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分形/质量

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来自维基教科书，开放世界中的开放书籍
   Images with high image quality are instantly pleasing to the eye.[1]



If you are interested in high-quality rendering, you might wonder if the images displayed on your CRT, LCD, film, or paper will result in light patterns that are similar enough to the "real world" situation so that your eye will perceive them as realistic. You may be surprised to learn that there are several steps in the digital image creation pipeline where things can go awry. [2]




当谈论二维静态图像（计算机图形，非照片数字图像），特别是分形图像时，图像质量意味着什么？

影响质量的因素包括链中的所有元素：[3]

提示

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如何制作更好的图像

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如何制作更好的图像[5]

如何创建逼真的二维静态图像（主要由 Andy Ritger）[6]

  • 高于标准（SD）像素分辨率（HD、UHD、“4K”和“8K”）
  • 高于标准每个颜色通道的位深度（现在的标准是 8 位深度）：所以 10 位是新的目标（另见数字类型和精度）
  • 更宽的 色域（WCG）：表达比今天更广泛的色彩范围（BT.2020 色域）
  • 高动态范围 (HDR)：表达比今天更广泛的亮度范围（参见 AVIF 文件类型）

提示 (由 Paul Bourke)

  • 以 16 位而非 8 位整数或浮点数进行分形创建，用于每个像素计算
  • 通过 超级采样 每个最终像素来应用抗锯齿（渲染图像的 30,000 像素版本）
  • 使用梯度图在分形创建之外进行所有 颜色 操作，这使您能够独立于创建做出外观决策

提示（由 3DickUlus）

  • “使用每个像素 100 个样本，因此以小的随机抖动（以亚像素大小移动）渲染了完整的图像 100 次，并累积结果，这给出了非常好的 抗锯齿”。3DickUlus

提示（由 quaz0r）

  • 使用归一化的浮点数：0 到 1 之间的值
  • 使用可以将这些值作为输入和输出到任何格式的图像 I/O 库
  • 在程序内部将样本平均在一起，而不是使用外部程序
  • 泊松圆盘采样（蓝色噪声）是最佳采样模式

检查从应用程序到显示器的链中的所有元素是否已准备好:

是什么导致图像质量差？

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是什么导致图像质量好？

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  • 看起来不错，并且立即令人赏心悦目
  • 没有 质量差的迹象
  • 看起来很逼真
  • 应突出显示数据的特征，而不应突出显示仅存在于渐变本身的特征 = 避免扭曲数据（如果它是科学可视化而不是分形艺术）

如何检查图像质量？

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  • 视觉上，如果它看起来不错，并且立即令人赏心悦目
  • 使用缩放功能检查失真、瑕疵

如何设置最佳观看条件？

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网络浏览器颜色管理测试

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如何制作分形图像的优质印刷品

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印刷技巧


如何让我的显示器与打印机匹配？[7]

分辨率和尺寸

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图像分辨率质量的视觉评级[8]

  • 良好：在不放大时，像素不可见
  • 差：在不放大时，像素可见（像素化）

分辨率：图像分辨率（以每英寸像素数 (PPI) 测量[9]）描述了图像包含的细节。该术语适用于光栅数字图像、胶片图像和其他类型的图像。分辨率越高，图像细节越多。（作者：Becky J. Ritchie）

另请参见

分辨率的度量:[10]

  • DPI：每英寸点数。用于打印和扫描，指的是一英寸横线上墨点的数量。它是空间打印或扫描器点密度的度量。特别指的是在一英寸（2.54 厘米）范围内在一行中可以放置的单个点的数量。类似地，每厘米点数 (D/cm 或 DPcm) 指的是在一厘米（0.394 英寸）范围内在一行中可以放置的单个点的数量。
  • PPI：每英寸像素数。描述了显示分辨率。用于显示（网络、显示器和视频制作）。像素是视频屏幕上的一个点
  • LPI：每英寸线数。用于半色调，指的是网格中线条之间的距离
  • Good quality resolution and it's pixelated zoomed version
    高质量分辨率及其像素化缩放版本
  • Difference between image pixel and screen pixel
    图像像素和屏幕像素之间的区别
  • Different screen resolutions
    不同的屏幕分辨率
  • The same image with different resolutions
    相同图像的不同分辨率

如何计算 PPI

尺寸和分辨率之间的区别[11]

