες εμφάνισης.) Μίλα, αν γίνεται, και για το φωτογραφικό φιλμ, για αρνητική εικόνα, για το «καθάρισμα» (development) του φιλμ, και το τύπωμα. Επίσης μίλα και για το gamma... Η πρώτη φωτογραφία ανθρώπου από τον Louis Daguerre, (Χρειάστηκαν 10 λεπτά εμφάνισης.)

21 Άλλοι τρόποι απεικόνισης
Για την δημιουργία εικόνας μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι τύποι ενέργειας (εκτός από το ορατό φως) σε διαφόρων ειδών συστήματα: Ακτινογραφία (ακτίνες Χ) Αξονική Τομογραφία (ακτίνες Χ) Μαγνητική Τομογραφία (ραδιοκύματα από πυρήνες ατόμων υπό την επίδραση μαγνητικών πεδίων) Υπέρηχοι (ηχητικά κύματα) Ραντάρ (ραδιοκύματα) Radar – Radio Detection and Ranging Ολογραφία (ακτίνες λέιζερ) - μοναδικό σύστημα δημιουργεί εικόνα με τρισδιάστατο χαρακτήρα => Ο λόγος απεικόνισης όλων αυτών των τύπων ενέργειας (modalities) με εικόνες, είναι γιατί η όραση είναι η πιο σημαντική μας αίσθηση.

22 Σύστημα ραντάρ 1935 – εφευρέτης Sir Robert A. Watson-Watt
Η αντένα περιστρέφεται και εκπέμπει ραδιοκύματα σε συγκεκριμένες γωνιές Όταν η δέσμη ακτινοβολίας κτυπήσει ένα αντικείμενο, τα ραδιοκύματα επιστρέφουν και κτυπούν πάνω στο ραντάρ το οποίο καταγράφει στην εικόνα την γωνιά και την απόσταση από την αντένα, όπως επίσης και την ένταση της αντανάκλασης. Η αντένα είναι στο κέντρο της εικόνας

23 Σύστημα ραντάρ Η ακτινοβολία ραδιοκυμάτων παρέχεται από το σύστημα και όχι από το περιβάλλον Η εικόνα είναι σε πολικές συντεταγμένες και όχι σε ορθογώνιες Το οπτικό σύστημα βρίσκεται στο επίπεδο απεικόνισης και όχι σε κάποια απόσταση όπως στην περίπτωση απεικόνισης με προβολή τοπίου από ένα φακό (δηλ. με φωτογραφική μηχανή). => προσφέρει εύκολη απεικόνιση πληροφορίας μεγάλων περιοχών Διαφορές από μια κάμερα.

24 Σύστημα ολογραφίας 1947 - εφευρέτης Dennis Gabor
Φωτισμός με λέιζερ ακτίνες Πολύπλοκο σύστημα Το ολόγραμμα είναι τρισδιάστατο Η παρεμβολή (interference) μεταξύ της δέσμης αναφοράς και της αντικειμενικής δέσμης (object beam) δημιουργεί μια εικόνα (πάνω στη φωτογραφική πλάκα) η οποία (εν μέρει) κωδικοποιεί το 3Δ σχήμα του αντικειμένου (δηλαδή όλο το αντικείμενο, εξού και ο όρος ολόγραμμα ή ολογραφία). Για να αναπαράγουμε το αντικείμενο, φωτίζουμε την πλάκα από πίσω με τη δέσμη αναφοράς. Τότε ένα είδωλο παράγεται πίσω από το πλάκα, το οποίο μπορούμε να το κοιτάξουμε από διάφορες οπτικές γωνίες (ακόμα ένας λόγος που το ονομάζουμε ολογραφία).

25 Άλλοι τρόποι απεικόνισης
Ακτινογραφία Μαγνητική Τομογραφία (MRI) Υπέρηχοι (Ultrasound) Αξονική Τομογραφία (CAT) Μαγνητική Τομογραφία (ραδιοκύματα από πυρήνες ατόμων υπό την επίδραση μαγνητικών πεδίων). Οι υπέρηχοι δουλεύουν παρόμοια με τους ραντάρ. Talk how images from each modality are created, and how they are used.

