图形学笔记《Fundamentals of Computer Graphics 4th Edition》——【3】Raster Images 光栅图像

本文详细探讨了光栅图像的概念,包括像素、光栅设备(显示器、硬拷贝设备)的工作原理和输入设备如相机的像素感光。内容涵盖了像素值、显示器的光强与伽马校正、RGB颜色以及图像存储格式如JPEG、TIFF和PNG等。

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  • raster display: show images as rectangular arrays of pixels
  • pixel: a short for “picture element”
  • raster image: a 2D array that stores the pixel value for each pixel——R G B
  • 因为显示设备与图片大小不能保证一致,可能会有拉伸、变形、变色等变换发生,因此it’s best to think of a raster image as a device-independent description of the image to be displayed
  • vector image: 另一种显示方式,storing descriptions of shapes——areas of color bounded by lines or curves——with no reference to any particular pixel grid
    • advantage: resolution independent, can be displayed well on very high resolution devices
    • disadvantage: must be rasterized(光栅化) before displayed
    • often used for: text, diagrams, mechanical drawings——crispness and precision are important, photographic images and complex shading aren’t needed

Raster Devices

Displays

一般说来,显示设备有两种:

  • emissive displays: 发射型显示器,use pixels that directly emit controllable amounts of light
    • 如,light-emitting diode (LED), 每个像素上都有半导体设备(可能多个颜色如R G B,在远方看起来就会形成一种颜色),根据当前电流决定其光强
  • transmissive displays: 透射式显示器,the pixels themselves don’t emit light but instead vary the amount of the light that they allow to pass through them, require a light source to illuminate them
    • 如,liquid crystal displays (LCDs),如图所示,偏振光会根据电压大小偏转不同的角度,偏转度为0时没有光线通过filter,当电压使其偏转90度时,所有光线都会通过filter,此时光强最大
      这里写图片描述

  • 分辨率的含义:一张图片上有多少个像素点(长×宽)
Hardcopy Devices
  • int-jet printer: 喷墨式打印机,一般只能打印binary images,可使用多颜色喷头打印彩色图片
  • thermal dye transfer: 热敏式,在print head和dye receiver中间加入一层donor ribbon,可以根据热度产生不同强度的颜色

  • 分辨率的含义——pixel desity
    • ppi: 如热敏式的300 pixels per inch——has elements spaced 300 per inch across its head
    • dpi: 如喷墨式的1200 dots per inch——places dots on a grid with 1200 grid points per inch
    • 同等质量的图片,喷墨式通常需要比热敏式更高的分辨率(吧?)
Input Devices
  • 相机中也有像素级别的感光元件,去获取该像素的颜色和光强
    这里写图片描述
  • 多数相机中会使用像上图一样的color-filter array or mosaic to allow each pixel to see only red, green or blue light, leaving the image processing software to fill in the missing values in a process known as demosaicking(去马赛克)
  • 还有一些相机使用多层感光元件,每一层去感不同颜色的光(R G B),不需要多余的处理了

  • 分辨率的含义:
    • the fixed number of pixels in the array
    • is usually quoted using the total count of pixels:如3000×2000 = 6 million pixels——6 megapixel (MP) camera

Images, Pixels, and Geometry

  • 首先,我们将图片的表示抽象为 I(x,y):RV I ( x , y ) : R → V ,其中 RR2 R ⊂ R 2
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