  • 图像尺寸（以像素表示 = 水平分辨率 x 垂直分辨率）显示了图像中包含的信息量
  • 图像分辨率与打印或显示有关

示例

  • 最终打印或显示尺寸需要 300 dpi @ 5”x7”。这意味着图像应为 1500x2100 或更大
  • 最终打印或显示尺寸需要 300 dpi @ 8”x10”。这意味着图像应为 2400x3000 或更大

打印图像的质量取决于两点

  • 打印机的功能（DPI）
  • 原始图像分辨率（尺寸）

显示图像的质量取决于

  • 显示器的功能（PPI）
  • 缩放系数
  • 原始图像分辨率（尺寸）

分辨率类型

  • 空间（可识别最小物体的尺寸，以毫米计），可能也分为水平和垂直
  • 对比度（可识别物体之间的最小对比度）
  • 时间（对于移动的，非静态图像，以毫秒计的最小时间）

压缩

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数据压缩

  • 数据压缩
  • Uncompressed (Highest quality) PNG
    未压缩（最高质量）PNG
  • Low-compression (High quality) PNG
    低压缩（高质量）PNG
  • High-compression (Low quality) JPG
    高压缩（低质量）JPG
  • 比较 JPEG 中的有损压缩和无损压缩
  • Lossy JPG and lossless PNG
    有损 JPG 和无损 PNG

位深度

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RGB 色立方体：3、6、9、15 和 18 位

灰度：2、3、4、6 和 8 位

  • 五种不同的颜色深度下的相同图像，显示了生成的（压缩）文件大小。8 位及以下使用自适应调色板，因此质量可能比某些系统提供的更好。
  • '"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"' direct colors 98 KB
    24 bit.png 直接颜色
    98 KB
  • '"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"' indexed colors 37 KB (−62%)
    8 bit.png 索引颜色
    37 KB （−62%）
  • '"`UNIQ--postMath-00000003-QINU`"' colors 13 KB (−87%)
    4 bit.png 颜色
    13 KB （−87%）
  • '"`UNIQ--postMath-00000004-QINU`"' colors 6 KB (-94%)
    2 bit.png 颜色
    6 KB (-94%)
  • '"`UNIQ--postMath-00000005-QINU`"' colors 4 KB (-96%)
    1 bit.png 颜色
    4 KB (-96%)

每个颜色通道的位深度是多少（精度和数字类型）？[12]

  • 那么您到底需要多少位？[13]
    • 在互联网上共享需要多少位？8 位
    • 扫描需要多少位？当查看透明度发现阴影有问题时，我会导入 48 位 RAW 图像，因为我想最大程度地利用优势
    • 打印需要多少位？对于最终输出，8 位就足够了，但如果您的打印机支持，请使用 16 位
    • 颜色空间如何影响位深度？颜色空间（色域）与位深度相关。
    • 图像处理应该使用多少位？使用 32 位来处理 HDR 文件
      • 在 GIMP 中编辑时应该选择哪种精度？选择 32 位浮点精度可以充分利用 GEGL 的 32 位浮点处理。提供 64 位精度主要是为了方便导入和导出用于科学编辑的极高位精度图像[14]
    • 您可以看到多少位？10 位梯度对于显示来说是可以的（没有肉眼可见的色带）
    • 为什么要使用比您能看到的位数更多的位数？为了避免数值误差在图像编辑（图像处理）过程中产生视觉误差

从应用程序到显示器，让 10 位颜色深度在整个链路上起作用的技巧，需要所有元素都支持它（作者：Ted Lansing）。这包括：[15]

  • 硬件
    • 显卡
    • 视频连接
    • 显示器
  • 软件
    • 应用程序
    • 操作系统
    • 显卡驱动程序

更多描述

目标目的地

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图像的技术目的地

  • 用于显示 (RGB)
    • 高质量显示（全尺寸图像，不压缩或使用无损压缩）
    • 预览（缩小图像，即使质量降低，也要最大程度地压缩）
  • 用于打印 (CMYK)
  • 用于归档（全尺寸图像，不压缩或使用无损压缩，包含所有颜色空间版本）：EXR、TIFF

图像的应用

  • 艺术 (自由艺术)：花哨的可视化效果，图像应该有趣且赏心悦目
  • 设计（应用艺术）
  • 科学（科学可视化）
    • 颜色渐变应突出显示数据特征，而不应突出显示仅存在于渐变本身的特征。
    • 颜色渐变应在感知上是统一的。统一性：感知到的颜色差异必须准确反映数值数据的差异。
    • 指标：使用户能够准确读取数据中的绝对值 = 值读取任务
    • 形式：渐变应使用户能够正确感知形状 = 模式感知
    • 顺序：颜色映射必须保留数据中的顺序。
    • 分离：不同的数据必须以不同的方式感知。
    • 色觉缺陷 (CVD) 友好 = 色盲人士可访问
    • 打印友好
    • 复印安全

