 |
Τεχνολογίες Εικόνας:
Καλύτερα να Μασάς, παρά να Μιλάς... |
Εισαγωγή
Το Φως, τα Χρώματα
και το Μάτι
Ο Δείκτης Αντίθεσης και η Οξύτητα σε μια
προβαλλόμενη εικόνα
Τί είναι τελικώς η διόρθωση
Gamma;
Εγχρωμη εικόνα: Πειράματα, Μοντέλα, Το Διάγραμμα CIE και το
Gamut
Βίντεο: Περί Χρονικού και Χωρικού
Δειγματισμού
Η Σαρωση και ο Συγχρονισμός των σημάτων
Βίντεο
Ti είναι η Ανάλυση; Σήματα Χρωματοδιαφορών και το Ψηφιακό
Βίντεο
Φωτεινότητα, Αντίθεση και άλλες ιστορίες... (δηλαδή, πάλι
Φωτεινότητα και Αντίθεση!)
Για
περισσότερο διάβασμα... |
|
|
| Βίντεο: Περί
Χρονικού και Χωρικού Δειγματισμού |
Oταν
το ίδιο το μάτι είναι μια εξελιγμένη συσκευή δειγματισμού, η αρχή
λειτουργίας κάθε συστήματος λήψης εικόνων είναι βεβαίως μονόδρομος.
Στην περίπτωση του βίντεο μιλάμε για λήψη δειγμάτων μιας σκηνής,
αλλά βεβαίως το θέμα που έχει ενδιαφέρον είναι ο τρόπος με τον οποίο
λαμβάνονται τα δείγματα αυτά. Ο ορατός κόσμος γύρω μας αποτελείται
από πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας οι οποίες εκπέμπουν κύματα
μεταβλητής έντασης και συχνότητας, επομένως χρειαζόμαστε έναν
μηχανισμό ο οποίος να λαμβάνει δείγματα αυτών των δύο παραμέτρων
(δηλαδή του μήκους κύματος και της οξύτητας) αλλά οι πηγές αυτές
έχουν άλλη μία ιδιότητα: Κινούνται! Επομένως εκτός του πρώτου
μηχανισμού λήψης δειγμάτων θέλουμε και έναν δεύτερο, ο οποίος
λαμβάνει δείγματα της θέσης της πηγής στον χώρο. Το βίντεο
επομένως χρησιμοποιεί δύο δειγματισμούς: Τον χωρικό
(spatial) o οποίος χρησιμοποιήται για να περιγράψει το πεδίο
ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που δημιουργούν οι πηγές σε μια
οπτική πραγματικότητα και τον χρονικό (temporal) ο οποίος
χρησιμοποιήται για να περιγράψει την κίνηση των πηγών αυτών, αν
αυτές βεβαίως κινούνται. Η τεχνολογία λήψης εικόνων μας προσφέρει
τρεις δυνατότητες όσον αφορά τον χωρικό δειγματισμό: Την
φωτογράφιση, την αποτύπωση δηλαδή της ακτινοβολίας σε μια
επιφάνεια μέσω κάποιας φωτοχημικής μεθόδου, την σάρωση σε
γραμμές, την περιγραφή δηλαδή μιας εικόνας με βάση τον
χωρισμό της σε οριζόντιες περιοχές και την διατήρηση πληροφορίας για
το πώς μεταβάλλεται η φωτεινότητα σε κάθε γραμμή και τέλος
τον δειγματισμό σημείων (pixels) τον χωρισμό δηλαδή
της εικόνας σε στοιχειώδη μέρη και την περιγραφή κάθε μέρους
ξεχωριστά. Οι τρείς αυτές δυνατότητες είναι γνωστές με τα ονόματα
"φιλμ", "αναλογικό βίντεο" και "ψηφιακό βίντεο" αντίστοιχα. Ο
παρατηρητικός αντιλαμβάνεται αμέσως ότι ο χωρικός δειγματισμός αφορά
σε ακίνητες εικόνες: Με κάποιο τρόπο "παγώνουμε" το πεδίο της
ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και αποθηκεύουμε πληροφορίες γύρω από
αυτό. Είναι χρήσιμο να θυμόμαστε ότι δεν υπάρχει τεχνολογία
κινούμενης εικόνας με την ακριβή έννοια του όρου. Οι
δυνατότητές μας περιορίζονται στην λήψη πολλών στατικών εικόνων και
στην γρήγορη προβολή τους. Υπό την έννοια αυτή, το βίντεο εν γένει
είναι μια εξαιρετικά ατελής προσπάθεια προσέγγισης του συστήματος
όρασης μας.
