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分形/質量

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來自華夏公益教科書
   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]




當談論二維靜態影像（計算機圖形，非照片數字影像），特別是分形影像時，影像質量意味著什麼？

影響質量的因素包括鏈中的所有元素：[3]

提示

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如何製作更好的影像

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如何製作更好的影像[5]

如何建立逼真的二維靜態影像（主要由 Andy Ritger）[6]

  • 高於標準（SD）畫素解析度（HD、UHD、“4K”和“8K”）
  • 高於標準每個顏色通道的位深度（現在的標準是 8 位深度）：所以 10 位是新的目標（另見數字型別和精度）
  • 更寬的 色域（WCG）：表達比今天更廣泛的色彩範圍（BT.2020 色域）
  • 高動態範圍 (HDR)：表達比今天更廣泛的亮度範圍（參見 AVIF 檔案型別）

提示 (由 Paul Bourke)

  • 以 16 位而非 8 位整數或浮點數進行分形建立，用於每個畫素計算
  • 透過 超級取樣 每個最終畫素來應用抗鋸齒（渲染影像的 30,000 畫素版本）
  • 使用梯度圖在分形建立之外進行所有 顏色 操作，這使您能夠獨立於建立做出外觀決策

提示（由 3DickUlus）

  • “使用每個畫素 100 個樣本，因此以小的隨機抖動（以亞畫素大小移動）渲染了完整的影像 100 次，並累積結果，這給出了非常好的 抗鋸齒”。3DickUlus

提示（由 quaz0r）

  • 使用歸一化的浮點數：0 到 1 之間的值
  • 使用可以將這些值作為輸入和輸出到任何格式的影像 I/O 庫
  • 在程式內部將樣本平均在一起，而不是使用外部程式
  • 泊松圓盤取樣（藍色噪聲）是最佳取樣模式

檢查從應用程式到顯示器的鏈中的所有元素是否已準備好:

是什麼導致影像質量差？

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是什麼導致影像質量好？

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  • 看起來不錯，並且立即令人賞心悅目
  • 沒有 質量差的跡象
  • 看起來很逼真
  • 應突出顯示資料的特徵，而不應突出顯示僅存在於漸變本身的特徵 = 避免扭曲資料（如果它是科學視覺化而不是分形藝術）

如何檢查影像質量？

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  • 視覺上，如果它看起來不錯，並且立即令人賞心悅目
  • 使用縮放功能檢查失真、瑕疵

如何設定最佳觀看條件？

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網路瀏覽器顏色管理測試

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如何製作分形影像的優質印刷品

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印刷技巧


如何讓我的顯示器與印表機匹配？[7]

解析度和尺寸

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影像解析度質量的視覺評級[8]

  • 良好：在不放大時，畫素不可見
  • 差：在不放大時，畫素可見（畫素化）

解析度：影像解析度（以每英寸畫素數 (PPI) 測量[9]）描述了影像包含的細節。該術語適用於光柵數字影像、膠片影像和其他型別的影像。解析度越高，影像細節越多。（作者：Becky J. Ritchie）

另請參見

解析度的度量:[10]

  • DPI：每英寸點數。用於列印和掃描，指的是一英寸橫線上墨點的數量。它是空間列印或掃描器點密度的度量。特別指的是在一英寸（2.54 釐米）範圍內在一行中可以放置的單個點的數量。類似地，每釐米點數 (D/cm 或 DPcm) 指的是在一釐米（0.394 英寸）範圍內在一行中可以放置的單個點的數量。
  • PPI：每英寸畫素數。描述了顯示解析度。用於顯示（網路、顯示器和影片製作）。畫素是影片螢幕上的一個點
  • LPI：每英寸線數。用於半色調，指的是網格中線條之間的距離
  • Good quality resolution and it's pixelated zoomed version
    高質量解析度及其畫素化縮放版本
  • Difference between image pixel and screen pixel
    影像畫素和螢幕畫素之間的區別
  • Different screen resolutions
    不同的螢幕解析度
  • The same image with different resolutions
    相同影像的不同解析度

如何計算 PPI

尺寸和解析度之間的區別[11]

  • 影像尺寸（以畫素表示 = 水平解析度 x 垂直解析度）顯示了影像中包含的資訊量
  • 影像解析度與列印或顯示有關

示例

  • 最終列印或顯示尺寸需要 300 dpi @ 5”x7”。這意味著影像應為 1500x2100 或更大
  • 最終列印或顯示尺寸需要 300 dpi @ 8”x10”。這意味著影像應為 2400x3000 或更大