26 (με πρόσθετες μαύρες γραμμές)
Ψηφιακές εικόνες Δημιουργία ψηφιακών εικόνων: Χρήση ψηφιακής κάμερας Χρήση scanner για τη σάρωση αναλογικών εικόνων (π.χ. φωτογραφιών) Χαρακτηριστικά: Στοιχεία εικόνας (picture elements – pixels) Αναπαράσταση μιας εικόνας μέσω ενός ορθογωνίου πλέγματος (grid) από pixels Ανάλυση ή ευκρίνεια εικόνας (picture resolution) Talk about discrete spatial sampling and how digital image are used to represent a continuous signal. Note that we can only have finite resolution, i.e. we cannot have infinite measurements with infinite precision (we also need to quantize). Πλέγμα με 13 x 13 στοιχεία = 169 pixels (με πρόσθετες μαύρες γραμμές)

27 Ανάλυση εικόνας (picture resolution)
Αναφέρεται στην τοποθέτηση των pixel και μετριέται σε pixels ανά ίντσες - pixels per inch (ppi). Για εκτυπωτές και σαρωτές (scanners) μετριέται σε τελείες ανά ίντσα - dots per inch (dpi). Εάν μια εικόνα έχει ανάλυση 72 ppi, τότε σε μια τετραγωνική ίντσα μπορεί να εμφανίσει 72 = 5184 pixels Όσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση μιας εικόνας τόσο περισσότερα δεδομένα (pixels) περιλαμβάνει. Επίσης, μπορεί να σημαίνει και περισσότερη πληροφορία, αλλά όχι πάντοτε. Higher spatial resolution does not always mean more information.

28 Ψηφιακή φωτογραφική Χρησιμοποιούν αισθητήρες διάταξης.
Ανάλογα με την ποιότητα (τόνο, απόχρωση, ένταση) του φωτός που προσπίπτει σε κάθε ένα εικονοστοιχείο του αισθητήρα, παράγεται ένα byte (8-bit) πληροφορίας. => 256 (από 0-255) διαφορετικές τιμές για κάθε πληροφορία/μέτρηση του εικονοστοιχείου. Για κάθε εικονοστοιχείο συνήθως μετρούμε τρία βασικά χρώματα, έτσι μπορούμε να χρειαστούμε έως και 24 bits. > Talk about spatial resolution and 8-bit quantization per color channel, i.e. there are 256 values (0-255) per color value. Talk why we use 8-bit images – limitations of displays and also of our eyes. Sometimes, for high quality images we may use 10 or 12 bits per channel, but you will be hard pressed to find a monitor that can display that. (High dynamic range displays are just around the corner, though.) > Talk about “dark” and “white” levels in the CCD, also size of each CCD element. > Clarify what aperture is, which is not the same as a diaphragm. (Aperture=άνοιγμα ρυθμιζόμενου φωτοφράκτη.) Also, talk about exposure time, and size of lens. > Talk about tradeoff (αντιστάθμισμα συντελεστών) between longer exposure time and more possible motion blur, while more aperture means lower depth of field. > Talk about size of whole sensor being more important than the total number of pixels. Subdividing the same area into smaller (but still finite-sized) elements leads to worse SNR for each pixel, since amount of light (for the whole sensor) is the same and becomes less for each pixel. Number of pixels is a marketing gimmick.

29 Ο Σαρωτής Ο scanner επιτρέπει στον υπολογιστή να μετατρέπει μια αναλογική εικόνα σε ψηφιακή μορφή έτσι ώστε να μπορεί να προβάλλει ή να επεξεργαστεί την εικόνα. Κύριο χαρακτηριστικό είναι η ανάλυσή του, η οποία ορίζει πόσο ευκρινώς και λεπτομερώς μπορεί να διαβάσει ο scanner. Όσο ψηλότερη είναι η ανάλυση τόσο περισσότερη μνήμη χρειάζεται για να σαρωθεί ένα αντικείμενο και τόσο μεγαλύτερο αρχείο παράγεται. A scanner is an A/D converter.

30 Παράδειγμα ψηφιακής εικόνας
Η εικόνα των λουλουδιών αποτελείται από πολύ μικρά στοιχεία. Τα στοιχεία είναι αντιληπτά όταν μεγεθύνουμε μια περιοχή αρκετά. Ο αριθμός στοιχείων μιας εικόνας εξαρτάται από την ψηφιοποίηση που κάνουμε και καθορίζει την ανάλυση της εικόνας. Επίσης, η εικόνα έχει τρία βασικά κανάλια ή επίπεδα, ένα για κάθε βασικό χρώμα (κόκκινο, πράσινο, μπλε). Demo of removing color planes (channels).