黑色

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  • 黑色 (0,0,0,100) 不是黑色；它是一个深灰色。它是灰色的原因，而不是黑色的，是因为墨水被纸张部分吸收了......因此，关键黑色的灰度相对于纸张的特性：报纸吸墨很多，而光面涂层纸可能不会。
  • “内置黑色”或“浓郁黑色”。这通常是类似于 60/60/40/100 或 40/30/30/100 [16]

白色

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图形工作站

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软件

  • 成像系统
  • 色彩管理系统

HDR 处理 (HDRI)

  • 渲染图形 (HDRR)
    • HDR 色调映射
    • HDR 编码
  • 显示图形



我在 PC 上需要什么才能实现 HDR？[17] 具有以下功能的显示器

  • 高最大亮度，理想情况下为 1000cd/m2，但至少为 600cd/m2+（如果不是）
  • 至少覆盖 90% 的 DCI-P3 色彩空间
  • 10 位面板



硬件

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推荐（作者：Matt Smith） 关于在 PC 上实现出色 HDR 所需内容的建议

  • 已获得 DisplayHDR 1000 认证 的显示器或优质 HDR 电视。
  • 来自 AMD RX 400、Nvidia GTX 900 系列或 Intel 第 7 代酷睿或更高版本中找到的 Intel 集成显卡的显卡
  • HDMI 2.0a、DisplayPort 1.4 或 Thunderbolt 4 连接或更高版本
  • HEVC 高效率视频编码
  • HDR 内容，例如与 HDR 兼容的游戏或流媒体服务或 HDR 图像（照片或数字图形）

图形工作站

扫描仪:

  • 佳能： 彩色 48 位输入/24 位输出，灰度 16 位输入/8 位输出
  • “我在我的 Imacon Photo 扫描仪上以 48 位模式扫描了这个透明片，因为我想收集尽可能多的数据来处理。完成曲线和颜色平衡调整后，我将其转换为 24 位以进行打印和网络显示”。（作者：Michael Reichmann）[18]

显示器 3 个级别的显示器亮度

  • 如果它们的峰值亮度低于 300 尼特，则为低亮度
  • 如果它们的峰值亮度在 300 到 350 尼特之间（SDR），则为标准亮度
  • 如果它们的峰值亮度高于 350 尼特（HDR），则为高亮度
  • 请注意，人类可以检测到低至 0.000001 尼特和高至 100,000,000 尼特的亮度级别。
如何校准您的显示器
校准的原因是什么？
  • 如果屏幕和打印机已校准，则叶子中的绿色、照片和打印将看起来相同。

校准目标

  • 白点
  • 灰色的中性
  • 色调响应的可预测性和一致性


如何测试您的显示器（显示器、投影仪）以查看是否支持 HDR

显示器要求

端口和电缆


示例

华硕 ProArt

  • 鼠标：ProArt 鼠标 MD300 : 高达 4200 dpi 传感器分辨率和高达 1000 Hz 投票率
  • 显示器：华硕 ProArt 显示器 PA32UCX-PK 4K HDR IPS Mini LED：全球首款 HDR 1600 尼特和 120 Hz 显示器（3000 美元）
    • 32ʺ 4K 120 Hz 显示器，具有真正的 10 位色彩
    • 1600 尼特的峰值亮度和 1000 尼特的持续亮度
    • Delta E < 1 色彩准确度/硬件校准
    • 杜比视界®、HDR10 和 HLG 支持
    • 附带 X-rite i1 Display Pro
  • 主板：ProArt B660-Creator D4（200 美元）


Apple 32 英寸 Pro Display XDR，带视网膜 6K 显示屏 - 标准玻璃

  • 32 英寸 LCD 显示屏，带视网膜 6K 分辨率（6016 x 3384 像素）
  • Pro 支架和 VESA 安装适配器单独出售
  • 极端动态范围 (XDR)
  • 亮度：1000 尼特的持续亮度，1600 尼特的峰值亮度
  • 对比度：1,000,000:1
  • P3 广色域，10 位色彩深度

软件

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色彩管理系统 (CMS):[22][23]

