M3: Hangtechnika

1. M3: Hangtechnika M4: Képtechnika

2. Képtechnika „Egy kép ezer szóval is felér” Régi kínai közmondás

3. Bevezetés • A képek és grafikák minden multimédia-alkalmazás alapjai, ezek teszik vonzóvá a képernyőt a felhasználók számára. • Képek segítségével gyakran bonyolult tartalmakat szemléltetünk. • A képalkotás az emberi kultúra harmadik legnagyobb teljesítménye a nyelv és a zene után. • Már a kőkorszakban is használták a képeket kommunikációs célzattal (barlangrajzok). • Írásunk is alapvetően képeken alapul.

4. Képtechnika A képtechnika esetében is a technika és pszichofizika összjátékáról van szó, mely magába foglalja a fizika, fiziológia és a pszichológia elemeit. „Az Internet sikerességének is a titka a rengeteg kép.”

5. Képtechnika

6. Képérzékelő szervünk a szem

7. A szem és a látás • Szemünk (oculus) a legfontosabb érzékszervünk. • Minden információ 90%­át szemünkön keresztül, agyunk közreműködésével fogadjuk be.

8. A szem és a látás • Míg orrunkon keresztül másodpercenként csak körülbelül 20 bit szaginformáció vehető fel, látásunk segítségével ugyanennyi idő alatt óriási információtömegre (107 bit) tehetünk szert.

9. A szem és a látás • Valójában rövidtávú memóriánkba csupán másodpercenként 16 bitnyi információ kerülhet, hogy majd hosszútávú memóriánkban tároljuk

10. A szem és a látás • A szem az egyik legkisebb szervünk, de nem önálló, mint például a szív, hanem agyunk része. • A szemgolyó (bulbus) közelítőleg gömb alakú, átlagosan 24 mm átmérőjű, és alig pár grammot nyom. • Fizikai szempontból vizsgálva szemünk olyan, mint egy fényképezőgép.

11. A szem és a látás • Elülső nyílásán, a pupillán (1) keresztül a fény a szemünkbe jut, eközben nagysága a szivárványhártya (írisz, 2) segítségével a fényképezőgép rekeszéhez hasonlóan változik. • Kicsi fényintenzitás esetén a pupilla kitágul, és több fényt ereszt a szembe, nagy fényintenzitásnál pedig összeszűkül, és megóvja a "túlexponálástól".

12. A szem és a látás • A lencse (3) segítségével lesz a kép éles, de a fényképezőgéppel ellentétben szemünkben a lencse helyzetét nem, csak alakját változtathatjuk, mégpedig a ciliáris izom (muscula ciliaris, 4) segítségével, amely a lencse oldalánál, a szivárványhártya mögött található. • Ha távolba tekintünk, a ciliáris izom elernyed, így a lencse görbülete kisebbé válik. Maguk az érzékelő sejtek, amelyek segítségével az észlelés történik, a recehártyában (ideghártya vagy retina, 5) vannak.

13. A szem és a látás • A látóideg (nervus opticus, 6) az agy közepéig (Chiasma opticum) nyúló rostnyaláb, amely szövettanilag és fejlődéstörténetileg az agy nyúlványa, ennél fogva a szemgolyó hátuljáig agyhártya veszi körül. A látóidegen keresztül jutnak az információk az agyba.

14. A szem keresztmetszete

15. A szem és a látás • A látáson alapuló információ feldolgozását az agy egyik külön területe, a nyakszirtünk-nél található úgynevezett látóközpont vagy látómező (vizuális kéreg) végzi.

16. A szem és a látás • A szemgolyót körülbelül 126 millió érzékelő sejt övezi, ez a négyzetmilliméterenként 400 000 sejt fogadja a beérkező fényt. • A látóidegen keresztül má­sodpercenként több mint 16 kép jut az agyba. A látóideg egy kötege egymillió idegrostból áll (fascicuius).

17. A szem és a látás • A szemünkhöz érkező fénysugarat leginkább a szaruhártya töri meg, majd a sugár keresztül megy az elülső üregen, a szemlencsén, az üvegtesten, majd a fényérzékeny recehártyához (retina) érkezik, amely domború képfelületként szolgál. • A gerincesekéhez hasonlóan az emberi recehártya is fordított: a fényérzékeny réteg elkülönül a fénytől, vagyis a bejövő fénynek először a retina teljes rétegén át kell hatolnia, hogy elérje a fényérzékelő sejteket a fotoreceptorokat.

18. A szem és a látás • Ezek az érzékelők hosszú (30 μm), elkülönült sejtek, amelyek egy sejtmagból és szinaptikus üstökből álló sejttestet alkotnak. • Hosszanti tengelyük a beeső fénysugarakkal párhuzamosan fut, vagyis függőlegesek a pigmentált hámszövetre. • Tisztán alaktani szempontból két fajtájukat különböztetjük meg: a hengeres pálcikákat és a kúpszerű csapokat. • Azt is megállapították, hogy a pálcikák már alacsony fényerőnél is dolgoznak, míg a csapok a világos fényt és a színeket érzékelik.