列印影像的質量取決於兩點

  • 印表機的功能（DPI）
  • 原始影像解析度（尺寸）

顯示影像的質量取決於

  • 顯示器的功能（PPI）
  • 縮放係數
  • 原始影像解析度（尺寸）

解析度型別

  • 空間（可識別最小物體的尺寸，以毫米計），可能也分為水平和垂直
  • 對比度（可識別物體之間的最小對比度）
  • 時間（對於移動的，非靜態影像，以毫秒計的最小時間）

壓縮

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資料壓縮

  • 資料壓縮
  • Uncompressed (Highest quality) PNG
    未壓縮（最高質量）PNG
  • Low-compression (High quality) PNG
    低壓縮（高質量）PNG
  • High-compression (Low quality) JPG
    高壓縮（低質量）JPG
  • 比較 JPEG 中的有失真壓縮和無失真壓縮
  • Lossy JPG and lossless PNG
    有損 JPG 和無損 PNG

位深度

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RGB 色立方體：3、6、9、15 和 18 位

灰度：2、3、4、6 和 8 位

  • 五種不同的顏色深度下的相同影像，顯示了生成的（壓縮）檔案大小。8 位及以下使用自適應調色盤，因此質量可能比某些系統提供的更好。
  • '"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"' direct colors 98 KB
    24 bit.png 直接顏色
    98 KB
  • '"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"' indexed colors 37 KB (−62%)
    8 bit.png 索引顏色
    37 KB （−62%）
  • '"`UNIQ--postMath-00000003-QINU`"' colors 13 KB (−87%)
    4 bit.png 顏色
    13 KB （−87%）
  • '"`UNIQ--postMath-00000004-QINU`"' colors 6 KB (-94%)
    2 bit.png 顏色
    6 KB (-94%)
  • '"`UNIQ--postMath-00000005-QINU`"' colors 4 KB (-96%)
    1 bit.png 顏色
    4 KB (-96%)

每個顏色通道的位深度是多少（精度和數字型別）？[12]

  • 那麼您到底需要多少位？[13]
    • 在網際網路上共享需要多少位？8 位
    • 掃描需要多少位？當檢視透明度發現陰影有問題時，我會匯入 48 位 RAW 影像，因為我想最大程度地利用優勢
    • 列印需要多少位？對於最終輸出，8 位就足夠了，但如果您的印表機支援，請使用 16 位
    • 顏色空間如何影響位深度？顏色空間（色域）與位深度相關。
    • 影像處理應該使用多少位？使用 32 位來處理 HDR 檔案
      • 在 GIMP 中編輯時應該選擇哪種精度？選擇 32 位浮點精度可以充分利用 GEGL 的 32 位浮點處理。提供 64 位精度主要是為了方便匯入和匯出用於科學編輯的極高位精度影像[14]
    • 您可以看到多少位？10 位梯度對於顯示來說是可以的（沒有肉眼可見的色帶）
    • 為什麼要使用比您能看到的位數更多的位數？為了避免數值誤差在影像編輯（影像處理）過程中產生視覺誤差

從應用程式到顯示器，讓 10 位顏色深度在整個鏈路上起作用的技巧，需要所有元素都支援它（作者：Ted Lansing）。這包括：[15]

  • 硬體
    • 顯示卡
    • 影片連線
    • 顯示器
  • 軟體
    • 應用程式
    • 作業系統
    • 顯示卡驅動程式

更多描述

目標目的地

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影像的技術目的地

  • 用於顯示 (RGB)
    • 高質量顯示（全尺寸影像，不壓縮或使用無失真壓縮）
    • 預覽（縮小影像，即使質量降低，也要最大程度地壓縮）
  • 用於列印 (CMYK)
  • 用於歸檔（全尺寸影像，不壓縮或使用無失真壓縮，包含所有顏色空間版本）：EXR、TIFF

影像的應用

  • 藝術 (自由藝術)：花哨的視覺化效果，影像應該有趣且賞心悅目
  • 設計（應用藝術）
  • 科學（科學視覺化）
    • 顏色漸變應突出顯示資料特徵，而不應突出顯示僅存在於漸變本身的特徵。
    • 顏色漸變應在感知上是統一的。統一性：感知到的顏色差異必須準確反映數值資料的差異。
    • 指標：使使用者能夠準確讀取資料中的絕對值 = 值讀取任務
    • 形式：漸變應使使用者能夠正確感知形狀 = 模式感知
    • 順序：顏色對映必須保留資料中的順序。
    • 分離：不同的資料必須以不同的方式感知。
    • 色覺缺陷 (CVD) 友好 = 色盲人士可訪問
    • 列印友好
    • 影印安全