Αν οι πηγές της ορατής ακτινοβολίας αλλάζουν θέση σε
συνάρτηση με τον χρόνο, η διαδοχική λήψη στατικών εικόνων θα τις
εμφανίζει σε διαφορετικές συντεταγμένες κάθε φορά. Η διαδοχή των
εικόνων είναι ο μηχανισμός χρονικού δειγματισμού που έχουμε στην
διάθεσή μας ο οποίος είναι κοινός και στις τρεις τεχνικές χωρικού
δειγματισμού. Η ταχύτητα με τον οποίο λαμβάνουμε
τις εικόνες αυτές αλλάζει από εποχή σε εποχή και από σύστημα σε
σύστημα και είναι γνωστή με διάφορες ονομασίες: Τα "καρέ ανα
δευτερόλεπτο", η cadence, είναι ο όρος του κινηματογράφου για την
ταχύτητα του φιλμ, τα "πλαίσια ανα δευτερόλεπτο", fps, είναι ο όρος
που χρησιμοποιήται στο βίντεο. |
 |
 |
| Οι τρόποι δειγματισμού της ορατής
ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που έχουμε στην διάθεσή μας
είναι το φιλμ, το αναλογικό βίντεο και το ψηφιακό
βίντεο. | |
Πως επιλέγεται η ταχύτητα λήψης χρονικών
δειγμάτων; Η απλή απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι ότι
επιλέγεται έτσι ώστε το μετείκασμα (η δυνατότητα του ματιού να
εκλαμβάνει ως κινούμενη εικόνα μια αλληλουχία στατικών εικόνων) να
είναι ισχυρό. Σωστά; Σχεδόν! Κατ' αρχήν όσον αφορά το μετείκασμα
(Persistence of Vision): Σύμφωνα με ορισμένες πηγές [7] το
μετείκασμα μπορεί να οφείλεται στην Σακκαδική κίνηση των ματιών μας,
στο γεγονός δηλαδή ότι αυτά πραγματοποιούν μια διαδικασία
υπερδειγματοληψίας της οποίας το αποτέλεσμα απαιτεί κάποιο χρόνο για
να γίνει αντιληπτό. Αν αυτό ισχύει ο χρόνος που απαιτείται είναι
πολύ μικρός και δεν δικαιολογεί την χρήση τόσο υψηλών ταχυτήτων όπως
τα 24 καρέ του κινηματογράφου ή τα 25/30 πλαίσια του βίντεο. Ο λόγος
που χρησιμοποιούμε τόσο μεγάλες ταχύτητες και προσπαθούμε να τις
κάνουμε ακόμη μεγαλύτερες (με τεχνολογίες όπως τα 100Hz της
τηλεόρασης ή τις μεγάλες συχνότητες που χρησιμοποιούνται στις
απαιτητικές εφαρμογές γραφικών) βρίσκεται στην διαφορά που
υπάρχει μεταξύ της λειτουργίας του ματιού και των μηχανών
λήψης. Το μάτι είναι ένα όργανο του οποίου η ευαισθησία στην
λεπτομέρεια επικεντρώνεται σε πολύ περιορισμένο σημείο (το οποίο
ονομάζεται Fovea και περιλαμβάνει τα κωνία). Αποτέλεσμα αυτού είναι
ότι ως παρατηρητές είμαστε αναγκασμένοι να παρακολουθούμε το
αντικείμενο που μας ενδιαφέρει στρέφοντας τους βολβούς μας ή ακόμη
και το κεφάλι μας καθώς αυτό κινείται. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται
tracking και "ακινητοποιεί" το αντικείμενο με άλλα λόγια
μηδενίζει την χρονική συχνότητα (temporal
frequency) της πηγής! Τα μάτια μας δεν είναι πολύ ικανά να
διακρίνουν χωρικές λεπτομέρειες (δηλαδή πληροφορία οξύτητας) όταν η
σκηνή περιέχει ταυτόχρονα και μεγάλες αλλαγές θέσης (κάτι που
αντιλαμβανόμαστε ως θάμπωμα λόγω ταχύτητας). Από την άλλη,
μια μηχανή λήψης δεν κάνει tracking! Αποτέλεσμα
αυτού είναι το βίντεο που προκύπτει να περιλαμβάνει μεγάλες χρονικές
συχνότητες. Θεωρητικά, δεν θα έπρεπε να μπορούμε να δούμε καθαρά ένα
αντικείμενο που κινείται στην οθόνη! Ωστόσο, ο μηχανισμός tracking
του ματιού μπορεί να δουλέψει κι εδώ: Eίναι δυνατόν, πράγματι, να
εστιάσουμε την προσοχή μας στο κινούμενο επί της οθόνης αντικείμενο
και να το κάνουμε "ακίνητο", μηδενίζοντας την χρονική συχνότητα και
βλέποντας τις λεπτομέρειες. Ωστόσο, αν το κάνουμε αυτό, κάτι άλλο
αρχίζει να κινείται: Το φόντο! Η κίνηση αυτή στην πραγματική ζωή
είναι συνεχής (κάντε το πείραμα στο τρένο: αν εστιάσετε την προσοχή
σας σε ένα αντικείμενο, το περιβάλλον αρχίζει να "τρέχει" αλλά δεν
σας ενοχλεί, η ίδια σκηνή σε μία τηλεόραση θα είναι μια κόλαση!)
αλλά στο βίντεο δεν είναι: Το φόντο αλλάζει με τον ρυθμό ανανέωσης
των καρέ (ή των πλαισίων) και τότε δημιουργείται ένα φαινόμενο που
ονομάζεται background strobing. Το strobing δεν
σχετίζεται με το μετείκασμα και μπορεί να διορθωθεί αυξάνοντας τον
αριθμό των καρέ/πλαισίων έστω και τεχνιτά (με interpolation ας
πούμε). Ετσι εξηγείται γιατί μια τηλεόραση με ρυθμό ανανέωσης 100Hz
είναι "πιο ξεκούραστη" από μια συμβατική, ενώ στην πραγματικότητα
δεν προσθέτει πληροφορίες στο σήμα βίντεο.
Και αφού ο λόγος περί
πληροφοριών αξίζει τον κόπο να δούμε πώς αυτές προβάλλονται αφού
αποθηκευτουν... |
|
| |
){kind=small}