19. Kettős elmélet • A csapok szolgálnak a nappali és színlátásra, míg a pálcikák a szürkületi látásra. • Ezt az elméletet támasztja alá az is, hogy az éjszakai állatoknak gyakran kizárólag pálcikákból áll a recehártyájuk.

20. A fényenergiát a fotoreceptorok külső részei változtatják elektromos impulzusokká. • A fotonok, amelyek a fénypigmentekkel találkoznak, változásokat okoznak azok szerkezetében, ami a hártyákon belül megváltoztatja az átbocsátó képességet, ami a fényérzékelő sejtek potenciálváltozását vonja maga után.

21. Az információ fény formájában kerül a szemlencsén keresztül az ideghártyára és a látóidegen keresztül a nyakszirtnél található látóközpontba.

22. A fényérzékelő sejtek külső részei közvetlen kapcsolatban állnak a pigmentált hámszövettel, a látópálya következő neuronjához pedig a szinaptikus üstök segítségével kapcsolódnak. • A vízszintes és amakrin sejtek a retinán belüli keresztkapcsolatok létrejöttét szolgálják. • A fényérzékeny látási festékanyagok a csapok és pálcikák külső részének hártyájában vannak, és ezek szolgálnak arra, hogy a fényingert az érzékelő sejtek számára elektromos ingerré alakítsák. • A pálcikákban található anyag neve rodopszin, a csapokban levőé jodopszin. • A belépő fényingerek 1 ms reakcióidő alatt kémiai átrende­ződést okoznak, amely idegi (elektromos) ingert vált ki.

23. Látás • A csapok és a pálcikák a látás révén keletkező benyomásokat idegi jelekké alakítják, amelyeket a megfelelő látóideg vezet mélyen az agyba egy-egy sejttömörüléshez, melynek sejtjei közvetlen kapcsolatban állnak az elsődleges látómezővel. Az információk innen kerülnek a szinapszisokon keresztül a szomszédos agykéregterülethez. • A nyakszirtnél található elsődleges látómező még korántsem jelenti az információfeldolgozás végét, hiszen a jeleket onnan vissza is vezetik.

24. Fényérzékelő sejtek összehasonlítása

25. Látás • A szem látóidegének megsértése az adott szem teljes vakságát okozza. • Ha azonban a sérülés hátrébb történik, látótér-kiesést tapasztalunk. • Ha az agykéreg látóterületének mindkét oldala károsodik, az embereknél teljes vakság következik be, míg az alacsonyabb rendű emlősállatok körében ennek ellenére viszonylag nagy területű részlátás maradhat fenn.

26. Látás • Látótartománynak ("látómezőnek") általában a nyugalmi állapotban lévő szem által látott környezetet tekintjük, ami elméletileg kör alakú, gyakorlatilag azonban az orr és a szemüreg egyedi formája miatt egyénenként változó.

27. Színlátás • Az emberi szem bizonyos hullámhosszú elektromágneses sugárzásokat az emberi agy által érzékelhető információvá alakít, majd az agy ehhez az információhoz színbenyomást rendel.

28. Színlátás • A fényforrás által megvilágított tárgyak a fény egy részét visszaverik, egy részét eInyelik. A visszavert fényt (fizika) az emberek képesek érzékelni (fiziológia), és azt színként érzékelik. (pszichológia). • Az érzékelés alatt a világosság - sötétség és a szín felismerését értjük

29. Színlátás • A fény elektromágneses sugárzás, amiből az ember számára érzékelhető tartomány csupán egy szűk terület, ami körülbelül a 400 nm (ibolya) és 700 nm (vörös) hullámhossz között terül el.

30. Színlátás • A recehártyában három különféle csap található, amelyek más-más fényérzékenységű színanyagot tartalmaznak. • Így például a 400 nm hullámhosszal rendelkező fény csak a „kékérzékelőt" ingerli. • A 452 nm hullámhossz a „kékérzékelőt" meglehetősen ingerli, a „zöldérzékelőt" csak kicsit, az 500 nm-es hullámhossz pedig mindhárom érzékelőt ingerli és így tovább.

31. Színlátás • Ha mindhárom csapot egyforma mértékben ingereljük, akkor van „fehér" benyomásunk. • Ha a színeket csak tónusuk ("színminőségük") szerint, nem pedig világosság és telítettség szempontjából vizsgáljuk, akkor a hullámhossz két, éppen csak megkülönböztethető érték - 2 nm és 10 nm - között változik, attól függően, hogy a szín milyen hullámhossz-tartományból származik.