黑色

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  • 黑色 (0,0,0,100) 不是黑色；它是一個深灰色。它是灰色的原因，而不是黑色的，是因為墨水被紙張部分吸收了......因此，關鍵黑色的灰度相對於紙張的特性：報紙吸墨很多，而光面塗層紙可能不會。
  • “內建黑色”或“濃郁黑色”。這通常是類似於 60/60/40/100 或 40/30/30/100 [16]

白色

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圖形工作站

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軟體

  • 成像系統
  • 色彩管理系統

HDR 處理 (HDRI)

  • 渲染圖形 (HDRR)
    • HDR 色調對映
    • HDR 編碼
  • 顯示圖形



我在 PC 上需要什麼才能實現 HDR？[17] 具有以下功能的顯示器

  • 高最大亮度，理想情況下為 1000cd/m2，但至少為 600cd/m2+（如果不是）
  • 至少覆蓋 90% 的 DCI-P3 色彩空間
  • 10 位面板



硬體

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推薦（作者：Matt Smith） 關於在 PC 上實現出色 HDR 所需內容的建議

  • 已獲得 DisplayHDR 1000 認證 的顯示器或優質 HDR 電視。
  • 來自 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 整合顯示卡的顯示卡
  • HDMI 2.0a、DisplayPort 1.4 或 Thunderbolt 4 連線或更高版本
  • HEVC 高效率影片編碼
  • HDR 內容，例如與 HDR 相容的遊戲或流媒體服務或 HDR 影像（照片或數字圖形）

圖形工作站

掃描器:

  • 佳能： 彩色 48 位輸入/24 位輸出，灰度 16 位輸入/8 位輸出
  • “我在我的 Imacon Photo 掃描器上以 48 位模式掃描了這個透明片，因為我想收集儘可能多的資料來處理。完成曲線和顏色平衡調整後，我將其轉換為 24 位以進行列印和網路顯示”。（作者：Michael Reichmann）[18]

顯示器 3 個級別的顯示器亮度

  • 如果它們的峰值亮度低於 300 尼特，則為低亮度
  • 如果它們的峰值亮度在 300 到 350 尼特之間（SDR），則為標準亮度
  • 如果它們的峰值亮度高於 350 尼特（HDR），則為高亮度
  • 請注意，人類可以檢測到低至 0.000001 尼特和高至 100,000,000 尼特的亮度級別。
如何校準您的顯示器
校準的原因是什麼？
  • 如果螢幕和印表機已校準，則葉子中的綠色、照片和列印將看起來相同。

校準目標

  • 白點
  • 灰色的中性
  • 色調響應的可預測性和一致性


如何測試您的顯示器（顯示器、投影儀）以檢視是否支援 HDR

顯示器要求

埠和電纜


示例

華碩 ProArt

  • 滑鼠：ProArt 滑鼠 MD300 : 高達 4200 dpi 感測器解析度和高達 1000 Hz 投票率
  • 顯示器：華碩 ProArt 顯示器 PA32UCX-PK 4K HDR IPS Mini LED：全球首款 HDR 1600 尼特和 120 Hz 顯示器（3000 美元）
    • 32ʺ 4K 120 Hz 顯示器，具有真正的 10 位色彩
    • 1600 尼特的峰值亮度和 1000 尼特的持續亮度
    • Delta E < 1 色彩準確度/硬體校準
    • 杜比視界®、HDR10 和 HLG 支援
    • 附帶 X-rite i1 Display Pro
  • 主機板：ProArt B660-Creator D4（200 美元）


Apple 32 英寸 Pro Display XDR，帶視網膜 6K 顯示屏 - 標準玻璃

  • 32 英寸 LCD 顯示屏，帶視網膜 6K 解析度（6016 x 3384 畫素）
  • Pro 支架和 VESA 安裝介面卡單獨出售
  • 極端動態範圍 (XDR)
  • 亮度：1000 尼特的持續亮度，1600 尼特的峰值亮度
  • 對比度：1,000,000:1
  • P3 廣色域，10 位色彩深度

軟體

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色彩管理系統 (CMS):[22][23]