  • 与设备无关的色彩空间
  • 每个设备的 ICC 配置文件（即打印机、扫描仪、显示器、数码相机等）：输入和输出配置文件
  • 色彩匹配模块 (CMM)
  • 色彩工作流程

示例

  • Linux_color_management
    • Little CMS - 开源小型 CMS，特别关注准确性和速度。
  • Apple 的色彩管理系统称为 ColorSync
  • Microsoft 的称为 Image Color Management

操作系统设置

网络浏览器

  • chrome flags：强制颜色配置文件
    • brave://flags/

库

  • 图像 I/O 库，可以将这些值作为输入和输出到任何格式。这可以包括不同的位深度、HDR 和不同的色彩空间
    • OpenImageIO = 使用与格式无关的 API 读取、写入和处理各种文件格式的图像
  • 图像处理
    • ImageJ：数据类型：8 位灰度或索引颜色、16 位无符号整数、32 位浮点数和 RGB 颜色

图像处理程序:

RAW 文件编辑器[24][25]

  • RawTherapee
  • Rawstudio
  • DigiKam
  • Darktable
  • Filmulator
  • Photivo
  • LightZone
  • Shotwell
  • UFRaw

数字精度和类型 在 GIMP 中：[26]

  • 整数精度选项
    • 8 位整数
    • 16 位整数
    • 32 位整数
  • 浮点精度选项
    • 16 位浮点数
    • 32 位浮点数

图像文件类型 - 高动态范围文件格式 - 32 位/像素 HDR 图像

  • AVIF 是一种由开放媒体联盟开发的文件格式。它是一个开放标准，已经在主要的网络浏览器中获得了相当广泛的支持，用于标准图像。AVIF 提供了比 JPG 更多的优势
  • PNG 支持 1、2、4、8 和 16 位灰度，以及 8 位和 16 位/样本（即 24 位和 48 位）真彩色支持
  • PFM 文件 - 用于 HDR 图像的浮点图像格式
  • EXR (OpenEXR): 16 位 OpenEXR 文件可以被认为是在一般情况下颜色精度/文件大小之间的一个很好的折衷方案[27] OpenEXR 支持使用以下颜色深度：16 位浮点数（半精度）、32 位浮点数和 32 位无符号整数
  • TIFF
  • RGBE 图像格式或 Radiance HDR 是一种由 Gregory Ward Larson 为 Radiance 渲染系统发明的图像格式。它将像素存储为 RGB（红、绿和蓝）值的每个字节，以及一个共享的指数字节。因此，它每个像素存储 4 个字节。

最后说明

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现在大多数硬件/软件都在使用 8 位颜色通道，一些显示器/电视拥有 10 位。


缩略语

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  • HDR = 高动态范围
  • ICC = 国际色彩联盟
  • IPT
    • IPT 颜色外观模型
    • 图像处理变换
  • CMS
    • 颜色管理系统，一个用于计算机控制颜色表示的系统
    • CMS = 颜色匹配系统 = 色标系统分类 中的行业标准 = 用于构建、共享和保存智能颜色调色板的工具
      • PMS = 潘通配色系统
  • CMM = 颜色匹配模块
  • CRI = 颜色渲染指数[28]
  • RIP = 光栅图像处理
  • OBA = 光学增白剂
  • CMYK

IPT 组件

  • I（“强度”）组件是代表视频亮度的亮度组件
  • CT : 蓝色-黄色（得名于原色盲）色度组件
  • P : 红色-绿色（得名于原色盲）色度组件



正式的国际标准机构

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  • CIE - 国际照明委员会
    • 第一分部 : 视觉和色彩
    • 第二分部 : 光和辐射的测量
    • 第八分部 : 成像
  • IEC - 国际电工委员会
    • TC100/PT61966 - 颜色管理
  • ISO - 国际标准化组织
    • TC6 - 纸张、纸板和纸浆
    • TC36 - 电影摄影
    • TC42 - 摄影
      • PMAI - 美国技术咨询组
      • PIMA
    • TC130 - 图形艺术
      • NPES - 美国技术咨询组
  • ITU - 国际电信联盟
    • ITU-R - 无线电通信部门
    • ITU-T - 电信标准化部门
      • SG16 - 第 16 研究组 - 多媒体服务和系统
  • JTC1 - IEC/ISO 联合技术委员会 1
    • SC24 - 计算机图形学和图像处理
    • SC28 - 办公设备
    • SC29 - JPEG、MPEG 等