32. Színlátás • A különböző csapok érzékenysége körülbelül 580 nm, 545 nm, illetve 440 nm: • az 580 nm határérzékenységű csaptípushoz társítjuk a „vörös" (Red, piros) érzékelését, • az 545 nm határérzékenységű csaptípushoz társítjuk a „zöld" (Green) érzékelését, • a 440 nm határérzékenységű csaptípushoz társítjuk a „kék" (Blue) érzékelését.

33. A szem fényérzékenysége 555 nm-nél a legnagyobb

34. Színlátás • 24 bit elegendő ahhoz, hogy a színek 256 árnyalatát binárisan megkülönböztessük. • Egy szín kódolásához elegendő 3 x 8 = 24 bit (3 bájt)

35. A színészlelés vetületei • Egy szín egyértelmű azonosításához a következő három jellemző ismerete elegendő:· • világosság, • árnyalat, • telítettség

36. Világosság • Világosság (brightness) alatt a képi információ azon jellemzőjét értjük, amely­ek hatására az inger erősebbnek vagy kevésbé erőteljesnek bizonyul, • ilIetve amelynek alapján úgy tűnik, hogy az ingert kibocsátó felület több vagy kevesebb fényt ver vissza. • A világosság két szélsőértéke a világos és a sötét.

37. Árnyalat • AZ árnyalat (hue) az a jellemző, amelyet olyan nevekkel illetünk megállapodás szerint, mint "piros", "zöld" és így tovább.

38. Színesség • A színesség (colorfulness, chromatieness) az a jellemző, amelynek köszönhetően egy felületet színesnek vagy kevésbé színesnek találunk, tehát az adott árnyalat erősségét adja meg. • Adott szín esetén az inger világosságának növelése színesség érzetének növekedéséhez vezet (kivéve túlzott világosságnál).

39. Fényerő • A fényerő (színerősség, chroma) az a jellemző, amelynek alapján megítéljük, hogy egy színes inger egy ugyanolyan világosságú színtől mennyire különbözik (viszonylagos színesség, relatív színesség).

40. Telítettség • Telítettségnek (saturation) azt a jellemzőt nevezzük, amelynek köszönhetően ítélkezhetünk arról, hogy egy színes inger világosságátó függetlenül mennyire különbözik egy másiktól, vagyis megadja a felület színességét világosságának függvényében. A telítettség ellentéte a fehérfedettség.

41. Kép és grafika • A digitális számítógépes képeknek (grafikáknak) két teljesen különböző fajtája van: • a vektorgrafikák • bitképek

42. Vektorgrafika • A számítógépes grafika, pontosabban vektorgrafika (röviden grafika) egyszerű formákból (primitívekből) áll, és azok jellemzői határozzák meg. • Grafikai primitívek például az egyenesek (vonalak), négyszögek, sokszögek, körök, ellipszisek. • Jellemzők például a vonalvastagság, a vonalszín és a vonaltípus (egyenes, szaggatott stb.). • hagyományos formátumai például a PostScript, az EPS, a COR, a DXF stb.

43. Bitkép • A digitális kép, pontosabban bitkép (röviden kép) nem más, mint egy n sor­ból, m képpontból (pixelből) álló rács. • Hagyományos képformátumok például a BMP (MS Windows), a MAC (Apple), a RAS (Unix), a TIFF stb.

44. Kép és grafika • A metagrafika rács- és vektoradatokat is tartalmaz. • Hagyományos metaformátumok például a WMF, a WPG, a CGM és a PICT. • A képek formátumuktól függetlenül óriási méretűek, ezért olyan nagy a tömörítés jelentősége. • Széles körben elterjedt tömörített képformátumok például a GIF és a JPEG.

45. Kép és grafika • Képfajták • Színmélység • Színmodellek • Arányosítás és közelítés • A bitképek felbontása

46. Képfajták • Ha multimédiás környezetben alkalmazunk képeket, két fontos szempontot kell mérlegelnünk: • a fájlméretet és • a megjelenítés minőségét. • A megjelenítés minősége szintén két dologtól függ: • a színmélységtől • a felbontástól

47. Képfajták Az internet alapú multimédia-rendszerekben a fájlok méretével hatványozottan nő a kép letöltési és kirajzolási ideje.

48. Alapvetően a képek három fajtáját különböztetjük meg: • Fekete – fehér • Szürkeskálás • Színes

49. Alapvetően a képek három fajtáját különböztetjük meg: • fekete-fehér kép két lehetséges értékkel, képpontonként 1 bit információtartalommal (vagy fekete, vagy fehér); • szürkeskálás vagy féltónusú (raszterezett) kép 16 lehetséges értékkel, képpontonként • 4 bit információtartalommal, • vagy 256 lehetséges értékkel, • képpontonként 8 bit információtartalommal;

50. Alapvetően a képek három fajtáját különböztetjük meg: • színes kép 16,7 millió lehetséges értékkel (true color, vagyis valós színű), • képpontonként 24 bit információtartalommal • (8-8 bit mind a pirosnak, mind a zöldnek, mind a kéknek).