Základy obrazového inženýrství

Základy obrazového inženýrství

• Geometrická optika (zrcadla, čočky, princip oka, optické vady, optické přístroje)

• Vlnová optika (interferenční mikroskop, holografie)

• Kvantová optika (kvantové generátory, fotoelektronické součástky, snímací a zobrazovací elektronky, CCD a CMOS prvky)

• Digitalizace obrazů (skenery, digitální fotoaparáty a kamery, elektrofotografie, tiskárny)

• Správa barev (Color Management)

• Základy obrazové analýzy (harmonická a waveletová analýza, fraktální analýza)

Praktikum z obrazového inženýrství

• Harmonická a waveletová transformace (fraktální analýza)

• Geometrická optika (optický mikroskop, vady čoček)

• Vlnová optika (interferenční mikroskop)

• Skenery (rozlišovací schopnost a barevné podání)

• Digitální fotoaparáty a kamery (videopresentace)

Ukončení předmětu

• Projekt: Principy barev (příspěvek ve Wordu + presentace v Power Pointu)

• Presentace před publikem

• Ústní zkouška

• Protokoly jednotlivých úloh

• Videopresentace

• Klasifikovaný zápočet

Světlo a optika

• Historie zkoumání vlastností světla Měření rychlosti světla

• Geometrická a vlnová optika

• Kvantová optika

John Gribin: Pátrání po Schrodingerově kočce, Schrodingerova koťata)

Geometrická optika

• Roviná a sférická zrcadla

• Rovinné a sférické lámavé plochy

• Konkávní a konvexní čočky

http://www.livinggraphs.com/enu/

Základní druhy čoček • Spojka

• Rozptylka

Zobrazení pomocí čoček

• Zásady průchodu paprsků čočkou:

Paprsek jdoucí středem se neláme.

Paprsek směřující do ohniska vychází rovnoběžně s osou.

Paprsek jdoucí rovnoběžně s osou vychází směrem z ohniska.

• Rovnice čočky: 1/a + 1/b = 1/f

• Newtonova rovnice: Z1 * Z2 = f2

• Optická mohutnost čočky: D = 1/f [D] = dioptrie

f1, f2 = ohniskové vzdálenosti F1, F2 = ohniska a, b = vzdálenost předmětu resp. obrazu od čočky Z1, Z2 = vzdálenost předmětu resp. obrazu od ohniska

Vady optických zobrazovacích prvků

Monochromatické vady čoček

• Zklenutí obrazového pole

Originální obraz Rozostření horizontálních linek

Rozostření vertikálních linek

• Astigmatismus

• Asymetrická vada (koma)

• Zkreslení (distorze)

• Zkreslení (distorze)

Pozitivní zakřivení Negativní zakřivení

• Sférická (otvorová) vada

• Sférická (otvorová) vada

Chromatické vady čoček

Chromatické vady čoček

Odstranění monochromatických vad čoček

• Zkreslení (vyborcení) kresby – tato vada se nedá odstranit.

• Koma – lze zmírnit cloněním.

• Astigmatismus – lze zmírnit cloněním. Nejsvětlejší a nejdokonalejší ze všech achromatických objektivů je anastigmát, u něj se podařilo odstranit právě zmíněný astigmatismus. Anastigmáty se mohou skládat ze tří až osmi čoček, které zčásti stojí buď volně, nebo jsou stmeleny kanadským balzámem.

• Zklenutí obrazového pole – Vada se zmírní, zacloníme-li objektiv.

• Otvorová (sférická) vada – Pomoci si můžeme cloněním, ale může se stát, že jeden a týž objektiv kreslí při střední cloně mnohem ostřeji, než když ho silněji zacloníme. To se může stát i u moderních objektivů, zvláště u světelných anastigmátů. Vysvětluje se to tím, že do korektury objektivů musela být zahrnuta i rozsáhlá okrajová pásma objektivu, což zase mohlo být provedeno jen na úkor středu, s nímž pracujeme při nastavení na velmi malá clonová čísla.

• Za vadu zobrazení v pravém slova smyslu nelze považovat vadu zvanou “vinětace”. Je to vada, která se projevuje dvěma způsoby: buď rozostřením obrazu v rozích snímku, nebo tím, že je snímek v rozích tmavý či úplně černý. První varianta je způsobena nízkou kvalitou čočky, která není schopna vykreslit ostrý obraz až do rohů obrazu. Vadu nelze

odstranit a trpí jí hlavně levné kompakty.

• Druhá varianta vinětace je způsobena buď podobně jako varianta první (nekvalitní čočky), nebo použitím sluneční clony, která má menší zorný úhel než snímací objektiv; použijeme-li clonu pro objektiv 50 mm na objektiv 35 mm, budou rohy obrazu černé, protože clona je v objektivu vidět. Jediným předpokladem pro úspěšné použití sluneční clony tedy není jen velikost závitu, ale také zorný úhel, který - pokud nejde o clonu pro základní objektiv - by měl být vyznačen na objímce clony, popřípadě na jejím obalu.

Odstranění chromatické vady

• Kombinace čoček z různých skel (flintové, korunové)

• Dvojčočkové - achromatické - objektivy kompenzují barevnou vadu pro dvě vlnové délky světla.

• Dokonalejší tříčočkové – apochromatické - objektivy kompenzují barevnou vadu pro tři vlnové délky.

• Achromát (krajinářská čočka) je bez barevné chromatické vady. Skládá se z jedné spojky a jedné rozptylky. V této kombinaci dvou čoček byly použity dva druhy skla o různém indexu lomu.

• Aplanát je kombinací dvou achromátů. Barevná chromatická vada je také odstraněna, dále je odstraněna i sférická (kulová) vada.

Optické vady zrcadel

- sférická

- geometrické zkreslení

- zklenutí pole

- koma

- astigmatismus

• Zrcadla nemají barevnou vadu = světlo jimi neprochází, ale odráží se od nich.