行业联盟和协会

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  • AIC - 国际色彩协会
  • ANSI - 美国国家标准学会
  • APCL - 专业色彩实验室协会
  • ASTM - 美国材料与试验协会
  • ATSC - 高级电视系统委员会
  • CGATS - 图形艺术技术标准委员会
  • DIG - 数字成像组（FlashPix 和 IIP 的母公司）
  • EBU - 欧洲广播联盟
  • EIA - 电子工业联盟
  • FOGRA - Forschungsgesellschaft Druck（德国图形艺术研究机构）
  • GATF - 图形艺术技术基金会
  • ICC - 国际色彩联盟
  • ISCC - 跨学会色彩委员会
  • IETF - 互联网工程任务组
  • IFRA - 国际报业和媒体技术协会
  • JEIDA - 日本电子工业发展协会
  • JBMA
  • MITI
  • NIST - 国家标准与技术研究院
  • NPES - 印刷和出版技术供应商协会
  • NTA - 国家技术联盟
  • NIDL - 国家信息显示实验室
  • PIMA（ISO TC42 的美国技术咨询组）
  • PIRA - 信息和出版集团
  • SIGGRAPH - 计算机图形学领域 ACM 特别兴趣小组
  • SMPTE - 电影和电视工程师协会
  • SWOP - 胶印出版物规格
  • TWAIN - 没有有趣名称的技术（或工具包）
  • UGRA - Verein zur Förderung wissenschaftlicher Untersuchungen in der grafischen Industrie
  • VESA - 视频电子标准协会
  • VRML - 虚拟现实建模语言联盟
  • W3C - 万维网联盟
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参考文献

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  1. ↑ Shuttermuse 词汇表：图像质量 = 当谈论摄影时，图像质量是什么意思？
  2. ↑ developer.nvidia gpugems3：重要的是线性
  3. ↑ Shuttermuse 词汇表：图像质量
  4. ↑ Eizo：HDR 的来龙去脉
  5. ↑ FractalForums.org：制作高质量图像的技巧
  6. ↑ Linux 和高动态范围（HDR）显示（作者：Andy Ritger，2016 年）
  7. ↑ colorwiki：如何使我的显示器与我的打印机匹配
  8. ↑ Slideshare：数字图形技术（作者：Becky J. Ritchie）
  9. ↑ howtogeek : 什么是像素密度，它如何影响图像质量
  10. ↑ marketing-partners：图像分辨率和质量，你需要知道什么
  11. ↑ DFStudio：数字图像大小和分辨率，你需要知道什么？
  12. ↑ Parker photographic：GIMP 位深度完整指南（2021 年）
  13. ↑ Petapixel 8、12、14 对比 16 位深度：你真正需要什么？（作者：Greg Benz，2018 年 9 月 19 日）
  14. ↑ NineDegreesBelow：高位深度 GIMP 用户指南（作者：Elle Stone）
  15. ↑ Ted Lansing：10 位颜色深度和 Adobe Photoshop CS6
  16. ↑ graphicdesign stackexchange 问题：在为 CMYK 打印设计时应该使用哪种黑色？
  17. ↑ 什么是 HDR，我如何在 PC 上获得 HDR？我们的 HDR 指南包含所有内容 Katharine Castle 头像 特色 作者：Katharine Castle 主编 发布于 2018 年 7 月 9 日
  18. ↑ 位深度（作者：Michael Reichmann，2011 年 12 月 2 日）
  19. ↑ Eizo：像素密度 4K
  20. ↑ Eizo：DisplayPort 到 D-sub
  21. ↑ Eizo：现代视频输入
  22. ↑ 计算机暗房：颜色管理（作者：Ion Lyons）
  23. ↑ EIZO：色彩管理系统 (CMS)
  24. ↑ Itsfoss：Linux 上 6 个最佳免费开源 RAW 图像处理工具（作者：Ambarish Kumar，2021 年 2 月 4 日）
  25. ↑ BetterTechtips：Linux 上 7 个最佳编辑 RAW 照片的应用程序（作者：Aliko Sunawang，2018 年 9 月 23 日）
  26. ↑ Docs GIMP 2.10：GIMP 图像精度
  27. ↑ 位深度颜色精度在栅格图像中（作者：Denis Kozlov）
  28. ↑ 休斯顿大学的色彩渲染意图
摘自 "https://wikibooks.cn/w/index.php?title=Fractals/quality&oldid=4409161"
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