  • 與裝置無關的色彩空間
  • 每個裝置的 ICC 配置檔案（即印表機、掃描器、顯示器、數碼相機等）：輸入和輸出配置檔案
  • 色彩匹配模組 (CMM)
  • 色彩工作流程

示例

  • Linux_color_management
    • Little CMS - 開源小型 CMS，特別關注準確性和速度。
  • Apple 的色彩管理系統稱為 ColorSync
  • Microsoft 的稱為 Image Color Management

作業系統設定

網路瀏覽器

  • chrome flags：強制顏色配置檔案
    • brave://flags/

庫

  • 影像 I/O 庫，可以將這些值作為輸入和輸出到任何格式。這可以包括不同的位深度、HDR 和不同的色彩空間
    • OpenImageIO = 使用與格式無關的 API 讀取、寫入和處理各種檔案格式的影像
  • 影像處理
    • ImageJ：資料型別：8 位灰度或索引顏色、16 位無符號整數、32 位浮點數和 RGB 顏色

影像處理程式:

RAW 檔案編輯器[24][25]

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

數字精度和型別 在 GIMP 中：[26]

  • 整數精度選項
    • 8 位整數
    • 16 位整數
    • 32 位整數
  • 浮點精度選項
    • 16 位浮點數
    • 32 位浮點數

影像檔案型別 - 高動態範圍檔案格式 - 32 位/畫素 HDR 影像

  • AVIF 是一種由開放媒體聯盟開發的檔案格式。它是一個開放標準，已經在主要的網路瀏覽器中獲得了相當廣泛的支援，用於標準影像。AVIF 提供了比 JPG 更多的優勢
  • PNG 支援 1、2、4、8 和 16 位灰度，以及 8 位和 16 位/樣本（即 24 位和 48 位）真彩色支援
  • PFM 檔案 - 用於 HDR 影像的浮點影像格式
  • EXR (OpenEXR): 16 位 OpenEXR 檔案可以被認為是在一般情況下顏色精度/檔案大小之間的一個很好的折衷方案[27] OpenEXR 支援使用以下顏色深度：16 位浮點數（半精度）、32 位浮點數和 32 位無符號整數
  • TIFF
  • RGBE 影像格式或 Radiance HDR 是一種由 Gregory Ward Larson 為 Radiance 渲染系統發明的影像格式。它將畫素儲存為 RGB（紅、綠和藍）值的每個位元組，以及一個共享的指數字節。因此，它每個畫素儲存 4 個位元組。

最後說明

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現在大多數硬體/軟體都在使用 8 位顏色通道，一些顯示器/電視擁有 10 位。


縮略語

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  • HDR = 高動態範圍
  • ICC = 國際色彩聯盟
  • IPT
    • IPT 顏色外觀模型
    • 影像處理變換
  • CMS
    • 顏色管理系統，一個用於計算機控制顏色表示的系統
    • CMS = 顏色匹配系統 = 色標系統分類 中的行業標準 = 用於構建、共享和儲存智慧顏色調色盤的工具
      • PMS = 潘通配色系統
  • CMM = 顏色匹配模組
  • CRI = 顏色渲染指數[28]
  • RIP = 光柵影像處理
  • OBA = 光學增白劑
  • CMYK

IPT 元件

  • I（“強度”）元件是代表影片亮度的亮度元件
  • CT : 藍色-黃色（得名於原色盲）色度元件
  • P : 紅色-綠色（得名於原色盲）色度元件



正式的國際標準機構

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  • CIE - 國際照明委員會
    • 第一分部 : 視覺和色彩
    • 第二分部 : 光和輻射的測量
    • 第八分部 : 成像
  • IEC - 國際電工委員會
    • TC100/PT61966 - 顏色管理
  • ISO - 國際標準化組織
    • TC6 - 紙張、紙板和紙漿
    • TC36 - 電影攝影
    • TC42 - 攝影
      • PMAI - 美國技術諮詢組
      • PIMA
    • TC130 - 圖形藝術
      • NPES - 美國技術諮詢組
  • ITU - 國際電信聯盟
    • ITU-R - 無線電通訊部門
    • ITU-T - 電信標準化部門
      • SG16 - 第 16 研究組 - 多媒體服務和系統
  • JTC1 - IEC/ISO 聯合技術委員會 1
    • SC24 - 計算機圖形學和影像處理
    • SC28 - 辦公裝置
    • SC29 - JPEG、MPEG 等