31 Αναπαράσταση εικόνας Γενικά Βασικές αποφάσεις Άλλες αποφάσεις
Διτονικές εικόνες (bitonal, binary, or halftone) Εικόνες «συνεχούς» τόνου (continuous tone images) Κλίμακες γκρίζου (gray scale) έγχρωμες (color) Βασικές αποφάσεις Αριθμός στοιχείων εικόνας Δυνατές τιμές (intensity values) για κάθε στοιχείο εικόνας Άλλες αποφάσεις Μέγεθος Απόχρωση (color space, e.g. RGB, CMYK) Τύπος (JPEG, GIF, TIFF, κτλ.) Note: By continuous we do not mean a continuous signal. It is just to contrast with the binary image, or halftone that uses dithering to create varying colors or shades of gray. In a continuous tone image, the image values are still discrete, both spatially and also in the intensity dimension using quantization. Also, contrast bitonal with continuous tone. Note that the printouts are bitonal and fool the eye into looking gray scale by using half-toning. Note that in printing there is either a black dot or not. To fool the eye printers use dithering.

32 Αναπαράσταση μίας εικόνας
256 x 256 = pixels 128 x 128 = pixels Η ποιότητα (ή πιστότητα) είναι συνδεδεμένη με ύψος της ανάλυση της εικόνας. Shows resolution effect, but also aliasing (οδόντωση ή αναδίπλωση εικόνας). What can we do about it? 64 x 64 = 4.096 pixels 16 x 16 = 256 pixels

33 Αναπαράσταση εικόνας Απόδοση χρωμάτων (color encoding)
Συσχέτιση κάθε στοιχείου εικόνας με ένα χρώμα μέσω ενός αριθμού από bits: Ασπρόμαυρη (διτονική) εικόνα Εικόνα σε επίπεδα του γκρίζου (gray level quantization) Έγχρωμη εικόνα Περισσότερα bits

34 Αναπαράσταση μίας εικόνας
6 bits  64 επίπεδα γκρίζου 3 bits  8 επίπεδα γκρίζου 1 bit  ασπρόμαυρη (binary image) Talk about dithering. Note: dithering <-> half-toning. spatially=χωρικά Όπως και με το ύψος της ανάλυσης, όσο λιγότερα τα επίπεδα γκρίζου, τόσο πιο πολύ επηρεάζεται η ποιότητα της εικόνας. Μπορούμε να αυξήσουμε την ποιότητα χρησιμοποιώντας “dithering”, ένα αλγόριθμο που διασκορπά το λάθη κβαντοποίησης χωρικά.

35 Προσθετική Παραγωγή Χρώματος
Διάγραμμα που δείχνει όλες τις αποχρώσεις χρωμάτων στο ορατό φάσμα (full range of hue) και τιμή κορεσμού (saturation values). 0% κορεσμός στο κάτω μέρος και 100% κορεσμός στο πάνω μέρος Ένα μεγάλο μέρος του ορατού φάσματος μπορεί να φτιαχτεί από τη μίξη τριών βασικών συνιστωσών φώτων σε διαφορετικές αναλογίες και εντάσεις. Οι τρεις αυτές συνιστώσες είναι τα βασικά χρώματα: Κόκκινο, Πράσινο και Μπλε (Red, Green, Blue) Είναι προσθετικά χρώματα: η μίξη και των τριών χρωμάτων δημιουργεί το λευκό χρώμα. Note also subtractive colors for printing. Talk about different color spaces. Talk more about the three basic colors: Why are there are three and not more? Make connection to the HVS and the 3 types of cones (also mention rods). Talk about evolutionary reasons and color blindness. Σύγκριση με αφαιρετικά χρώματα στη ζωγραφική – CMYK. RGB

36 Απόδοση χρωμάτων 24 bit color 16 bit color (8 bits για το καθένα,
κόκκινο, πράσινο και μπλε) 16 bit color Note that we could use dithering to improve quality. Note: the GIF image format has only 8 bits of color information. 8 bit color 4 bit color

37 Στην συνέχεια… Επεξεργασία εικόνας Αναπαράσταση Οπτικής πληροφορίας:
Φιλτράρισμα Βελτίωση εικόνας Εξαγωγή χρήσιμων πληροφοριών από εικόνες (π.χ. ανασυγκρότηση τρισδιάστατου σχήματος) Συμπίεση δεδομένων εικόνας Αναπαράσταση Οπτικής πληροφορίας: Από εικόνες σε βίντεο Κωδικοποίηση εικόνας και βίντεο Εφαρμογές Στερεοσκοπική όραση 3D σάρωση VRML Graphics Graphics can have applications in movies, games, entertainment, but also education, digitization of cultural artifacts (digital museums).