Khái niệm lượng tử hóa
Chúng tôi đã giới thiệu lượng tử hóa trong hướng dẫn của chúng tôi về tín hiệu và hệ thống. Chúng tôi sẽ chính thức liên hệ nó với các hình ảnh kỹ thuật số trong hướng dẫn này. Đầu tiên chúng ta hãy thảo luận một chút về lượng tử hóa.
Số hóa tín hiệu
Như chúng ta đã thấy trong các hướng dẫn trước, để số hóa một tín hiệu tương tự thành kỹ thuật số, cần hai bước cơ bản. Lấy mẫu và lượng tử hóa. Lấy mẫu được thực hiện trên trục x. Đó là sự chuyển đổi trục x (giá trị vô hạn) sang giá trị số.
Hình dưới đây cho thấy lấy mẫu của một tín hiệu.
Lấy mẫu liên quan đến hình ảnh kỹ thuật số
Khái niệm lấy mẫu liên quan trực tiếp đến việc thu phóng. Bạn lấy càng nhiều mẫu, bạn nhận được càng nhiều pixel. Lấy mẫu quá mức cũng có thể được gọi là phóng to. Điều này đã được thảo luận trong hướng dẫn lấy mẫu và phóng to.
Nhưng câu chuyện số hóa một tín hiệu không chỉ dừng lại ở việc lấy mẫu, còn một bước khác liên quan được gọi là Lượng tử hóa.
Lượng tử hóa là gì
Lượng tử hóa ngược lại với lấy mẫu. Nó được thực hiện trên trục y. Khi bạn lượng tử hóa một hình ảnh, bạn thực sự đang chia tín hiệu thành các lượng tử (phân vùng).
Trên trục x của tín hiệu, là các giá trị tọa độ và trên trục y, chúng ta có biên độ. Vì vậy, số hóa các biên độ được gọi là Lượng tử hóa.
Đây là cách nó được thực hiện
Bạn có thể thấy trong hình ảnh này, rằng tín hiệu đã được định lượng thành ba mức khác nhau. Điều đó có nghĩa là khi chúng tôi lấy mẫu một hình ảnh, chúng tôi thực sự thu thập rất nhiều giá trị và trong quá trình lượng tử hóa, chúng tôi đặt các mức cho các giá trị này. Điều này có thể rõ ràng hơn trong hình ảnh bên dưới.
Trong hình minh họa khi lấy mẫu, mặc dù các mẫu đã được lấy, nhưng chúng vẫn trải dài theo chiều dọc đến một dải giá trị mức xám liên tục. Trong hình trên, các giá trị dao động theo chiều dọc này đã được lượng tử hóa thành 5 mức hoặc phân vùng khác nhau. Phạm vi từ 0 đen đến 4 trắng. Mức độ này có thể thay đổi tùy theo loại hình ảnh bạn muốn.
Mối quan hệ của lượng tử hóa với mức xám đã được thảo luận thêm dưới đây.
Mối quan hệ của Lượng tử hóa với độ phân giải mức xám:
Hình trên có 5 mức xám khác nhau. Có nghĩa là hình ảnh được hình thành từ tín hiệu này sẽ chỉ có 5 màu khác nhau. Nó sẽ là một hình ảnh đen trắng ít nhiều với một số màu xám. Bây giờ nếu bạn muốn làm cho chất lượng của hình ảnh tốt hơn, có một điều bạn có thể làm ở đây. Đó là, để tăng mức độ hoặc độ phân giải mức xám lên. Nếu bạn tăng mức này lên 256, có nghĩa là bạn có một hình ảnh tỷ lệ xám. Tốt hơn nhiều so với hình ảnh đen trắng đơn giản.
Bây giờ 256, hoặc 5 hoặc mức mà bạn chọn từng được gọi là mức xám. Hãy nhớ công thức mà chúng ta đã thảo luận trong hướng dẫn trước về độ phân giải mức xám là,
Chúng ta đã thảo luận rằng mức xám có thể được xác định theo hai cách. Đó là hai.
- Mức xám = số bit trên mỗi pixel (BPP). (K trong phương trình)
- Mức xám = số mức trên mỗi pixel.
Trong trường hợp này, chúng ta có mức xám bằng 256. Nếu chúng ta phải tính số bit, chúng ta chỉ cần đưa các giá trị vào phương trình. Trong trường hợp 256 mức, chúng tôi có 256 sắc thái khác nhau của màu xám và 8 bit trên mỗi pixel, do đó hình ảnh sẽ là hình ảnh tỷ lệ xám.
Giảm mức xám
Bây giờ chúng ta sẽ giảm mức xám của ảnh để xem hiệu ứng trên ảnh.
Ví dụ
Giả sử bạn có một hình ảnh 8bpp, có 256 cấp độ khác nhau. Đó là một hình ảnh thang độ xám và hình ảnh trông giống như thế này.
256 mức xám
Bây giờ chúng ta sẽ bắt đầu giảm mức xám. Đầu tiên, chúng tôi sẽ giảm mức xám từ 256 xuống 128.
128 cấp độ xám
Không có nhiều ảnh hưởng đến hình ảnh sau khi giảm mức xám xuống một nửa. Hãy giảm thêm một số nữa.
64 mức xám
Vẫn không có nhiều tác dụng, sau đó hãy giảm mức độ nhiều hơn.
32 cấp độ xám
Ngạc nhiên khi thấy rằng vẫn còn một số tác dụng nhỏ. Có thể là do lý do, rằng đó là bức tranh của Einstein, nhưng hãy giảm mức độ nhiều hơn.
16 cấp độ xám
Bùng nổ ở đây, chúng tôi bắt đầu, hình ảnh cuối cùng cũng tiết lộ, rằng nó được ảnh hưởng bởi các cấp độ.
8 cấp độ xám
4 mức xám
Bây giờ trước khi giảm nó, thêm 2 mức nữa, bạn có thể dễ dàng nhận thấy rằng hình ảnh đã bị bóp méo nặng do giảm mức xám. Bây giờ chúng ta sẽ giảm nó xuống còn 2 cấp, không có gì khác ngoài cấp độ đen và trắng đơn giản. Nó có nghĩa là hình ảnh sẽ là hình ảnh đen trắng đơn giản.
2 mức xám
Đó là mức cuối cùng mà chúng ta có thể đạt được, bởi vì nếu giảm thêm nữa, nó sẽ chỉ đơn giản là một hình ảnh đen, không thể giải thích được.
Đường viền
Có một quan sát thú vị ở đây, đó là khi chúng ta giảm số lượng mức xám, có một loại hiệu ứng đặc biệt bắt đầu xuất hiện trong ảnh, có thể thấy rõ trong bức ảnh 16 mức xám. Hiệu ứng này được gọi là Contouring.
Iso đường cong ưu tiên
Câu trả lời cho hiệu ứng này, rằng tại sao nó lại xuất hiện, nằm trong các đường cong ưu tiên Iso. Chúng được thảo luận trong hướng dẫn tiếp theo của chúng tôi về Đường cong tùy chọn Contouring và Iso.