行業聯盟和協會

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  • AIC - 國際色彩協會
  • ANSI - 美國國家標準學會
  • APCL - 專業色彩實驗室協會
  • ASTM - 美國材料與試驗協會
  • ATSC - 高階電視系統委員會
  • CGATS - 圖形藝術技術標準委員會
  • DIG - 數字成像組（FlashPix 和 IIP 的母公司）
  • EBU - 歐洲廣播聯盟
  • EIA - 電子工業聯盟
  • FOGRA - Forschungsgesellschaft Druck（德國圖形藝術研究機構）
  • GATF - 圖形藝術技術基金會
  • ICC - 國際色彩聯盟
  • ISCC - 跨學會色彩委員會
  • IETF - 網際網路工程任務組
  • IFRA - 國際報業和媒體技術協會
  • JEIDA - 日本電子工業發展協會
  • JBMA
  • MITI
  • NIST - 國家標準與技術研究院
  • NPES - 印刷和出版技術供應商協會
  • NTA - 國家技術聯盟
  • NIDL - 國家資訊顯示實驗室
  • PIMA（ISO TC42 的美國技術諮詢組）
  • PIRA - 資訊和出版集團
  • SIGGRAPH - 計算機圖形學領域 ACM 特別興趣小組
  • SMPTE - 電影和電視工程師協會
  • SWOP - 膠印出版物規格
  • TWAIN - 沒有有趣名稱的技術（或工具包）
  • UGRA - Verein zur Förderung wissenschaftlicher Untersuchungen in der grafischen Industrie
  • VESA - 影片電子標準協會
  • VRML - 虛擬現實建模語言聯盟
  • W3C - 全球資訊網聯盟
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參考文獻

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  1. ↑ Shuttermuse 詞彙表：影像質量 = 當談論攝影時，影像質量是什麼意思？
  2. ↑ developer.nvidia gpugems3：重要的是線性
  3. ↑ Shuttermuse 詞彙表：影像質量
  4. ↑ Eizo：HDR 的來龍去脈
  5. ↑ FractalForums.org：製作高質量影像的技巧
  6. ↑ Linux 和高動態範圍（HDR）顯示（作者：Andy Ritger，2016 年）
  7. ↑ colorwiki：如何使我的顯示器與我的印表機匹配
  8. ↑ Slideshare：數字圖形技術（作者：Becky J. Ritchie）
  9. ↑ howtogeek : 什麼是畫素密度，它如何影響影像質量
  10. ↑ marketing-partners：影像解析度和質量，你需要知道什麼
  11. ↑ DFStudio：數字影像大小和解析度，你需要知道什麼？
  12. ↑ Parker photographic：GIMP 位深度完整指南（2021 年）
  13. ↑ Petapixel 8、12、14 對比 16 位深度：你真正需要什麼？（作者：Greg Benz，2018 年 9 月 19 日）
  14. ↑ NineDegreesBelow：高位深度 GIMP 使用者指南（作者：Elle Stone）
  15. ↑ Ted Lansing：10 位顏色深度和 Adobe Photoshop CS6
  16. ↑ graphicdesign stackexchange 問題：在為 CMYK 列印設計時應該使用哪種黑色？
  17. ↑ 什麼是 HDR，我如何在 PC 上獲得 HDR？我們的 HDR 指南包含所有內容 Katharine Castle 頭像 特色 作者：Katharine Castle 主編 釋出於 2018 年 7 月 9 日
  18. ↑ 位深度（作者：Michael Reichmann，2011 年 12 月 2 日）
  19. ↑ Eizo：畫素密度 4K
  20. ↑ Eizo：DisplayPort 到 D-sub
  21. ↑ Eizo：現代影片輸入
  22. ↑ 計算機暗房：顏色管理（作者：Ion Lyons）
  23. ↑ EIZO：色彩管理系統 (CMS)
  24. ↑ Itsfoss：Linux 上 6 個最佳免費開源 RAW 影像處理工具（作者：Ambarish Kumar，2021 年 2 月 4 日）
  25. ↑ BetterTechtips：Linux 上 7 個最佳編輯 RAW 照片的應用程式（作者：Aliko Sunawang，2018 年 9 月 23 日）
  26. ↑ Docs GIMP 2.10：GIMP 影像精度
  27. ↑ 位深度顏色精度在柵格影像中（作者：Denis Kozlov）
  28. ↑ 休斯頓大學的色彩渲染意圖
摘自 "https://wikibook.tw/w/index.php?title=Fractals/quality&oldid=4409161"
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