Segundo Trabalho

Representação de uma imagem em escala de cinza utilizando dois níveis de intensidade (preto e branco) 

    Os processos apresentados são descritos abaixo:

·        Modelos Geométricos: Descrição de um objeto por meio do cálculo da posição dos seus vértices e seus respectivos vetores normais;

·        Cenas: Mudança do sistema de referência, permitindo que o modelo seja visualizado a partir de qualquer ponto de vista do espaço (posição da câmera);

·        Projeção: Aplicação da geometria projetiva, mapeando os pontos do volume calculado para os pontos do plano de projeção;

·        Imagem Monocromática: Determinação da luminância de cada ponto da imagem considerando que existam fontes luminosas pertencentes ao modelo;

·        Imagem Discreta: Como o dispositivo de saída é um dispositivo raster (possui número limitado de pontos), somente alguns pontos serão representados;

·        Imagem Digital: A luminância de cada ponto amostrado da imagem deve pertencer a uma faixa limitada e sub dividida em valores inteiros.

Quantização

O efeito de quantização é dado pela impossibilidade de se medir uma quantidade infinita de valores de luminância dos pixels. Portanto a quantização ou discretização consiste na codificação dos valores contínuos de cada pixel em intervalos discretos. Em equipamentos que possuem 8 bits para armazenar a luminância, existem 256 diferentes níveis de cinza. O número de bits por pixel corresponde ao número de cores ou tons de cinza que podem ser representados.

Apresentação do aplicativo

·         Manual do usuário

Para abrir uma imagem (BitMaP ou Protable GrayMap) o usuário deve clicar sobre o menu Arquivo e logo em seguida, no item Abrir. A tecla de atalho F2 possui o mesmo efeito.

Uma caixa de diálogo solicitará ao usuário que indique o caminho e o nome do arquivo de imagem que deverá ser aberto. :

Com o arquivo escolhido, deve-se clicar sobre o botão Abrir

Uma tela contendo a distribuição das tonalidades estará visível até que o usuário clique sobre o botão X, no canto superior direito.

Para visualizar as imagens após a aplicação dos métodos, deve-se clicar sobre o item Próximo ou pressionar a tecla F4. As imagens seguintes representam, respectivamente, os métodos Ordered Dithering, Disperded Dithering (Bayer) e Difusão do Erro (Floyd-Steinberg).

Pode-se verificar a aplicação dos métodos sobre uma imagem sintetizada internamente pelo software clicando sobre o item Exemplo ou pressionado a tecla F3.

Com a imagem sendo exibida, a visualização dos métodos segue normalmente com apresentado anteriormente.

O menu Ajuda possui informações sobre a condução do programa e os elaboradores:

·         Imagem original colorida (BMP)

O exemplo que será apresentado consiste em uma imagem sintética de uma nave da classe Sovereign. Esta imagem possui 800x448 pixels de resolução espacial e 24 bits de resolução radiométrica.

·         Imagem original em tons de cinza

Alguns processos para a conversão de uma imagem colorida para uma imagem com 256 níveis de luminância (L) foram analisados, dentre eles:

·        Exibição de apenas um dos canais (vermelho, verde ou azul)

·        Cálculo da componente Y (luminância) do modelo de cor NTSC–YIQ:

;

·        Cálculo da média dos componentes vermelho, verde e azul:

            Este último método mostrou um melhor efeito visual para as imagens utilizadas como exemplo.

·         Imagem original (PGM)

O arquivo do tipo PGM (Portable GrayMap) é composto de informações, sob a forma de texto, sobre a luminância de cada ponto. Estes valores são números inteiros pertencentes ao intervalo [0; 255].

Os arquivos que foram submetidos ao teste são: Lena.pgm e Gray_scale.pgm.

Aproximação da técnica Meio-Tom por aglomeração de pixels (Clustered-Dots)

·           Introdução

Existem dispositivos que possuem um número limitado de cores. Serão analisados os dispositivos que podem produzir apenas duas tonalidades de cinza (preto e branco).

Em equipamentos de característica analógica, como por exemplo, uma impressora jato de tinta, a representação das diferentes tonalidades de cinza são feitas com diferentes áreas de preenchidas com tinta em torno do ponto.

Ao contrário dos equipamentos analógicos, a representação de imagens em dispositivos raster é feita em cada um dos seus elementos de tamanho fixo. Desta maneira as diferentes luminâncias são representadas por aglomerados de pontos que, a uma certa distância, o olho humano não diferencia os pixels pretos dos brancos, gerando a impressão de uma tonalidade intermediária entre estas luminâncias.

Uma máscara deve percorrer toda a matriz dos pontos da imagem original. Esta máscara (matriz quadrada de ordem N) possui os valores das porcentagens em relação ao limite máximo de luminância permitido, no caso 255. O número de tons de cinza que serão exibidos pode ser calculado da seguinte maneira:

            Para está aplicação, será utilizada uma matriz de ordem 4, gerando assim 17 diferentes tonalidades da luminância.

            Quando a máscara percorre a imagem, os valores de luminância são comparados com os elementos da máscara. Caso o valor esteja acima do limiar estabelecido pela máscara, o pixel recebe o valor máximo de luminância (branco), caso contrário, o valor atribuído ao pixel da imagem recebe o valor 0 (preto).

Várias máscaras com os limiares de luminância podem ser determinadas de acordo com a aplicação.

·         Método Ordered Dithering

            Esta técnica simula o preenchimento utilizado por uma impressora jato de tinta, onde o preenchimento dos pixels ocorre radialmente, do centro para o exterior.

            Os valores da matriz abaixo não representam valores de luminância, mas os índices de cada limiar.

·           Resultados obtidos

Dispersão (Dithering)

·         Introdução

De maneira semelhante ao apresentado anteriormente, a dispersão compara os valores de intensidade da imagem  com uma máscara de limiares. Caso o valor da intensidade seja maior do que o limiar, a nova cor do pixel será branca, caso contrário recebe o valor preto.

A principal diferença entre os métodos é a distribuição dos limiares na máscara.

·         Método Dispersed Dithering (Bayer)

Esta técnica gera tonalidades mais homogêneas, pois os limiares da máscara não se encontram adjacentes, como no método Ordered Dithering. Esta distribuição gera a impressão de uma quantidade maior de valores de luminância.

Para o cálculo dos limiares da máscara, temos: